NO843847L

NO843847L - Opphengssystem for undervannshenger for foringsroer

Info

Publication number: NO843847L
Application number: NO843847A
Authority: NO
Inventors: Charles Edward Jennings; Bob Clayton Hopkins
Original assignee: Fmc Corp
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1985-03-27
Also published as: AU570265B2; AU3274284A; JPS60138197A; US4595063A; EP0137335A2; CA1218298A; BR8404820A; EP0137335A3

Description

Oppfinnelsen angår brønnhengersystemer og især systemer for opphenging av føringsrør ved hjelp av hengere anordnet i undervannsbrønnhoder.

De fleste foringsrør hengesystemer som idag benyttes eller på annen måte er kjent innenfor petroleums-industrien omfatter på hverandre anordnede og til hverandre festede foringsrørhengere, dvs. hver mindre henger er stablet på og således understøttet av toppen av den tid-ligere installerte henger slik at den totale opphengte belastning av alle foringsrør og deres hengere pluss driftstrykket i brønnen hvor foringsrørene og hengerne er anordnet, overføres til brønnhodet på ett enkelt sted nær dettes fundament. Det foreligger et stigende behov innenfor denne industri for systemer for foringsrøroppheng som er i stand til å understøtte hengende belastninger og driftstrykk som er betydelig større enn de ovennevnte systemer er konstruert for og det er i den senere tid foreslått konstruksjoner med større kapasitet. Imidlertid gir alle disse senere konstruksjoner som resultat at alle eller de fleste hengende foringsrørbelastninger og trykk-belastninger plasseres i en forbindelse for belastnings-banen til en komprimerbar lastbærende og hengebærende skulder på brønnholdets fundament. Dette stablede arrange-ment begrenser hele systemets evne til å oppta henger-belastning, især hvor det utsettes for en hydrogensulfid-omgivelse som krever bruk av lavstyrkestål.

Generelt frembringer den foreliggende oppfinnelse et forbedret system for opphenging av brønnforinger i et undervannsbrønnhode og især et opphengssystem for forings-rør hvor hver eneste av flere konsentriske foringsrør-strenger og deres henger direkte og fullstendig under-støttes av brønnhodets hus, uavhengig av andre strenger og deres hengere, ved hjelp av flere ekspanderbare be-lastnings ringkiler som beveges inn i huset i tilbaketrukket stilling sammen med og som del av det foregående foringsrørs pakningsanordning. Når pakningsanordningen trykkfestes etter installasjonen, ekspanderes belastninings-ringkilene radialt inn i et ringformet spor i husets indre flate og når denne ekspansjon foregår vil kilene heve seg ut av pakningsanordningen til korrekt stilling for å understøtte den neste foringsrørhenger. Når denne neste henger senkes ned i brønnhodets hus plasseres belastningsringkilene nøyaktig mot sporet før hengerens last pålegges og i denne endelige stilling adskilles kilene ovenfor og således ut av kontakt med pakningsanordningen, noe som resulterer i en direkte og komprimerbar overførsel av den totale last av foringsrørhengeren mot brønnhodets hus.

Da hvert foringsrør er opphengt i brønnhodets hus uavhengig av de andre foringsrør, er den totale belastning som opphengsystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan oppta fra foringsrørene, deres hengere og brønntest-trykket, betydelig større enn det som kan opptas ved hjelp av andre systemer med sammenlignbar størrelse. Denne økning oppnås også når det benyttes materialer med mindre styrke, slik det eksempelvis må benyttes dersom det foreligger hydrogensulfid i brønnen. Den økede lastbærende evne ved dette nye system forenkler også gjennomføringen offshore av dypere boreprogrammer fra flytende boreplatt-former .

Ytterligere fordeler som fremkommer ved forings-røropphengssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, er at alle lastringkiler er identiske ved fremstilling og installasjon, pakningsenhetene som også virker som bærere for disse kiler er identiske for alle hengere, sement eller forurensninger kan fjernes fra lastring-kilenes spor ved utvasking før installasjonen av hver foringsrørhenger, og tetningsområdene for pakningene kan renses enkelt mekanisk ved hjelp av et enkeltløpende verktøy. For ferdigstilling av brønner kan hylser for tilstrammingshengere plasseres inn i hver foringsrør-henger, tilstrammingshengere kan installeres, låses og tettes via mekaniske funksjoner fra boredekket og annet utstyr for ferdigstilling på havbunnen kan installeres på brønnhodet uten behov for modifisering av konstruksjon eller prosedyrer.

På tegningen viser fig. 1 et delvertikalsnitt gjennom et opphengssystem ifølge oppfinnelsen for en undervannsborerørhenger, med tre konsentriske foringsrør-strenger og deres hengere installert i et brønnhodehus, fig. 2 viser et forstørret riss av den øvreste henger og tilstøtende elementer på fig. 1, fig. 3 viser et detalj-snitt gjennom en tetningsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse, fig. 4 viser et riss av to tilstøtende belastningsringkiler og deres holdeanordning, tatt langs 4-4 på fig. 3, fig. 5 viser et riss tilsvarende fig. 4, men hvor kilene befinner seg i deres ekspanderte stilling, fig. 6 viser et snitt langs 6-6 på fig. 3, men hvor kilene befinner seg i deres ekspanderte stilling som på fig. 5, fig. 7-9 viser delsnitt av etterfølgende operasjoner av en pakningsanordning under dennes installasjon i et brønnhodehus, fig. 10 viser et snitt tilsvarende fig. 7-9, med tetningsanordningen etter installering og trykktesting, fig. 11 og 12 viser snitt tilsvarende fig. 7-10 hvor tetningsanordningen fjernes fra brønnhodehuset, og fig. 13-15 viser snitt tilsvarende fig. 4-6, av en annen ut-førelse av belastningsringkilene og deres holdere.

Opphengssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, vist på fig. 1, omfatter en foringsrørhenger for hver foringsrørstreng som skal opphenges, idet her tre hengere 20, 22, 24 er vist for opphenging av tre konsentriske foringsrørstrenger 26, 28, 30, en pakningsanordning med flere belastningsringkiler for hver henger, derav tre anordninger 32, 34, 36 for hengerne 20, 22, 24, og et brønnhodehus 38 i hvilket foringsrørstrengene, deres hengere og deres pakningsanordninger er installert. Brønn-hodehuset 38 omfatter en ringformet skuler 40 nær dets nedre ende for å understøtte den nederste foringsrør-henger 24, og adskilte indre ringformede spor 42, 44, 46 for å motta og understøtte belastningsringkilene 48, 50, 52.

Pakningsanordningene 32, 34, 36 er identiske og

en beskrivelse av anordningen 34 (best vist på fig. 2 og 3) dekker således også anordningene 32, 36. Anordningen

34 omfatter et øvre legeme 54, et nedre legeme 56 som er forbundet med det øvre legeme 54 med gjenger 58, en ekspanderbar rørdor 6 0 som omgir det øvre parti av det øvre legeme 54, en aksialt delt låsering 62 som omgir det øvre legeme 54 (fig. 3) nedenfor den ekspanderbare rørdor 60, en fjærende konisk hylse 64 ( fig. 3) som omgir øvre legemet 54 nedenfor låseringen 62, en antiroterende ring 66 anordnet i og låst til den øvre ende av det nedre legeme 56, indre og ytre ringformede pakninger 68, 70 som hver omfatter en kompresjonspakning 72 og et par ekstruder-ingsstansende metallringer 74, og en pakningsring 76 som er festet til den nedre ende av det nedre legeme 56 av flere i avstand fra hverandre og rundt periferien anordnede hodeskruer 78 (hvorav kun en er vist), for å holde pakningene 68, 70 i stilling. Som vist på fig. 3 er antirotasjonsringen 66 løsbart festet til det øvre legeme 54 av flere over periferien i avstand fra hverandre fordelte skjærtapper 80 (hvorav to er vist) og hele pakningsanordningen 34 er løsbart festet til et føringsverktøy (ikke vist) for pakningsanordningen, av en skjærtapp 82 (kun en del er vist). En sneppring 84 er anordnet mellom rørdoren 60 og det øvre legeme 54 og virker for aksialt å holde rørdoren mot det øvre legeme og en langstrakt fjær 68 som er festet til rørdorens boring, samvirker med en not 88

på den motstående side av det øvre legeme for å hindre relativ rotasjon mellom rørdoren og det øvre legeme, mens relativ aksial bevegelse mellom disse enkelt kan foregå.

Ved den øvre ende av den ekspanderbare rørdor 6 0 er flere (fortrinnsvis 6) bueformede belastningsringkiler 50 anordnet butt i butt for å danne en ringformet last-lagerskulder for å understøtte foringsrørhengeren 20 direkte og fullstendig til brønnhodehuset 38. Slik det er best vist på fig. 2 og 4-6, er kilene 50 festet til rør-doren 60 av flere langs periferien adskilt plasserte holdere 90 som er anordnet mellom tilstøtende kilers motstående ender. Holderne 90 har en tilnærmet i form

i frontriss og en i det vesentlige triangelform i planriss. Holderne 90 holdes i T-formede radiale spor 92 i

rørdorens 60 endeflate og er festet der av holdeskruer 94 som strekker seg aksialt og som fastholdes av settskruer 96.

Slik det best er vist på fig. 4-6 har motstående ender av tilstøtende kiler, eksempelvis 50a, 50b, aksiale vinkelflater 98, 100, 102, 104 og radiale flater 106, 108 som samvirker ved tilstøtende vinkelflater 110, 112, 114, 116 og den radiale flate 118 på den tilstøtende kileholder 90 for å holde kilene på rørdoren 60, mens kilenes frie radiale bevegelse forenkles i forhold til rørdoren, mellom deres tilbaketrukne stilling vist på fig. 4 og deres ekspanderte stilling vist på fig. 5. Undersiden av hver kiles 50a, 50b endeparti har et langstrakt spor 120 i hvilket en tapp eller skrue 124 rager inn, som rager opp fra rørdorens 60 øvre flate. Sporene 120 og tappene 124 samvirker med holderen 90 og de korresponderende kileflater 106, 108 for å lede radial bevegelse av kile 50a, 50b mellom deres tilbaketrukne og ekspanderte stillinger og begrensningene av denne radiale bevegelse oppnås av den bevegelseslengde som tillates ved sporenes lengder i forhold til diamteren av tappen eller skruens hode.

Hver ringkile 50 har en form med flere sider som sett i tverrsnitt (fig. 1-3) omfatter øvre, mellomliggende og nedre indre skråflater 126, 128, 130, en øvre ytre skråflate 132, en mellomliggende ytre flate 134 med aksiale tenner, en nedre ytre skråflate 136, og en radial bunn-flate 138. De øvre og mellomliggende indre skråflater 126, 128 samvirker med nedføringsverktøyet (ikke vist) for å frembringe en utadgående kilevirkning mot kilene fra deres tilbaketrukne stilling (fig. 3 og 4) mot deres fullt ekspanderte stilling (fig. 2 og 5), og også for å danne et anleggssete for foringsrørhengeren 20 som har tilsvarende ringformede skråflater 140, 142. Den nedre ytre skråflate 136 på kilene 50 samvirker med den motstående ringformede nedre skråflate 144 i brønnhodehusets spor 44 for å frembringe en løfting av kilene fra toppen av pakningsanordningen og især opp fra den ekspanderbare rørdor 6 0 når kilene ekspanderes, og også for å frembringe et sterkt

ringformet anlegg for direkte understøttelse av kilene,

og for å overføre kompresjonsbelastningen som utøves mot kilene fra hengeren 20 til brønnhodehuset 38. Kilenes 50 ytre flate 134 med aksiale tenner kommer til anlegg mot sporets 44 aksiale flate (fig. 2) og bidrar således til en sikker understøttelse for hengeren 20 mot brønnhodets hus 38. Kilenes 50 øvre ytre skråflate 132 samvirker med brønnhodehusets spors 44 ringformede øvre skråflate 146

for å presse kilene innad mot deres tilbaketrukne stilling nåt pakningsanordningen 34 løftes ut av brønnhode (fig. 11 og 12) .

Opphengssystemet for undervannsforingsrørhengere ifølge den foreliggende oppfinnelse er konstruert for effektive boreoperasjoner med færres mulige operasjoner for installasjon etc, fra boredekket. Det kreves ingen skrueforbindelse før en tilstrammings- eller ferdiggjørings-operasjon.

Den første (største) boringsrørstreng 30, med hengeren 24, senkes inn i brønnen inntil hengerens skulder 148 kommer til anlegg mot brønnhodehusets skulder 40 og foringsrøret 30 sementeres på plass. Det skal bemerkes at brønnhodehusets skulder 4 0 i dette opphengssystem kun kreves for å understøtte foringsrørstrengen 30 og dennes henger 24.

Brønnhodehusets og hengerens 24 tetningsflater,

dvs. de flater mot hvilke pakningsanordningens pakninger 70, 68 kommer til anlegg, renses ved kjente metoder. Pakningsanordningen 36 er løsbart festet til et nedførbart verktøy (ikke vist) ved hjelp av flere gjengede skjærtapper 82 (fig. 3 hvor en er vist) og anordningen senkes på borerøret (ikke vist) inntil den kommer til anlegg på den øvre skuler 150 (fig. 2) på hengeren 24 slik at pakningsanordningens låsering 62 derved kommer til å

flukte med det til denne passende ringformede spor 152 i brønnhodehuset 38 (fig. 1 og 7).Låseringen 62 forblir tilbaketrukket i brønnhodehusets boring inntil den ekspanderbare rørdor 60 tvinges nedover av verktøyet. Verktøyet roteres deretter mot høyre slik at tappene 82 overskjæres da pakningsanordningens øvre legeme 54 og nedre 56 holdes fast mot relativ rotasjon av antirotasjonsringen

66 og det nedre legeme er låst ved 154 mot rotasjon (fig.

1 og 2) til den tilstøtende foringsrørhenger. Når verktøyet roteres, flukter det med de vertikale aksiale slisser 156 (kun en er vist) i pakningsanordningens øvre legeme 54 og faller ytterligere slik at tappene 80 avskjæres og antil-rotasjonsringen 66 bringes nedover ut av inngrep med det øvre legeme 54 (fig. 8), slik at det øvre legeme frigjøres for rotasjon og låseringen 62 ekspanderes fullt ut inn i sporet 152.

Ytterligere rotasjon mot høyre av verktøyet vil

nå også rotere pakningsanordningens øvre legeme 54 og gjengene 58 vil bringe det øvre legeme og det nedre legeme 56 til å adskilles, noe som frembringer en kompresjons-kraft mellom låseringen 62 og foringsrørhengeren 24 slik at dobbeltpakningene 68, 70, fullstending avtetter rings-rommet mellom hengeren og brønnhodehuset, som vist på fig. 9.

Pakningene 68, 70 kontrolleres deretter ved å lukke ventiltreets ventiler og å trykksette tilførsels-ledningen. Dette trykk vil bringe verktøyet til å falle ytterligere inntil det kommer til anlegg mot toppen av belastningsringkilene 50. Når denne nedadgående bevegelse foregår, ekspanderes kilene 50 ut og opp til deres inngrep i sporet i brønnhodehuset, som vist på fig. 10.

Denne ekspansjon av kilene 50 gjennomføres ved en kile-påvirkning utad mot kilene før verktøyets vekt legges på kilene for således å sikre at kilene er korrekt på plass i deres spor i brønnhodehuset før de mottar noen belastning og for således å unngår at det påføres en last på pakningsanordningen.

Dersom trykktesten er velykket, fjernes verktøyet ved å frigjøre testtrykket, åpne ventilene, tilføre bore-strengtrykk til verktøyet for å frigjøre dette fra pakningsanordningen og å løfte verktøyet opp fra brønnhodehuset.

Dersom trykktesten ikke er velykket, dreies pakningsanordningen ytterligere for ny testing, eller fri-gjøres for å bli fjernet. Dersom den må fjernes, frigjøres pakningsanordningen ved å løfte den ekspanderbare rørdor 60 med et separat holdeverktøy, idet låseringen 62 frigjøres fra sporet i brønnhodehuset (fig. 11). Ved fortsatt løfting vil kilene 50 gli innover fra deres spor i brønn-hodehuset, til den tilbaketrukne stilling vist på fig. 12. En hylse (fjærbelastet) presses ned over belastningen og kilene og de tilbaketrukne kiler 50 låses i deres tilbaketrukne stilling av denne hylse, til verktøyet for å fjerne den fra brønnen, uten vanskeligheter.

Deretter følger ferdigstilling av det borepro-:: grammet for neste borestørrelse hvor kilene 50 i pakningsanordningen 36 holdes ekspandert stilling av en beskyt-telsesmoffe, senkes det neste foringsrørstreng 28 og dennes henger 22 ned i brønnen inntil hengeren kommer til anlegg mot de ekspanderte kiler. Alle etterfølgende operasjoner er identiske med de som er beskrevet ovenfor for installasjon av hver foringsrørstreng/henger.

Fig. 13-15 viser en modifisert utgave av lastring-kilene og deres holdere. Ved denne utførelse er kilenes 160 motstående identiske, idet hver ende har en vertikal vinkelflate 162, en horisontal flate 164 som strekker seg fra den vertikale flate 162, og et midtre utsparet parti 166 i det flenslignende fremspring 168, som samvirker med ett par vertikale tapper 170 for å begrense ekspansjon og tilbaketrekning av kilen til en valgt avstand. Tappene 170 strekker seg mellom den modifiserte holder 172 og hullene 174 i den øvre ende av pakningsanordningens ekspanderbare rørdor 176. Sett i planriss har det øvre parti av den modifiserte holder 172 form som en avkortet pyramide (fig. 13 og 14) og et noe videre øvre parti (15) enn det tilsvarende parti på holderen 90. Funksjonelt er imidlertid kilene 160 og deres holdere 172 lik deres foretrukne utførelser.

Claims

1. Opphengssystem for brønnforingsrør, KARAKTERISERT VED at det omfatter flere ringformede foringsrørhengere (20, 22, 24) for understøttelse av flere foringsrørstrenger (26, 28, 30) anordnet konsentrisk i et brønnhodehus (38), et ringformet brønnhodehus (38) med første og andre holdeanordninger for foringsrø rhengere, hvor den andre holdeanordning er anordnet i avstand over den første holdeanordning, anordninger (34) for avtetting av ringrommet mellom foringsrørstrengene og brønnhodehuset, idet pakningsanordningen omfatter radialt ekspanderbare og tilbaketrekkbare holdeanordninger for foringsrørets vekt for installasjon i brønnhodehuset for samvirke med holdeanordningen for den annen foringsrø rhenger ved opphenging av en foringsrørhenger direkte fra og ved overføring av hele den opphengte belastning av hengeren, direkte til brønn-hodehuset .

2. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den første opphengsanordning for foringsrørhenger omfatter en ringformet skulder som strekker seg innad fra brønnhode-husets boring.

3. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den andre opphengsanordning for foringsrørhengere omfatter et ringformet spor i brønnhodehusets borin j

4. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den første opphengsanordning for foringsrørhengere omfatter en ringformet skulder i brø nnhodehusets boring, og at den andre opphengsanordning for foringsrørhengere omfatter et ringformet spor i brønnhodehusets boring.

5. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at holdeanordningen for foringsrørets vekt omfatter flere bueformede belastningsringkiler som er festet til et øvre parti av pakningsanordningen.

6. System ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at den omfatter anordninger for å begrense radial bevegelse av kilene mellom en tilbaketrukket og en ekspandert stilling.

7. System ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at begrensningsanordningen omfatter flere holdeelementer an ordnet mellom motstående ender av kilene og som er festet til et endeparti av pakningsanordningen.

8. System ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at holdeelementene har et i det vesentlige triangulært tverrsnitt og hvor to sider av holdeelementene samvirker med anordninger på endene av kilene for å holde kilene i funksjonelt inngrep med pakningsanordningen.

9. System ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det har anordninger for å løfte holdeanordningen for foringsrørets vekt fra anliggende anlegg mot de resterende komponenter i pakningsanordningen.

10. Brønnpakningsanordning for avtetting av et ringformet rom mellom et brø nnhodehus og en foringsrø rhenger, KARAKTERISERT VED at den omfatter et ringformet legeme, ringformede pakningsanordninger på legemet for å etablere en trykktetning mellom brønnhodehuset og foringsrørhengeren, og radialt ekspanderbare og tilbaketrekkbare holdeanordninger for å oppta foringsrørets last, mot legemet og som samvirker med et brønnhodehus for å opphenge en forings-rørhenger fra og overføre hengerens hele last direkte til brønnhodehuset.

11. Anordning ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at holdeanordningen for foringsrø rets last omfatter flere bueformede lastringkiler som er festet til et øvre parti at det ringformede legeme.

12. Anordning ifølge krav 11, KARAKTERISERT VED at det omfatter anordninger for å begrense radial bevegelse av kilene mellom en tilbaketrukket og en ekspandert stilling.

13. Anordning ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at begrensningsanordningen omfatter flere holdeelementer anordnet mellom motstående ender av kilene og som er festet til et endeparti av det ringformede legeme.

14. Fremgangsmåte for opphenging av flere konsentriske foringsrørstrenger i et brønnhodehus, KARAKTERISERT VED at det omfatter å opphenge en ytre foringsrørstreng på en nedre holdeanordning i brø nnhodehuset, å nedføre, plassere og justere en pakningsanordning med ekspanderbare og tilbaketrekkbare holdeelementer for hengeren, mellom den ytre foringsrørstreng og brønnhodehuset og ekspandere holdeelementene for hengeren til samvirkende anlegg med brønnhodehuset, og å nedføre, å plassere en indre forings-rørstreng direkte på holdeelementene for hengeren, idet hele den andre foringsrørstrengs last opphenges direkte og fullstendig på brønnhodehuset.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, KARAKTERISERT VED å løfte holdeelementene for hengeren fra det understø ttede anlegg mot det ringformede legeme for å hindre at belastningen av foringsrøret henges på det ringformede legeme.