NO321976B1 - Anordning ved en plugg for trykktesting av borehull - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved en plugg innrettet for trykktesting av borehull i en formasjon, hvilken plugg omfatter et antall lag- eller sjiktformete ringskiver, det ene oppå det andre, og er montert i et pluggopptakende sete i et kammer i et rør, og pluggen er innrettet til å avtette passasjen gjennom røret ved samvirkning med tetningsorganer og fjernes ved knusing, slik det fremgår av innledningen i det etterfølgende krav 1. Slike plugger brukes i dag i brønner, så som olje og gassbrenner, og i vannbrønner.

Oet er kjent å benytte plugger av et knusbart materiale, så som et keramisk materiale eller av glass. Det er også kjent å benytte komposittplugger som holder trykk bare ene veien, bl.a. er dette kjent brukt i USA.

Pluggkonstruksjoner av den ovennevnte art er kjent fra US patentskrift 5.607.017 og fra US-2003/0168214.

Det er velkjent at produksjonsbrønner innenfor oljeindustrien må testes før de tas i bruk. En av disse testene går ut på å kontrollere at brønnens komponenter tåler det trykk som den skal drives ved under olje/gass-produksjonen. For å gjøre slike tester plasseres det nede i brønnen en plugg for å stenge av passasjen. Når det påføres et trykk fra overflaten ved hjelp av et egnet fluid, kan man over et tidsrom kontrollere at brønnen er tilstrekkelig tett mot lekkasjer.

Tidligere brukte man plugger som man trakk opp etter bruk. Senere har man tatt i bruk plugger som enten åpnes, knuses eller løses opp etter bruk. Derved slipper man å trekke dem opp etter testen.

En TOP-plugg (TDP betyr "tubing disappering plug") plugg brukes også for å sikre brønnen mot blow-out situasjoner, samt for å kunne montere trykkaktivert utstyr på en trygg måte. Hvis ikke risikerer man at fluider vil lekke ut av brønnen. I praksis monteres pluggen i form av en TDP-plugg inne i nedre del av tubingen/produksjonsrøret. Deretter skrus rørene sammen og nedføres i brønnen helt til den endelig dybden er nådd.

Innledningsvis plasseres testpluggen i et eget tilpasset sete i tubingen/røret, og det benyttes det pakningssystemer for å oppnå tilstrekkelig tetning mot den omliggende rørinnervegg. Tetningene plasseres i en tilpasset utsparing i den indre rørveggen og tetter mot den radielt innenfor beliggende plugg som ligger i sitt sete.

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe en glassplugg som kan kjøres som en egen enhet, dvs. uten å være fastmontert i røret (tubingen). Dette er plugger som senkes ned i brønnen med Wireline eller Coiled tubing. En slik plugg er hul, dvs. at den har en gjennomgående boring og gjerne er utstyrt med utvendig pakning, fester mot innerveggen i brønnen, såkalte slips, og med en glassplugg montert på undersiden. Hele enheten, "Bridge-pluggen", vil da senkes ned til ønsket dyp, ekspanderes for feste og tetning, og holder tett for testing eller for å stanse evt. vannproduksjon.

Også her vil kunden kunne fjerne glasset med eksplosiver eller slag og slik unngå å måtte trekke pluggen igjen. Det er et kjent problem at plugger kan være vanskelige å trekke, spesielt om de har stått i brønnen i lengre tid.

Det er viktig moment ved denne type bruk at glasspluggen tåler raske temperaturendringer. Ved bruk av wireline, så kan nedsenkningen til fullt dyp og påfølg-ende høy temperatur skje raskt. Den nye glasspluggen som er lagdelt er langt bedre mht. rask oppvarming enn tidligere kjent teknikk, så som norsk patent-søknad NO-20001801 tilhørende søker. Her er glasset i ett stykke og kan ofte skades av rask oppvarming pga indre spenninger. Det kan også benyttes plugger av keramisk materiale.

Generelt er glass som materiale i en plugg svært passende for oljeindustrien. Det er nærmest inert mot alle typer kjemikalier og ufarlig for personell som skal håndtere pluggen. Dessuten beholder glasset sin styrke ved høye temperaturer, og det kan stå i en oljebrønn i svært lang tid uten å ta skade eller brytes ned. Det er også kjent at plugger av keramikk/glass omfatter en sprengladning som, når testene er avsluttet, detoneres slik at pluggen knuses og passasjen åpner for fri gjennomstrømning. Fordelen med en slik knusning er at det keramiske materialet eller glasset knuses til små partikler som enkelt spyles ut av brønnen uten å etterlate noen rester som kan være skadelige. Normalt har slike spreng-ladninger vært inkorporert i selve pluggen, ved at det fra oversiden har vært utboret et eller flere utsparinger/huller for plassering av sprengladningen. Dette medfører imidlertid en svekkelse av pluggstrukturen, idet det lett kan oppstå riss og sprekkdannelser i glasset når den utsettes for høye trykk eller trykkvaria-sjoner under de forberedende testene.

Samtidig er det et ønske fra industrien om å kunne benytte stadig høyere arbeidstrykk i produksjonsbrønner. Tester har vist at tidligere versjoner av slike plugger ikke har tilstrekkelig styrke og sikkerhet med hensyn til antall lastvekslinger, endring av lastens retning og temperatursvingninger.

Kundene etterspør også plugger for stadig økende arbeidstrykk. Utviklingen av brønnteknologien tilsier at det i dag må frembringes pluggkonstruksjoner som kan tåle trykk på opptil 1000 bar, slik at de kan anvendes i moderne høytrykksb rønner.

Man har funnet at utformingen av det knusbare materialet og sammensetning av selve pluggen har avgjørende betydning for hvilket trykk pluggen tåler.

Fra tidligere er det også kjent løsninger hvor hele eller deler av pluggen er fremstilt av gummi, og hvor en seksjon omfatter et kjemikalium som løser opp gum-mipluggen når testen er ferdig og en ønsker å fjerne pluggen. Under operasjoner fra flytende rigger vil imidlertid denne metode være altfor usikker og langsom, sett i lys av de høye driftskostnadene for en slik plattform. For her må man vite det nøyaktige tidspunktet når pluggen er fjernet og passasjen åpner. Boreriggen kan ikke forlate brønnen før pluggen er åpnet, og det kan ta dager med ovennevnte løsning.

Det er på markedet i dag også ventiler og andre systemer som utfører samme funksjon som knusbare plugger, f.eks. med flappere som åpnes, men disse har sine klare ulemper: De er kompliserte rent teknisk, med mange bevegelige deler og gir mange muligheter for feil. De kan lett tilstoppes av silt/partikler som kommer inn i mekanismene. De er kostbare og blir derfor utelatt eller valgt vekk i mange sammenhenger.

På bakgrunn av det ovenstående er det et formål med oppfinnelsen å frembringe en ny pluggkonstruksjon som overvinner de ovennevnte ulemper, dvs. en konstruksjon som kan tåle høyere trykk under testprosedyrene, raske temperatursvingninger og mange og varierte lastvekslinger.

Det er også et formål med oppfinnelsen å frembringe en pluggkonstruksjon som kan tilfredsstille de ovennevnte krav tii plugger.

Pluggkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det mellom de ulike lagene i pluggen er innlagt en mellomleggsfilm eller et ark av et annet materiale enn glass, for å oppnå ønsket styrke og seighet.

Ifølge en foretrukket utførelse omfatter mellomlegget en film av plast, filt, eller papir. Ifølge en annen foretrukket utførelse er glasskivene sammenføyd ved laminering med et heftemiddel så som et lim.

De foretrukne utførelsene av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patent-krav 2-22.

Med foreliggende oppfinnelsen er det frembrakt en plugg som gir følgende for-deler: Det er oppnådd en sterkere plugg bestående av en rekke sjikt med glass i en lagdeling. Konstruksjonen er slik at glasset tåler flere lastvekslinger og vari-erende lastvekslinger. Dvs. veksling mellom trykk fra oversiden eller fra undersiden.

Glasset er delt opp i funksjoner av skiver/disker slik at én type disk sørger for den hydrauliske tetningen mot væske eller gass under trykk som pluggen måtte utsettes for, mens en annen type skive/disk tar opp lasten som trykket gir mot glassets areal.

En rekke tester viser tydelig at denne arbeidsdelingen belaster glasset langt mindre enn om en disk både skulle utøve tetningen og samtidig håndtere

lasten.

Også under spesielle operasjoner, som ved perforering med eksplosiver like over glasspluggen, er det viktig å bruke flere lag med glass, nettopp for å tåle de store trykkslag som denne type arbeid gir i brønnen.

Lagdelingen av pluggen i skiver/disker og evt. lamineringen mellom hver skive/- disk gir en mye høyere toleranse mot brudd ved raske temperaturendringer. Dette var et stort problem med tidligere kjent teknikk.

Lagdelingen og modul-oppbyggingen gjør at man nå kan produsere en plugg som er tilpasset til de miljø-forhold (trykk, temperatur etc.) man forventer i brøn-nen hvor pluggen skal anvendes, selvsagt med en innlagt sikkerhetsmargin. Man kan således spesialtilpasse og bygge pluggen alt etter kundens trykk-krav. For eksempel så kan en 1000 bar plugg produseres med 6-8 sjikt av glass, mens en 300 bars plugg kan bestå av 2 til 4 sjikt.

At glasset herdes på en måte som gjør det godt knusbart, også med mekanisk knusing, samtidig som det beholder sin styrke. Herdingen skjer ved varmebehandling av glasset.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de etterfølgende figurer, hvori: Figur 1 viser en generell skisse over konstruksjonen av plugg ifølge oppfinnelsen, plassert i et tubing/produksjonsrør ifølge tidligere kjente løsninger. Figur 2 viser en alternativ løsning hvor det er utformet et utluftingshull gjennom den omgivende rørvegg. Figur 3 viser en variant av ovennevnte plugg, og omfattende en sprengladning i en separat glasseksjon.

Innledningsvis skal det henvises til figur 1 som viser en tubing eller produk-sjonsrør 10 av den tidligere kjente type, og hvori det er innmontert en plugg 12. Pluggen 12 er plassert i et en utvidet seksjon 14 av røret 10, hvilken seksjon 14 har litt større diameter enn resten av røret for å gi plass til pluggen og ikke be-grense strømningstverrsnittet når pluggen er fjernet. Pluggen 12 har hoved-sakelig en sylindrisk form, men undersiden 16 danner et ringformet skråformet skulderformig sete 18 i bunnen den utvidete seksjon i forhold til rørets 10 lengdeakse X. Også den øvre del av pluggen har en slik skråformet flate. På denne måte får pluggen mye større evne til å tåle høye trykk og trykkpulser. Pluggens 10 anleggsvinkel mot setet er ca 45°.

Den utvidete seksjon 14 er designet slik at den ikke hindrer senere arbeid og vedlikehold av brønnen. Dessuten må ikke pluggseksjonen ha en for stor diameter fordi det kan føre til at operatøren (oljeselskapet) må benytte casing/- foringsrør med tilsvarende større innvendig diameter. Siden foringsrørene kan ha lengder på 10 kilometer og over, vil en for tykk pluggseksjon kunne føre til store ekstrakostnader for operatøren.

Pluggens pakningskonstruksjon 23,25 i innerveggen danner tetning mellom glasskiven 32,34 som er beliggende like over og like under det pluggopptakende rørkammer 14.

Dette gir redusert last på selve glasspluggen 12, og pluggseksjonen kan gjøres smalere, og derved redusere diameterbehovet for foringsrør og produksjonsrør. Pluggen 12 er utformet som en sylinder og med et antall midtre glassdisker 13 med større diameter enn de tetningsdannende glassdiskene 32,34.

Den nye pluggkonstruksjon ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den er fremstilt som en lag- eller sjiktformet konstruksjon hvor det ene sjikt ligger oppå det andre sjiktet. Dette fremgår av figuren.

Sjiktene merket med Z er fremstilt som diskformete ringskiveelementer med en gitt tykkelse. På hver ende av pluggens 12 midtre sylindriske seksjon 13 er det innmontert de skråskårete skiver 15,17, også benevnt Y. I hver ende av pluggen er det påsatt endedisker 32 og 34, merket X, som sammen med de perifere O-ringene danner pluggens tetningen mot innerveggen av røret 10, dette for å forhindre lekkasjer.

Pluggen ifølge oppfinnelsen kan følgelig fremstilles med et ønsket antall sjikt. Ifølge en særlig foretrukket utførelse er det mellom de ulike lagene i pluggen anbrakt et sjikt av et annet materiale enn glass. Dette for å oppnå bedre beskyt-telse av glasset mht støt under håndtering, samt å kunne tåle høyere trykk.

Som eksempel kan det benyttes en plastfilm, filtfilm, papirfilm eller lignende.

Mellomlegget fungerer både for laminering, for styrke og eller som glidelager og som støtdemper. Alternativ kan glasskivene være sammenføyet ved laminering med et heftemiddel så som et lim.

Ved bruk av trykkherding så kan glasset gjøres sprøtt. Og med riktig anløping, så får glasset både styrke, seighet og gode knuseegenskaper.

For å oppnå tilfredsstillende tetning mellom hver glasskive og mellom glassets ytterflater og rørinnerveggene må glasset finslipes. Dette gir en god pasning mellom glass og metall, dvs. tilfredsstillende tetning mellom hver glasskive og mellom glassets ytterflater og rørinnerveggene av metall.

For bedre industriell produksjon, og enklere montering og best mulig funksjon er det utboret et balanseringshull fra pluggens sentrum og radialt ut gjennom tubingen eller den rørseksjon som pluggen er innsatt i. Hullet 36 er boret radialt inn i senter av i den utvidete seksjon 14. Når de to øvre hhv nedre glasskivene 13 under montasjen av pluggen på verkstedet, føres mot hverandre for å ligge inntil hverandre langs grenselinjen 38, vil luften, som følge av den trange pasning, kunne "luftes" ut gjennom hullet 36 i rørveggen 10.

Hullet gir sikker montasje av de indre plugg-delene mot hverandre. Uten dette hullet måtte hele pluggen monteres i vakuum, for å unngå stort overtrykk mellom glassdiskene det ville bli tungvint og dyrt, og pluggene ville ikke fungere optimalt. Dette hullet brukes også til å balansere trykket på glassflatene når pluggen er nede i brønnen.

Dette balanseringshull i housingen fungerer også til å redusere trykklasten på pluggen. Uten en slik balansering via hullet 36, kan en potensielt komme til å overskride pluggens trykk-rating eller tålegrense. Dette fordi trykket inne i glasspluggen, altså mellom diskene i utgangspunktet er atmosfærisk (1 Bar absolutt trykk). Men når pluggen er montert på dybder på 2-3 km, og brønnen i testfasen da er fylt med vann så vil det hydrostatiske trykket alene utgjøre 2-300 Bar. Så kommer testetrykket som typisk er 350 Bar på en standard brønn. I sum kan en da ha 300 + 350 Bar -650 Bar trykkforskjell inn til glassdiskene hvori det i utgangspunktet er atmosfæretrykk inni. Ved å bruke hullet 36 som en ventila-sjonsboring, eller enveisventil, som nevnt forrige avsnitt, så kan en balansere ut det hydrostatiske trykket og redusere differensialtrykket til testtrykket alene, dvs. et trykk på 350 Bar.

Glasset plasseres i en "krybbe" 37 av høyverdig, mykere materiale som for eksempel av et metall så som bronse for å sikre pluggen mot skader fra røff behandling i kraneløft og lignende før seksjonen monteres inn i rørlengden. Den samme krybben kan også brukes som en opplagring og mottak av kreftene som trykket utøver mot glassets areal. Denne kraften kan for eksempel være 150 tonn. Dette betyr at glasset hviler i krybben som så hviler mot det utenforlig-gende rørdel.

Glassene slipes og formes fortrinnsvis forskjellig avhengig av deres funksjon, der en type glass kan utgjør trykk-tetningen (17-18), mens en annen type håndterer lasten som utøves av væsketrykket.

Som det fremgår innledningsvis så kan glasspluggen fjernes ved hjelp av en medbrakt sprengladning 40 som festes til glasset, eller til innsiden av pluggens housing. På figur 1 er det vist en løsning hvor sprengladningene 40 er festet inne i en egen- separat glassdisk 42 som ligger oppå og tett inntil tetnings-endeskiven 32. Denne disken 42 kalles et feste for sprenglegemene. Dette vil fremme den fullstendige knusingen av glasspluggen, der også festet 42 knuses fullstendig.

Når det gjelder selve sprengningen av pluggen, så kan det skje ved fjernstyring fra overflaten ved bruk av kontrollert pumpetrykk fremkommet ved bruk av oljeplattformens pumper. Det kan også anvendes timere for å detonere og fjerne pluggen etter fastlagte tidsintervaller.

Fremstillingen av den rørseksjon som skal romme en slik plugg 12, gjøres på monteringsverkstedet på forhånd. Det betyr at pluggen kan settes sammen i moduler for å møte forskjellige behov avhengig av forholdene på bruksstedet. Det betyr også at plugglengden lettvint kan tilpasses ved å variere antallet glasskiver som legges i stabelen for dannelse av pluggen.

Figur 1 og 2 illustrerer to slike ulike konstruksjoner. Figur 1 viser en plugg med 4 Z-type glasskiver, mens figur 2 viser en plugg med kun en eneste glasskive atZ-typen. Figur 1 viser også den ekstra spreng glasskive 42, mens pluggen ifølge figuren 1 mangler denne type sprenglanding.

Når glasspluggen senerehen er sprengt bort og åpnet røret for fluidgjennom-strømning, blir denne kortere rørseksjon stående igjen i røret. Oa kan seksjonen senere utnyttes til å innmontere og sette mekaniske opererte plugger for å utføre annen testing eller sikring av brønnen. Det betyr at plugg-housingen utgjør og omfattere en såkalt "No-Go" skulder. Denne er vist ved henvisnings-tallet 46 på figur 2. Skulderen er utformet som en ringformig innover/endende fals eller "hylle" i røret. Den vil ikke i nevneverdig grad forstyrre strømningen i røret, eller ligge i veien for utstyr som senere skal nedsenkes forbi pluggseksjonen. Men skulderen 46 kan benyttes tii å fiksere mekaniske plugger som senere senkes ned.

Figur 3 viser en variant, i form av en sprengstoff-innfesting 40 i disken 42 og en såkalt No-Go 46 skulder for plassering av "dumme" slickline-plugger. Etter at glasset er fjernet så kan slike plugger kjøres ned mot No-Go og settes der uten avansert dybdekontroll, og tilpasset til å forankres eller hvile mot skulderen 40. Deretter kan brønnen sikres med denne pluggen for arbeid eller for testing.

Dessuten viser både figur 2 og 3 en løsning hvor det er en radialt utvidet midtre seksjon 15 av pluggenheten 13 (som dannes av de to øvre hhv nedre glasskivene 13, som hviler mot det skråformete setet 18 i rørveggen.

Claims (17)

1. Anordning ved en plugg (12) innrettet for trykktesting av borehull i en formasjon, hvilken plugg omfatter et antall lag- eller sjiktformete ringskiver, det ene oppå det andre, og er montert i et pluggopptakende sete i et kammer i et rør, og pluggen er innrettet til å avtette passasjen gjennom røret ved samvirkning med tetningsorganer og fjernes ved knusing, karakterisert ved at mellom de ulike lagene i pluggen er det innlagt en mellomleggsfilm eller et ark av et annet materiale enn glass, for å oppnå ønsket styrke og seighet.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at mellomleggsfilmen omfatter en plastfilm, filtfilm, papirfilm.

3. Anordning i samsvar med krav 1-2, karakterisert ved at glasskivene er sammenføyd ved laminering med et heftemiddel så som et lim.

4. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasskivene er herdet eller sprø, slik at man oppnår en enkel og effektiv mekanisk knusing av glasset

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasset er utformet med en slipoverflate for å oppnå tilfredsstillende tetning mellom hver glasskive og mellom glassets ytterflater og rørinnerveggene av metall.

6. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasspluggen er plassert i en ramme eller krybbe (37) av høyverdig, mykere materiale som for eksempel et metall så som bronse for å sikre pluggen mot skader fra røff behandling.

7. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at en type glass (32,34) utgjør trykktetningen, mens en annen type giass (16,15) håndterer trykklasten som følger av væsketrykket.

8. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasspluggen er innrettet til å kunne fjernes ved hjelp av en medbrakt sprengladning (40) som er festet til glasset, i, eller på innsiden av pluggens rørseksjon.

9. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasspluggens sprengladning er anordnet inne i en separat glassdisk (42) som ligger oppå og tett inntil tetnings-endeskiven (32).

10. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved et antall sjikt (X) er fremstilt som diskformete skiver, samt øvre og nedre skråskårete skiver (15.17.Y), samt at det i hver ende av pluggen påsatt endeseksjoner (32,34) som omfatter hver sitt tetningsorgan omfattende en O-ring (23,25) som danner pluggens tetningen mot innerveggen av røret (10) for å forhindre lekkasjer.

11. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kammeret (30) danner et tilsvarende skråstilt sete (18) for en motsvarende utformet sete-overside av pluggen hvis anleggsvinkel mot setet er ca 45°.

12. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at tetningsorganene (23,25) er anordnet i tilknytning til rørets (10) innervegg ovenfor (oppstrøms) og/eller nedenfor (nedstrøms) for kammeret (30), og er innrettet tii å danne tetning mot de respektive sylindriske forlengelser (32,34 av plugglegemet (10) ovenfor og/eller nedenfor kammeret.

13. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hvert tetningsorgan omfatter en tetning som for eksempel en o-ring (23,25) som er montert i ringformige forsenkninger i rørinnerveggen.

14. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den separate seksjon er inndelt i to delseksjoner (52,54) hver inne-holdende en sprengladning (56,58).

15. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at plugg-rørseksjonen omfatter en permanent beliggende "No-Go" skulder i form av en ringformig innovervendende fals eller "hylle" (40) i røret, for enkelt senere å kunne sette mekaniske plugger for å utføre testing eller sikring av brønnen.

16. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at glasset er herdet på en måte som gjør det godt knusbart, også med mekanisk knusing, samtidig som det beholder sin styrke, idet herdingen fortrinnsvis er ved varmebehandling av glasset.

17. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at rørseksjonen eller glassholderen er utformet med et utluftingshull (36) for å forenkle monteringen av glasskivene.

18. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert v ed at utboringen 36 utnyttes til trykkbalansering for å redusere trykklasten på pluggen.

19. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at utsparingen til glasset utføres slik at en lett kan kjøre utstyr gjennom etter at glasspluggen er fjernet slik at hjørner og utforming er utformet slik at verktøy ikke setter seg fast.

20. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at utsparingen 14 til glasset anvendes til å henge av plugger eller annet ustyr i denne etter at glasset er fjernet, f.eks. ved senere brønn-operasjoner.

22. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at utsparingen 14 for glasset og området rundt utformes slik at en kan henge av plugger eller annet ustyr i samme utsparing og etablere både feste og tetning i dette området ved senere brønnopera-sjoner.