NO313398B1 - Fremgangsmåte og apparat for testing av gjengeskjöter og gjengede deler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og apparat til testing av gjengeskjøter og gjengede deler.

Rør som benyttes i oppbyggingen av olje- og gass-brenner, blir typisk sammenføyd via gjengede deler. Det er ofte ytterst viktig at gjengeskjøtene ikke lekker, og det blir stadig mer vanlig at gjengede deler, for eksempel hanngjengepartiene og hunngjengepartiene på rør, og muffer til sammenføyning av rør, blir testet (1) under produksjon; (2) før de sendes fra et lager; og (3) når rørstrengen lages og senkes ned i en brønn.

Det finnes en lang rekke fremgangsmåter for testing. I fabrikker og lagre innebærer de fleste fremgangsmåter at én eller begge de gjengede deler smøres, en prøve-skjøt lages, prøveskjøten utsettes for en trykkdifferanse, og det forsøkes å oppdage gjennomstrømning gjennom gjengeskjøten. En lignende fremgangsmåte brukes når en rørstreng blir laget og senket ned i en brønn, bortsett fra at den endelige gjengeskjøt blir testet.

Smøring foretas vanligvis ved å bruke et materiale som vanligvis kalles "dop". Dette er en påbudt prosess angitt av rørprodusentene. Problemet som oppstår, er at nærværet av dopet kan føre til at gjengeskjøter består testen, men lekker senere. Trolig skyldes dette fenomen at dopet effektivt tetter småfeil så lenge testen varer, hvilket typisk er fra 90 til 120 sekunder. Dersom dopet ikke påføres, kan gjengene gnages i stykker.

I et konferanseskriv med tittelen "Gasdichte Gewindeverbinder Theorie und Praxis" (Gasstette gjengekoplinger i teori og praksis) levert ved Clausthal-Zellerfeld universitet den 15. april 1988 til The German Society for Mineral Oil Techniques and Coal Chemistry/Det tyske selskap for mineraloljeteknikk og karbonkjemi, anførte forfatterne, G. Wilken, E. Eide og P. Stoffels, at varme skjøter mer sannsynlig ville lekke enn kalde skjøter. Forfatterne kommenterte imidlertid ikke hvordan deres observasjon kunne nyttes, og kommersielle testprosedyrer forble følgelig stort sett uendret.

US 5,209,105 omhandler en fremgangsmåte for hydro-statisk lekkasjetesting av rørforbindelser. Fremgangsmåten omfatter ikke oppvarming av rørforbindelsen

US 5,255,559 omhandler en anordning for gasslekkasje-testing av gjengeskjøter hvor testgassen påføres gjengeskjøten utvendig. Anordningen omfatter ikke en oppvarmingsinnretning for oppvarming av gjengeskjøten.

Det er et formål med den herværende oppfinnelse å redusere sannsynligheten for at en skjøt feilaktig skal bestå en test, og å muliggjøre at skjøter med feil blir oppdaget raskere enn ved tradisjonell testing.

Ifølge den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for testing av gjengeskjøter og gjengede deler, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene smøring av én eller begge de gjengede deler, opprettelse av en skjøt, påføring av trykkdifferanse på nevnte skjøt, og forsøk å oppdage gjennomstrømning gjennom nevnte skjøt, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte innbefatter trinnet utsetting nevnte skjøt for varme for å redusere nevnte smøremiddels viskositet.

Varmen kan påføres skjøten før, under eller før og under testing. Det er imidlertid særlig fordelaktig å begynne oppvarming samtidig som trykk påføres skjøten.

Under forsøk ble en skjøt med en meget liten mekanisk feil som bestod tradisjonell testing, oppvarmet under testing og sviktet omgående. I en annen test ble en skjøt som hadde sviktet noen sekunder før slutten av tradisjonell trykktesting, demontert. De gjengede deler ble rengjort, og skjøten gjenopprettet, idet det ble brukt dop. Ved testing med en fremgangsmåte i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse, sviktet skjøten etter bare 10 sekunder. Skjøten ble demontert. De gjengede deler ble rengjort, og skjøten ble gjenopprettet, idet det ble benyttet dop. Den første test ble gjentatt, og igjen sviktet skjøten først noen sekunder før slutten av den tradisjonelle trykktest.

Oppvarming kan foretas med hvilket som helst egnet middel. Induktiv oppvarming blir imidlertid foretrukket for tiden. Alternative fremgangsmåter for oppvarming innbefatter elektrisk motstandsoppvarming, dampopp-varming, oppvarming med varmluft eller damp, eller til og med anvendelse av en pose eller mantel inneholdende et varmt materiale som kan være væske, fast stoff eller gass.

Fremgangsmåten ifølge den herværende oppfinnelse er primært beregnet på testing av en serie av gjengede deler, og følgelig strekker den herværende oppfinnelse seg til gjentatt gjennomføring av fremgangsmåten ifølge den herværende oppfinnelse, fortrinnsvis med en hastighet av i det minste fem og fortrinnsvis i det minste ti tester pr. time.

Om ønskelig kan skjøtene utsettes for vibrasjon under testing, for eksempel ved ultralydfrekvenser.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer også et apparat til testing av en smurt gjengeskjøt, hvilket apparat omfatter middel til påføring av et testfluid (dvs. væske og/eller gass) under trykk på én side av en smurt gjengeskjøt, og middel til oppdaging av gjennom-strømning gjennom nevnte smørte gjengeskjøt, karakterisert ved at nevnte apparat videre omfatter en oppvarmingsinnretning innrettet til å anbringes direkte omkring nevnte smørte gjengeskjøt for å varme opp nevnte smørte gjengeskjøt for å redusere viskositeten i smøremiddel i nevnte smørte gjengeskjøt.

Fortrinnsvis omfatter nevnte middel til oppvarming av nevnte gjengeskjøt en induksjonsoppvarmingsinnretning.

Nevnte apparat er fordelaktig tilpasset til å påføre nevnte testfluid under trykk på innsiden av en skjøt. Om ønskelig vil apparatet imidlertid kunne tilpasses til å påføre nevnte testfluid under trykk på utsiden av skjøten.

Midlet til oppdagelse av gjennomstrømning gjennom gjengeskjøten kan omfatte for eksempel et manometer som står i forbindelse med trykket som blir påført skjøten. Lekkasje gjennom skjøtene ville indikeres ved et trykkfall. Denne teknikk ville primært være anvendelig til bruk når testfluidet er en væske. Et alternativt middel til oppdagelse av gjennomstrømning gjennom gjengeskjøten kunne omfatte en gassdetektor eller et massespektrometer når testfluidet er en gass.

Testfluidet kan omfatte en væske eller en gass, hvor nitrogen eller helium anbefales.

Til bedre forståelse av den herværende oppfinnelse vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. 1 er et skjematisk sideriss, delvis i snitt, som viser et rør som via gjenger er forbundet med et annet rør; Fig. 2 er et oppriss lignende fig. 1 og viser skjøten under testing ved bruk av en utførelse av en innvendig trykktester; Fig. 3 er et oppriss lignende fig. 2 og viser en annen slags skjøt som testes ved bruk av en annen utførelse av en innvendig trykktester; Fig. 4 viser en modifisering av utførelsen vist på fig. 3; og Fig. 5 er et tverrsnitt som viser en skjøt som blir testet med en utvendig trykktester under setting av foringsrør i en brønn.

Det vises til fig. 1, hvor det er vist et rør som er generelt angitt med henvisningstall 100. Røret 100 er forsynt med et hanngjengeparti 101.

Det finnes et stort antall forskjellige utgaver av hanngjengepartier. Noen er utformet for å tette mot en første skulder 102, noen mot andre skulder 103 og noen mot en kombinasjon av første skulder 102 og andre skulder 103. Noen har en midtskulder 104, og noen baserer seg på interferens mellom gjengene 105.

I alle tilfeller må hanngjengepartiet 101 være riktig utformet for å tette ordentlig.

I en fabrikk blir hanngjengepartiet 101 testet ved påføring av dop på hanngjengepartiet 101 og innskruing av dette i et hunngjengeparti 106 på et kort rør 107 (fig. 2) som er festet i en skrustikke (ikke vist).

En skjøt 108 blir deretter testet for å se om noe fluid kan passere gjennom skjøten 108. For å teste skjøten 108 blir en innvendig trykktester 109 ført inn gjennom det korte rør 107 og anbrakt som vist på fig. 2.

Tetninger 110 blir presset radialt utover ved å føre inn hydraulikkvæske gjennom et rør 111. Helium blir deretter pumpet gjennom en ledning 112 til trykket når 1200 bar g målt med manometer 117, på hvilket tidspunkt en ventil 113 stenges. En samleinnretning 118 er anbrakt omkring utsiden av skjøten og er forbundet med et massespektrometer 119 som trekker inn gass fra samleinnretningen 118.

Ved tradisjonell testing lar man, når heliumet har nådd testtrykket, skjøten 108 være i 120 sekunder, og forutsatt at det ikke oppdages noe helium (eller at det oppdages mindre enn en oppgitt mengde helium), blir skjøten vurdert som akseptabel.

Den herværende oppfinnelse er annerledes ved at straks etter at skjøten 108 er laget, blir en induksjons-oppvarmings innretning 114 anbrakt på plass omkring hunngjengepartiet 106, mens den innvendige trykktester 109 blir anbrakt, og tetningene 110 blir aktivert.

Induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 aktiveres på samme tid som ventilen 113 åpnes for å slippe inn helium til innsiden av skjøten 108.

Det antas at induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 varmer opp dopet og senker dets viskositet, hvorved det blir mindre i stand til å tette en lekkasje. Dessuten antas det at enhver termisk ekspansjon av hunngjengepartiet 106 i forhold til røret 100 vil bidra til å blottlegge enhver latent feil.

Utsiden av hunngjengepartiet 106 skal typisk varmes opp til omtrent 100 °C. Det antas imidlertid at reduksjonen i dopets viskositet som en følge av oppvarming er særlig viktig.

En nyttig fordel ved testprosedyren knytter seg til lommer med luft som kan være innestengt i gjengene når skjøten opprettes. Særlig kan slike luftlommer utvide seg og ødelegge en skjøt, dersom den utsettes for en tilstrekkelig høy temperatur nede i borehullet. Den beskrevne testprosedyre gjør det mulig for mange små bobler å unnslippe og således hindre at det oppstår problemer senere.

Fremgangsmåten for testing beskrevet under henvisning til fig. 2 kan også benyttes i et lager før utsendelse av nye rør eller utbedrede rør. Den kan også benyttes til å teste skjøter når rør settes ned i en brønn.

Fig. 3 viser en fremgangsmåte for testing som er generelt lik den beskrevet under henvisning til fig. 2, bortsett fra at induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 er erstattet av et dampkammer 214 som er anbrakt omkring en gjenget muffe 206, og som er avgrenset mellom den gjengede muffes 206 ytre vegg en sylindrisk del 220 og tetninger 221 og 222 som rager innover fra den sylindriske del 220 og inn i tettende inngrep med muffen 206.

I bruk blir, etter at den innvendige trykktester er blitt anbrakt som vist, helium ført inn i det innvendige rom av muffen 206. Samtidig blir overhetet damp ført inn i dampkammeret 214 via inntak 215. Luft, kondensat og noe damp forlater dampkammeret 214 via utløp 216. Dersom skjøten skulle svikte, vil helium passere inn i én eller begge de ringformede samleinnretninger 218 og vil bli sugd inn i et massespektrometer (ikke vist) via slanger 218'. Det skal bemerkes at én av de ringformede samleinnretninger 218 er avgrenset mellom én ende av den sylindriske del 220, tetningen 221 og en tetning 223 som strekker seg fra den sylindriske del 220 til rørets 207 yttervegg. Den andre ringformede samleinnretning 218 er avgrenset mellom den sylindriske dels 220 andre ende, tetningen 222 og en tetning 224 som strekker seg fra de sylindriske del 220 til rørets 200 yttervegg.

Utførelsen vist på fig. 4 er generelt lik utførelsen vist på fig. 3, bortsett fra at dampkammeret 214 er forsynt med en perforert sylinder 225 som skal bidra til å fordele den overhetede damp jevnere over omkretsen av den gjengede muffe 206.

Det vises nå til fig. 5, hvor det er vist en utvendig trykktester som er særlig nyttig til testing av skjøter når foringsrør blir satt ned i en brønn.

I bruk holdes en lengde av foringsrør 300 av kilebelte (ikke vist). Foringsrøret 300 har et oppadragende hanngjengeparti 301, på hvilket er montert en gjenget muffe 306. Den gjengede muffe 306 blir normalt montert på hanngjengepartiet 301 på fabrikken eller lageret.

Innsiden av muffens 306 øvre parti blir belagt med dop, og hanngjengepartiet 302 av et rør 307 blir ført inn i dette. Skjøten 308 blir deretter trukket til med det ønskede moment ved hjelp av en tang (ikke vist).

Den utvendige trykktester som generelt er angitt med henvisningstallet 309, blir deretter anvendt på skjøten 308. Den utvendige trykktester er generelt lik den som er vist i US-A-5 255 559, bortsett fra at den også innbefatter en induksjonsoppvarmingsinnretning 314.

Så snart den utvendige trykktester 309 er festet på plass, blir induksjonsoppvarmingsinnretningen 314 aktivert. Samtidig blir helium ført inn i kamrene 315 og 316 til trykket når 1200 bar og målt med henholdsvis manometer 317 og 318. På dette tidspunkt blir ventilene 319 og 320 stengt.

Inntaket for en gassdetektor (ikke vist) er anbrakt inne i røret 307 i nærheten av den gjengede muffe 306. Dersom mindre enn en oppgitt mengde helium oppdages innenfor en gitt tid, blir skjøten vurdert som tilfredsstillende, røret blir senket ned i brønnen, og prosessen blir gjentatt.

Dersom skjøten blir funnet å være uakseptabel, blir den alt etter behov laget på nytt eller erstattet. Laboratorieforsøk er blitt utført av søkerne med apparat lignende det som er vist på fig. 1 og 2.

Særlig ble et lite hakk skåret i tetningsområdet 103 på en 14 cm (5^ tomme) NEW-VAM-skjøt for å simulere en feil. Et lite hull ble deretter boret i hunngjengepartiet 106 og avsluttet et sted umiddelbart i til-støting til gjengene. Et termoelement ble ført inn i det lille hull som deretter ble tettet med segllakk.

Før hver test ble hanngjengepartiet 101 og hunngjengepartiet 106 rengjort grundig, og en tilmålt mengde dop ble påført jevnt på hunngjengepartiets 106 gjenger ved å bruke en Weatherford "AccuKote" dopapplikator. Skjøten ble deretter opprettet med momentverdien angitt av rørprodusentene ved bruk av et datastyrt (JAM) til-dragingssystem i tilknytning til en Weatherford modell 7.6 hydraulisk tang med en fritt-bevegelig støtte.

En innvendig trykktester 109 ble ført inn gjennom røret 107 og anbrakt som vist på fig. 2. Tetningene 110 ble presset radialt utover ved å føre inn hydraulikkvæske gjennom ledning 112. Samleinnretningen 118 ble anbrakt omkring utsiden av skjøten og ble tilkoplet et massespektrometer 119, som trakk inn gass fra samleinnretningen 118.

Ved begynnelsen av hver test ble helium sluppet inn til skjøtens innside via ledningen 112, og samtidig ble strøm tilført induksjonsoppvarmingsinnretningen 114. Strøm ble tilført induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 i tidsperioder av ulik lengde, og temperaturen ved termoelementet ble registrert når strømmen til induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 ble slått av.

Testresultatene ble som følger:

Produsentens anbefalinger er at omtrent 20 g dop skal benyttes på denne type skjøt. I praksis tyder imidlertid målinger i felten på at med mindre en spesiell applikator benyttes, påfører operatører i felten mellom 70 og 80 g dop pr. skjøt. Av denne grunn ble mange av testene utført med denne dopmengde.

Som det kan sees, ble feilen med minimalt av dop (test 1) synlig meget raskt ved omgivelsestemperatur. Med 70 g dop ved omgivelsestemperatur var imidlertid feilen ikke synlig i henholdsvis 120 s (test 3) og 180- s (test 4). En slik feil ville sannsynligvis gått upåaktet hen ved tradisjonell kommersiell trykktesting som typisk sjelden overstiger to minutter. Det skal imidlertid bemerkes at da oppvarming ble anvendt for å øke temperaturen til 90 °C og 100 °C, ble feilen synlig i løpet av henholdsvis 20 og 3 sekunder (test 5 og 6).

Test 7 viser hvordan en rikelig (80 g) påføring av dop hindret oppdagelse av feilen i 300 s ved 26 °C. Da skjøten ble oppvarmet til 60 °C og 80 °C, ble imidlertid feilen oppdaget ved henholdsvis 25 s og 50 s (sist-nevnte resultat avspeiler den observerte grad av variasjon).

Test 2 viser at med korrekt dopmengde påført, ville feilen blitt oppdaget i løpet av bare 45 s ved 80 °C. Fra test 6 kan det rimelig antas at tiden for å oppdage defekten ville være betydelig mindre ved 100 °C.

Resultatene indikerer at ved å velge riktige tempera-turer, skal det være mulig å oppdage feil som sannsynligvis ville gått upåaktet hen under tradisjonell kommersiell trykktesting som varer 90 til 120 s på mindre enn 45 s.

Laboratorietestene indikerer at i marken skulle det være mulig rutinemessig å teste 15 til 20 skjøter pr. time når foringsrør settes, og muligens mer med et godt riggmannskap.

Forskjellige modifikasjoner på de beskrevne utførelser kan tenkes. For eksempel kan væske benyttes som testfluid. I dette tilfelle oppdages lekkasje ved å regi-strere et trykkfall ved manometrene. Om ønskelig kan induksjonsoppvarmingsinnretningen 114 eller dampkammeret 214 omfatte to deler som er hengslet sammen og som kan monteres omkring en skjøt.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for testing av gjengeskjøter og gjengede deler, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene smøring av én eller begge de gjengede deler med et smøremiddel, opprettelse av en skjøt, påføring av en trykkdifferanse mellom innsiden og utsiden på nevnte skjøt med henblikk på å oppdage gjennomstrømning gjennom nevnte skjøt, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte innbefatter trinnet påføring av varme på nevnte skjøt for å redusere viskositeten i nevnte smøremiddel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte varme påføres under testing.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte oppvarming gjøres ved elektrisk induksjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte oppvarming gjøres med damp.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at de allerede nevnte trinn blir gjentatt, slik at fremgangsmåten blir utført repeterende.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at gjennom-førelsen blir gjentatt med en hastighet på i det minste 5 tester pr. time.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at gjennom-førelsen blir gjentatt med en hastighet på i det minste 10 tester pr. time.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter trinnet påføring av vibrasjon på nevnte skjøt under nevnte test.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte vibrasjon oppnås ved bruk av ultralyd

10. Apparat til testing av en smurt gjengeskjøt, hvilket apparat omfatter middel (109; 209; 309) til påføring av et testfluid under trykk på én side av nevnte smørte gjengeskjøt (108; 208; 308) og middel (118; 119; 218, 218') til oppdagelse av gjennom-strømning gjennom nevnte smørte gjengeskjøt (108; 208;

308), karakterisert ved at nevnte apparat videre omfatter en oppvarmingsinnretning (114;

214; 314) innrettet til å anbringes direkte omkring nevnte smørte gjengeskjøt til oppvarming av nevnte smørte gjengeskjøt for å redusere viskositeten i smøremidlet i nevnte smørte gjengeskjøt.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte middel til testing av nevnte gjengeskjøt omfatter en induksjonsoppvarmingsinnretning (114; 314).

12. Apparat (309) ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at det er tilpasset til å påføre nevnte testfluid under trykk på utsiden av en skjøt.

13. Apparat (109; 209) ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at det er tilpasset til å påføre nevnte testfluid under trykk på innsiden av en skjøt.

14. Apparat ifølge krav 10, 11, 12 eller 13, karakterisert ved at nevnte middel til oppdagelse av gjennomstrømning via nevnte gjengeskjøt omfatter et manometer.

15. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 13, karakterisert ved at nevnte middel til oppdagelse av gjennomstrømning via nevnte gjengeskjøt omfatter en gassdetektor.