NO330711B1 - Fremgangsmate for a tilveiebringe en nedihullstetning, samt ror til bruk ved utovelse av fremgangsmaten - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE FOR Å TILVEIEBRINGE EN NEDIHULLSTETNING SAMT RØR TIL BRUK VED UTØVELSE AV FREMGANGSMÅTEN

Denne oppfinnelse vedrører tetting nede i borehull, og et apparat og en fremgangsmåte til bruk ved utforming av et arrangement for å tillate dannelse av en brønntetning. Særlig, men ikke utelukkende, vedrører oppfinnelsen tilveiebringelse av en tetning eller pakning mellom konsentriske rør i borehull, slik som bonngsf6rende fonngsrør og produksjonsfonngsrør.

I lete- og produksjonsindustrien for olje og gass, blir det boret boringer for å få tilgang til hydrokarbonførende bergformasjoner. De borede borehull fores med stålrør, kjent som fonngsrør, som sementeres fast i boringen. Olje og gass føres fra den hydrokar-bonførende eller -produserende formasjon til overflaten gjennom produksjonsrør av mindre diameter som er ført ned i det fullstendig forede borehull. I typisk produk-sjonsrør inngår et antall ventiler og andre innretninger som tas i bruk for eksempel for å tillate testing av rørets trykktetthet når dette er endelig tiltrukket, og å kontrollere strømmen av fluid gjennom røret. For å hindre fluid fra å passere opp gjennom rmgrommet mellom fonngsrørets innervegg og produksjonsrørets yttervegg, kan videre i det minste én tetning, kjent som en pakning, tilveiebringes mellom røret og fonngsrøret. Røret vil normalt være aksialt bevegelig i forhold til pakningen for å gi rom for utvidelse i røret på grunn av oppvarming og lignende. Pakningen kan føres inn atskilt fra røret, eller i noen tilfeller føres inn sammen med røret. I alle tilfeller føres pakningen mn i borehullet i en inntrukket eller ikke-aktivisert stilling, og blir på et egnet sted aktivisert eller "satt" for å fiksere pakningen på plass og for å danne en tetning med røret. En typisk pakning vil innbefatte holdekiler som griper foringsrørveg-gen, og et elastomerisk tetnmgselement som kan deformeres radialt for å tilveiebringe en tettende kontakt med fonngsrørveggen, og som aktiviserer holdekilene. Følgelig har en tradisjonell pakning en betydelig tykkelse, hvorved den reduserer det boreareal som er tilgjengelig for å romme produksjonsrøret. For å gi rom for produksjonsrør med en forhåndsbestemt diameter, er det således nødvendig å tilveiebringe fonngsrør med relativt stor diameter og derfor et relativt stort borehull, med tilhørende økning i kostnader og boretid. Videre begrenser nærværet av et elastomerisk element i tradisjonelle pakninger deres anvendelighet i anvendelsesområder med høy temperatur.

US 3776307 beskriver et apparat for å installere en pakning i en brønn med fonngsrør som er ekspanderbart ved hjelp av et komplekst setteapparat. Setteapparatet innbefatter en svenke og tilbakeholdmgsmidler.

US 2627891 beskriver et rørekspansjonsverktøy til bruk ved reparasjon av rør som har kollapset. Rørekspansjonsverktøyet ifølge US2627891 er forsynt med radielt bevegelige ruller.

Det er blant formålene med utførelser av den herværende oppfinnelsen å tilveiebringe et middel for å tette produksjonsrør i forhold til fonngsrør, hvilket forebygger behovet for å tilveiebringe en tradisjonell pakning, ved at det tilveiebringes et relativt kompakt eller "slanklinjet" tetningsarrangement som ikke krever tilveiebringelse av holdekiler og elastomere elementer for å låse arrangementet i fonngsrøret.

Ifølge ett aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å tilveiebringe en nedihullstetning i et borehull som har et foret parti, hvor fremgangsmåten omfatter: å føre et første rør mn i et borehull, hvilket første rør har et glatt bonngsparti; og å henge av det første rør på et valgt dyp inne i borehullet, idet et parti av det første rør befinner seg i et overlappende forhold til det forede parti av borehullet, hvor det første rør har et ekspanderbart parti som har tynnere vegg enn det glatte bonngsparti; at det ekspanderbare parti befinner seg i overlappende forhold til det forede parti av borehullet; og å ekspandere det ekspanderbare parti av det førs-te rør ut i fnksjonsinngrep med det forede parti av borehullet. Oppfinnelsen tillater således utforming av en tetning mellom indre og ytre rør uten at den krever tilveiebringelse av en tradisjonell pakning eller lignende på utsiden av det indre rør.

Ifølge et andre aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et rør til bruk i et borehull, hvilket rør omfatter: et glatt bonngsparti med en deri utformet glatt setebonng, og et ekspanderbart parti som kan ekspanderes av en radial, utadrettet kraft påført fra dets innside, idet det ekspanderbare parti har tynnere vegg enn det glatte bonngsparti.

Ytterligere aspekter og foretrukne trekk fremgår av krav 2 og de deretter følgende krav.

Disse og andre aspekter ved den herværende oppfinnelse vil nå bli beskrevet som eksempel under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 til 5 er skjematiske snittnss av apparat til bruk ved utforming av et brønnar-rangement som skal tillate tetting mellom indre rør og ytre rør ved bruk av et mellomliggende røravsnitt, og viser trinn i utformingen av brønnar-rangementet i overensstemmelse med en foretrukket utførelse av den herværende oppfinnelse; Fig. 6 er et forstørret perspektivisk oppriss av apparatet på fig. 1; Fig. 7 er et eksplodert oppriss svarende til fig. 6;

Fig. 8 er et snittriss av apparatet på fig. 6; og

Fig. 9 og 10 er skjematiske snittnss av apparat til bruk ved utforming av et brønntet-tingsarrangement i overensstemmelse med ytterligere utførelser av den herværende oppfinnelse.

Det vises først til fig. 1 på tegningene, hvilken illustrerer et apparat i form av en ekspanderingsinnretning 10 til bruk ved utforming av brønnarrangement 12 (fig. 5) som skal tillate tilveiebringelse av en tetning mellom indre rør, i form av produksjonsrør 11 (fig. 5), og ytre rør, i form av borehullsforende foringsrør 16, ved bruk av et mellomliggende røravsnitt 18. På fig. 1 er innretningen 10 illustrert plassert inne i røravsnittet 18 og er ment å føres ned i et ffinngsrørforet borehull, med avsnittet 18 på en egnet kjørestreng 20. En kjørespindel 22 strekker seg fra den nedre ende av innretningen 10 og strekker seg fra den nedre ende av røravsnittet 18.

Innretningens 10 generelle utforming og virkemåte samt "settingen" av røravsnittet18 vil bli beskrevet innledningsvis under henvisning til fig. 1 til 5 på tegningene etter-fulgt av en mer detaljert beskrivelse av innretningen 10.

Innretningen 10 omfatter et langstrakt legeme 24, i det etterfølgende også benevnt innretmngslegeme 24 eller kun legeme 24, som bærer tre radialt bevegelige ruller 26. Rullene 26 kan presses utover ved at legemets indre påføres fluidtrykk via kjøre-strengen 20. Hver rulle 26 avgrenser en omkretsnbbe 28 som, slik det vil bh beskrevet, tilveiebringer et høytrykkskontaktareal. Innretningen 10 kan roteres i borehullet, idet den drives enten fra overflaten via strengen 20 eller med en egnet brønnmotor.

Røravsnittet 18 omfatter et øvre relativt tynnvegget hengertetningsparti 30 og et på dette påsveist mer tykkvegget parti 32 som avgrenser en glatt boring 34. Så snart røravsnittet 18 er blitt satt i foringsrøret 16, tillater den glatte boring 34 et egnet av snitt av produksjonsrøret 11, hvilket typisk bærer tetningsbånd, å plasseres inne i boringen 34 og danne en fluidtett tetning med denne.

Tetnmgspartiet 30 bærer tre tetnmgsringer eller bånd 36 av formbart materiale plassert med innbyrdes aksial avstand. Videre er tetningspartiet 30 mellom båndene 36 forsynt med gnpebånd 37 i form av karbidkorn 38 som holdes i en egnet matnks.

For å sette røravsnittet 18 i foringsrøret 16, kjøres innretningen 10 og røravsnittet 18 mn i det fonngsrørforede borehull og plasseres i et forhåndsvalgt parti av foringsrøret 16, som vist på fig. 1. På dette punkt kan røravsnittet 18 være koplet til innretningen 10, kjørespmdelen 22 eller kjørestrengen 20, ved en egnet fngjørbar forbindelse, slik som en skjærenng. Røravsnittets 18 utvendige diameter og fonngsrørets 16 innvendige diameter hvor avsnittet 18 skal plasseres, passer tett inntil hverandre for å tilveiebringe begrenset klaring dem imellom.

Fluidtrykk blir deretter påført det indre av innretningslegemet 24, hvilket påvirker de tre ruller 26 til å strekkes radialt utover og mn i kontakt med den indre flate av det tilstøtende område av tetningspartiet 30. Rullene 26 deformerer veggen i tetningspartiet 30 (til en generelt trekantet form), slik at den ytre flate av røravsnittet 18 kom-mer i kontakt med den indre flate av foringsrøret 16 på tre areal motsvarende stedene for rullene. Videre kan trykkreftene skapt av rullene 26 være tilstrekkelig til å deformere foringsrøret 16, hvorved det opprettes motsvarende profiler for å gi rom for den radiale utvidelse av det mellomliggende røravsnitt 18. Karbidkornene 38 båret av tet-ningsavsnittet 30 presses mn i det mykere materiale i de motstående rørflater, hvorved flatene kiles til hverandre.

Denne innledningsvise deformenng av det mellomliggende røravsnitt 18 er tilstrekkelig til å fastholde røravsnittet 18 mot rotasjon i forhold til foringsrøret 16.

Innretningen 10 roteres deretter i forhold til røravsnittet 18 med rullene 26 i rullende kontakt med tetningspartiets 30 indre flate for å opprette en ringformet utvidelse 40a i tetningspartiet 30 og en motsvarende profil 42a i foringsrøret 16, som vist på fig. 2. Deformenngen av tetningspartiet 30 skjer ved rullende ekspandering, dvs. at rullene 26 roteres inne i tetningspartiet 30 med ribbene 28 i rullende kontakt med en innven-dig flate av partiet 30, idet tetningspartiet 30 holdes tilbake av det relativt uelastiske foringsrør 16. Slik rullende ekspandering bevirker plastisk trykkdeformering av partiet 30 samt en stedfestet reduksjon i veggtykkelse, hvilken resulterer i en påfølgende diameterøkmng. I den illustrerte utførelse deformerer denne diameterøknmg i tet ningspartiet 30 også det tilstøtende foringsrør 16 for å danne profilen 42a ved sam-mentrykking.

Innretningen 10 er innledningsvis plassert i det mellomliggende røravsnitt 18, slik at rulleribbene 28 er plassert i tilstøtmg til ett av gripebåndene 37, slik at ved utstrek-kmg av rullene 26 og rotering av innretningen 10 svarer området med størst deformenng ved utvidelsen 40a til stedet for gripebåndet. Etter opprettelsen av den første utvidelse 40a avlastes fluidtrykket som står i forbindelse med anordningen 10, hvilket tillater rullene 26 å trekke seg tilbake. Innretningen 10 flyttes deretter aksialt over en forhåndsbestemt avstand i forhold til røravsnittet 18 før den aktiviseres og roteres én gang til for å opprette en andre utvidelse 40b og fonngsrørprofil 42b, som vist på fig. 3. Om ønskelig kan denne prosess gjentas for å opprette påfølgende utvidelser. De-formeringen ved de to røravsnittsutvidelser 40a, 40b fortsetter mn i tetnmgsbåndene 36, slik at båndene 36 bringes til tettende kontakt med ffiringsrørets indre flate, mellom områdene med størst deformenng i røravsnittet 18, og flyter eller deformeres idet båndene 36 og foringsrørflaten "klemmes" sammen; dette oppretter fluidtette tet-nmgsområder i det minste mellom røravsnittet 18 og foringsrøret 16.

Etter opprettelse av den andre utvidelse 40b, hentes innretningen 10 ut fra boringen, som illustrert på fig. 4, idet den etterlater det deformerte røravsnitt 18 fiksert i foringsrøret 16.

Produksjonsrøret 11 blir deretter kjørt mn i borehullet, som vist på fig. 5, idet et nedre avsnitt av røret er av tilsvarende dimensjoner som den glatte boring 34 i røravsnittet 18 og er forsynt med egnede tetningsbånd for å tilveiebringe en tetning mellom pro-duksjonsrøret og det mellomliggende røravsnitt 18.

Det "satte" mellomliggende røravsnitt 18 kan således sees faktisk å virke som en permanent pakning, selv om utformingen og "sette"-prosedyren for røravsnittet 18 er ganske annerledes enn ved en tradisjonell pakning.

Det er innlysende at det satte røravsnitt 18 bare kan fjernes ved fresing eller lignende, men fraværet av store deler av relativt harde materialer, slik det blir benyttet ved utforming av holdekiler på tradisjonelle pakninger, gjør fjerning av røravsnittet 18 lette-re.

Det vises nå til fig. 6, 7 og 8 på tegningene, hvilke illustrerer innretningen 10 mer inngående. Innretmngslegemet 24 er langstrakt og generelt sylindrisk, og tilveiebringer, som bemerket ovenfor, feste for de tre ruller 26. Rullene 26 innbefatter midtpartier som hver avgrenser en ribbe 28, og smalner av fra midtpartiet til de sirkulære lager- seksjoner 50 som er plassert i radialtforløpende spalter 52 avgrenset i legems-utvidelser 54 tilveiebrakt ovenfor og nedenfor de respektive rulleinneholdende åpning-er 56 i legemet 24.

Rullenes 26 radiale bevegelse styres av koniske rullestøtter 58, 59 plassert inne i legemet 24, hvor støttene 58, 59 kan beveges mot og bort fra hverandre for å bevege rullene radialt utover og innover. Rullestøttene 58, 59 er av hk konstruksjon, og derfor vil bare én støtte 58 bh beskrevet i detalj som eksempel på begge, med spesiell henvisning til fig. 7 på tegningene. Støtten 58 oppviser en ladekonus 60 som har en ko-nisk overflate 62 som motsvarer den respektive koniske flate på rullen 26. Konusen 60 er montert på et firepunkts aksialkraftlager 64 som rommes i et lagerhus 66. Et stem-pel 68 er koplet til den andre ende av lagerhuset 66 og har en avtrappet profil for å oppta en V-tetning 70. Stemplet 68 er plassert i den øvre ende av legemet 24, nedenfor en forbindelse mellom legemet 24 og et overgangsstykke 72.

Følgelig frembringer økning av fluidtrykket i kjørestrengen 20 en økende trykkraft på stemplet 68 som er tilbøyelig til å skyve ladekonusen 60 i retningen A mot og under rullen 26. Likeledes fører en fluidlednmg fra den øvre ende av legemet 24 til området på den andre side av den andre rullestøtte 59, slik at en økning i fluidtrykk er tilbøye-lig til å tvinge den andre ladekonus 61 i motsatt retning. Følgelig tvinger dette rullene 26 radialt utover og inn i kontakt med den indre flate av det mellomliggende røravsnitt 18.

Dette arrangement tillater dannelse av meget høye trykkrefter og tillater, kombinert

med den rullende kontakt mellom rullenbbene 28 og det mellomliggende røravsnitt 18 samt den resulterende deformeringsmekanisme, deformenng av relativt tunge materialer, hvor det i dette tilfellet tilveiebringer deformenng av både røravsnittet 18 og det omliggende foringsrør 16. Videre er deformeringens natur slik at den deformerte vegg i det mellomliggende røravsnitt 18 oppviser en indre metalltykkelse som trykkes sammen, og en ytre metalltykkelse som strekkes. Dette skaper en stiv og stabil struk-tur.

Det vises nå til fig. 9 og 10 på tegningene, hvilke illustrerer en alternativ ekspande-ringsinnretnmg 110 til bruk ved utforming av brønnarrangementer 112, 113 for å tillate tilveiebringelse av en tetning mellom indre rør, i form av produksjonsrør (ikke vist) og ytre rør, i form av borehullsforende foringsrør 116, ved benyttelse av et mellomliggende røravsnitt 118. Formen på røravsnittet 118 er i det vesentlige den samme som for avsnittet 18 beskrevet ovenfor og vil for korthets skyld ikke bh beskrevet detaljert igjen. Disse utførelser av den herværende oppfinnelse benytter imidlertid en annerledes form for ekspandenngsinnretning 110, som beskrevet nedenfor.

Innretningen 110 omfatter et langstrakt, hult legeme 124, som bærer tre radialt bevegelige ruller 126. Rullene 126 kan tvinges utover ved påføring av fluidtrykk via kjø-restrengen 120 til legemets innvendige rom. Innretningen 110 kan roteres i borehullet idet den drives enten fra overflaten via strengen 120, eller med en egnet brønnmotor. Rullene 126 er montert roterbart på stempler med relativt store areal, slik at ved på-føring av forøket fluidtrykk i legemets indre, presses rullene 126 radialt utover og inn i kontakt med røravsnittet 118.

Deformenngen av avsnittet 118a, som illustrert på fig. 9, utføres på i det vesentlige samme måte som deformenngen av avsnittet 18 beskrevet ovenfor, dvs. ved deformenng eller krymping av røravsnittet 118 på to steder 140a, 140b. Deformenngen av avsnittet 118b som illustrert på fig. 10, oppnås imidlertid ved deformenng eller krymping av avsnittet 118 langs et utvidet, aksialt parti 140c. Dette kan oppnås trinnvis, eller alternativt ved å plassere innretningen 110 i den øvre ende av avsnittet 118, ak-tivere innretningen 110 og deretter rotere innretningen 110 og samtidig påføre vekt på innretningen 110 for å bevege innretningen 110 nedover gjennom avsnittet 118.

Det vil være klart for fagfolk på området at de ovenfor beskrevne utførelser av oppfinnelsen tilveiebringer et enkelt, men effektivt middel for å tillate ringrommet mellom produksjonsrør og foringsrør å bli tettet ved bruk av en metallisk tetning hvor det mellomliggende rørparti virker som en "slanklinjet" erstatning for en tradisjonell pakning uten behov for å tilveiebringe holdekiler og elastomenske tetninger.

Det vil også være innlysende for fagfolk på området at de ovenfor beskrevne utførel-ser bare er eksempler på den herværende oppfinnelse, og at ulike modifiseringer og

forbedringer kan gjøres på den uten at man går ut over rammen av oppfinnelsen. For eksempel oppviser den ovenfor beskrevne utførelse et arrangement hvor foringsrøret utsettes for plastisk deformenng. I andre utførelser kan foringsrøret bare utsettes for kun mindre, om noen i det hele tatt, elastisk deformering som er tilstrekkelig til å danne en sikker kopling mellom det mellomliggende røravsnitt og foringsrøret; hvor foringsrør av tungt format er sementert fast i et borehull, er det kanskje ikke ønskelig eller endog mulig å deformere foringsrøret i noen vesentlig utstrekning. Ifølge andre aspekter ved oppfinnelsen kan det tilveiebringes et mellomliggende røravsnitt med andre formål enn å skape en tetning mellom indre og ytre rør; røravsnittet kan tilveiebringe et tettet feste for en ventil eller en annen anordning i det ytre rør.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for å tilveiebringe en nedihullstetning i et borehull som har et foret parti (16), hvor fremgangsmåten omfatter: å føre et første rør (18) inn i et borehull, hvilket første rør har et glatt bonngsparti (32); og å henge av det førs-te rør på et valgt dyp inne i borehullet, idet et parti av det første rør befinner seg i et overlappende forhold til det forede parti av borehullet;karakterisert vedat det første rør har et ekspanderbart parti (30) som har tynnere vegg enn det glatte bonngsparti (32); at det ekspanderbare parti (30) befinner seg i overlappende forhold til det forede parti av borehullet; og at fremgangsmåten videre omfatter å ekspandere det ekspanderbare parti (30) av det første rør (18) ut i fnksjonsinngrep med det forede parti av borehullet.

2. Fremgangsmåte som angitt krav 1,karakterisert vedat det ekspanderbare parti (30) av det første rør (18) er plassert ovenfor det glatte bonngsparti (32).

3. Fremgangsmåte som angitt krav 1 eller 2,karakterisertved at en ytre flate av det ekspanderbare parti (30) av det første rør (18) omfatter i det minste ett tetningselement (36) for å tilveiebringe en tetning mellom den ytre flate av nevnte første rør (18) og det forede parti av borehullet når nevnte første rør blir ekspandert til fnksjonsinngrep med det forede parti av borehullet.

4. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den videre omfatter: å føre et andre rør (11) mn i borehullet; og å bringe et nedre parti av det andre rør (11) i inngrep med en glatt setebonng (34) i det første rør (18), idet det nedre parti av det andre rør er konfigurert til å legge seg tettende an i det første rørs glatte boringsparti (32).

5. Fremgangsmåte som angitt krav 4,karakterisert vedat det andre rør (11) omfatter et produksjonsrør og derved danner en fluidbane til overflaten av borehullet.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det ekspanderbare parti (30) av det første rør (18) blir ekspandert med en ekspandenngsinnretning (10), på hvilken det er plassert i det minste ett element (26) som kan beveges utover.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat ekspandenngsinnretningen (10) blir ført mn i borehullet med det første rør (18).

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7,karakterisert vedat det første rør (18) er forbundet med ekspandenngsinnretningen (10) ved bruk av en løsbar forbindelse.

9. Fremgangsmåte som angitt hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat en ytre flate av nevnte første rørs (18) ekspanderbare parti (30) omfatter i det minste ett gripeelement (37) som skal bidra til inngrepet mellom nevnte første rør og det forede parti (16) av borehullet.

10. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat det forede parti av borehullet omfatter et borings-forende foringsrør (16).

11. Rør (18) til bruk i et borehull, hvilket rør (18) omfatter: et glatt bonngsparti (32) med en den utformet glatt setebonng (34), og erkarakterisert vedet ekspanderbart parti (30) som kan ekspanderes av en radial, utadrettet kraft påført fra dets innside, idet det ekspanderbare parti har tynnere vegg enn det glatte bonngsparti.

12. Rør som angitt i krav 11,karakterisert vedat det ekspanderbare parti (30) er konfigurert til på tettende måte å la seg ekspandere mot det forede parti (16) av et borehull av nevnte radiale, utadrettede kraft.

13. Rør som angitt i krav 11 eller 12,karakterisert vedat det glatte boringsparti (32) er konfigurert til på avtettende vis å ta imot et andre rør (11).

14. Rør som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 13,karakterisert vedat det glatte boringsparti (32) er plassert nedenfor det ekspanderbare parti (30).

15. Rør som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 14,karakterisert vedat det videre omfatter i det minste ett tetnmgselement (36) plassert langs omkretsen rundt det ekspanderbare partis (32) ytre flate.

16. Rør som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 15,karakterisert vedat det videre omfatter i det minste ett gripeelement (37) plassert på den ytre flate av det ekspanderbare parti (30).

17. Rør som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 16,karakterisert vedat den glatte setebonng (34) er en integrert del av røret.

18. Apparat for tilveiebringelse av en nedihullstetning,karakterisertved at det omfatter et rør (18) som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 17, og en ekspanderingsinnretning (10) som har i det minste ett på denne anbrakt element (26) som kan beveges utover, til ekspandering av det ekspanderbare parti (30).

19. Apparat som angitt i krav 18,karakterisert vedat ekspandenngsinnretningen (10) er forbundet med røret (18) med en løsbar forbindelse, slik at den kan føres inn i borehullet med røret.