NO794209L

NO794209L - Kileformet, uttakbar og oppblaasbar pakning.

Info

Publication number: NO794209L
Application number: NO794209A
Authority: NO
Inventors: Earl Eugene Baker; Steven George Streich
Original assignee: Halliburton Co
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-12-16
Also published as: NL8000652A; GB2051180A; GB2051180B; DE3002290A1; CA1126650A; US4253676A

Description

Oppblåsbar pakningselement med støtteanordning.

Oppfinnelsen vedrører oppblåsbare pakningsele-menter for avtetting av et ringrom rundt et sylinder-formet element. Mer særskilt vedrører oppfinnelsen et pakningselement med støtteanordning for overspenriing av et ringrom mellom en brønnforing og et verktøy. I det etterfølgende skal oppfinnelsen således beskrives i forbindelse med en pakning beregnet for montering på en borstreng for overspenning av rommet mot den omgivende foring, men oppfinnelsen kan naturligvis også benyttes i forbindelse med pakninger som' benyttes for å tilveiebringe en tetning mellom en brønnforing og veggen i selve brønn-hullet.

Oppblåsbare pakninger benyttes i en beønn av flere årsaker. Når det gjelder oppblåsbare pakninger som skal kunne gjenvinnes gjelder at de vanligvis benyttes i forbindelse med brudd, sementering, prøving eller.utførelse av arbeider i olje- eller gassbrønner.

Gjenvinnbare oppblåsbare pakninger innbefatter vanligvis første og andre ringformede endesko, med en oppblåsbar blære eller pute innspent mellom endeskoene. Når puten blåses opp vil den ekspandere og bevirke en tetning av ringrommet mellom borstrengen og forings-røret. Det differensialtrykk i ringrommet over den til-veiebragte pakning som pakningen er i stand til å tåle, vil vanligvis være begrenset av pakningselementets ut-pressningsmotstand ved endeskoene. Det vil si at de aksialkrefter som virker på den oppblåste pute, som følge av ulike hydrostatiske trykk over og under puten, vil bevirke at den oppblåste pute ruller over den sko som ligger nærmest lavtrykksarealet.

Ved oppblåsbare pakninger som er beregnet for permanent plassering i et brønnhull for tilveiebringelse av en pakning mellom foringen og selve borehullet, kan det ved endene av den oppblåsbare pute plasseres ekspan-derende metallfingre som danner en permanent forsterkende bro over ringrommet mellom foringsrøret og beønnhull-veggen når pakningen er blåst opp. Slike deformerbare metallfingre kan man imidlertid vanligvis ikke benytte i forbindelse med gjenvinnbare oppblåsbare pakninger. Det „ skyldes at det foreligger et nødvendig behov for å kunne få puten til å klaffe så meget sammen at man kan trekke pakningen ut av brønnen. Benyttes ekspanderbare metallfingre i denne forbindelse så vil det være meget vanskelig å kunne trekke ut pakningen, gjenvinne den.

Det foreligger derfor et behov for en forsterkning av den oppblåsbare putes endeavsnitt i forbindelse med

en gjenvinnbar, oppblåsbar pakning.

Med foreliggende oppfinnelse .tilveiebringes det en slik forsterkning. Den oppblåsbare pute i pakningen innbefatter en enhetlig støtteanordning som overspenner ringrommet mellom pakningen og foringen og øker den oppblåsbare paknings evne til å motstå differensialtrykket over pakningen. Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveie-bragt en oppblåsbar pakning som angitt i krav 1. Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen går frem av underkravene.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, med angivelse av de med oppfinnelsen oppnådde fordeler,

Fig. IA og IB viser et snitt gjennom en oppblåsbar pakning ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser et forstørret utsnitt av den oppblåsbare pakning i et endeområde, og

fig. 3 viser et snitt gjennom en brønn med foringsrør og oppblåst pakning på plass i forings-

røret.

Den oppblåsbare pakning er som sådann betegnet med 10. Den innbefatter en sylindrisk kjerne 12 som øverst og nederst er forbundet med réspektive endedeler 14 og 16.

Den øvre endedel 14 har et konisk gjengeparti

.18 beregnet for tilknytting av pakningsenheten 10 til den øvre del 20 av en borstreng .22, som vist i fig. 3. Borstrengen 22 kan betegnes som et rørformet eller sylindrisk legeme og denne betegnelsen skal her også forstås å innbefatte et foringsrør. .Den nedre endedel 16 har en konisk gjengetapp 24 for tilknytning til en nedre del 26 av borstrengen 22. Rundt kjernen 12 og mellom øvre. og nedre endedel 14 og 16 er selve det ringformede oppblåsbare pakningselement 28. Pakningselementet 28 innbefatter en øvre ringformet'ankerskoanordning 30 og en nedre ringformet glideskoanordning 32, En oppblåsbar pute 34 er innspent mellom disse to ankeranordningene, og puten er plassert rundt kjernen 12 og er beregnet for avtetting av et ringrom 36 mellom borstrengen 20 og foringen 38. Ankerskoanordningen 30 og glideskoanordningen 32 har som vist en aksial avstand.

Glideskoanordningen 32 har glidesamvirke med den ytre sylinderflaten til kjernen 12 ved den nedre endedel 16. Når puten -3 4 er i den sammenklappede, dvs. ikke oppblåste stilling som er vist i fig. IA og IB, befinner glideskoen 32 seg i sin nederste stilling og ligger an mot en stopperring 40.

Den øvre ankerskoanordning. 30 er fast festet

til den øvre endedel 14, i dette tilfelle ved hjelp av en kilelåsring 42.

De øvre og nedre endedeler 14 og 16 er bare vist i skjematiske utførelsesformer. Særlig gjelder at den øyre endedel 14 er vist innbefattende en skjematisk ven-til 44 som tjener til å styre strømmen av brønnfluidum fra det indre rom 46 i borstrengen • 20 og kjernen 12 ut gjennom kanalen 48 og videre gjennom kanalen 50, slik at brønnfluidet kan bringes inn i den lille ringklaringen 52 som forefinnes mellom ytterflaten til kjernen 12 og innerflaten til pakningselementet 28. Brønnfluidet benyttes altså til oppblåsing av puten 34.

Den oppblåsbare pute 34 er bygget opp av et radielt sett innvendig elastomert element- 54 som er innspent mellom øvre og nedre sko 3 0 og 32. Dette indre elastomere element er omgitt av et forsterkning.selement 56 som er fast festet til henholdsvis ankerskoanordningen

30 og glideskoanordningen 32.

I utførelsen i fig. IA og IB innbefatter hver sko 30 og 32 samvirkende klemelementer 58 oh 60 som tjener til å gi et godt grep på endene av forsterkningselementet 56.

Oppblåsbare puter med klemforbindelser og for-sterkningselementer som er fast festet ved hjelp av klemelementer er vist i US patentskriftene nr. 3 437 142, 3 160 211,. 3 085 628, 3 085 627, 2 778 432 og 2 643 722.

Puten 34 innbefatter dessuten et ytre elastomært tildekkende lag 62 som omgir forsterkningselementet 56. Den oppblåsbare pute 34 innbefatter videre øvre og nedre støtteanordninger 64 og 66.

Forsterkningselementet 56 og den øvre støttean-ordning 64 består av flere lag av ståltrådkord eller lignende forsterkningsmateriaie. Forsterkningselementet 56 består av fire lag av forsterkningsmateriale. Samtlige av disse lagene strekker seg fra klemanordningen 58 og til klemanordningen 60. De fire lagene med forsterkningsmateriale som utgjør forsterkningselementet'56 legges med 60° vinkel og vekslende med■■ hverandre i forhold til omkretsen.' Hvert av de fire lag går inn i klemringan-ordningene 58 henholdsvis 60.

Den øvre støtteanordning 64 består av åtte

ekstra lag av forsterkningsmateriaie som er plassert over og radielt sett utenfor de tidligere nevnte fire lag som utgjør forsterkningselementet 56. Det første lag i den øvre støtteanordning 64, dvs. det lag som' radielt sett ligger innerst, har en første fri ende som slutter ved den antydede linje 68 i fig. 2. Denne linje 68 befinner seg tett inntil ankerskoanordningen 30, ved den nedre kant-en til kileanordningen 58. Dette første lag har en andre fri ende som slutter ved linjen 72. Denne linjen 72 befinner seg i en aksial avstand under linjen 68.

Med uttrykket "fri ende" menes her at angjeldende ende ikke er festet fast til hverken den øvre ankeran-ordning 30 eller -til den nedre glideskoanordning 32.

Det andre lag i støtteanordningen 64, dvs. det lag som ligger like utenfor det allerede omtalte første lag, strekker seg oppover og inn i den første kileanordning 58 og er altså fastgjort i ankerskoanordningen 30. Laget strekker seg aksialt nedover til en linje 76, dvs. over strekningen 74. Som man ser ligger linjen 76 under den tidligere omtalte linje 68, og dette andre lag er altså lengre enn det omtalte første lag. Deretter veksler lagene slik at altså tredje, femte bg syvende lag i støtte-anordningen 64, regnet innenfra og utover, har henholdsvis en første fri ende som slutter ved linjen 68, og en andre frie ende som slutter mellom ankerskoanordningen 30 og glideskoanordningen 32. Fjerde, sjette og åttende lag i støtteanordningen 64 har første ender som går inn i den øvre kileanordning 58 og altså er fastgjort i den øvre ankersko 30, mens deres andre, nedre frie ender slutter mellom ankerskoanordningen 3 0 og glideskoanordningen 32.

Hovedårsaken til at ikke samtlige åtte forsterkende lag i forsterkningselementene 64 og 66 går inn i klemanordningene 58, 6 0 i ankerskoanordningen 3 0 henholdsvis glideskoanordningen 32, er at man ønsker å redus-ere veggtykkelsen til den oppblåsbare pute 34. Jo færre antall lag som er klemt på plass i kileanordningene 58' og 60, jo tynnere blir veggtykkelsen til den oppblåsbare pute 34. Man får også en bedre skjøt i området ved kileanordningen 58 og 60 når det er færre lag forsterkningsmateriaie som klemmes mellom kileflåtene.

I en alternativ utførelse kan de åtte lagene

i den øvre støtteanordning 64 omgrupperes litt, slik at de radielt sett første og andre, indre lag begge har første frie ender som slutter ved linjen 68. Deretter kan tredje og fjerde.lag begge strekke seg inn i kileanordningen 58. Femte og sjette lag vil så igjen ha første frie ender som slutter ved linjen 68, og syvende og åttende lag har .så første ender som strekker seg inn i kileanordningen 58 og altså festes til ankerskoanordningen 30.

Som nevnt foran strekker det første lag i den øvre støtteanordning 64 seg en strekning 70 ned under bunnkanten 68 i den øvre kileanordning 58. Det andre lag strekker seg en strekning 74 ned under linjen 68, .og denne strekning

74 er større enn den nevnte første strekning 70. På lig nende måte strekker tredje, fjerde, femte, syvende og åttende lag seg lengre ned, dvs. lengre bort i fra linjen 68.

Et første lag av teflon eller et annet avstands-materiale (ikke vist) er lat over det radielt sett innerste lag av forsterkningselementet 56 og strekker seg over hele lengden til den oppblåsbare pute 34. Et andre lag av teflon eller et annet egnet skillemateriale (ikke vist) er lagt radielt sett innenfor det åttende, dvs. det radielt sett ytterste lag i øvre og nedre støtteanordning 64 og 66, og strekker seg i hovedsaken over hele lengden til

den oppblåsbare pute 34, idet laget begynner noen centi-meter i fra henholdsvis ankerskoanordningen 30 og glideskoanordningen 32. Dette andre lag med skillemateriale vil dekke over forsterkningselementet 56 i midtseksjonen til puten 34, mellom øvre og nedre støtteanordning 64 og 66.

Hensikten med de to teflonlag utenfor og innenfor henholdsvis innerste og ytterste lag forsterkningsmateriaie er å hindre at resten av'lagene med forsterkningsmateriale skal klebes sammen av det elastomere materiale som benyttes i det indre elastomere element 54 og det ytre elastomere element eller belegg 62.

Det indre elastomere element 54 er bundet til

det radielt sett innerste lag i forsterkningselementet 56 over hele den oppblåsbare pute 34. Elementet 54 er også bundet til ankerskoanordningen 30 og i glideskoanordningen 32.

Det radielt sett ytre elastomere element 62 bør forbindes med den øvre ankerskoanordning 30, den nedre glideskoanordning 32 og med det radielt sett ytterste lag i henholdsvis øvre og nedre støtteanordning 64 og 66. 'Den nedre støtteanordning 66 er utført på samme måte som den øvre støtteanordning 64.

For å summere det hele opp kan altså den øvre støtteanordning 64 i hovedsaken sies å innbefatte flere forsterkningslag, dvs. andre, fjerde, sjette og åttende lag (fig. 2), idet hvert av disse lagene har en første ende som er fastklemt i ankerskoanordningen 30, ved hjelp av klemanordningen 58, og har en andre fir ende som slutter-mellom ankerskoanordningen 30 og'glideskoanordningen 32. Den øvre støtteanordning innbefatter videre flere forsterkningslag, dvs. første, tredje, femte og syvende lag (fig. 2) som radielt sett veksler med de førstnevnte forsterkende lag, dvs. andre, fjerde, sjette og åttende lag. Med andre ord, det andre lag er plassert radielt sett utenfor det første lag, det tredje lag er plassert radielt utenfor det andre lag,osv.

Hvert av de sistnevnte forsterkende lag, dvs. første,tredje, femte og syvende lag, har en første fri ende som slutter ved en linje 68 nær bunnkanten til klemanordningen i ankerskoanordningen 30, og de har også hver en andre fri ende som slutter mellom ankerskoanordningen 30 og glideskoanordningen 32. De frie andre endene til de sukssesivt utover plasserte forsterkende lag slutter på steder som ligger i økende avstand fra linjen 68.

Dvs. at det andre lag strekker Seg lengre ned enn det første lag, det tredje lag strekker seg enda lenger ned og det fjerde lag strekker seg ytterligere lengre ned osv.

Når pakningsenheten 10 er i den i fig. 3 oppblåste stilling vil de øvre og nedre støtteanordninger 64 og 66 være ekspandert mot foringsrøret 38 og danner en broanordning i ringrommet 36 rundt borstrengen 20.

Denne broanordningen øker pakningens evne til å motstå differensialtrykket over pakningen i ringrommet 36. Konstruksjonen bidrar til å hindre en utpressing eller utklemming av puten 34 ved ankerskoanordningen 30 og glideskoanordningen 32. Konstruksjonen er fleksibel og kan derfor klappe sammen når den oppblåsbare pakning skal tas ut av brønnen.

Claims

1. Oppblåsbart pakningselement innbefattende en første ringskoanordning, en andre ringskoanordning i. aksial avstand fra den nevnte første ringskoanordning, en oppblåsbar puteanordning innspent mellom nevnte første og andre ringskoanordning og innbefattende, en forsterk-ningsanordning, karakterisert ved at forsterkningsanordningen innbefatter et forsterknings-element med første og andre ender som er innfestet i-første og andre ringskoanordning, og flere forsterkningslag-, idet hvert av disse har en første ende innfestet den første ringskoanordning og en andre ende som slutter mellom første og andre ringskoanordning.

2. Pakningselement ifølge krav 1, karakterisert ved at de forsterkende lag har ulike aksiale lengder og er slik anordnet at de nevnte frie andre ender slutter på steder som har innbyrdes aksiale avstander.

3. Pakningselement ifølge krav 2, karakterisert ved at de frie andre ender i de sukssesivt radielt utenfor plasserte forsterkningslag slutter på steder som ligger i økende avstand fra den nevnte første ringskoanordning.

4. Pakningselement ifølge krav 1, karakterisert ved at forsterkningsanordningen innbefatter flere andre forsterkningslag som i radiell retning veksler med de førstnevnte forsterkningslag.

5. Pakningselement ifølge krav 4, karakterisert ved at de nevnte andre forsterkningslag innbefatter en første frie ende som slutter nær den nevnte første ringskoanordning og har en andre fri ende som slutter mellom første og andre ringskoanordning" .

6. Pakningselement ifølge krav 5, karakterisert ved at samtlige forsterkningslag er anordnet slik at deres frie andre ender slutter på steder som har aksiale innbyrdes avstander.

7. Pakningselement ifølge krav 6, karakterisert ved at de frie andre ender av de sukssesivt radielt utenfor plasserte forsterkningslag av samtlige forsterkningslag slutter på steder som har stadig lengre avstand fra den nevnte første ringskoanordning.

8. Oppblåsbar pakning for tetting av et ringrom rundt et rørformet legeme hvortil pakningen er festet, karakterisert ved at den innbefatter en sylindrisk kjerne, et øvre legeme forbundét med den øvre ende av kjernen og innbefattende en anordning for tilknytting av pakningen til en øvre del av det nevnte rørformede element, et nedre legeme som er forbundet med den nedre enden av kjernen og innbefatter en anordning' for tilknytning av pakningen til en nedre del av det nevnte rø rformede legeme, en ringformet ankerskoanordning som er festet til øvre eller nedre legeme,, en ringformet glideskoanordning som har glidesamvirke med ytterflaten på • kjernen, mellom øvre og nedre legeme, en oppblåsbar, ringformet puteanordning anordnet rundt kjernen for tetting av ringrommet rundt det rørformede element ved oppblåsing av puten, idet puteanordningen innbefatter et forsterknings-element som er festet til ankerskoanordningen og glideskoanordningen, og ved at puteanordningen innbefatter en støtteanordning for overspenning av ringrommet rundt det rørformede legeme for derved å øke den oppblåsbare paknings motstand overfor differensialtrykk over pakningen i ringrommet, hvilken støtteanordning innbefatter flere forsterkningslag hvor hvert av lagene har en første ende som er festet til den ringformede ankerskoanordning og har en fri andre ende som slutter mellom ankerskoanordningen og glideskoanordningen.

9. Pakning ifølge krav 8, karakterisert ved at forsterkningslagene har ulike aksiale lengder og er anordnet slik at deres frie andre ender slutter på punkter som har aksiale innbyrdes avstander.

10. Pakning ifølge krav 9, karakterisert ved at de frie andre ender av sukssesivt radielt utenfor plasserte forsterkningslag slutter på steder som sukssesivt har økende aksial avstand fra ankerskoanordningen.

11. Pakning ifølge krav 8, karakterisert ved at støtteanordningen innbefatter flere andre forsterkningslag som radielt sett veksler med de førstnevnte forsterkningslag.

12. Pakning ifølge krav 11, karakterisert ved at hvert av de andre forsterkningslag innbefatter en første frie ende som slutter^ nær ankerskoanordningen og en andre fri ende som slutter mellom anskerskoanordningen og glideskoanordningen.

13. Pakning ifølge krav 12, karakterisert ved at samtlige forsterkningslag er anordnet slik at deres frie andre ender slutter på steder som har aksialt innbyrdes avstander.

14. Pakning ifølge krav 13, karakterisert ved at de frie andre endene av samtlige sukssesivt radielt utenfor plasserte forsterkningslag slutter på steder som har sukssesivø kende aksiell avstand fra ■ankerskoanordningen.

15. Pakning ifølge krav 8, karakterisert ved at puteanordningen videre innbefatter en andre støtteanordning som innbefatter flere forsterkningslag med respektive første ender som er festet til den ringformede glideskoanordning, og har en fri andre ende som slutter mellom glideskoanordningen og ankerskoanordningen.