NO340941B1 - Ekspanderbar fôringshengersystem og fremgangsmåte - Google Patents

Description

RELATERT SØKNAD

Denne søknad er en "continuation-in-part" av US serienr. 10/855,044 innlevert 27. mai, 2004.

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse angår brønnverktøy og teknikker for opphenging av en foring i en brønn. Mer nøyaktig, angår oppfinnelsen forming av en ekspanderbar foringshengersammenstilling for gripende å oppta en forings-rørstreng for å opplagre foringen i brønnen. Setteverktøyet kan frigjøres fra den satte foringshenger uten rotasjon av arbeidsstrengen.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

US 7093656 B2 omtaler et apparat for å danne en ekspandert forbindelse i en brønnboring. Apparatet innbefatter et første rør som kan ekspanderes radielt utover inn i kontakt med en indre vegg av et andre rør ved anvendelsen av en ut-overrettet kraft tilført en indre overflate av det første røret. Apparatet innbefatter videre et flertall av formasjoner dannet på en ytre overflate av det første røret, for-masjonene er konstruert og anordnet for å tilveiebringe et friksjonsforhold mellom det første røret og det andre røret idet en fluidbane etterlates når det første røret er ekspandert for å oppta den indre veggen av det andre røret.

Forskjellige typer av foringshengere har blitt foreslått for å henge opp en foring fra en foringsrørstreng i en brønn. De fleste foringshengere settes med holdekiler aktivert ved foringshenger-setteverktøyet. Foringshengere med flere deler representerer et betydelig ansvar når én eller flere av delene løsner i brøn-nen, og derved avbryter setteoperasjonen og gjør gjenvinning vanskelig. Andre foringshengere og setteverktøy kan utføre konvensjonelle sementeringsoperasjo-ner gjennom setteverktøyet før setting av foringshengeren i brønnen.

Andre foringshengere har problemer med å opplagre tunge foringer med vekten på ett million pund eller mer. Noen foringshengere opplagrer foringsvekten med hell, men tetter ikke på en sikker måte med foringsstrengen. Etter at foringshengeren er satt i brønnen, kan høyt fluidtrykk i ringrommet mellom foringen og foringsrøret blåse forbi foringshengeren, og derved motarbeide sitt primære for- mål. Andre foringshengere er ikke i stand til å oppnå sprengning og/eller kollaps-egenskaper lik med den til foringsrøret. En foretrukket foringshenger opprettholder en kollaps og sprengningsstyrke som er minst vesentlig lik med den til både for-ingsrøret og foringen.

Foringshengere som har gripeelementer og pakningselementer har blitt ekspandert for å opplagre en foring innen foringsrøret. Tidligere kjente utforminger har generelt basert seg på ekspansjon av den rørformede forankring fra en elastisk tilstand til en plastisk tilstand hvor stålet taper sin fullstendige elastisitet eller hukommelse. Den påfølgende avspenning av energien, nødvendig for å opprettholde foringshengeren ved den helt ekspanderte diameter, kan således føre til et brudd på tetning og/eller opphengsopplagringsevne.

Et annet betydelig problem med noen foringshengere er at setteverktøyet ikke lett kan frakoples fra den satte foringshengeren. Dette problem med forings-hengerteknologi angår ønsket om å rotere foringen med arbeidsstrengen i brøn-nen, så fråkopling fra arbeidsstrengen når foringshengeren har blitt satt for å gjen-vinne setteverktøyet fra brønnen. Tidligere kjente verktøy har blitt frakoplet fra foringshengeren ved høyrehåndsrotasjon av arbeidsstrengen, selv om noen ope-ratører for visse anvendelser foretrukket for å unngå høyrehåndsrotasjon av en arbeidsstreng for å frigjøre verktøyet fra den satte foring.

Publikasjon 2001/0020532A1 omtaler et verktøy for henging av en foring ved rørekspansjon. US-patent 3,948,321 omtaler en forsterkningssvenke som forblir nede i hullet når verktøyet gjenvinnes til overflaten. US-patent 6,705,395 omtaler en radielt ekspandert foringshenger som benytter et aksialt bevegbart ringformet stempel for å ekspandere en rørdel.

Ulempene med den tidligere kjente teknikk overvinnes ved den foreliggende oppfinnelse, og et forbedret foringshengersystem og fremgangsmåte for setting av foringshengeren er heretter omtalt.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en foringshenger og setteverktøysammenstilling til bruk nede i et brønnhull i en brønnboring for å tette med en foringsrørstreng og opplagre en foring på foringshengeren, foringshengeren og setteverktøysammenstillingen omfatter:

et foringshengerlegeme fjernbart opplagrbart på et setteverktøy for posisjonering av foringen nede i brønnhullet; en rørformet ekspander fjernbart opplagrbar på setteverktøyet, den rørform-ede ekspander har en ytre ekspanderdiameter større enn en initial hengerlegemediameter; setteverktøyet innbefatter én eller flere aktuatorer for tvangsmessig å flytte den rørformede ekspander aksialt fra en posisjon aksialt atskilt fra foringshengerlegemet til en posisjon vesentlig innen foringshengerlegemet, og derved radielt ekspandere foringshengerlegemet mot foringsrørstrengen for å feste den rørform-ede ekspander og foringshengerlegemet nede i brønnhullet; kjennetegnet ved at foringshengeren og setteverktøysammenstillingen videre omfatter: foringshengerlegemet er aksialt sammenkoplet med en setteverktøyspindel ved en sperremekanisme, sperremekanismen er forhindret fra å flytte seg radielt innover ved en ringformet stopper når foringshengeren er ført inn i brønnen;

den ringformede stopper beveger seg aksialt i forhold til sperremekan ismen etter at den rørformede ekspander er posisjonert i det minste delvis innen foringshengerlegemet for å ekspandere foringshengerlegemet; og

en fangemekanisme for sammenkopling av sperremekanismen og setteverktøyspindelen når den rørformede ekspander er posisjonert i det minste delvis innen foringshengerlegemet, og derved tillater radiell innovergående bevegelse av sperremekanismen for å frigjøre setteverktøyet fra den satte foringshenger.

Foretrukne utførelsesformer av foringshengeren og setteverktøysammen-stillingen er videre utdypet i kravene 2 til og med 11.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås videre ved en fremgangsmåte for henging av en foring i en brønnboring for å tette med en foringsrørstreng, fremgangsmåten omfatter: posisjonering av et ekspanderbart rørformet foringshengerlegeme og rørfor-met ekspander på et setteverktøy, det rørformede foringshengerlegeme har initial indre foringshengerdiameter, og en initial ytre foringshengerdiameter mindre enn en indre diameter av foringsrørstrengen, den rørformede ekspander har en ytre ekspanderdiameter større enn den indre initiale foringshengerdiameter; posisjonering av foringshengerlegemet ved en valgt dybde innen en brønn-boring fra en arbeidsstreng; tvungen flytting av den rørformede ekspander aksialt til en posisjon vesentlig innen det rørformede foringshengerlegeme for å radielt ekspandere det rør-formede foringshengerlegeme mot foringsrørstrengen, og derved feste det rør-formede foringshengerlegeme og den rørformede ekspander nede i hullet; kjennetegnet ved trinnene av: aksial sammenkopling av den rørformede foringshenger med en setteverk-tøyspindel ved en sperremekanisme forhindret fra å bevege seg radielt innover når foringshengeren er ført inn i brønnen;

aksial flytting av en stopper i forhold til sperremekanismen etter at den rør-formede ekspander posisjoneres i det minste delvis innen det satte foringshengerlegeme; og

fråkopling av sperremekanismen etter at den rørformede ekspander posisjoneres i det minste delvis innen foringshengerlegemet og derved tillater radiell innoverbevegelse av sperremekanismen for å frigjøre setteverktøyet fra det satte foringshengerlegeme.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 13 til og med 17.

Det ekspanderbare foringshengersystem og fremgangsmåte oppnår posisjonering, opphenging, tetting og valgfri sementering av en foring i en underjordisk brønn. I en eksemplifiserende anvendelse innbefatter fremgangsmåten ekspansjon av et rørformet hengerlegeme med høy styrke stål som har holdekiler og pakningselementer posisjonert omkring sin ytre periferi for kontakt med den indre overflaten av en foringsrørstreng, som har en større innvendig diameter enn den initiale utvendige diameter av foringen og foringshengeren.

Det kan fortrinnsvis benyttes en rørformet ekspander for å ekspandere hengerlegemet, og som forblir posisjonert på innsiden av det ekspanderte hengerlegemet for opplagring ved sin endelige ekspanderte diameter, og således an-ordne det ekspanderte plastisk deformerte hengerlegemet mellom foringsrøret og den rørformede ekspander. Denne fremgangsmåte sørger for forbedret tetnings-og gripeegenskaper og krever kortere lengder av ekspanderbar rørformet foringshenger, typisk i området fra én til to fot.

I henhold til én utførelse, er en foringshenger til bruk i brønnhull i en brønn-boring anordnet for å tette med en foringsrørstreng og overføre fluid mellom en foring opplagret på foringshengerlegemet og en produksjonsstreng som strekker seg oppover fra foringshengerlegemet. Det rørformede foringshengerlegemet er fjernbart opplagrbart på et setteverktøy for posisjonering av den rørformede foring nede i brønnhullet. En rørformet ekspander er også fjernbart opplagrbar på sette-verktøyet, og har en ekspanders ytterste diameter større enn den initiale hengers indre diameter. Setteverktøyet innbefatter et flertall av aktuatorer, slik som stempler, som med kraft beveger den rørformede ekspander aksialt fra en posisjon aksialt atskilt fra det rørformede foringshengerlegemet til en posisjon vesentlig innen det rørformede foringshengerlegemet, og derved radielt ekspanderer hengerlegemet mot foringsrørstrengen for å feste den rørformede ekspander og det rørform-ede hengerlegemet nede i hullet. En tetningshylse kan være festet til en øvre ende av den rørformede ekspander for kommunikasjon mellom den rørformede ekspander og en produksjonsstreng eller foring som strekker seg oppover til overflaten.

Det rørformede foringshengerlegemet kan være aksialt sammenkoplet med en setteverktøyspindel ved en krage (engelsk: collet) eller annen sperremekanisme, som er forhindret fra å flytte seg radielt innover med en stopper når foringen er ført inn i brønnen. Sperremekanismen beveger seg aksialt i forhold til stop-peren etter at den rørformede ekspander er posisjonert innen foringsrørhenger-legemet og arbeidsstrengen er deretter senket. En fangemekanisme sammen-kopler sperremekanismen og setteverktøyspindelen, og derved sørger for at sperremekanismen beveger seg radielt innover og frigjør setterverktøyet fra den satte foringshengeren uten å rotere settestrengen.

En fremgangsmåte for henging av en foring i en brønnboring er også tilveie-brakt for å tette med en foringsstreng og overføre fluid mellom foringen og en produksjonsstreng som strekker seg oppover fra foringshengeren. I en utførelse omfatter fremgangsmåten posisjonering av et ekspanderbart rørformet foringshengerlegeme og rørformet ekspander på et setteverktøy. Etter posisjonering av foringshengeren ved en valgt dybde innen en brønnboring, er den rørformede ekspander med kraft flyttet aksialt til en posisjon vesentlig innen den rørformede foringshenger for radielt å ekspandere den rørformede foringshenger mot forings-rørstrengen, og derved feste den rørformede foringsstrengen og den rørformede ekspander nede i brønnhullet. Arbeidsstrengen er ikke rotert for å frigjøre flertallet av aktuatorer fra det satte foringshengerlegemet og rørformede ekspander.

Som enda en annen egenskap kan setteverktøyet innbefatte en sentral spindel med en boring for føring av sement gjennom setteverktøyet før setting av foringshengeren. Setteverktøyspindelen kan også innbefatte en venstregående gjenge for frigjøring av setteverktøyet ved høyregående rotasjon av arbeidsstrengen som en oppbakking for den primære frigjøringsmekanisme, som ikke krever arbeidsstrengrotasjon.

En annen egenskap er at setteverktøyaktuatoren kan frigjøres sikkert fra den satte foringshengersammenstilling etter ekspansjon av foringshengerlegemet uten rotasjon av arbeidsstrengen. Inngrep mellom den rørformede ekspander og foringshengerlegemet sikrer den rørformede ekspander innen foringshengerlegemet. Setteverktøyet kan så fjernes fra brønnen.

En fordel er at foringshengeren kan konstrueres mer økonomisk enn andre tidligere kjente foringshengere. Sammenstillingen består av få komponenter. En relatert fordel er at mange av komponentene til sammenstillingen, slik som holdekiler og pakningstetninger, kan være kommersielt tilgjengelig i henhold til forskjellige brønnhullsforhold.

En annen fordel er at systemet for å forme en foringshenger kan utnytte konvensjonelle komponenter hver med en høy sikkerhet. Eksisterende personell med et minimum av trening kan sikkert benytte foringshengersystemet i henhold til denne oppfinnelse siden oppfinnelsen baserer seg på velkjente overflateoperasjo-ner for sikkert å forme foringshengeren.

Disse og andre egenskaper og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil komme frem i den følgende detaljerte beskrivelse, hvori referanse er gjort til figurene i de vedføyde tegninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1A viser i tverrsnitt et øvre aktuatorparti av setteverktøyet.

Fig. 1B viser ekspansjonshylsen.

Fig. 1C viser foringshengerlegemet før ekspansjon.

Fig. 2A viser aktuatoren som vist i fig. 1A i utstrukket tilstand.

Fig. 2B viser foringshengerlegemet vesentlig innen den satte ekspansjonshylsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

En foring kan transporteres inn i brønnen til den ønskede sette- eller opp-hengsdybde ved et borerør eller en arbeidsstreng forbundet til et multitrinns, dob-beltvirkende hydraulisk sette- og frigjøringsverktøy (setteverktøy) som leverer de nødvendige krefter for å ekspandere foringshenger-sammenstillingen til inngrep med foringsrøret. Setteverktøyet kan være konstruert av tilstrekkelig høystyrkestål for å opplagre vekten av foringen ettersom det føres inn i brønnen og for å tilveiebringe den nødvendige kraft for å ekspandere foringshengersammenstillingen. I tillegg har fortrinnsvis setteverktøyet en tilstrekkelig stor innvendig boring i sin sentral spindel for å muliggjøre passasje og fortrengning av sement for sementering av foringen innen brønnboringen.

Med referanse til fig. 1A, kan den øvre ende av setteverktøyaktuator-sammenstillingen 10 innbefatte en toppkopling 12 konstruksjonsmessig forbundet ved gjenger 14 til setteverktøyets indre spindel 16, som igjen er konstruksjonsmessig ved den nedre ende av en arbeidsstreng. En gjennomgående port 18 i spindelen 16 under toppkoplingen 12 sørger for f luidtrykk innen det indre av sette-verktøyet til å virke på både toppkoplingen 12 og en nedre kopling 13, som vist innbefatter konvensjonelle tetninger 20 for statisk tetning med én av spindelen 16 og en ytre hylse 17, og for dynamisk tetning med den andre av spindelen 16 og den ytre hylsen 17. En forhåndsbestemt størrelse av f luidtrykk innen setteverk-tøyet som virker på den nedre kopling 13 vil således tilveiebringe nedoverbevegelse av en ytre hylse 17 med kjent kraft som er forbundet til den nedre kopling 13 ved gjenger 24.

Fluidtrykk til toppkoplingen 12 går således gjennom den gjennomgående port 18, og toppkoplingen (toppstempel) 12 er avtettet og konstruksjonsmessig forbundet til spindelen 16. Fluidtrykk utøver således en oppadrettet kraft på koplingen 12 og således spindelen 16, og utover også en nedadrettet kraft på den nedre koplingen (nedre stempel) 13 og den ytre hylse 17.

Toppkoplingen (toppstempel), nedre kopling (nedre stempel), hylse 17 og setteverktøyspindel 16 definerer således et variabelt dimensjonert hydraulisk hulrom. Den gjennomgående port 18 går gjennom setteverktøyspindelen og er således i fluidkommunikasjon med boringen 26 i spindelen 16. Med den øvre indre kopling 12, festet til spindelen 16 og den ytre kopling 13 festet til hylsen 22, beveger fluidtrykk innført i det hydrauliske hulrom hylsen 22 nedover i forhold til spindelen 16 for å flytte den rørformede ekspander 40 nedover for å ekspandere foringshengerlegemet 50 (se fig. 1B og 1C). De som er faglært på området vil verdsette at en rekke av toppkoplinger, nedre koplinger, hylser og spindler kan tilveiebringes, slik at krefter effektivt "stables" for å skape de ønskede ekspasjons-krefter. Ytterligere detaljer av en alternativ aktuatorsammenstilling er omtalt i US-patent nr. 6,622,789. Det er en spesiell egenskap med den foreliggende oppfinnelse at en rekke av topp- og nedre koplinger kan utøve en kraft på den rørformede ekspander utover 1.000.000 pund med aksial kraft, og fortrinnsvis utover omkring 1.500.000 pund av aksialkraft, for å ekspandere den rørformede forankring.

Fremdeles med referanse til fig. 1A, kan en kraftoverføringsdel 28 være gjenget for å bevege seg aksialt med den ytre hylse 17, eller til en annen lavere hylse anordnet på den nederste kopling 13, slik at kraftoverføringsskulderen 27 på del 28 opptar toppskulderen 37 på hylsen 38 ved den øvre ende av den rørform-ede ekspander 40. En nedre skulder 42 ved enden av kraftoverføringshylsen 28 kan fortrinnsvis oppta en sam passende skulder 39 ved den nedre enden av tetningshylse 38 for sikrere å flytte den rørformede ekspander 40 nedover.

Ved å hydraulisk flytte kraftoverføringsdelen 28 nedover, er den rørformede ekspander 40 med kraft flyttet i det minste vesentlig innen foringshengerlegemet 50 for å radielt flytte foringshengerlegemet 40 utover og inn i inngrep med forings-rørstrengen, som vist i fig. 2B. Kraftoverføringsdelen eller hylsen 28 kan således være posisjonert over den rørformede ekspander, og flytter eller slår den rørform-ede ekspander nedover til en posisjon innen foringshengerlegemet.

Den hylseformede rørformede ekspander 40 fungerer som en settehylse som er justerbart opplagret på kraftoverføringsdelen 28 og beveger seg i en ned-overretning under foringshengerens setteoperasjon. Kraftoverføringsdelen 28 kan justeres aksialt med hensyn til den rørformede ekspander 40 ved justering av gjenge 21 (se fig. 1A) inntil den nedre ende av den rørformede ekspander er i inngrep med den øvre ende av foringshengerlegemet, slik at nedre koning 52 på den rørformede ekspander 40 som vist i fig. 1B er i sikker kontakt med den øvre koning 54 på foringshengerlegemet 50.

Foringen 98 (se fig. 2B) kan innføres til settedybde på borerør og sementert på en konvensjonell måte. Sementen kan fortrenges fra borerøret og foringen og inn i brønnboringen/foringsringrommet ved å benytte sement-avskraperplugger som er vanlig på fagområdet. Når pluggene har forflyttet sementen og plassert nær bunnen av foringen, kan trykk påføres fluidet innen arbeidsstrengen og følge-lig gjennom trykkporten 18 til spindelen 16 og inn i trykkamrene formet mellom oppovergående stempel (koplinger) og nedovergående stempler (koplinger). Trykket økes inntil kraften som skapes er tilstrekkelig til å bevirke at ekspanderen 40 beveger seg nedover, og tvinger ekspanderen 40 inn i den oppovervendende mottaker til foringshengerlegemet 50. Tvinging av ekspanderen 40 nedover bevirker at foringshengerlegemet 50 ekspandere radielt utover, og tvinger holdekiler 53 og tetningselementer 55 inn i inngrep med den innvendige overflate av forings-røret 22, og således avtetter og opplagrer foringshengeren innen foringsrøret.

Hvis trykk innen borerøret og foringen ikke kan økes etter landing av av-skraperpluggene, kan en settekule slippes inn i borerøret og tillates å påvirkes av tyngdekraften inntil kulen opptar setet ved den nedre ende av setteverktøyet. Trykk kan så økes for å operere setteverktøyet som tidligere beskrevet.

Foringshengerlegemet 50 er en rørformet del med fortrinnsvis elastomer, grafitt eller andre passende tetningselementer 55 festet omkring sin ytre periferi for tetting med foringsrøret ved ekspansjon av foringshengeren. Et flertall av gripe-deler, slik som holdekiler 53, kan være fremskaffet på foringshengeren for å feste foringshengeren til foringsrørstrengen ved ekspansjon. Den hylseformede ekspander 40 er satt vesentlig innen boringen til det ekspanderte legeme 50, og således sørge for vesentlig radiell støtte til det rørformede legeme eller forankring 50 når setteverktøyet returneres til overflaten. Denne økede radielle støtte for legemet eller forankringen opprettholder ønskelig fluidtett inngrep mellom foringshengeren og foringsrørstrengen.

Foringshengersammenstilingen innbefatter en rørformet forankring eller ekspanderlegeme 50 og en rørformet ekspander 40 fortrinnsvis posisjonert over den rørformede forankring når ført inn i brønnen. Den rørformede ekspander har en ytre ekspanderdiameter større enn foringshengerens indre diameter, slik at flytting av den rørformede ekspander inn i foringshengerlegemet vil ekspandere foringshengerlegemet mot foringsrørstrengen for å tette foringshengerlegemet med foringsrørstrengen og hefter foringsstrengen og den rørformede ekspander nede i hullet i foringsrørstrengen. Den rørformede ekspander kan initialt være posisjonert over og hvile på hengerlegemet før ekspansjon, og begrenser aksial nedoverbevegelse av den rørformede ekspander. Det rørformede legeme 50 og den rørformede ekspander 40 er hver fortrinnsvis massiv istedenfor perforert eller sporet.

Ytterligere nedoverbevegelse av rørformet ekspander 40 innen foringshengerlegemet 50 forhindres når skulder 58 (fig. 1B) ved nedre ende av rørformet ekspander 40 opptar stopperoverflate 60 på hengerlegemet 50, som vist i fig. 1C. Dette inngrep ved ferdigstillelse av den radielle ekspansjonsprosessen bevirker en spiss i innstilling av trykk som en indikator for komplettering av ekspansjonsprosessen. Denne posisjon er gitt i fig. 2B. Setteverktøyet kan så gjenvinnes, og etter-later den rørformede ekspander posisjonert radielt innvendig av og aksialt innrettet med foringshengeren for å opprettholde foringshengerlegemet i gripende inngrep med foringsrørstrengen.

Én eller flere utskjæringer, sirkulære buer eller sirkulære kuler 62 på utsiden av den rørformede ekspander 40 danner en rekke av metall-til-metall-kuletetninger som sørger for en gasstett tetning mellom den satte rørformede ekspander 40 og satt f6ringshengerlegeme-50-sammenstilling. Den rørformede ekspander er fortrinnsvis en kontinuerlig hylseformet del som radielt opplagrer foringshengerlegemet når ekspandert. Den ytre diameter og den indre diameter til ekspanderen er vesentlig konstant langs dens lengde (unntatt for de ringformede ujevnheter), og derved reduserer sannsynligheten for at ekspanderen vil gli ut fra under den satte foringsstrengen etter at setteverktøyet er gjenvunnet til overflaten.

Den øvre enden av den rørformede ekspander 40 kan ha et oppadvendt tetningsfilter 38 (se fig. 1A og 1B) med en innvendig tetningsoverflate 66 tilpasset for å motta en tilknytnings-tetningsnippel etter at foringen er installert i brønnen. Det rørformede ekspanderlegeme 40 kan således posisjoneres innen foringshengerlegemet 50 for å ekspandere foringshengeren, idet den øvre hylse 38 integral med og over det rørformede ekspanderlegemet kan benyttes for tetting med en tetningsnippel for å forlenge foringen oppover.

Det hydrauliske setteverktøyet kan forbindes til innvendige gjenger 72 på foringshengerlegemet 50 ved utvendige gjenger 74 på frigjørbare kragefingre 76. Kragefingrene 76 strekker seg fra kragering 78 som omgir setteverktøyspindelen 16. I setteposisjonen, er kragefingrenes nedre ender 80 forhindret fra bøying radielt innover ved mutteren 82 som er skrubart forbundet til spindel 16 ved en venstregående gjenge ved 84. Spindelen 16 til setteverktøyet beveger seg i en oppoverretning under setting av foringshengerholdekilene, og blir stasjonær når holdekilene er satt. Fortsatt anvendelse av trykk innen setteverktøyet beveger den rørformede ekspander 40 videre inn i hengerlegemet 50.

Den foregående setteoperasjon bevirker at de oppovergående stempler (koplinger) 12 og de nedadgående stempler (koplinger) 13 slår ut eller atskilt fra hverandre ettersom den rørformede ekspander 40 flytter seg inn i hengerlegemet 50 for å sette foringshengeren. Deretter kan borerøret senkes for å kollapse sette-slaget som bevirker at spindelen 16 beveger seg nedover i forhold til krageringen 78. Denne nedoverbevegelse bevirker at gjenger 74 på spindelen 16 beveger seg fra en aksialt atskilt posisjon til en inngrepsposisjon med en sperremekan isme 92 på krageringen 78 holdt i hengerlegemet 50 ved utvendige gjenger 74 på kragefingrene 76. Nedoverbevegelsen av spindelen 16 bevirker i tillegg at mutteren 82 beveges fra sin innføring og setteposisjon, og opplagrer de nedre endene 80 til kragefingrene for en aksialt atskilt posisjon under kragefingrene, som vist i fig. 2B. Setteverktøyet kan så gjenvinnes ved kun å trekke opp spindelen 16, og tillate at kragefingrene 76 beveger seg radielt innover og frigjøres fra gjengene 74. Det er således en egenskap med oppfinnelsen at setteverktøyet kan gjenvinnes uten høyregående rotasjon av arbeidsstrengen eller spindelen 16.

Aktuatorsammenstillingen til setteverktøyet kan alternativt fjernes ved oppskruing av den gjengede forbindelsen 84. Den venstre-gående gjengeforbindelse 84 kan således være en oppbakking til foretrukket fråkopling som omtalt ovenfor, som ikke krever arbeidsstrengrotasjon. Ved oppskruing ved høyregående rotasjon av arbeidsstrengen, kan så mutteren 82 falle fritt og flytte seg fra sin posisjon som opplagrer den indre overflate av kragefingrene 76. Mutteren 52 kan fanges på en nedre kopling. Oppadrettet kraft påført krageringen bevirker så at kragefingrene 76 bøyer seg innover, og flytter de utvendige gjenger på kragefingrene fra inngrep med innvendige gjenger til foringshengerlegemet. Setteverktøyet kan så fritt fjernes fra den satte foringshenger.

Fig. 2A viser aktuatorsammenstillingen 10 i utslått tilstand for å flytte den rørformede ekspander 40 innen foringshengerlegemet 50. Sammenlignet med

fig. 1A-risset, har den øvre koplingen eller øvre stempel 12 og spindelen 16 aksielt festet dertil flyttet oppover i samsvar med fluidtrykk som går gjennom porten 18 og inn i kammeret mellom stemplene og mellom spindelen og den ytre hylse 17. Den nedre koplingen eller nedre stempel 13, aksialt festet til en ytre hylse 17 har flyttet seg nedover i forhold til spindelen 16, og skaper et fluidkammer mellom bunnen av den øvre kopling 12 og toppen av den nedre kopling 13.

Fig. 2B viser satt foringshengerlegeme 15 med den rørformede ekspander 40 deri og den nedre ende av tetningshylsen 38 integral med den rørformede ekspander 40 og som strekker seg oppover fra den rørformede ekspander. En tetningsnippel kan innføres i det øvre tetningshylsepartiet 38 til den rørformede ekspander 40, inntil en skulder av tetningsnippelen kontakter setteoverflaten 79, som vist i fig. 2B. Tetningshylsen 38 er fortrinnsvis integral med den øvre enden av rørformet ekspander 40, og har fortrinnsvis en polert sylindrisk indre overflate for tetning med en sylindrisk ytre overflate av tetningsnippelen. Tetningsnippelen kan også innbefatte en elastomerisk tetning, slik som en Chevron tetningskabel, for tetting med den sylindriske indre overflate av tetningshylsen. Tetningsnippelen kan også være utrustet med én eller flere utvendige metall-til-metall-kuletetninger for metall-til-metall-tetningsinngrep med en indre overflate av en tetningshylse. Tet-ningsujevnhetene kan alternativt være anordnet på innerdiameteren av foringshengerlegemet, selv om tilveiebringing av ujevnhetene på den rørformede ekspander kan være mindre kostbar å fremstille.

Fremgangsmåten for setting av en foringshenger i henhold i en oppfinnelse innen en brønn er en betydelig forbedring i forhold til tidligere kjente hengere fordi radiell ekspansjon av foringshengerlegemet effektivt stenger av den ringformede åpning mellom foringsrøret og foringen, og tilveiebringer høytrykksintegritet ved toppen av foringen som er konvensjonelt lik med den ringere av enten foringsrøret eller foringen. Foringsopphengskapasitet kan økes uten å ofre ringformet strøm-ningsareal ved å øke overflatearealet av lavprofilsholdekilene. Både forbedringen i trykkintegritet og opphengskapasitet sørger for langstidsvirkning fordi ekspanderen kontinuerlig opplagrer foringslegemet. Setteverktøyet er frigjort fra den satte foringshengersammenstilling uten å kreve høyere gående rotasjon av arbeidsstrengen.

Sperremekanismer, andre enn kragemekanismer, kan benyttes for selektivt å sammenkople foringshengerlegemet med hjelp av setteverktøyspindelen. En holderring kan alternativt benyttes for selektivt å kople og frakople et spor for å tjene denne funksjonen. En annen type av fangemekanisme kan innbefatte én eller flere radielt bevegbare gripeklør hver for tilpasning innen et spor.

Et annet trekk med den ekspanderbare foringshenger er at det er ingen bevegelige deler på foringshengeren som kan bli frakoplet fra foringshengerlegemet under installasjon av foringen i brønnen, og derved gjøre det vanskelig eller umulig å få foringen til den nødvendige settedybde. Av denne grunn, er den ekspanderbare foringshenger spesielt ønskelig for sin tilpasning til bruk i forings-boringsoperasjoner. Dette er en teknikk for boring av brønnen ved posisjonering av en borkrone ved bunnen av foringen og rotering av borerøret (arbeidsstrengen) og foringen for å bore foringen inn i brønnen. For å bore foringen inn i brønnen, er relativ rotasjon forhindret mellom foringen og setteverktøyet og borerøret under denne operasjon. Relativ rotasjon mellom setteverktøyet og foringen, etter at foringen er boret i posisjon og opphengt fra foringsrøret er imidlertid tillatt for å iverk-sette frigjøring av setteverktøyet fra den satte foringshenger. Denne teknikk kan også benyttes bortsett fra en boringsposisjon for å rotere foringen og derved enk-lere innføre foringen i en avviksbrønn. Foringsrotasjonen kan oppnås ved bruken av gripeklør som omtalt i US serienr. 10/855,044. De som er faglært på området vil verdsette at kun det øvre partiet av en foring 98 er vist i fig. 2B. En typisk foring kan strekke seg nedover hundrevis av fot eller mer fra legemet 50.

Sammenstillingen kan innbefatte én eller flere gripeklør, hver for å oppta et spor i foringen for roterbart å låse den ene eller flere gripeklør til foringen. En clutch kopler og frakopler rotasjon valgfritt mellom en setteverktøyspindel og den ene eller de flere gripeklør, slik at foringen roterer med setteverktøyspindelen når clutchen frakoples og foringen er rotasjonsmessig frakoplet fra setteverktøy-spindelen når clutchen er frakoplet. Ytterligere detaljer vedrørende denne teknikk er omtalt i stamsøknaden, og er innlemmet med referanse heri.

En spesiell egenskap mellom den foreliggende oppfinnelse er at setteverk-tøyet innbefatter en tilstrekkelig stor boring for å sørge for den frigjørbare passasje av sement og én eller flere sementeringsplugger for å gå igjennom boringen til setteverktøyet og sementere foringen på plass. Sement kan således pumpes fra overflaten gjennom arbeidsstrengen og gjennom foringshengeren, så ut den nedre ende av foringen og inn i ringrommet mellom foringen og borehullet. Når den passende mengde av sement er pumpet på plass, kan foringshengeren settes.

Som omtalt heri, er den rørformede ekspander posisjonert i det minste delvis innen hengerlegemet, og derved radielt ekspanderer i det minste del av foringshengerlegemet. I andre tilfeller, vil alt eller vesentlig alt av den rørformede ekspander være innen foringshengerlegemet når sammenstillingen er satt. Fullstendig innføring av den rørformede ekspander innen foringshengerlegemet er imidlertid ikke påkrevet for alle anvendelser.

Claims (17)

1. Foringshenger og setteverktøysammenstilling til bruk nede i et brønnhull i en brønnboring for å tette med en foringsrørstreng (22) og opplagre en foring (90) på foringshengeren, foringshengeren og setteverktøysammenstillingen omfatter: et foringshengerlegeme (50) fjernbart opplagrbart på et setteverktøy for posisjonering av foringen (90) nede i brønnhullet; en rørformet ekspander (40) fjernbart opplagrbar på setteverktøyet, den rørformede ekspander (40) har en ytre ekspanderdiameter større enn en initial hengerlegemediameter; setteverktøyet innbefatter én eller flere aktuatorer (12, 13) for tvangsmessig å flytte den rørformede ekspander (40) aksialt fra en posisjon aksialt atskilt fra foringshengerlegemet (50) til en posisjon vesentlig innen foringshengerlegemet (50), og derved radielt ekspandere foringshengerlegemet (50) mot foringsrør-strengen (22) for å feste den rørformede ekspander (40) og foringshengerlegemet (50) nede i brønnhullet; karakterisert vedat foringshengeren og setteverktøysammenstillingen videre omfatter: foringshengerlegemet (50) er aksialt sammenkoplet med en setteverktøy-spindel (16) ved en sperremekan isme (80), sperremekanismen (80) er forhindret fra å flytte seg radielt innover ved en ringformet stopper (82) når foringshengeren er ført inn i brønnen; den ringformede stopper (82) beveger seg aksialt i forhold til sperremekanismen (80) etter at den rørformede ekspander (40) er posisjonert i det minste delvis innen foringshengerlegemet (50) for å ekspandere foringshengerlegemet (50); og en fangemekanisme (92, 94) for sammenkopling av sperremekanismen (80) og setteverktøyspindelen (16) når den rørformede ekspander (40) er posisjonert i det minste delvis innen foringshengerlegemet (50), og derved tillater radiell innovergående bevegelse av sperremekanismen (80) for å frigjøre setteverktøyet fra den satte foringshenger.

2. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat setteverktøyet har en innvendig boring (26) for føring av sement gjennom setteverktøyet og ut av en nedre ende av foringen (90).

3. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat fangemekanismen (92, 94) innbefatter en sperrering (92) på én av en kragemekanisme (80) og setteverktøyspindelen (16) og sperregjenger (94) på den andre av kragemekanismen (80) og setteverktøy-spindelen (16).

4. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 3,karakterisert vedat sperreringen (92)en er opplagret på kragemekanismen (80).

5. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat den ringformede stopper (82) innbefatter en venstregående gjenge (84) for frigjøring av setteverktøyet fra det satte foringshengerlegemet (50) ved høyrehåndsrotasjon av arbeidsstrengen.

6. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat den videre omfatter: én eller flere pakningstetninger (55) på foringshengerlegemet (50) for tetting med foringsrørstrengen (22) ved ekspansjon av foringshengerlegemet (50); og et flertall av holdekiler (53) festet på foringshengerlegemet (50) for festing av hengerlegemet (50) til foringsrørstrengen (22) når foringshengerlegemet (50) er ekspandert av den rørformede ekspander (40).

7. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat den rørformede ekspander (40) er tettet til foringshengeren ved flertall av ringformede ujevnheter (62) på en ytre overflate av den rørformede ekspander (40).

8. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat den rørformede ekspander (40) har en generelt sylindrisk utvendig overflate langs en aksial lengde av den rørformede ekspander (40), slik at foringshengeren er ekspandert vesentlig med den samme mengde langs den aksiale lengde av den rørformede ekspander (40).

9. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat en stopper (60) på foringshengerlegemet (50) begrenser aksial bevegelse av den rørformede ekspander (40) med hensyn til foringshengerlegemet (50).

10. Foringshenger og setteverktøysammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat foringshengerlegemet (50) har en initial ytre hengerdiameter mindre enn en indre diameter av foringsrørstrengen (22), foringshengerlegemet (50) er radialt ekspanderbart ved setteverktøyet for å tette med foringsrørstrengen (22).

11. Foringshenger og foringshengersammenstilling som angitt i krav 1,karakterisert vedat den rørformede ekspander (40) er tettet til foringshengeren ved én eller flere ringformede ujevnheter (62) på en ytre overflate av den rørformede ekspander (40), og den rørformede ekspander (40) har en generelt sylindrisk ytre overflate langs sin aksiale lengde av den rørformede ekspander (40), slik at foringshengeren er ekspandert vesentlig med den samme størrelse langs den aksiale lengde av den rørformede ekspander (40).

12. Fremgangsmåte for henging av en foring (90) i en brønnboring for å tette med en foringsrørstreng (22), fremgangsmåten omfatter: posisjonering av et ekspanderbart rørformet foringshengerlegeme (50) og rørformet ekspander (40) på et setteverktøy, det rørformede foringshengerlegeme (50) har initial indre foringshengerdiameter, og en initial ytre foringshengerdiameter mindre enn en indre diameter av foringsrørstrengen (22), den rørformede ekspander (40) har en ytre ekspanderdiameter større enn den indre initiale foringshengerdiameter; posisjonering av foringshengerlegemet (50) ved en valgt dybde innen en brønnboring fra en arbeidsstreng; tvungen flytting av den rørformede ekspander (40) aksialt til en posisjon vesentlig innen det rørformede foringshengerlegeme (50) for å radielt ekspandere det rørformede foringshengerlegeme (50) mot foringsrørstrengen (22), og derved feste det rørformede foringshengerlegeme (50) og den rørformede ekspander (40) nede i hullet; karakterisert vedtrinnene av: aksial sammenkopling av den rørformede foringshenger med en setteverk-tøyspindel (16) ved en sperremekan isme (80) forhindret fra å bevege seg radielt innover når foringshengeren er ført inn i brønnen; aksial flytting av en stopper (82) i forhold til sperremekanismen (80) etter at den rørformede ekspander (40) posisjoneres i det minste delvis innen det satte foringshengerlegeme (50); og fråkopling av sperremekanismen (80) etter at den rørformede ekspander (40) posisjoneres i det minste delvis innen foringshengerlegemet (50) og derved tillater radiell innoverbevegelse av sperremekanismen (80) for å frigjøre sette-verktøyet fra det satte foringshengerlegeme (50).

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av en sperrering (92) på én av sperremekanismen (80) og en setteverktøyspindel (16), og tilveiebringing av sperregjenger (94) på den andre av sperremekanismen (80) og setteverktøyspindelen (16).

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: tetting av den rørformede ekspander (40) mot det rørformede foringshengerlegeme (50) ved flertall av ringformede ujevnheter (62) på en ytre overflate av den rørformede ekspander (40).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av én eller flere pakningstetninger (55) på det rørformede foringshengerlegeme (50) for tetting med foringsstrengen (22) ved ekspansjon av det rørformede foringshengerlegeme (50); og festing av et flertall av holdekiler (53) på det rørformede foringshengerlegeme (50) for festing av den rørformede henger til foringsrørstrengen (22) når det rørformede foringshengerlegeme (50) ekspanderes av den rørformede ekspander (40).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: posisjonering av den rørformede ekspander (40) over det rørformede foringshengerlegeme (50) før tvangsmessig flytting av den rørformede ekspander (40) vesentlig innen det rørformede foringshengerlegeme (50).

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: føring av sement gjennom foringen når foringshengerlegemet (50) er satt for å sementere foringen i brønnboringen.