NO334677B1

NO334677B1 - Sammenstilling for kutting inn i et rørformet brønnelement

Info

Publication number: NO334677B1
Application number: NO20091121A
Authority: NO
Inventors: Wilhelmus H P M Heijnen; David Ian Brink
Original assignee: Maersk Olie & Gas
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2014-05-12
Also published as: ATE494452T1; NO20091121L; US7913753B2; WO2007101444A2; EP2048322A2; EP1991757B1; US7523785B2; DK1991757T3; DK200801325A; NO20084196L; DK2048322T3; ATE512282T1; EP2048322A3; DK178358B1; EP1991757A2; DE602007011734D1; US20070209797A1; EP2048322B1; US20090229813A1; WO2007101444A3

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en sammenstilling som omfatter et hovedverktøylegeme, et første element og et andre element, idet elementene er sammenkoblet og begge har en akse rundt hvilken de er i stand til å rotere; en motor som er koblet til det første elementet, idet det første elementet har en del som er avpasset for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet. Det andre elementet av sammenstillingen er koblet til hovedverktøyet med en friksjonsforbindelse, idet de to elementene er sammenkoblet med gjenger på en slik måte at en dreiekraft på ført av motorelementet bevirker en aksial forskyvning av det første elementet for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en sammenstilling for kutting inn i et rørformet brønnelement, idet sammenstillingen omfatter: et hovedverktøylegeme, et første element og et andre element, idet elementene er sammenkoplet og har en akse rundt hvilken de er i stand til å rotere og en motor som er koplet til det første elementet, idet det første elementet har en del som er avpasset for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet.

Foreliggende søknad er avdelt fra norsk patentsøknad NO 20084196.

Etter at en brønn er blitt boret føres et rørformet brønnelement inn i brønnen. Et slikt rørformet brønnelement kan være et foringsrør eller et forlengelsesrør. Den utvendige diameteren til foringsrøret er mindre enn den innvendige diameteren til borehullet, noe som derved tildanner et ringformet rom, eller et ringrom, mellom foringsrøret og borehullet. Det rørformede brønnelementet er perforert ved en eller flere soner for å tillate at hydrokarboner strømmer inn i det rørformede elementet. Noen ganger blir forurensninger, så som vann eller sand, produsert sammen med hydrokarboner fra en del av formasjonene rundt et rørformet brønnelement. Det kreves derfor noen ganger å tette av det rørformede brønnelementet fra en del av det ringformede rommet som inneholder uønskede forurensninger.

For å tette av en ønsket del av for eksempel et foringsrør brukes én teknikk for å isolere en innvendig del av foringsrøret ved hjelp av midlertidige pakninger. Sement eller en annen herdbar substans pumpes da ned til den isolerte sonen for å tette de perforerte åpningene i den ønskede delen av foringsrøret. Dersom produksjon senere ønskes fra en sone plassert lengre ned i foringsrøret, kreves deretter fjerning eller gjennomtrengning av den herdede sonen.

US patent nr. 6,955,216 beskriver en anordning for injisering av et fluid inn i en grunn-formasjon som omgir en brønn. Anordningen omfatter et legeme egnet for å anordnes i et borehull og utstyrt med et fluidkammer for lagring av egnet tetningsmasse og et par oppblåsbare pakninger anordnet for å isolere et parti av borehullet mellom pakningene ved oppblåsing av pakningene. Den egnede tetningsmassen injiseres deretter under trykk inn i formasjonen gjennom perforeringene isolert mellom pakningene.

US patent nr. 6,371,221 beskriver et forbedret kjerneboringsverktøy for anvendelse for å oppnå en kjerneprøve fra veggen av et borehull. Denne innretningen gir kontrollerbar rotasjon, fremføring og tilbaketreknin av kjerneboringsbiten relativt til sideveggen, uten behov for kompliserte posisjoneringsledd.

Det er et formål med oppfinnelsen å fremskaffe en ny sammenstilling for kutting inn i et rørformet brønnelement.

Formålet med oppfinnelsen oppnås ved at de to elementene er sammenkoplet med gjenger på en slik måte at en dreiekraft påført av motorelementet mot det første elementet bevirker en aksial forskyvning av det første elementet.

Ved den aksiale forskyvningen av det første elementet oppnås kutteinngrep med det rørformede brønnelementet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en sammenstilling for kutting inn i et rørformet brønnelement, idet sammenstillingen omfatter: - et hovedverktøylegeme; - et første element og et andre element, idet elementene er sammenkoplet og begge har en akse rundt hvilken de er i stand til å rotere; - en motor som er koplet til det første elementnet, idet det første elementet har en del som er avpasset for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet; kjenntegnet ved at det andre elementet er koplet til hovedverktørlegemet med en friksjonsforbindelse, idet de to elementene er sammenkoplet slik med gjenger at en dreiekraft påført av motorelementet mot det første elementet bevirker en aksial forskyvning av det første elementet for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet.

I følge en foretrukket utførelsesform roterer det første elementet roterer sammen med det andre elementet om en felles midtakse.

Ifølge en ytterligere utførelsesform er friksjonsforbindelsen avpasset slik at det andre elementet roterer sammen med det første elementet om deres felles midtakse når den aksiale kraften overstiger en gitt verdi.

Ifølge en ytterligere utførelsesform er friksjonsforbindelsen slik avpasset at en aksialkraft påført på et element og mot hovedlegeme øker friksjonskraften.

Ifølge en ytterligere utførelsesform er friksjonsforbindelsen slik avpasset at en aksialkraft påført på et element og mot hovedlegeme minsker friksjonskraften.

I henhold til en foretrukket utførelsesform er første og andre element hule hylser.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform omfatter systemet en innretning for å styre og måle forskyvningen av et rørformet legeme.

Oppfinnelsen vil nå omtales i større detalj med henvisning til de vedføyde tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk et delvis langsgående avsnitt av sammenstillingen satt inn i et rørformet brønnelement,

fig. 2 er et skjematisk tverrsnittsriss av en kuttedel og som viser driftsprinsippet for anordningen når det kuttes,

fig. 3 er et skjematisk tverrsnittsriss av en kuttedel i samsvar med en annen utførelse og som viser prinsippet for anordningen når det kuttes i et rørformet brønnelement,

fig. 4 viser et snittriss av et rørformet brønnelement med en sammenstilling satt inn og kuttede len i en utstrukket posisjon,

fig. 5 viser en fjærbelastet understøttelse for sammenstillingen, og

fig. 6 er et skjematisk riss av en kuttedel som er utstyrt med en innretning for å underlette blandingen av substanser.

Fig. 1 er et snittriss av en utførelse av et system for injisering av en substans inn i rommet som omgir et rørformet brønnelement. Systemet er posisjonert inne i en bærer 70 som er understøttet av hjul 50. Bæreren er lokalisert i et rørformet brønnelement 13. Den utvendige diameteren til det rørformede brønnelementet 13 er mindre enn den innvendige diameteren til borehullet, noe som derved tildanner et ringformet rom 38, eller et ringrom, mellom det rørformede brønnelementet og formasjonen 37. Vanlige hydrokarboner utvinnes fra den omgivende formasjonen gjennom perforeringen (ikke vist) i det rørformede brønnelementet og beveger seg til overflaten gjennom det rør-formede brønnelementet.

Noen ganger blir imidlertid uønskede elementer, slik som for eksempel sand eller vann, produsert sammen med hydrokarboner fra en del av formasjonene rundt et rørformet brønnelement. Det er derfor i noen tilfeller påkrevet å avtette det rørformede brønnelementet fra en del av det ringformede rommet som inneholder uønskede forurensninger. Systemet som her er beskrevet er i stand til opprettelse av en eller flere barrierer på utsiden av et rørformet element eller et rør.

Systemet vist på figur 1 omfatter: en bærer 70; en kuttedel 10 i stand til å danne et hull gjennom veggen av et rørformet brønnelement 13; to substanskamre 34, 35 for lagring av substansen og en substansinjiserende del 29, 31, 32. Den substansinjiserende delen er i stand til injisering av substansen gjennom kuttedelen så snart kuttedelen er strukket ut gjennom veggen av det rørformede brønnelementet 13 og inn i rommet 38 som omgir det rørformede brønnelementet 13.

Substanskammeret omfatter to sylindere 34, 35, og hver sylinder går i substansforbind-else med kuttedelen 10 via et separat rør 41,42. Hvert rør er utstyrt med en ventilinnret-ning 45 for åpning og lukking av substansforbindelsen mellom kuttedelen og substanskammeret 34, 35.

Den substansinjiserende delen omfatter to stempler 31, 32 i stand til gliding på en innvendig overflate av sylinderne 34, 35. Hvert stempel 31, 32 er koplet til et kraft-overførende stempel 29 med stempelstenger 48. Det kraftoverførende stempelet 29 er glidbart konfigurert inne i en sylinder 49. De to kamrene 28,46 er tildannet inne i sylinderen, ett på hver side av stempelet. Kammeret 46 står fortrinnsvis i substans-forbindelse med brønnen med en åpning 47, noe som derved besørger et borehullstrykk i kammeret 46. Det andre kammeret 28 er avtettet fra borehullet og har et innvendig trykk som er mindre enn borehullstrykket. Det innvendige trykket kan gunstig opprettes ved overflaten og kammeret 28 har derfor et trykk som er hovedsakelig likt med over-flatetrykket.

Forskjellen i det indre trykket mellom de to kamrene 28 og 46 på hver side av stempelet 29 bevirker en kraft på stempelet 29 og som medfører et trykk i sylinderne som er større enn borehullstrykket så lenge systemet er i likevekt.

Så snart ventilene 45 er åpnet vil kraften som utøves av borehullstrykket på arealet av stempelet 29 overstige kraften utøvet av borehullstrykket på stemplene 31 og 32, noe som derved bevirker bevegelse av de sammenkoplede stemplene 29,31 og 32, og derved likeså injisering av substansen fra substanskamrene 34, 35 via kuttedelen 10 og inn i det ringformede rommet 38.

Når stempelet 29 er fullstendig trykket ned vil trykket i kammeret 28 stige på grunn av reduksjonen i volum, for å forhindre trykket fra å stige til et punkt der det virker mot tømmingen av kamrene 34 og 35, kammeret 28 kan fortrinnsvis stå i substans forbindelse med baksiden av stemplene 31a, 32a. Alternativt kan kammeret 28 være lenger enn sylinderne 34, 35.

For tildannelsen av en hensiktsmessig motkraft og tilbakeholdelse av anordningen mens kuttingen gjennom veggen av det rørformede brønnelementet 13 finner sted, kan sammenstillingen foretrukket utstyres med minst to tilbaketrekkbare/uttrekkbare hjulsammenstillinger 50. Hjulsammenstillingen 50 medfører også en lettvint innføring (rulling) av anordningen inn i det rørformede brønnelementet 13. Den viste utførelsen av hjulsammenstillingen 50 er imidlertid kun en måte for sikring av anordningen, det finnes andre mulige løsninger, slik som utstikkende puter etc.

Det skal i det følgende vises til figur 2 som viser en utførelse av kuttedelen 10.

Den hule kuttedelen 10 er forsynt med et kammer 14 med en første ende 17 og en andre ende 15 som har en vegg 3 som omgir kammeret, og som innbefatter minst én adkomst 11, 12 for substansen ved den første enden, og som innbefatter en utgang for avlevering av substansen gjennom veggen av det rørformede brønnelementet og inn i det ringformede rommet ved den andre enden 15.

Høyresiden av tegningen viser, kun for illustrerende formål, kuttedelen 10 i en utstrukket posisjon, og venstresiden av tegningen viser, likeså for illustrerende formål, kuttedelen 10 i en tilbaketrukket posisjon. Kuttedelen 10 har et hovedverktøylegeme 18 og omfatter to roterbare, konsentriske hylser 1,3, samt en motor 26 (ikke vist på figur 2). Hylsen 1 er fortrinnsvis utstyrt med innvendige gjenger for forbindelse med den indre hylsen 3 som har ytre gjenger. Hver av de to hylsene 1, 3 er i stand til å rotere rundt en felles midtakse a. Den ytre hylsen 1 kan fortrinnsvis utstyres med en topp 16 av passende materiale, slik som f.eks. diamant eller karbid, for kutting/sliping inn i veggen av et rørformet brønnelement. I den viste utførelsen er den ytre hylsen 1 videre utstyrt med en gearmekanisme 5 som er koplet til motoren 26. Gearmekanismen 5 kan fordelaktig understøttes av kulelagre 4.

I den viste utførelsen er den indre hylsen 3 koplet til hovedverktøylegemet 18 med en friksjonsforbindelse 18, 9, 7 som omfatter en friksjonsutviklende pute 9. Friksjonsputen 9 er stivt festet til den indre hylsen 3. Puten 9 tvinges mot hovedverktøylegemet 18 av en fjærmekanisme 7. Friksjonsforbindelsen 18, 9, 7 som er omtalt i større detalj under, sikrer rotasjon av hylsen 3 når en dreiekraft som overstiger en gitt verdi påføres mot hylsen 3.

Kuttedelen kan fortrinnsvis omfatte en smussring 2 mellom den indre og ytre hylsen, og i én utførelse omfatter hylsen 1 videre et kilespor 6.

Når en motor roterer gearmekanismen 5 i kuttedelen 10 i samsvar med figur 2, vil den ytre hylsen 1 starte og forflytte seg på grunn av den innbyrdes bevegelsen i gjengene mellom hylsen 1 og hylsen 3. Dersom oppover vil denne forflytningen fortsette inntil hylsen 1 møter en begrensning, slik som f.eks. veggen av et rørformet brønnelement i hvilket et hull skal kuttes.

Ved dette tidspunktet vil dreiekraften i systemet øke inntil den når en verdi der den aksiale belastningen på den ytre hylsen bevirker at friksjonsputen 9 (mellom hoved-verktøylegemet 18 og den indre hylsen 3) glir, noe som forårsaker at den indre hylsen 3 roterer sammen med den ytre hylsen 1 for å resultere i en slipe/kuttevirkning. Denne slipingen vil fortsette inntil den aksiale belastningen på hylsen 1 avtar til en verdi mindre enn den gitte verdien der friksjonsforbindelsen glir, noe som bevirker at den indre hylsen 3 stopper å rotere og den ytre hylsen 1 beveger seg en liten strekning videre etc. etc.

Det skal i det følgende vises til figur 3 som viser en annen utførelse av en kuttedel 10. Høyresiden av tegningen viser, slik om figur 2, og kun for illustrerende formål, kuttedelen 10 i en utstrukket posisjon, og venstresiden av tegningen viser, likeså for illustrerende formål, kuttedelen 10 i en tilbaketrukket posisjon. Kuttedelen i samsvar med denne utførelsen omfatter også: et hovedverktøylegeme 18 og to roterbare, sammenkoplede, konsentriske hylser 1 og 3, samt en motor 26 (ikke vist på figur 3), og den ytre hylsen er likeså i denne utførelsen utstyrt med en topp av egnet slipemateriale 16 for kutting inn i et rørformet brønnelement. Friksjonsforbindelsen 9, 3, som tillater rotasjon av den indre hylsen, er imidlertid ikke, slik som i utførelsen vist på figur 2, slik plassert at en aksial kraft påført den indre hylsen og mot hovedlegemet øker friksjonskraften.

I den viste utførelsen på figur 3 skyver fjærmekanismen 7 friksjonsputen 9 som er stivt fastgjort til hovedverktøylegemet, mot topp/oversiden av en flens 8 på hylsen 3, noe som derved gir en friksjonsforbindelse som har et svært konstant friksjonsnivå, og som likeså er uavhengig av den aksiale belastningen som påføres mot den indre hylsen 3 av den ytre hylsen 1 under kutting/sliping.

Dette medfører at glidingen mellom hovedverktøylegemet og den indre hylsen skjer ved en svært godt definert (nedoverrettet) aksial kraft og derfor viser denne utførelsen en kuttedel som alltid påfører en hovedsakelig konstant og godt definert kutte- eller slipekraft mot det rørformede brønnelementet.

Det skal i det følgende vises til figur 4 som viser en annen utførelsesform der systemet er inkludert i en bærer 70 som er understøttet av hjul 50. Systemet er satt inn i et rørformet brønnelement 13 og hjulsammenstillingen 50 er i dens utstrukne posisjon, slik at bæreren skyves mot det rørformede brønnelementet 13. Kuttedelen 10 strekker seg gjennom veggen av det rørformede brønnelementet 13, og bæreren 70 er fordelaktig utstyrt med en tetning 51 som forhindrer lekkasje av den injiserte substansen mellom det rørformede brønnelementet 13 og bæreren 70. Fig. 5 viser en fjærbelastet understøttelse for sammenstillingen 50. Hjulsammenstillingen 50 er holdt i inngrep (utstrukket) med et rørformet brønnelement (ikke vist) av en fjærmekanisme 51. Hjulmekanismen 50 omfatter i den viste utførelsen to bein 56 og 57. Hvert av beina 56, 57 er koplet til en felles understøttelse 53 med en spiralformet fjær 51, og hvert av de to beina 56 og 57 er likeså roterbart koplet til et hjul. Enn videre er beina 56, 57 roterbart koplet til holderen 70 av understøttelse 52, 55. De to under-støttelsene 52 og 55 er avvikende ved at understøttelsen 52 (på venstresiden av tegningen) er stivt koplet til beinet 56, og understøttelsen 55 er glidbart montert i en sliss 54 i beinet 57 for således å gjøre hjulsammenstillingen selvutstrekkende. Fig. 6 viser en annen utførelse av en kuttedel. Kuttedelen 10 er utstyrt med innvendige vegger, 60,61, 62, 63 og 64 som begrenser en substans fra å endre retning og hastighet under dens passasje gjennom kuttedelen. Denne konstruksjonen sikrer at den minst ene substansen er tilstrekkelig blandet under dens passasje gjennom kuttedelen 10. Platen 60 som vender mot utgangen 15 kan fordelaktig utstyres med forholdsvis små hull for å sikre en høy avgivelseshastighet av den minst ene substansen.

Selv om kuttedelen er blitt drøftet i forbindelse med et system som har to sammenkoplede hylser, der den ytre hylsen er utstrukket til slipeberøring med det rørformede brønnelementet, kan kuttedelen i en annen utførelse i stedet vise en utstrekkbar indre hylse for slipeberøring med det rørformede brønnelementet.

Når et system som beskrevet brukes er innledningsvis sammenstillingen satt inn og rullet inn i et rørformet brønnelement, samt til en posisjon der en tetning er blitt utført. Posisjonen til anordningen kan fordelaktig overvåkes med f.eks. en senderinnretning, selv om andre egnede innretninger kan benyttes. Sammenstillingen kan omfatte en innretning som er avpasset for rotasjon av bæreren, slik at bæreren kan posisjoneres i hvilken som helst posisjon i det radiale planet til røret.

Så snart sammenstillingen har nådd den ønskede posisjonen, aktiveres motoren i den hullkuttende delen for å kutte et hull gjennom det rørformede brønnelementet. Når hullet er opprettet, og mens kuttehylsene strekker seg gjennom det rørformede brønn-elementet, injiseres en eller flere substanser inn i den hule kuttedelen og videre inn i det ringformede rommet, noe som således underletter blanding av f.eks. et tokomponent system før dets innføring i det ringformede rommet.

Så snart en tilstrekkelig mengde av substansen er ført inn i det ringformede rommet, kan motoren motroteres for å trekke tilbake hylsen inn i kuttedelen. Etter å ha tvunget en tettende sammensetning inn i det ringformede rommet fjernes systemet fra det rørform-ede elementet. Dersom mange hull skal bores, kan det være fordelaktig å avslutte substansinjiseringen ved til slutt å spyle kuttedelen med en forholdsvis liten mengde av uherdbar substans for å forhindre blokkering av kuttedelen med herdet materiale.

Systemet er spesielt egnet for reparering av brønner som produserer hydrokarboner, men ettersom det samlede energiforbruket til anordningen er svært lite, og anordningen er selvstendig (borekreftene utvikles inne i kuttedelen), er den derfor uavhengig av utvendige enheter. Som et resultat kan en barriere utenfor et rørformet element gjøres i faktisk hvilken som helst type av rør eller rørformet element som befinner seg i grunnen, den kan endog anvendes for hvilket som helst rør innenfor et rom.

Det bør imidlertid legges merke til at kuttedelen er i stand til å arbeide og fungere uavhengig av de andre tekniske innslagene nevnt i redegjørelsen, og den kan iverksettes uavhengig i mange andre forbindelser. Det bør likeså legges merke til at i andre utfør-elser kunne det roterende elementet koples til den indre hylsen, slik at en dreiekraft påført mot den indre hylsen bevirker aksial forskyvning av denne hylsen. Enn videre, i noen utførelser kan den indre hylsen ikke nødvendigvis være hul, men kunne være et massivt rørformet element. Selv om det første og andre elementet 1, 3 er vist som å ha en felles midtakse a rundt hvilken de roterer, er dessuten dette ikke alltid nødvendig, og i andre utførelser kunne det første og andre elementet 1, 3 f.eks. plasseres side ved side.

Gjengen mellom de to rørformede elementene må ikke nødvendigvis være en tradisjonell gjenge, men kunne likeså omfatte f.eks. en tapp anordnet i en skrånet sliss eller et annet arrangement kjent av personen med erfaring innen området, for å bevirke aksial bevegelse.

Det bør likeledes legges merke til at et substanskammer og en substansinjiserende del, slik som omtalt over, likeså er i stand til å arbeide og fungere uavhengig av andre tekniske innslag.

Claims

1. Sammenstilling for kutting inn i et rørformet brønnelement, idet sammenstillingen omfatter: - et hovedverktøylegeme (18); et første element (1) og et andre element (3), idet elementene (1, 3) er sammen koplet og begge har en akse rundt hvilken de er i stand til å rotere; - en motor som er koplet til det første elementet (1), idet det første elementet har en del (16) som er avpasset for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet, karakterisert vedat det andre elementet (3) er koplet til hovedverktøylegemet (18) med en friksjonsforbindelse (18, 9, 7), idet de to elementene er sammenkoplet slik med gjenger at en dreiekraft påført av motorelement (5) mot det første elementet bevirker en aksial forskyvning av det første elementet (1) for kutteinngrep med det rørformede brønnelementet.

2. Sammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat det første elementet og det andre roterer sammen med det andre elementet (1) om en felles midtakse (a).

3. Sammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat friksjonsforbindelsen (18, 9, 7) er slik avpasset at det andre elementet (3) roterer sammen med det første elementet (1) om deres felles midtakse (a) når den aksiale kraften overstiger en gitt verdi.

4. Sammenstilling ifølge krav 3,karakterisert vedat friksjonsforbindelsen (18, 9, 7) er slik avpasset at en aksialkraft påført på et element (1, 3) og mot hovedlegemet øker friksjonskraften.

5. Sammenstilling ifølge krav 3,karakterisert vedat friksjonsforbindelsen (18, 9, 7) er slik avpasset at en aksialkraft påført på ett element (1, 3) og mot hovedlegemet minsker friksjonskraften.

6. Sammenstilling ifølge krav 5,karakterisert vedat det første og andre elementet (1, 3) er hule hylser.

7. Sammenstilling ifølge hvilket som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat systemet omfatter en innretning for å styre og måle forskyvningen av et rørformet element (1,3).