NO176288B - Spyleverktöy - Google Patents

Description

Mange olje- og gassbrønner har tilbøyelighet til avsetning av substanser, såsom mineralsalter, vanligvis omtalt som avleiringer (engelsk "scale"), på veggene i forskjellige rørdeler og -materiell og komponenter som kommer i berøring med reservoarfluider. Avleiringsfenomenet er særlig utpreget på oljefelter hvor det praktiseres trykkvedlikehold ved vanninjisering. Noen av disse salter, f.eks. kalsiumkarbonat, kan fjernes kjemisk ved hjelp av en forholdsvis liten mengde av en syre, mens andre, såsom bariumsulfat, kan gjøre det nødvendig med svært store tilførsler av en spesiell organisk syre for å bli oppløst. Moderne brønnkomplettering tillater lett fjernelse av kalsiumkarbonat og lignende avleiringer i mange tilfeller, mens fjernelse av bariumsulfat vanligvis innebærer opptrekking av rørdeler som kan trekkes opp, og/eller utfresing av avleiringer i permanent instal-lerte rørdeler.

Det er formålet med denne oppfinnelse å tilveiebringe en anordning for tilførsel av den aktuelle syre i tilstrekkelige mengder til visse kritiske områder i brønner, for å oppløse avleiringer eller avsetninger som utgjør sperring eller hindring i brønnens boring ved disse punkter, og hindrer korrekt operasjon av brønnen.

Det skal på dette punkt bemerkes at oppfinnelsen ikke utelukkende er beregnet for avleiringer, men kan også være nyttig for fjernelse av avsetninger av tunge hydrokarboner, sement eller dehydrerte faste stoffer fra boreslammet, hvor stråler av væsker eller kjemikalier kan være effektive.

De mest kritiske områder i en rørstreng installert i en brønn, er betegnet som nipler. De består vanligvis av inn-snevringer i rørveggen i form av polerte boringer og stoppe-mekanismer som innbefatter skuldre eller profiler. Foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendbar når flere nipler av profiltypen, og med lignende indre diameter, er installert i brønnen, men er også nyttig når det gjelder nipler av skuldertypen.

Spyleverktøyet eller -apparatet ifølge denne oppfinnelse, er beregnet til å føres ned i brønnen på kveile-rør, enten på konvensjonell måte slik som det er velkjent for fagfolk på området, eller på den måte som er beskrevet i US-patentsøknad 07/689.513, den såkalte CTP-teknikk, eller på den måte som fremgår av samtidig norsk patentsøknad nr. 91.3990, den såkalte PACT-teknikk. Disse to sistnevnte teknikker har spesiell interesse i sammenhengen, da de er avhengige av nipler av profiltypen, og er utsatt for problemer som skyldes avsetninger eller avleiringer og derpå følgende blokkering av adkomsten for verktøy.

Det henvises også til US-patentene 4.919.204, 4.967.841 og 4.518.041, som alle angår spylehoder eller -hylser som er dreibare eller innrettet til å dekke vinkelområder, og som alle er rettet mot lignende formål som foreliggende oppfinnelse. De samme bemerkninger gjelder også internasjonal patentpublikasjon WO 91/11270, som gjelder en spesiell form for strålerensing ved hjelp av et fluid inneholdende partikler i en slipende blanding. Foreliggende oppfinnelse er imidlertid i utgangspunktet rettet mot anvendelse av en spylevæske som er fri for partikler, og som fortrinnsvis er et løsningsmiddel.

Noe mer interessant enn de forannevnte patentskrifter er internasjonal patentpublikasjon WO 91/14076, som beskriver en strålespyle-innretning for montering mellom vektrør og bor-krone ved bunnen av en borestreng, for fjernelse av avsetninger på borehullsveggen. Innretningen omfatter et aksielt forskyvbart ventillegeme, som ved trykkpåvirkning kan beveges til å åpne radielt rettede stråleåpninger eller -dyser. En tilsvarende funksjon kan gjenfinnes også i US-patent RE 31.842, som imidlertid er rettet mot et noe annet formål, dvs. skylling av en sone i en produserende formasjon for å forbedre væskestrømningen fra denne.

På bakgrunn av kjent teknikk som omtalt ovenfor, angår således denne oppfinnelse et spyleverktøy for å fjerne innvendige avsetninger i rør og rørledninger, særlig i rørdeler og komponenter i borehull og brønner for olje- eller gassproduksjon, hvor verktøyet er innrettet til å føres ned ved enden av en hul røranordning, såsom kveilerør, og til å drives ved hjelp av væsketrykk gjennom røranordningen, omfattende en hoveddel som har en stort sett hul sylindrisk form, og er forsynt med mer eller mindre radielle hull for

-utløp av en skyllevæske, og et ventillegeme som er aksielt

bevegbart i hoveddelen under trykkpåvirkning og mot en f jærkraft, for å åpne ett eller flere av utløpshullene i hoveddelen.

De nye og særegne trekk ved det foreliggende spyle-verktøy består ifølge oppfinnelsen primært i

at de mer eller mindre radielle utløpshull har form av henholdsvis små og store dyseåpninger for spylevæskestråler, plassert langs et nedre parti av hoveddelen, at et utvendig ventillegeme ved et øvre parti av hoveddelen er anordnet for aksiell bevegelse i forhold til hoveddelen mot virkningen av en fjær som søker å presse det utvendige ventillegeme i retning nedad til en stilling for blokkering av det nevnte væsketrykk ovenfra

gjennom røranordningen,

at en påvirkningshylse er tilforordnet det utvendige ventillegeme, og er forsynt med ytre deler som har maksimale tverrmål bestemt i forhold til dimensjonene av de nevnte rørdeler eller komponenter som avsetninger skal fjernes fra, slik at påvirkningshylsen vil bevege det utvendige ventillegeme aksielt oppad i forhold til hoveddelen, med en resulterende innslipning av det nevnte væsketrykk ovenfra, når hylsen presses mot en

avsetning som skal fjernes, og

at ventillegemet i hoveddelen er innrettet til å beveges aksielt av det nevnte væsketrykk, mellom en øvre stilling hvor en forholdsvis liten væskestrømning slippes gjennom de små dyseåpninger, med samtidig dannelse av en tilstrekkelig høy trykkdifferanse aksielt over ventillegemet til å overvinne kraften av den nevnte

fjær, og en nedre stilling hvor det slippes en vesentlig større væskestrømning gjennom de store dyseåpninger med en samtidig sterk reduksjon av den nevnte trykkdifferanse, slik at ventillegemet presses av fjæren tilbake til sin øvre stilling, og deretter fortsetter vekselvis med resiproserende bevegelse mellom sin øvre og nedre stilling, så lenge væsketrykket ovenfra virker gj ennom røranordningen.

Denne løsning medfører den vesentlige fordel at spyle-verktøyet blir aktivert av nettopp de avsetninger som skal fjernes. Ved slik påvirkning blir det utført en automatisk resiproserende bevegelse av det innvendige ventillegeme, hvilket resulterer i vekslende eller intermitterende spylevæskestråler som meget effektivt vil oppløse og fjerne avsetninger.

Andre nye og særegne trekk ifølge oppfinnelsen skal også beskrives i det følgende, og er angitt i patentkravene. F.eks. vil anordning av en hul svivel-kulekobling for å forbinde det foreliggende spyleverktøy med den ovenfor nevnte røranordning, gjøre at verktøyet er egnet til å føres nedenfor sirkulasjonspunktet i en brønn utstyrt for operasjoner gjennom produksjonsrøret (TFL-service). Istedenfor kveilerør kan røranordningen bestå av hule, sammensatte staver, for å fremføre spylevæsken ned til det punkt i brønnen hvor spyling er ønsket. Det kan være en fordel at spyleverktøyet samvirker med en spesiell seriesirkulasjonsventil for styring av spylevæsketilførselen.

Foreliggende oppfinnelse, og virkemåten av spyleverk-tøyet eller -apparatet, som heretter også betegnes som et nippel-spyleverktøy, vil bli bedre forstått ut fra tegnings-figurene, hvor: fig. 1 skjematisk viser nippelspyleverktøyet montert på den nedre ende av en lengde kveilerør via en koblingsinnretning, og en serie-sirkulasjonsventil som er beregnet til å lette operasjonen av verk-tøyet,

fig. 2 viser i delvis aksielt snitt verktøyet slik det føres inn i brønnen, og forut for aktivering av

serie-sirkulasj onsventilen,

fig. 3 viser på tilsvarende måte som fig. 2 verktøyet med en omløpsventil i denne, åpnet ved kontakt med

avleiringer i en nippel,

fig. 4 viser et sleideventillegeme i verktøyet i åpen

stilling,

fig. 5 viser verktøyet i en utførelse for spyling av

innsiden av en låseanordning (lock mandrel), og fig. 6 viser i aksielt snitt den serie-sirkulasjonsventil som er innbefattet i arrangementet på fig. l.

I det eksempelvis illustrerte arrangement på fig. 1 sees de følgende deler, enheter eller komponenter: Den nedre ende av en hul røranordning l, såsom kveilerør, en kveilerør-kobling 2, en serie-sirkulasjonsventil 3 og det egentlige spyleverktøy 10, 15. Som inntegnet er det mellom enhetene eller komponentene 2, 3 og 10, 15 anordnet kule- eller svivelforbindelser som fortrinnsvis er hule for fluidpassasje gjennom disse.

I stor utstrekning vil den følgende beskrivelse skje under henvisning til den praktiske operasjon av spyleverk-tøyet, for fjernelse av avleiringer eller avsetninger i en komponent av nippeltypen i en rørstreng.

Under normale betingelser vil det allerede være fast-slått at avleiringer forefinnes, enten ved hjelp av en sonde-undersøkelse, eller ved at et annet verktøy ikke har vært i stand til å entre vedkommende nippel. Foreliggende verktøy 10, 15 blir så ført ned som vist på fig. 1 på et kveilerør 1. Hvis serie-sirkulasjonsventilen 3 er anordnet, er denne i begynnelsen lukket, og skal åpnes ved tilførsel av trykk gjennom kveilerøret når nippelen med avleiringer blir nådd. Fig. 2 viser stillingen av verktøyets enkeltdeler på dette tidspunkt.

Ved åpning av serie-sirkulasjonsventilen 3 får trykket i kveilerøret 1 adgang til verktøyet 10, 15. Verktøyet består i prinsippet av en hoveddel eller hus 10 som omslutter et sleideventillegeme 12 (se fig. 3), og et utvendig omløps-ventillegeme 14 som omgir husdelen ved dennes øvre ende. Omløpsventilen 14 påvirkes av et fjærbelastet hylselignende bur 15, med en ytre diameter som er litt mindre enn den indre diameter av den nippel som skal spyles.

Fjærbelastningen av hylsen eller buret 15 besørges av en skrueformet trykkfjær 15A, som virker mot den øvre side av buret 15 eller det utvendige omløpsventillegeme 14 som fortrinnsvis er integrert med det hylselignende bur 15. I den stilling av ventillegemet 14 som er vist på fig. 2, blokkerer dette for væsketrykk ovenfra gjennom kveilerøret, men oppadrettet bevegelse (til venstre på fig. 2) av ventillegemet 14, vil bringe innvendige, utfreste spor 14A i dette til en aksiell stilling hvor de danner strømningspassasjer mellom porter 16A og 16B i hoveddelen eller huset 10, slik det skal forklares nedenfor.

Avleiringer i nippelen resulterer i en redusert indre diameter, slik at buret 15 ikke kan passere gjennom. Nedadrettet kraft utøvet av røret l, resulterer i at buret skyves tilbake mot den øvre fjær 15A, og derved beveges de innvendige, utfreste spor 14A til en stilling hvor de overfører trykket i kveilerøret 1 gjennom portene 16A, 16B inn i den nedre del av huset 10, som vist på fig. 3.

Sleideventilen 12 har en maskinert tilpasning i en nedre boring 21 i huset 10, med minimale passasjer forbi på utsiden, men uten tetninger som kunne sperre fullstendig for gjennomstrømning. Væsketrykk i husets boring slipper ut gjennom spalter 18A, 18B i sleideventilen 12 og gjennom små hull 22A, 22B i huset, hvilket resulterer i en væskestråle mot avleiringsbelegget 31 på den indre overflate av en nippel 30, og dessuten oppbygning av en trykkdifferanse over sleideventilen 12, da de små hull 22A, 22B er meget mindre enn portene 16A, 16B i huset, og sporene 14A i omløpsventilen 14.

Trykkdifferansen er tilstrekkelig til å presse sleideventilen 12 nedover mot en nedre fjær 24. Derved blir ventilen åpnet, slik det er vist på fig. 4. Når ventilen er åpen vil sleideventilens spalter 18A, 18B være i flukt med større hull 26A, 26B i huset 10. Disse hull er meget større enn portene 16A, 16B i huset, og sporene 14A i omløpsventilen 14, og derfor vil den trykkdifferanse som er bygget opp bli eliminert. Uten den motsatte virkning av trykkdifferansen, vil den nedre fjær 24 lukke sleideventilen 12, og tillate at trykkdifferansen igjen bygges opp, og operasjonssyklusen gjentar seg. Da det ikke finnes noen tetninger på utsiden av sleideventillegemet 12, og derfor minimal friksjon, kan denne operasjonssyklus ventes å gjenta seg meget hurtig.

Resultatet av disse automatiske sykluser er vekslende væskestråler ut av de små hull 22A, 22B og væskestøt ut av de større hull 2 6A, 26B, som begge treffer avleiringsbelegget 31 på veggen i nippelen 30 på forskjellige steder, og med en sekvens som medfører ideelle betingelser for oppløsning og fjernelse av avleiringer. Den væske som innføres i brønnens boring på denne måte, sammen med faste flak og småbiter som er frigjort ved strålepåvirkningen, returnerer til overflaten gjennom slisser 15B i buret 15, som holder tilbake større partikler og holder på disse for fortsatt oppløsning inntil deres størrelse er tilstrekkelig liten til ikke å bevirke problemer for senere operasjoner.

Både de små og de store utløpshull 22A,B resp. 26A,B kan være innstilt i større eller mindre vinkel i forhold til den radielle retning, for å sikre optimal dekning av nippelens boring. Slike vinkelstilte hull eller dyseåpninger trenger ikke å være radielt balansert, fordi det resulterende reaksjons-dreiemoment bare vil resultere i rotasjon av serie-sirkulas jonsventilen 3, og ikke oppbygning av dreiemoment i kveilerøret 1. Dette skyldes svivelarrangementet ved toppen av seriesirkulasjonsventilen som vist på fig. 3.

En nedadrettet kraft opprettholdes i kveilerøret 1 under denne prosess, slik at buret 15 vil bevege seg fremover etterhvert som avleiringene 31 oppløses foran buret, mens omløpsventilen 14 holdes åpen. Så snart verktøyet kommer til en stilling hvor avleiringer ikke lenger hindrer fremføringen av dette, vil den øvre fjær 15A lukke omløpsventilen 14, og væskesirkulasjonen stopper idet hele anordningen fortsetter dypere nedover i brønnen.

Verktøyet 10, 15 kan hindres av ikke-partikkelformig avfall, f.eks. metallgjenstander, som vanligvis betegnes som skrot (junk). I dette tilfelle vil spylingen ikke resultere i noen fremføring nedad. Verktøyet har en nedre nesedel 29, som er konstruert for å redusere problemer i denne forbindelse, som følge av dens store diameter. Stort skrot vil stoppe verktøyet ved å blokkere for nesedelen 29, med det resultat at den utvendige aktiverings- eller omløpsventil 14 ikke vil åpnes, og sirkulasjon vil ikke bli oppnådd. Denne hendelse blir merket ved å observere overflatetrykk, og verktøyet 10, 15 blir trukket opp. Ved den nedre del av nesen 29 er det anordnet et rom som kan fylles med bly 29A. Denne blyfylling vil oppta et avtrykk av skrotet for identi-fisering av dette. Det samme vil skje hvis det ikke finnes noen avleiring i niplene, idet avtrykket på blynesedelen 29-29A vil være fra en gjenstand i brønnen som til slutt stopper verktøystrengen, typisk en låseanordning eller plugg.

Det er også anordnet et rom for bly 17 eller lignende materiale ved den ytre fremre kant av det hylselignende bur 15. I tilfeller hvor forekommende skrot er så lite at det unngår nesedelen 29, men stopper buret, vil verktøyet til-synelatende virke korrekt, men avleiringer vil bare bli spylt der hvor verktøyet stopper. Etter opphenting til overflaten bør et avtrykk i blyet 17 på buret 15 vise at skrot.er til stede.

Buret 15 og de ytre deler med nesen 29 og blyet 17 kan begge fremstilles med flere ulike ytre diametre, avhengig av dimensjonene på det brønnutstyr som skal spyles fritt for avleiringer. Det er også mulighet for å spyle avleiringer 41 fra innsiden av den fiskehals eller låseanordning som er vist på fig. 5, slik at et trekkeverktøy vil være i stand til å hente opp denne.

Selv om det ikke er avgjørende for korrekt operasjon av nippelspyleverktøyet 10, 15, er den serie-sirkulasjonsventil 3 som er vist på fig. 1, nyttig på to måter. For det første virker den som en svivel og tillater at dreiemoment-reak-sjoner som frembringes av ubalanserte væskestråler, elimi-neres i form av verktøyrotasjon. Dette er viktig, fordi kveilerøret 1 normalt vil stå under kompresjon, og derfor vil være noe buklet under spyleoperasjoner, og et eksternt dreiemoment kunne bygges opp og føre til svikt når kveilerøret trekkes ut av brønnen. I betraktning av dette kan serie-sirkulas jonsventilen 3 sammen med det egentlige nippelspyle-verktøy 10, 15 betraktes som en integrert del av det totale spyleverktøy.

Ser ie-sirkulasjonsventilen 3 som vist på fig. 6, omfatter et hovedhus sammensatt av husdeler 60A, 60B og 60C, som omslutter et øvre kammer 61 og et nedre kammer 62. Et stempel 63 med en tetning 63A holdes i huset 60A, B, C ved hjelp av skjærpinner 65, som utgjør en brytbar første holdeinnretning. Den øvre husdel 60A er forbundet med den mellomliggende del 60B gjennom en gjenget krave 68 som fastholder to halvsirkulære holdebøssinger 72. Disse samvirker med en nedre flens 71 på den mellomliggende husdel 60B mellom lav-friksjons-skiver 70A,B-70C,D, som tillater fri rotasjon mellom delene 6OA og 6OB. O-ringer 69 danner en trykk-tetning.

For det annet, og som det fremgår av fig. 6, blokkerer serie-sirkulasjonsventilen 3 trykket P i kveilerøret mens dette føres inn i brønnen. Dette hindrer for tidlig sirkulasjon som følge av vedhengning av buret 15 mot rørveggen, og åpning av omløpsventilen 14. Når den korrekte dybde er nådd, blir trykket P i kveilerøret 1 hevet til en forutbestemt verdi, som bevirker at pinnen 65 brytes under påvirkning av den kraft som frembringes av stemplet 63. Påfølgende bevegelse av stemplet, og låsning av dette i sin nedre stilling, vil så resultere i væskekommunikasjon til nippel-spyleverktøyet 10, 15 nedenfor (fig. 1) gjennom den åpne, utvendige omløpsventil 14. Denne låsning besørges av et fjærelement 67, som kan anses å være en annen holdeinnretning i denne ventiIkonstruksjon.

Claims (7)

1. Spyleverktøy for å fjerne innvendige avsetninger i rør og rørledninger, særlig i rørdeler og komponenter i borehull og brønner for olje- eller gassproduksjon, hvor verktøyet er innrettet til å føres ned ved enden av en hul røranordning, såsom kveilerør (1) og til å drives ved hjelp av væsketrykk gjennom røranordningen, omfattende en hoveddel (10) som har en stort sett hul sylindrisk form og er forsynt med mer eller mindre radielle hull (22A,B,26A,B) for utløp av en skyllevæske, og et ventillegeme (12) som er aksielt bevegbart i hoveddelen (10) under trykkpåvirkning og mot en f jærkraft (24), for å åpne ett eller flere av utløpshullene i hoveddelen (10) , karakterisert ved- at de mer eller mindre radielle utløpshull har form av henholdsvis små (22A,B) og store (26A,B) dyseåpninger for spylevæskestråler, plassert langs et nedre parti av hoveddelen (10), at et utvendig ventillegeme (14) ved et øvre parti av hoveddelen (10) er anordnet for aksiell bevegelse i forhold til hoveddelen mot virkningen av en fjær (15A) som søker å presse det utvendige ventillegeme i retning nedad til en stilling for blokkering av det nevnte væsketrykk ovenfra gjennom røranordningen, - at en påvirkningshylse (15) er tilforordnet det utvendige ventillegeme (14) og er forsynt med ytre deler (17) som har maksimale tverrmål bestemt i forhold til dimensjonene av de nevnte rørdeler eller komponenter som avsetninger skal fjernes fra, slik at påvirkningshylsen (15) vil bevege det utvendige ventillegeme (14) aksielt oppad i forhold til hoveddelen med en resulterende innslipning av det nevnte væsketrykk ovenfra, når hylsen presses mot en avsetning som skal fjernes, og at ventillegemet (12) i hoveddelen (10) er innrettet til å beveges aksielt av det nevnte væsketrykk, mellom en øvre stilling hvor en forholdsvis liten væskestrømning slippes gjennom de små dyseåpninger (22A,B) med samtidig dannelse av en tilstrekkelig høy trykkdifferanse aksielt over ventillegemet (12) til å overvinne kraften av den nevnte f jaer (24), og en nedre stilling hvor det slippes en vesentlig større væskestrømning gjennom de store dyseåpninger (26A,B) med en samtidig sterk reduksjon av den nevnte trykkdifferanse, slik at ventillegemet (12) presses av fjæren (24) tilbake til sin øvre stilling, og deretter fortsetter vekselvis med resiproserende bevegelse mellom sin øvre og nedre stilling så lenge væsketrykket ovenfra virker gjennom røranordningen.

2. Spyleverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at påvirkningshylsen (15) er oppslisset slik at spylevæsken kan strømme fritt tilbake oppad, mens store stykker av avsetninger som er løsnet blir innfanget av den oppslissede hylse (15) for å bli videre oppløst.

3. Spyleverktøy ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved en anordning for montering av en ring av bly eller annet ettergivende materiale (17) på den fremre kant av hylsen (15), slik at et avtrykk av sperrende avsetninger eller materiale kan gjøres og bringes tilbake til overflaten sammen med verktøyet.

4. Spyleverktøy ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved en nedre nesedel (29) som har en ytre diameter mindre enn tverrmålene eller diameteren av hylsen (15), og fortrinnsvis større enn den ytre diameter av hoveddelen (10).

5. Spyleverktøy ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved en anordning for montering av en fylling av bly eller annet ettergivende materiale (29A) på den fremre kant av nesedelen (29) , slik at et avtrykk av sperrende avsetninger eller materiale kan gjøres og bringes tilbake til overflaten sammen med verktøyet.

6. Spyleverktøy ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at nesedelen (29) er utskiftbar med en annen nesedel (39) for en spesiell funksjon, f.eks. en smal nesedel for å skylle avleiringer (49) fra en innvendig fiskehals (50).

7. Spyleverktøy ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at det er forsynt med en hul svivel-kulekobling (3) for forbindelse med røranordningen (1).