NO334429B1

NO334429B1 - Oppblåsbart pakningselement

Info

Publication number: NO334429B1
Application number: NO20043365A
Authority: NO
Inventors: Paul J Wilson; Corey E Hoffmann
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2014-03-03
Also published as: WO2003062593A1; NO20043365L; CA2473522C; AU2003209251B2; US6779601B2; US20030131988A1; CA2473522A1

Abstract

Et oppblåsbart tetningselement for en broplugg. Tetningselementet har en forankringsdel og en teiningsdekseldel som hver er utvidet for å kunne engasjere og forsegle en omliggende foringsrørstreng eller et borehull. Forankringsdelen har en minimumslengde definert ved 2,63 x innerdiameteren av det omliggende røret eller andre borehullåpninger. Samtidig har forankringsdelen en maksimumslengde definert ved omtrent 49 % av lengden av den utvidede delen av tetningselementet som engasjerer det omliggende røret eller andre borebullåpninger.

Description

OPPBLÅSBART TETNINGSELEMENT

Oppfinnelsens bruksområde

Den gjeldende oppfinnelsen er generelt sett i form av brønnhullsverktøy for bruk i borehull. Mer spesielt er oppfinnelsen relatert til et brønnhullsverktøy for forsegling av et borehull, slik som et hydrokarbonborehull. Enda mer spesielt er oppfinnelsen sett i form av et oppblåsbart tetningselement for et brønnhullsverktøy for forsegling av et hydrokarbonborehull.

Beskrivelse av den gjeldende oppfinnelsen

I boringen av olje og gassbrønner er et borehull formet ved bruk av borkrone som er presset nedover ved en nedre del av en borestreng. Etter boring til en fastsatt dybde er borestrengen og kronen fjernet og borehullet er foret med en foringsrørstreng. Et ringformet område er således formet mellom foringsrørstrengen og formasjonen. En sementeringsoperasjon er deretter utført for å kunne fylle det ringformede området med sement. Kombinasjonen av sement og foringsrør styrker borehullet og letter isolasjonen av spesielle områder av formasjonen bak foringsrøret for produksjonen av hydrokarboner.

Etter en brønn har blitt boret og fullført er det ønskelig å forsyne en strømningskanal for hydrokarboner fra den omliggende formasjonen inn i det nydannede borehullet. For å oppnå dette er perforeringer skutt gjennom forlengingsrørstrengen ved en dybde som er sidestilt med den forventede dybden av hydrokarbonene. Alternativt kan et forlengingsrør som har forhåndsformede spalter kjøres inn i hullet som foring. Enda et alternative er at en nedre del av borehullet kan forbli uforet slik at formasjonen og væskene som er lagret deri forblir eksponert til borehullet.

Når et borehull er fullført, er borehullet åpnet for produksjon. I noen tilfeller er en streng med produksjonsrør kjørt inn i borehullet for å lette strømmen av hydrokarboner til overflaten. I dette tilfellet er det vanlig å utplassere en eller flere tetninger innen rørstrengen for å kunne forsegle den ringformede regionen definert mellom produksjonsrør et og den omliggende foringsrørstrengen. På denne måten blir en produksjonssone inne i borehullet isolert.

Forskjellige typer med tetninger kan brukes. En vanlig type tetning er en oppblåsbar tetning. Oppblåsbare tetninger bruker en avlang blære som er oppblåst ved bruk av en driftsvæske eller brønnvæsker. Oppblåsning kan oppnås enten ved injisering av væske inn i borehullet fra overflaten eller gjennom aktivering av en brønnhullspumpe. En oppblåsbar tetning som beskrevet i innledningen av krav 1 er vedlagt i GB-A-2 320 734. Oppblåsbare tetninger er vanligvis brukt for å forsegle det ringformede område rundt en streng med produksjonsrør for å kunne lede strømmen med produksjonsvæsker opp den indre diameteren av produksjonsrør et og til overflaten. Imidlertid kan oppblåsbare tetninger brukes til mange andre formål i løpet av livet av en brønn. For eksempel; en oppblåsbar brønntetning kan brukes for å forsegle ringrommet mellom en sylinderforingsstreng og en omliggende foringsrørstreng i løpet av brønnfullføring. De kan brukes til å støtte en sementsøyle over en tapt sirkulasjonssone. De kan også brukes fil å isolere produksjonssoner fra sementkontakt i løpet av trykkinjeksjon av sement.

En oppblåsbar tetning kan også brukes for å påvirke en fullstendig forsegling av en rørformet innerdiameter ved en fastsatt dybde i et borehull. I dette tilfellet er den oppblåsbare tetningen vanligvis kjent som en broplugg. I noen tilfeller kan en broplugg brukes for å plugge en brønn permanent etter produksjonsoperasjonene har stoppet. I andre tilfeller kan et borehull være midlertidig plugget slik at

formasjonsbehandlingsoperasjoner kan utføres. For eksempel; en broplugg kan innstilles ved en dybde under en produksjonssone innen foringsrøret. En

formasjonsbehandlingsoperasjon kan deretter utføres over bropluggen ved å injisere gel og sand, under trykk, inn i formasjonen. Andre bruksområder for tetninger er også kjent, inkludert dobbeltbruk som en forankring.

I denne redegjørelsen vil termen "broplugg" brukes for å henvise til og for å inkludere ethvert brønnhullsverktøy som inkluderer en utvidbar blære som en del av et forseglingselement, eller "tetningselement". Dette inkluderer innretninger som har en gjennomgående innerdiameter som vanligvis vil bli betraktet som "tetninger".

Blæren i en typisk oppblåsbar broplugg er omgitt av to individuelle utvidbare dekkdeler. Den første dekkdelen er en utvidbar forankring. Den andre dekkdelen er et utvidbart forseglingsdeksel. Sammen utgjør blæren og de to omliggende dekkdelene et "tetningselement".

Først tjener den utvidbare forankringsdelen av et tetningselement til å friksjonsmessig engasjere det omliggende flottørhuset eller, alt etter som, det rå borehullet. I prinsippet definerer forankringsdelen en serie med vertikalt overliggende forsterkningsbånd som er eksponert til det omliggende foringsrøret. Båndene er innstilt langs den lineære flaten av verktøyet for på den måten å essensielt kjøre lengden av tetningselementet. Samtidig er båndene plassert radialt rundt blæren på en stram overlappende måte. På grunn av dette er båndene noen ganger henvis til som "overlappede stålribber". Endene av metallbåndene er sveiset sammen og er sikret til endekrager. En endekrage definerer en skyvbar overgang som tillater den enden å trekkes opp idet forsterkningsbåndene utvides. Ved utvidelse aktiverer båndene det omliggende røret som tjener til å forankre bropluggen innen borehullet. Tilstrekkelig mengde med bånd er brukt slik at idet blæren utvider båndene, vil ikke båndene deles fullstendig, men holde blæren deri.

Som et alternativ til bruken av metallbånd, kan vevde eller flettede stålkabler brukes. I tilfelle av en flettet kabelforsterkning er et lukket rør av flettet materiale sikret ved motsatt ende til endekragene av tetningen, og utrustet med en komprimeringssammenstilling mellom et par med koniske spennoverflater for sikring av kablene. I noen tilfeller er endekoplingen av den flettede forsterkningen komplettert ved injisering av en epoksypolymer mellom åpningene av kabelen og de koniske spennoverflatene.

Som bemerket er den andre dekkdelen av den oppblåsbare bropluggen det utvidbare forseglingsdekselet. Forseglingsdekselet definerer et elastisk materiale som omgir en del av forsterkningsbåndene (eller annen forankringsdel). Idet blæren og båndene blir utvidet, utvides forseglingsdekselet og aktiverer det omliggende røret for å kunne effektuere et væskesegl. Således kombineres forankringsdelen og forseglingsdekseldelen av tetningselementet for å effektuere en innstilling og forseglingsfunksjon for bropluggen.

Oppblåsbare broplugger har visse fordeler over mekanisk innstilte broplugger/ tetninger. Primært er oppblåsbare broplugger fordelaktig i sammenheng med høyutvidelsesoperasjoner. Når det gjelder dette, er de fleste oppblåsbare broplugger kapable til å oppnå et høyere avspenningsforhold enn mekanisk innstilte broplugger og tetninger. De som er erfarne i bransjen vil forstå at avspenningsforholdet er definert ved forholdet av innerdiameteren av det omliggende røret til den originale ytre diameteren, m.a.o. den løpende diameteren av tetningselementet. Imidlertid gir høyutvidelsesinstallasjoner (typisk sett de som er større enn 2,25:1) designeren utfordringer med hensyn til å balansere forankringen og forseglingskapabilitetene av tetningselementet. Når det gjelder dette, oppstår ofte et kompromiss i designet av en broplugg mellom en høy forseglingskapabilitet og en høy forankringskapabilitet. Et høyere avspenningsforhold typisk sett tillater en større forankringskapasitet for båndene; i kontrast gir et lavere avspenningsforhold en svakere forankringskontakt mellom båndene og det omliggende røret.

I et forsøk på å oppnå både en sterk forankringsfunksjon og en sterk forseglingsfunksjon for en oppblåsbar broplugg har designere tilbydd forskjellige konfigurasjoner for tetningselementet. For eksempel; en anordning er utrusted med et avlangt forseglingsdeksel, med forseglingsdekselet åpent eller "eksponert" sentralt til forankringen. I denne anordningen ligger forankringsdelen i midten av tetningselementet. Fordi forankringsdelen er kort relativ til forseglingsdekseldelen kompromitterer denne anordningen imidlertid den maksimale forankringskapabiliteten av bropluggen. Når det gjelder dette; på grunn av formforandringen som oppstår i elementet under belastning, vil ikke den korte forankringen i midten av elementet distribuere den påførte differensialbelastningen gjennom forankringen til rørveggen så effektivt som en forankring plassert mot enden av tetningselementet. Formforandringen kan oppstå fordi den indre stammen innen blæren og reguleringsventilen har en tendens til å "flyte" langs midtlinjen av tetningselementet som tillater bunnen av tetningselementet å gli langs stammen. Kontakt med rørveggen skjer via forsterkningsbåndet i metall og gummideksel. Idet belastning er påført til tetningselementet fra nedenunder, kan elementet buntes sammen.

I kontrast; idet belastning er påført ovenfra, har elementet en tendens til å forandres fra en sirkulær sylinderform til en tåreformet form. Følgelig biter ikke forsterkningsbåndene av metall jevnt inn i det omliggende røret. Imidlertid gir denne anordningen et optimalt segl med den omliggende rørveggen på grunn av det lange gummidekselet på hver side av forankringen.

I et forsøk på å overkomme problemet med den korte midtstilte forankringen, har noen tilbydd en lang forankring beliggende i midten av tetningselementet. Typisk sett ville en lang forankring ha en lengde i overkant av 20 tommer (50.8 cm). Denne lengre forankringen vil forsyne et sterkere grep med det omliggende røret. Produktiviteten av forseglingen er imidlertid redusert på grunn av de kortere deksellengdene på hver side av de eksponerte forsterkningsbåndene.

En annen anordning for tetningselementet som har blitt designet, tilbyr to lange forankringer på motsatt ende av tetningselementet, med et kort forseglingsdeksel i midten. Denne anordningen gir en akseptabel tosidig forankring for forsterkning av det omliggende røret. Dette doble forankringsdesignet har imidlertid en tendens til å samle opp væske mellom de to forankringsendene idet de utvides, som forhindrer full utvidelse av det mellomliggende forseglingsdekselet. Det korte dekselet er noen ganger et ineffektivt segl fordi det tillater væske å komme forbi mellom forsterkningsbåndene og undersiden av dekselet. I tillegg kan forvridning av båndene skje innen forsterkningsbåndene idet de utvides og forårsaker et katastrofalt sammenbrudd av bropluggen.

For å overkomme dette problemet har tetningselementer blitt tilbydd som kun bruker en enkel forankringsdel og en enkel forseglingsdekseldel. I en kjent anordning er den korte forankringen plassert ved en ende av tetningselementet og et lengre forseglingsdeksel er opprettholdt ved den motsatte enden av tetningselementet. Likevel vil ikke en kort forankring forspent til en ende av tetningselementet gripe det omliggende røret tilstrekkelig til å forhindre glidning av bropluggen ved det maksimale designede differensialtrykket, om ikke høyere initiale oppblåsningstrykk er brukt. Videre er korte forankringer mindre effektive i lave utvidelsesanvendelser.

Som det kan sees, er et forbedret tetningselement for en oppblåsbar broplugg nødvendig. Nærmere spesifisert er det et behov for et tetningselement som bruker en lengre forankringsdel som er forspent ved en ende av blæren. Videre eksisterer det et behov for et oppblåsbart tetningselement som maksimerer både forankringen og forseglingsfunksjonene av en oppblåsbar broplugg.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den gjeldede oppfinnelsen forsyner et oppblåsbart tetningselement til bruk på en broplugg. I tetningselementet for den gjeldende oppfinnelsen er en utvidbar forankringsdel plassert ved en ende av tetningselementet, mens en elastisk, utvidbar forseglingsdekseldel er plassert ved den motsatte enden av tetningselementet. Lengden av forankringsdelen er lengre enn i kjente oppblåsbare broplugger hvori forankringen er forspent til en ende. Den økte forankringslengden tjener til å sikre at den oppblåsbare bropluggen ikke vil gli etter å ha blitt innstilt innen foringsrøret ved lave avspenningsforhold, så vel som ved høyere avspenningsforhold (opp til og i overkant av 3:1).

Lengden av forankringen er bestemt ved en ny kalkulering som overveier koeffisienten av friksjon mellom forsterkningsbåndene av forankringsdelen og den omliggende rørveggen. Kalkulasjonen tar også hensyn til området av rørkontakt så vel som kontakttrykk generert fra blæren av bropluggen. Lengden av forankringsdelen ved utvidelse er minst 2,63 x innerdiameteren av åpningen av borehullet, feks. omliggende foringsrør. Samtidig er lengden av forankringsdelen ikke større ved utvidelse enn omtrent 49 % av den totale lengden av det utvidede tetningselementet forutsatt at lengden av forankringsdelen aktiverer den omliggende borehullåpningen pluss lengden av forseglingsdekseldelen som aktiverer den omliggende borehullåpningen.

Det er ønskelig, men ikke krevd, at en elastisk dekkring plasseres rundt de sveisede metallbåndene av forankringsdelen ved en ende, og at forseglingsdekseldelen er anordnet i en sirkel rundt forankringsdelen ved en motsatt ende.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å vise hvordan de ovenstående egenskapene for den aktuelle oppfinnelsen kan forstås i detalj, er en mer nøyaktig beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, gitt ved referanse til utførelsene, og noen av disse er illustrert i de vedlagte tegningene. Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte tegningene bare illustrerer typiske utførelser for denne oppfinnelsen, og bør derfor ikke anses som en begrensning av bruksområdet for den, da oppfinnelsen kan tilpasses andre og like effektive utførelser. Figur 1 viser et delvis snitt av en broplugg. Bropluggen er plassert innen en del av et foret borehull. Borepluggen inkluderer et oppblåsbart tetningselement for den gjeldende oppfinnelsen. Det oppblåsbare tetningselementet er sett fra siden i uoppblåst tilstand. Figur 2 viser et snitt av bropluggen av Figur 1. Her er det oppblåsbare tetningselementet sett i et tverrsnitt. Tetningselementet er igjen uoppblåst. Figur 3 er et forstørret snitt av en øvre del av bropluggen av Figurene 1 og 2. I dette overblikket er banen av væske for aktivering av bropluggen sett tydeligere med piler som beskriver væskebanen. Figur 4 viser et snitt av en forstørret del av tetningselementet av Figur 1. I dette overblikket er forankringsdelen og forseglingsdekseldelen av tetningselementet tydeligere sett. Tetningselementet har blitt oppblåst. Figur 5 viser et snitt av bropluggen av Figur 1.1 dette overblikket er bropluggen aktivert for å utvide tetningselementet inn i friksjonsmessig og forseglingsengasjement med den omliggende rørveggen. Det kan sees at både forankringsdelen og forseglingsdelen av tetningselementet er i kontakt med det omliggende røret.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSEN

Figur 1 viser et delvis snitt av en broplugg 100. Bropluggen 100 inkluderer et oppblåsbart tetningselement 200 for den gjeldende oppfinnelsen i en utførelse. Det oppblåsbare tetningselementet 200 er sett i et sideriss. I snittet av Figur 1 har ikke tetningselementet 200 ennå blitt oppblåst. Figur 2 viser et snitt av bropluggen 100 av Figur 1. Her er det samme oppblåsbare tetningselementet 200 sett i et tverrsnitt. Tetningselementet 200 er igjen i sin uoppblåste tilstand.

Bropluggen 100 av Figur 1 og 2 har blitt kjørt inn i et borehull 10. Det kan sees at borehullet 10 har blitt foret med en foringsrørstreng 15. Foringsrørstrengen 15 har blitt innstilt innen den omliggende formasjonen 20 av borehullet 10. Herdet sement 25 er sett i den ringformede regionen mellom foringsrørstrengen 15 og den omliggende jordformasjonen 20.

Bropluggen 100 av Figurene 1 og 2 har blitt kjørt inn i borehullet 10 på en driftsstreng (ikke vist). Driftsstrengen kan være hvilken som helst type av innkjørt streng, inkludert, men ikke begrenset til, en kabel, glatt ståltråd, fiberoptisk kabel, borerør eller spolet rør. Det er forstått at et utløsningsverktøy eller utløsningsmekanisme (ikke vist) er typisk sett brukt for å kunne utløse bropluggen 100 fra arbeidsstrengen etter at bropluggen 100 har blitt innstilt innen borehullet 100.

Bropluggen 100 av Figurene 1 og 2 inkluderer forskjellige deler brukt for innstilling av tetningselementet 200 innen det omliggende røret 15. Et aktiveringssystem er gitt i den øvre delen av verktøyet 100 som reagerer som svar på hydraulisk trykk. Først er en aktiveringsstamme 110 plassert sentralt innen en øvre del av bropluggen 100. Aktiveringsstammen 110 definerer en rørformet kropp som har en indre diameter 115 deri. Stammen 110 mottar væske brukt for aktivering av tetningselementet 200. Koaksialt anordnet rundt den sentrale indre diameteren 115 av pluggen 100 er en ventil 120. Ventilen 120 tillater selektiv væskeoverføring mellom den sentrale indre diameteren 115 av bropluggen 100 og tetningselementet 200 nedenfor. Innledningsvis er ventilen 120 holdt i en lukket posisjon ved en utskjærbar kopling 122 intakt.

Ventilen 120 er lagd for å åpnes som svar på et fastsatt trykk som er tilstrekkelig for å overkomme den utskj ærbare koplingen 122 og den forspente kraften av fjæren 124. Det

fastsatte trykket er påført til en søyle av væske innen den ovenstående arbeidsstrengen (ikke vist). Trykksatt væske reagerer ved en øvre overflate 123 av den ringformede ventilen 120 til den utskj ærbare koplingen som 122 holder ventilen 120 i den åpne posisjonen, svikter. Deretter flytter væsketrykket ventilen 120 nedover mot fjærleddet 124. Dette åpner en bane av væske under trykk for å vandre inn i en øvre ringformet region 125 av verktøyet 100. Figur 3 viser et forstørret snitt av en øvre del av bropluggen 100 av Figurene 1 og 2. I Figur 3 har den motstandsdyktige kraften av fjæren 124 blitt overkommet og den utskjærbare koplingen 122 som holder ventilen 120 i den åpne posisjonen har blitt utskjært. Dette tillater væske å strømme gjennom en port 112 (vist i Figur 3) i aktiveringsstammen 110 og rundt ventilen 120. Væske strømmer deretter inn i den øvre ringformede regionen 125. Piler er brukt for å illustrere banen av væske fra den sentrale indre diameteren 115 av aktiveringsstammen 110 til den øvre ringformede regionen 125 av verktøyet 100.

Tilbake til Figur 2; under aktiveringsstammen 110 er en indre bropluggstamme 210. Bropluggstammen 210 definerer et rørformet element som kjøres på lengden av tetningselementet 200. En indre diameter 215 er definert innen bropluggstammen 210. Videre er en ringformet region 220 definert ved spalten mellom den ytre veggen av bropluggstammen 210 og et omliggende tetningselement 200. Den ringformede regionen 220 av tetningselementet 200 mottar væske fra den øvre ringformede regionen 125 av bropluggen 100 når tetningselementet 200 er aktivert. Dette tjener som mekanismen for utvidelse av tetningselementet 200 inn i en innstilt posisjon innen foringsrøret 15, som det vil bli beskrevet nedenfor.

Figur 4 viser et forstørret snitt av et tetningselement 200 for den gjeldende oppfinnelsen. I dette snittet har tetningselementet blitt utvidet inn i kontakt med en omliggende foringsrørstreng 15. For å oppnå dette har væsken blitt injisert gjennom ventilen 120 (vist i Figur 3), gjennom den øvre ringformede regionen 125 og inn i ringrommet 220 av tetningselementet 200. Væske fortsetter å strømme nedover gjennom verktøyet 100 til det er blokkert ved en nedre ende ved et pluggledd 135 (sett i Fig 2). Pluggleddet 135 er holdt i en første plugget posisjon innen av bropluggen 100 ved en individuell utskj ærbar kopling 137. På denne måten er tilstrekkelig væsketrykk tillat til å bygges opp for å kunne utvide tetningselementet 200.

Pluggleddet 135 (sett i Figurene 1 og 2) er kapabel til å flyttes til en annen åpen posisjon som svar på et høyere væsketrykk. Dette tillater innstillingsvæske å strømme igjennom ringrommet 220 og å utløse trykket innen tetningselementet 200. I snittet av Figurene 1 og 2 er pluggen 135 vist i den første posisjonen før den utskjærbare koplingen 137 har sviktet. På samme måte har pluggen 135 i snittet av Figurene 4 og 5 ennå ikke vandret nedover for å tillate væske å strømme ut av den nedre delen av bropluggen 100. Tetningselementet 200 er således holdt i sin oppblåste tilstand.

Delene av tetningselementet 200 for den gjeldende oppfinnelsen er best sett i snittet av

Figur 4. Først er en avlang blære 230 sett. Blæren 230 er plassert rundt den indre stammen 210 av bropluggen 100. Blæren 230 er produsert fra en elastomer eller annet elastisk materiale. Blæren 230 er tilkoplet ved motsatte ender til endekoplingene 232 og

234.1 anordningen vist i Figur 4 er den øvre endekoplingen 232 en fast ring som betyr at den øvre enden av tetningselementet 200 er ubevegelig når det gjelder det oppblåsbare verktøyet 200. Imidlertid er den nedre endekoplingen 234 koplet til en skyvbar overgang 237. Den skyvbare overgangen 237 er bevegelig langs bropluggstammen 210. Dette tillater blæren 230 og andre tetningselementdeler 200 å utvides fritt utover som svar på injiseringen av væske inn i den ringformede regionen 220 mellom bropluggstammen 210 og blæren 230. I dette snittet har den nedre endekoplingen 234 vandret oppover langs bropluggstammen 210 som derved tillater tetningselementet 200 å blåses opp.

Også synlig i Figur 4 er en forankringsdel 240 av tetningselementet 200. Forankringsdelen 240 er på en side produsert av en serie med forsterkningsbånd 241 (ikke vist individuelt) som er radialt plassert rundt blæren 230. Båndene 241 er innrettet langs den lineære flaten av verktøyet 100 for å kunne kjøre lengden av tetningselementet 200. Samtidig er båndene 241 plassert radialt rundt blæren 230 på en stram overlappende måte. Fortrinnsvis er båndene 241 produsert av metall-legering. Imidlertid kan andre materialer passende for engasjement av et omliggende stålrør 15 (eller jordformasjon) brukes, slik som keramisk eller annet herdet kompositt. Det er forstått at den gjeldende oppfinnelsen ikke er begrenset til metoden for produksjon brukt for forankringsdelen 240. Et flertall med keramiske ribber eller andre materialer kan brukes også.

Båndene 241 er innrettet for å hovedsakelig overlappe hverandre i en radial gruppering. Et tilstrekkelig antall bånd 241 er brukt for forankringsdelen 240 for å holde blæren 230 deri idet forankringsdelen 240 utvides.

Metallbåndene 241 er fast koplet ved motsatte første og andre ender. På et sett er endene av båndene tilkoplet ved sveising. Endene av båndene 241 er sveiset (eller på andre måter tilkoplet) til de øvre 232 og nedre 234 endekoplingene, respektivt.

Forankringsdelen 240 er ikke definert ved hele lengden av båndene 241; rettere sagt fremstiller forankringsdelen 240 kun den delen av båndene 241 mellomliggende til endekoplingene 232, 234 som er eksponert og kan direkte aktivere en omliggende borehullåpning, for eksempel foringsrøret 15. Når det gjelder dette, i den foretrukne utførelsen; er en lengde av båndene 241 dekket ved en forseglingsdekseldel 250. Tetningselementet 200 av Figur 4 viser forseglingsdekseldelen 250. Forseglingsdekseldelen 250 er vist i snittet i Figur 4; det er vist i et sideriss i Figur 1. Forseglingsdekseldelen 250 definerer et elastisk deksel plassert over blæren 230. I den foretrukne innretningen er dekseldelen 250 også plassert over en valgt lengde av metallbåndene 241 ved en ende. Hvor en dekkring 235 er brukt, er forseglingsdekseldelen 250 plassert over båndene 241 (eller annet forankringsmateriale) ved enden motsatt av dekkringen 235. Forseglingsdekseldelen 250 gir et væskesegl når tetningselementet 200 er utvidet i kontakt med den omliggende innerdiameteren av røret 15.

Forseglingsdekselet 250 er produsert av materiale passende for servicemiljøet hvor bropluggen 100 skal brukes. Faktorer som skal tas i betraktning når man velger et forseglingsdekselmateriale inkluderer kjemikalier som er sannsynligvis vil berøre dekselet 250, den langvarige påvirkningen av hydrokarbonkontakt på dekselet 250, tilstedeværelsen og konsentrasjonen av korroderende blandinger slik som hydrogensulfid eller klor innen borehullet 10 og trykket og temperaturen ved hvilket dekselet 250 må opereres. I en foretrukket utførelse er dekselet 250 produsert av et elastomerisk materiale. Imidlertid kan ikke-elastomeriske materialer eller polymer brukes også, så lenge de hovedsakelig forhindrer produksjons væskene fra å passere oppover mellom den ytre overflaten av den oppblåste bropluggen 100 og den indre overflaten av den omliggende rørstrengen, m.a.o. foringsrøret 15 eller formasjonen.

I en fremstilling er det elastiske dekselet 250 produsert fra en unik sammensetning passende for utvidelse som svar på en oppblåst blære. Sammensetningen omfatter en spesielt blandet nitrilblanding designet for å opprettholde blandingsvirksomheten ved høye temperaturer. Igjen kan elastiske materialer som ikke inkluderer en nitrilblanding brukes, slik som fluor-elastomer.

Det elastiske forseglingsdekselet 250 brukt i den typiske bropluggen 100 er hovedsakelig uniform i tykkelse. Forseglingsdekselet 250 for tetningselementet 200 for den gjeldende oppfinnelsen kan også være uniform i tykkelse, både radialt og aksialt. Imidlertid; i en unik innretning for tetningselementet 200 for den gjeldene oppfinnelsen brukes en ikke-uniform tykkelse. På en måte er tykkelsen av forseglingsdekselet 250 konisk for å gradvis øke i tykkelse idet dekselet 250 nærmer seg forankringsdelen 240. På et sett er konvinkelen skjært langs en konstant vinkel, slik som 3 grader. På en annen måte er tykkelsen av dekselet 250 varierende i henhold til det bølgeformede designet av Carisella, diskutert i U.S. Patent 6,223,820 utstedt l.mai 2001. '820 Carisella patentet er innlemmet i sin helhet heri for referanse. Den varierende tykkelsen av dekselet reduserer sannsynligheten for folding innen blæren 230 i løpet av utvidelse. Dette er fordi den varierende tykkelsen tillater noen deler av dekselelementet 250 å utvides raskere enn andre deler, som forårsaker at det totale eksteriøret av elementet 200 utvides unisont.

Figur 5 demonstrerer bropluggen 100 av Figurene 1 og 2 i sin aktiverte tilstant. Dette betyr at forankringsdelen 240 og forseglingsdekseldelen 250 av tetningselementet 200 har blitt utvidet inn i friksjonsmessig og forseglet engasjement, respektivt, med det omliggende foringsrøret 15 (eller borehull). Idet blæren 230 er utvidet aktiverer den eksponerte delen av båndene 241 som definerer forankringsdelen 240 det omliggende røret 15 for å kunne innstille bropluggen 100. På samme måte vil utvidelsen av blæren 230 også utvide forseglingsdekseldelen 250 inn i engasjement med den omliggende indre diameteren. Bropluggen 100 er således både friksjonsmessig og forseglet innstilt innen borehullet 10.

Det bør bemerkes ved dette tidspunkt at tetningselementet 200 som vist i Figurene 1, 2, 4 og 5 kan brukes som oppblåsbare element for enhver oppblåsbar broplugg 100 eller tetning. På denne måten vil de som er erfarne i bransjen sette pris på at der er flere måter å aktivere et oppblåsbart element på. Den gjeldende oppfinnelsen er ikke begrenset til en spesiell måte eller apparat for aktivering av tetningselementet 200, eller til en spesiell type oppblåsbar broplugg eller tetning, men er rettet mot selve tetningselementet 200. Således er bropluggen 100 vist i Figurene 1-5 kun eksempler for hensikter av offentliggjørelse til de som er erfarne i teknikken.

En dekkring 235 er valgfritt plassert ved en ende av forankringsdelen 240. Dekkringen 235 definerer et kort elastomerisk rørformet ledd som tjener til å holde de sveisede metallbåndene 241 ved en ende av forankringsdelen 240. Dekkringen 235 tjener typisk sett ikke som en forseglingsfunksjon med det omliggende røret 15 eller andre borehullåpninger. Dette er spesielt sant når bropluggen 100 er oppblåst i et "maksimum i.d." hull for designet av verktøyet 100. I det tilfelle engasjerer en meget liten del av dekkringen 235, om noen, det omliggende borehullet. Lengden av dekkringen er mindre enn den ytre diameteren av det oppblåsbare elementets 200 løpende diameter.

I anordningen for tetningselementet 200 av Figur 4 er dekkringen 235 sett nær den øvre endekoplingen 232. Imidlertid er det forstått at dekkringen 235 kan plasseres ved hvilken som helst ende av forankringsdelen 240 så lenge den er motsatt av forseglingsdekseldelen 250.

Det oppblåsbare elementet 200 for den gjeldende oppfinnelsen viser en ny relativ konfigurasjon for forankringsdelen 240 og forseglingsdekseldelen 250. Først er forankringsdelen 240 forspent til en ende av tetningselementet 200. Således er forankringsdelen 240 plassert ved en ende av tetningselementet 200, mens forseglingsdekseldelen 250 er plassert ved den andre enden av tetningselementet 200. Det er, selvfølgelig, forstått at tetningselementet 200 kan inkludere en dekkring 235 ved enden av tetningselementet 200 motsatt av forseglingsdekseldelen 250.

Imidlertid er dekkringen 235 ikke hovedsakelig oppblåst og tjener heller ikke som en forankringsfAjnksjon eller en forseglingsfunksjon, men eksisterer primært for å hjelpe og binde de sveisede båndene 241 sammen motsatt av forseglingsdekseldelen 250.

Forseglingsdekselet 250 er plassert rundt en del av forsterkningsbåndene 241 motsatt av dekkringen 235. Fortrinnsvis er dekselet 250 forbundet til de nærliggende båndene på den indre overflaten av dekselet 250. Dette betyr at forsterkningsbåndene 241 (eller annet forsterkningsmateriale) er dekket ved en ende og aktiverer ikke den omliggende borehullåpningen. Imidlertid er båndene eksponert ved enden motsatt av dekselet 250 for å definere forankringsdelen 240.

Forankringsdelen 240 har en definert minimum og maksimal lengde. Med hensyn til den gjeldende oppfinnelsen er forankringsdelen 240 definert som den utvidde lengden av båndene 241 (eller annet forankringsmateriale) som ikke er dekket av forseglingsdekselet 250 og aktiverer det omliggende foringsrøret eller borehullet ved utvidelse. I tilfelle en del av dekkringen 235 også aktiverer det omliggende borehullet ved oppblåsning av blæren 230, er den tilfeldige delen av dekkringen 235 inkludert i definisjonen av den utvidede forankringsdelen 240.

Minimumslengden av forankringsdelen 240 er definert ved en matematisk formel. Forankringslengden 240 er basert på formelen av 2,63 x innerdiameteren av det omliggende røret 15 (eller formasjon) i hvilket den oppblåsbare tetningen 100 skal innstilles. Via eksempelet kan en kalkulasjon foretas for minimumslengden av forankringsdelen 240 av et tetningselement 200 for en 2 1/8 " (53,975mm) broplugg. Et 2-1/8" (53,975mm) oppblåsningselement kan stilles inn i et 7 toms (177.8mm) foringsrør. Innerdiameteren for et typisk 7 toms (177.8mm) foringsrør er 6 3/8" (152.4mm). Således vil den omtrentlige minimumslengden for forankringen 240 for et 2-1/8" (53,975mm) oppblåsbart elementet ved utvidelse bli: 2,63 X 6,375= 16,766 tommer.

Dette betyr at i dette eksempelet må minst 16,766 tommer (406.4mm) med forankringsmateriale/dekkring aktivere den omliggende borehullåpningen ved utvidelse. Tetningselementene som er større enn 2 1/8" (53,975mm) i løpende diameter kan innstilles i større borehull og vil ha forankringsdeler lengre enn 16,77" (406.4mm).

For minimumslengden; omgir den maksimale lengden av den utvidede forankringsdelen 240 ikke mer enn omtrent 49% av den helhetlige lengden av tetningselementet 200 ved utvidelse. På denne måten vil ikke forankringsdelen 240 forlenges utover midten av tetningselementet 200 etter at tetningselementet er utvidet. For hensikter av denne offentliggjørelsen er lengden av det utvidede tetningselementet 200 generelt definert idet lengden av forseglingsdekseldelen 250 aktiverer den omliggende borehullåpningen, pluss lengden av forankringsdelen 240 (inkludert enhver del av dekkringen 235) som aktiverer den omliggende borehullåpningen.

Det er igjen bemerket at endene av de innvendige ribbene eller båndene 241 er koplet til endekoplingene 232, 234. Disse ende delene utvides ikke og er ikke inkludert i kalkulasjonen for lengden av tetningselementet 200 når det gjelder denne oppfinnelsen.

For eksempel; i en anordning for det oppblåsbare elementet 200 for den gjeldende oppfinnelsen er lengden av båndene 241 fra sveisesøm til sveisesøm 56 tommer (142,24cm). Lengden av båndene som presser tetningselementet 200 til å aktivere det omliggende borehullet er imidlertid kun 44,5 tommer (lll,76cm). Forseglingsdekseldelen 250 dekker en lengde av disse 44,5 tommene (lll,76cm) av utvidede bånd ved en ende. I henhold til den gjeldende oppfinnelsen kan ikke forankringsdelen 240, m.a.o. den eksponerte del av båndene 241 som aktiverer det omliggende borehullet ved utvidelse være lengre enn omtrent 21,8 tommer (53,34cm). Hvor verktøyet 100 er innstilt i et 7 toms (177.8mm) foringsrør (6,375 toms innerdiameter), må forankringsdelen 240 forsyne omtrent 16,77 tommer (152.4mm) med forankringsmateriale som aktiverer den omliggende borehullåpningen.

Det oppblåsbare tetningselementet 200 for den gjeldende oppfinnelsen har brukbarhet i enten i forede hull eller åpne hull fullføringer. Det kan også brukes innen rør, perforerte foringsrør eller silrør.

Claims

1. Et oppblåsbart tetningselement (200) for forsegling av en åpning innen et borehull (10), åpningen har en essensielt sirkulær tverrdel som definerer en innerdiameter, tetningselementet (200) omfatter: en utvidbar forankringsdel (240); en utvidbar forseglingsdekseldel (250); karakterisert vedat: lengden av forankringsdelen (240) ved utvidelse er minst 2,63 x innerdiameteren av åpningen av borehullet (10); og at forankringsdelen (240) ikke er større i lengde ved utvidelse enn 49% av den totale lengden definert av lengden av forankringsdelen (240) som aktiverer den omliggende borehullåpningen pluss lengden av forseglingsdekseldelen (250) som aktiverer den omliggende borehullåpningen.

2. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 1, hvori; den oppblåsbare forankringsdelen (240) er produsert av et flertall med overlappede forsterkningsbånd (241) innrettet i en radial gruppering; og den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) er produsert av et elastisk materiale.

3. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 2, hvori; flertallet av forsterkningsbånd (241) av forankringsdelen (240) har en første ende og en andre ende; den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) er plassert rundt flertallet av forsterkningsbånd nærliggende til en andre ende av forsterkningsbåndene (241), men forsterkningsbåndene (241) er eksponert nær den første enden av forsterkningsbåndene (241); og den utvidede delen av forsterkningsbåndene (241) definerer forankringsdelen (240).

4. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 3, hvori forsterkningsbåndene (241) er produsert av metallegering.

5. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 4, hvori forsterkningsbåndene (241) er produsert av et keramisk materiale.

6. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 5, hvori forsterkningsbåndene (241) er produsert av et komposittmateriale.

7. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 1, hvori den oppblåsbare dekseldelen har en varierende dekseltykkelse for å tillate noen deler av den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) å utvides raskere enn andre deler, som derved forårsaker at det oppblåsbare forseglingselementet utvides unisont.

8. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 7, hvori den oppblåsbare dekseldelen er produsert av et elastomerisk materiale.

9. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 3, videre omfatter en avlang oppblåsbar blære (230), blæren (230) ligger essensielt konsentrisk innen forankringsdelen (240) og forseglingsdekseldelen (250) av tetningselementet (200) for å presse forankringsdelen (240) og forseglingsdekseldelen (250) utover ved oppblåsning av blæren (230).

10. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 1, hvori åpningen innen borehullet (10) er definert ved en foringsrørstreng (15).

11. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 1, hvori åpningen innen borehullet (10) er definert ved formasjonen.

12. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 9, hvori åpningen innen borehullet (10) er definert ved en streng med produksjonsrør.

13. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 9, for forsegling av et rør innen et borehull, - idet den avlange oppblåsbare blære (230) som har en første ende og en andre ende; - flertallet med overlappende metallbånd (241) har en første ende nær den første enden av blæren (230), og en andre ende nær den andre enden av blæren (230), og flertallet av metallbånd (241) er plassert rundt blæren (230) og kan utvides utover ved oppblåsing av blæren (230); - idet tetningselementet (200) ytterligere omfatter en dekkring (235) plassert rundt flertallet av metallbånd (241) nær de respektive første endene av metallbåndene; - den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) lar en seksjon av flertallet metallbånd (241) være eksponert mellom dekkringen (235) og forseglingsdekseldelen (250) for og definerer en forankringsdel (240); - hvori forankringsdelen (240) har en minimumslengde definert ved 2,63 x innerdiameteren av røret; og - hvori forankringsdelen (240) har en maksimal lengde definert ved ikke mer en 49% av (a) lengden av den utvidede forseglingsdekseldelen (250) som aktiverer det omliggende røret (15), pluss (b) lengden av den utvidede forankringsdelen (240) som aktiverer det omliggende røret (15), pluss (c) lengden av dekkringen (235) som aktiverer det omliggende røret (15), om noe, ved full utvidelse av blæren (230).

14. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 13, hvori det omliggende røret er en foringsrørstreng.

15. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 13, hvori den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) er produsert av et elastisk elastomerisk materiale.

16. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 15, hvori tykkelsen av den utvidbare forseglingsdekseldelen (250) er ikke-uniform.

17. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 15, hvori tykkelsen av den oppblåsbare forseglingsdekseldelen (250) er konisk for å øke idet forseglingsdekseldelen (250) nærmer seg forankringsdelen (240).

18. Det oppblåsbare tetningselementet (200) for patentkrav 15, hvori tykkelsen av den elastiske forseglingsdekseldelen (250) varierer langs lengden av dekseldelen for å tillate noen deler av dekseldelen å utvides raskere enn andre deler, som derved forårsaker at eksteriøret av forseglingselementet utvides essensielt unisont.

19. Det oppblåsbare tetningselementet 200) for patentkrav 13, hvori den oppblåsbare blæren (230) er støpt.