NO161518B - Pumpeplugg for bruk ved tfl-operasjoner i broenner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pumpeplugg for bruk ved

TFL-operasjoner i brønner, ifølge kravinnledningen.

Ved TFL-operasjoner transporteres verktøy fra en byggeplass, eller fra et sted på en offshoreproduksjonsplatt-form via et strømningsrør som strekker seg langs sjøbunnen, til en undervannsbrønn. Stømningsrøret står i forbindelse med produksjonsstrengen i brønnen på en slik måte at verktøyet kan transporteres via strømningsrøret til produksjonsstrengen og deretter forskyves nedover gjennom strengen til et nivå i brønnen hvor en på forhånd planlagt aksjon skal utføres ved hjelp av verktøyene. Forskyvningen av verktøyene oppnås ved å sammenkoble verktøyene med en pumpeplugg og etablere en ves-ketrykkdifferanse over pumpepluggen.

Generelt omfatter en pumpeplugg for bruk ved denne type operasjoner en sylindrisk hylse med en senterakse og et integrert legeme av fjærende materiale montert på hylsen, hvor legemet omfatter en sylindrisk del med flere ringformede fjærende tetningsfinner. Tetningsfinnenes ytre diameter velges slik at når pluggen er anordnet i en væskeleder med sirkelfor-met tverrsnitt, vil i det minste hver finnes kantområde tette mot væskelederens indre vegg. Det er underforstått at ved avstenging av strømningspassasjen gjennom hylsen og tilførsel av veske under trykk til en ende av pumpepluggen for å etablere en trykkdifferanse over pumpepluggen, vil pluggen forskyves gjennom lederen i en retning bort fra tilførselen med trykkvæske. En moderat trykkdifferanse er allerede tilstrekkelig til å forskyve pumpepluggen. Ved en slik trykkdifferanse vil de ytre kanter av de fjærende tetningsfinner befinne seg i kontakt med lederens vegg slik at trykkvæsken hindres i å passere pluggen. Tetningsfinnene, i det minste deres kantpartier, er tilstrekkelig fleksible til å følge variasjo-ner i strømningslederens diameter som foreligger hvor strøm-ningslederseksjoner er sammenkoblet til hverandre, samt i bend eller kurvede partier av lederen. Da tetningsfinnene vil slites når pluggen presses gjennom lederen, bør tetningsfinnenes størrelse velges slik at en viss slitasje kan till-ates før trykkvæsken vil stømme forbi pumpepluggen.

Når trykkdifferansen over pluggen overskrider en fastlagt verdi, vil finnene miste deres tettende stilling og trykkvæsken vil trenge forbi pluggen. Forbipassering av trykkvæsken kan være nødvendig av flere ulike årsaker som f.eks. for å drive frem flere pumpeplugger som er festet til hverandre og for å unngå fullstendig tiltetning av strømningsled-erne ved pumpepluggene.

Bortsett fra å bruke pumpepluggen ved TFL-operasjoner, kan pluggen også benyttes ved renseoperasjoner. Ved disse siste operasjoner kobles en kabel til en ende av hylsen (som har dens gjennomgående strømningspassasje avstengt mot væskestrømning) og pluggen (etter belastning) senkes i en brønns produksjonsrør. Ved å trekke kabelen oppad, senkes trykket i brønnen og brønnen vil begynne å strømme. Dette er en kjent teknikk som ikke krever noen ytterligere detaljert beskrivelse.

Kjente pumpeplugger beregnet for bruk ved de oven-for nevnte operasjoner har tetningsfinner som er koppformede. Ved TFL-operasjoner sammenkobles to plugger slik at koppene plasseres i motsatte retninger. Derved vil pluggene tette mot strømningslederens indre overflate i motsatte retninger av pluggens bevegelse. Det er beklageligvis funnet ved bruk på feltet at koppene, når de plasseres med deres åpne ender i bevegelsens retning, lett blir beskadiget når de passerer gjennom partier av strømningslederen som har en redusert diameter. Ved passering gjennom partier av strømningslederen hvor en plutselig senkning av diameteren i strømningspassa-sjen foreligger, kan beskadigelsen av koppene fremstå i form av riss på steder hvor koppene er forbundet med den sylindriske del av det integrerte legeme med fjærende materiale. I ekstreme tilfeller kan koppene til og med bli revet av det integrerte legeme.

Det forstås lett at en slik beskadigelse vil etter-late pumpepluggen uvirksom under TFL-operasjonene da pluggen når den først er pumpet ned til bunnen av en brønn, ikke kan hentes opp til overflaten ved å vende om transportvæskens strømningsretning i brønnen, ettersom koppene som er bestemt for å bringe pluggen tilbake til overflaten er ødelagt under den nedadgående bevegelse og dermed ikke lenger er i stand til å tette effektivt mot strømningslederens indre vegg. Transportvæsken vil dermed strømme forbi de ødelagte kopper og pumpepluggen forblir nede i brønnen.

Et mål for oppfinnelsen er en pumpeplugg for bruk

i brønnoperasjoner som eksempelvis TFL-operasjoner eller for rengjøring, hvor pluggen har tetningsfinner som ikke vil øde-legges ved å passere gjennom en strømningsleder, uavhengig av den retning pluggen forskyves gjennom lederen.

Et annet mål for oppfinnelsen er en pumpeplugg for bruk i brønnoperasjoner hvor pumpepluggen kan forskyves tettende i en leder i en retning med en etterfølgende forskyvning i en annen retning uten å beskadiges så meget at tetningen mellom pluggen og lederens indre vegg forsvinner, selv ikke dersom pluggen passerer gjennom partier av lederen hvor lederens indre diameter varierer plutselig.

Et annet mål for oppfinnelsen er en pumpeplugg for bruk i brønnoperasjoner hvor pluggens tetningsfinner er slik anordnet at hver tetningsfinne effektivt vil tette mot veggen i den leder pluggen forskyves i, uavhengig av forskyvnings-retningen gjennom lederen.

De forannevnte mål oppnås med pumpepluggen ifølge oppfinnelsen utformet som definert med de i kravene anførte trekk.

Oppfinnelsen beskrives eksempelvis på grunnlag av tegningen hvor figur 1 skjematisk viser et delriss av en pumpeplugg i henhold til oppfinnelsen, med tetningsfinner i form av plane sirkelformede skiver, figur 2 viser tverrsnittet langs II-II av pumpepluggen på figur 1, figur 3 viser ( i mindre skala) pumpepluggen på figur 1 i bruk i en strømnings-leder under neddriving av en verktøystreng gjennom strømnings-lederen, figur 4 viser detalj A av pumpepluggen på figur 1, menspumpepluggen forskyves i en leder i pilens retning, figur 5 viser detalj A av pumpepluggen på figur 1, når pumpepluggen forskyves i en leder i en retning motsatt retningen av forskyvningen vist på figur 4, figur 6 viser skjematisk et delvis sideriss av en pumpeplugg med tetningsfinner som har et konisk ytre parti og figur 7-10 viser alternative utforminger av tetningsfinner vist på figur 1 og 6.

På figur 1 er pumpepluggen 1 i henhold til oppfinnelsen vist omfattende en sylindrisk hylse 2 til hvilken et integrert legeme 3 av fjærende materiale er festet med et egnet klebemiddel. Legemet 3 består av flere ringformede finner 4 med en ytre diameter som stemmer overens med strøm-ningslederens indre diameter, gjennom hvilken pumpepluggen skal forskyves ved hjelp av en væske med opparbeidet trykk-differensial over pumpepluggen 1. Diametrene må stemme slik overens at hver finnes kantparti tetter mot strømningsleder-ens vegg på en slik måte at det foreligger tilstrekkelig materiale ved tetningskanten til å tillate slitasje av kanten uten at tetningskapasiteten avtar over de perioder pumpepluggen forskyves gjennom strømningslederen.

Det fjærende integrerte legeme 3 omfatter videre støtteringer 5 anordnet mellom hvert par med integrerte finner 4 og støtteringer 6 anordnet på motsatte ender av legemet 3. Støtteringene 5 og 6 har ytre diametre som er mindre enn finnenes 4 ytre diametre.

Det materialet som er benyttet ved fremstilling av legemet 3 bør være valgt slik at legemet 3 kan benyttes under ekstreme mekaniske belastninger og ekstreme trykk, tempera-turer og kjemiske omgivelser. Egnede materialer for dette for-mål er f.eks. nitrilgummi, karboksylert nitrilgummi og poly-uretane elastomerer.

Pumpepluggen i henhold til oppfinnelsen er en toveis pumpeplugg i den forstand at den kan forskyves gjennom en leder

(under forutsetning av at passasjen gjennom hylsen 2 er lukket)

ved en forskjell i væsketrykkpåvirkningen i en av retningene i lederen. På denne måte kan pluggen pumpes gjennom en leder i en retning av et væsketrykkdifferensial som virker i denne retning. Et væsketrykkdifferensial i den motsatte retning vil bevege pluggen i lengderetningen gjennom lederen på denne måte. Til enhver tid vil de samme finner tette mot lederens indre vegg og belastningen fra trykkdifferensialet vil drive pluggen gjennom lederen.

Figur 3 viser pumpepluggen 1 på figur 1 i bruk i

en strømningsleder 7. Den indre passasje gjennom hylsen 2

i pumpepluggen er stengt (på kjent måte) av en spindel 8 som er koblet til en side ved hjelp av et gaffelledd 9 ( av kjent type) til forskjellige brønnverktøy 10, 11 og 12 som er sammenkoblet med fleksible forbindelser 13 og 14. Slik brønn-verktøy og forbindelser er kjente og ytterligere beskrivelse er ikke nødvendig.

Om ønsket kan ytterligere pumpeplugger i henhold

til oppfinnelsen tilkobles spindelen 8 ved hjelp av gaffelledd, for å øke pumpepluggens 1 drivkraftpotensiale.

De ringformede tetningsfinner 4 (se figur 1) i pumpepluggen 1 er symmetriske i forhold til et plan perpendikulært til pumpepluggens langsgående midtakse. Denne form av finner tillater at pumpepluggen kan benyttes i begge retninger. Slik det i det etterfølgende beskrives i henhold til figur 4 og 5 har denne type finner, når de benyttes i kombi-nasjon med støtteringene 5, ingen tendens til å bli beskadiget eller utslitt når pluggen flere ganger forskyves i motsatte retninger gjennom lederen, eller føres gjennom en leder med stedvise hindringer.

Figur 4 viser detalj A av pumpepluggen på figur 1

1 en stilling hvor pluggen drives ned ved væskepåvirkning

gjennom lederen 15. Væsketrykkdifferensialene over pumpepluggen (som har sin gjennomgående passasje gjennom hylsen 2 tettet igjen mot passasje av væske) forskyver pluggen i pilens 16 retning. Pluggen 1 er vist på et sted i lederen

15 hvor den første finne i pluggen nettopper ført inn i hin-dringen 17 i lederen. Den andre finne 4<*> befinner seg frem-deles i det parti av lederen 15 som har en relativt stor diameter og finnen 4' tetter med sitt kantparti mot lederens vegg. Finnenes diameter velges slik at finnene er noe buet i langsgående retning når de befinner seg i sine driftsstillinger i den del av lederen 15 som har stor diameter. Finnens 4' kantparti (samt kantpartiene av hver av de andre finner, som ikke er vist, som befinner seg i den del av lederen 15 som har stor diameter) holdes i kontakt med lederveggen ved hjelp av materi-lets fjærende egenskaper i det integrerte legeme 3, og tetter således mot veggen. Tetningskraften forhøyes ved trykkdifferensialet som foreligger over finnene og søker å bøye fin,nene utad mot lederveggen.

Det integrerte legemes 3 materialet er tilstrekkelig fjærende til å tillate finnene å bli deformert på samme måte som vist med finnen 4 på figur 4 når finnene trenger inn i lederens 15 innsnevring 17. I denne stilling understøttes hver finne 4 av det tilstøtende støttelegeme 5 på en slik måte at strekk-kreftene som utøves på det sted hvor finnene ligger an mot den sylindriske del av det integrerte legeme 3,

er relativt små. Som et resultat av dette vil riss som ville lede til at finnen ble slitt av fra legemet 3, ikke oppstå

og hver finne vil bøyes ut igjen når pumpepluggen har passert innsnevringen 17.

Da hver finne 4 er festet ved motsatte sider til en støttering 5, kan finnene deformeres i motsatte retninger av-hengig av den retning pluggen passerer gjennom en innsnevring i rørledningen eller lederen. Figur 5 viser detalj A i pumpepluggen på figur 1 når pluggen drives gjennom lederen 15 i en retning (pilen 18) motsatt bevegelsesretningen vist på figur 4. Når pluggen er ført inn i lederens 15 innsnevring 19, deformeres finnene 4 på motsatt måte av det som er vist på figur 4 og hviler derved mot støtteringene anordnet på baksiden av finnene. Figur 6 viser en annen utførelse av oppfinnelsen. Ved denne utførelse er finnene 20 og støtteringene 21 og 22 separate elementer som er festet til pumpepluggens 24 hylse 23. Finnenes 20 kantpartier har en noe konisk form (den koniske dels toppvinkel er større enn 14 0°). Hovedfordelen med dette er at drivkraftpotensialet for pluggen i retning av konens toppvinkel er større enn ved pumpepluggen på figur 1.

Bortsett fra finnene 4 og 20 (se figur 1 og 6) kan andre ringformede finner benyttes i pumpepluggen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Noen eksempler er vist på figur 7-10. De ringformede finner 25 (som vist delvis på figur 7) er diskosformet og ved sin indre kant klebet til den ytre vegg av en sylindrisk hylse 26. Støtteringene 27 har tilsvarende form som finnene 25 og er også klebet til hylsens 26 vegg.

Om ønsket kan ringene og finnene være festet til hverandre. Hylsen 26 kan erstattes av en dor (ikke vist) med anordninger for å koble pluggen til verktøy som er egnet til å forskyves ned i en brønn slik at planlagte operasjoner i brønnen kan utføres. Figur 8 viser en plan ringformet finne 28 med ringformede spor 29, 30 som øker finnens fleksibilitet. Det kan foreligge flere enn ett slikt e.l. spor. liknende spor kan an øretet også benyttes for å øke fleksibiliteten av de andre typer finner, eksempelvis de som er vist på figur 7 og 9. Figur 9 viser en annen type finne. Denne finne 31 har fordelen med et relativt stort kantpartivolum som gir en hensiktsmessig beskyttelse i ledere hvor det kan oppstå be-tydelig slitasje av finnene.

Figur 10 viser en ringformet finne bestå-

ende av flere tynne ringer 32 av fjærende materiale som er festet nær deres indre kant for å danne en integrert finne. Denne type finne har en ekstremt stor fleksibilitet som kan være fordelaktig for bruk på pumpeplugger som må pumpes gjennom ledere med trange innsnevringer.

Det er underforstått at holderingene 33, 34 og 35 vist på figur 8, 9 og 10 stemmer overens med finnen som de skal samvirke med når finnene deformeres under forskyvningen av pumpepluggen gjennom en leder og er festet til hylsen og/ eller finnene,på samme måte som omtalt i forbindelse med figur 7.

Selv om utførelsen av oppfinnelsen som eksempelvis er omtalt i sammenheng med tegningene, alle er omtalt i forbindelse med pumpeplugger for bruk ved TFL-operasjoner, er det underforstått at hver utførelse også kan benyttes som en svaber ved rensing av brønner. Slik rensemetoder er velkjente og krever ingen ytterligere beskrivelse.

Videre skal det bemerkes at finnene og støttelege-mene vist på figur 6-10 kan utføres i forskjellige materialer. Finnenes materiale bør ha en tilstrekkelig fleksibilitet til

å tillate finnene å bli deformert til en stilling hvor de understøttes av støttelegemene når pluggen passerer gjennom snevre partier i en strømningsleder, som eksempelvis gjennom

begrensninger, kurver eller bend. Støtteanordningene kan ut-føres av ikke fjærende materialer som på samme måte som finnenes materiale, er egnet til å motstå de ofte ekstreme be-tingelser pluggen utsettes for i brønner som trenger ned i dyptliggende underjordiske formasjoner. Motstanden mot mek-anisk slitasje kan være mindre enn slitemotstanden for det materiale som er benyttet for finnene.

Finnene og støttelegemene kan være separate elementer som vist på figur 6-10, eller danne del av et integrert legeme som vist på figur 1 og 2. I en alternativ utfør-else kan pumpepluggen i henhold til oppfinnelsen bestå av en sylindrisk hylse (eller en plugg) som bærer elementet bestå-ende av en eller flere finner og to eller flere støtteanord-ninger. Elementene kan være festet til den ytre overflaten av hylsen eller pluggen, eller montert til hylsen eller pluggen på enhver annen egnet måte som f.eks. ved å presses til denne i aksial retning ved hjelp av mutre skrudd på gjenger i begge ender av hylsen eller pluggen.

Claims (4)

1. Pumpeplugg for bruk ved TLF-operasjoner i brønner, omfattende flere ringformede tetningsfinner (4) av fjærende materiale montert på en hylse (2), slik at hver tetningsfinne er fleksibel i begge retninger av hylsens senterakse, og hvor støtteanordninger er montert til hylsen for å understøtte tetningsfinnene i disses bøyde stilling, idet støtteanordning-ene (5, 6) består av ringformede elementer (6) med mindre ytre diameter enn tetningsfinnenes ytre diameter, og hvert ringformet element er anordnet i tilslutning til minst én tetningsfinne (4) og har en buet radial overflate som tet-ningsf innene i deres bøyde stillinger ligger an mot, KARAKTERISERT VED at hver tetningsfinne (4) har i det minste sitt midtparti anordnet symmetrisk om et plan perpendikulært til pumpepluggens senterakse, og at hver støtteanordning (5) som er anordnet mellom to tetningsfinner (4), er symmetrisk om et plan perpendikulært til pumpepluggens senterakse.

2. Plugg ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hver tetningsfinnes ytre parti er utformet sterkt konisk.

3. Plugg ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den koniske dels toppvinkel er større enn 140°.

4. Plugg ifølge krav 1-3, KARAKTERIESRT VED at finnene og støtteanordningene er fremstilt i ett stykke av fjærende materiale.