NO321083B3

NO321083B3 - Bronnplugg

Info

Publication number: NO321083B3
Application number: NO20042939A
Authority: NO
Inventors: Espen Hiorth; Asbjorn Nervik
Original assignee: Bronnteknologiutvikling As
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2010-02-15
Also published as: GB0421185D0; GB2415973B; US7290603B2; NO321083B1; NO20042939D0; GB2415973A; US20060005963A1

Description

Brønnplugg

Oppfinnelsen gjelder en brønnplugg som angitt i innledningen til patentkrav 1, særlig for bruk i olje- og gassbrenner med høyt trykk og høy temperatur.

Bakgrunn

For å tette olje- og gassbrønner som skal midlertidig eller permanent avstenges, benyttes det som regel brønnplugger som tetter brønnen ved hjelp av ekspanderbare pakninger. I brønner med høyt trykk (f.eks. over ca. 5000 psi) kombinert med høy temperatur (f.eks. over 150°C) vil pakninger med element av gummi eller en annen elastomer ha begrenset levetid. Det er derfor foreslått brønnplugger med metallpakninger, som tåler å utsettes for vesentlig høyere trykk og temperatur enn rene elastomerpakninger.

Fra EP patentskrift 1277915 (Shell Int. Research, 2003) er der kjent å lage brønnplugger hvor pakningselementet ved nedsetting omfatter ei rekke metallhylser som ligger etter hverandre langs en kjerne, med kantoverlapp. Ved låsing presses metallhylsene sammen, slik at de tvinges til å gli oppå hverandre til en tykkere stabel. Denne løsningen har imidlertid strukturelle svakheter i forbindelse med uttaking av brønnpluggen etter bruk.

Fra W003058026 (Flaaten m.fl. 2003) er det kjent en brønnplugg med ei tetningshylse med et meanderformet ringelement, som ligger i et sylinderplan og som ekspanderes radialt ved aksial sammenpressing mot toppene i meanderformen. På den måten kan det oppnås tetning langs elementets anleggsflate mot brønnveggen. En vesentlig ulempe med denne tetningshylsa ligger i mangelfull sammentrekking når den aksiale trykkpåvirkningen fjernes. Denne løsningen er derfor lite hensiktsmessig for brønnplugger som skal stenge av brønner midlertidig og tas ut etter bruk.

Fra US-patentskrift 3.061.012 (Moosman 1959) er det kjent en brønnpakning med et elastomert pakningselement, og ei lukket rekke av overlappende enkeltelementer som ved ekspansjon forblir innbyrdes overlappende, men uten at det dannes kontakt med rørveggen.

Fra US-patentskrift 5.226.492 (Solaeche et. al, 1993) er det kjent en brønnplugg som har både et elastomerisk pakningselement og ei tetningshylse av metall som danner tetning mot rørveggen. Her kan tetningshylsa ekspandere ved at den har slisser, men denne ekspansjonen har sin sterke begrensning.

Det er også beskrevet kjente plugger i publikasjonene US 6,796,376, US 5,101,958. Videre er det i patentsøknad NO20040640, som ikke var allment tilgjengelig på innleveringstidspunktet for dette patentet, også beskrevet en plugg.

Formål

Oppfinnelsens hovedformål er å skape en brønnplugg for høyt trykk og høy temperatur (HPHT-plugg) som både gir effektiv tetning under de aktuelle HPHT-forhold og som dessuten kan trekkes ut av brønnen etter bruk. Høy pålitelighet og slitestyrke er også et formål for slike brønnplugger. Dessuten vil økonomi, både ved produksjon og drift, være en faktor ved slikt utstyr.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1.1 patentkravene 2-6 er det angitt særlig fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Med den nye brønnpluggen er det mulig å skape sikker tetning under de mest ekstreme bruksforhold med hensyn på trykk og temperatur. Dessuten kan den nye brønnpluggen tas ut av brønnen uten svikt, særlig på grunn av utformingen av tetteklossene ("dogs") og deres innfesting. Ytterligere detaljer og fordeler ved oppfinnelsen vi 1 gå fram av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor

Fig. 1 viser et perspektivriss av tetningsdelen av en brønnplugg i samsvar med oppfinnelsen, Fig. 2 viser et delvis oppsnittet sideriss av tetningsdelen i Fig. 1, med pakningselementet i uekspandert, trykkløs tilstand, Fig. 3 viser et tilsvarende riss som Fig. 2, med trykkpåvirket pakningselement, mens Fig. 4 viser perspektivriss av en tettekloss for bruk ved brønnpluggen i Fig. 1-3.

Brønnpluggen 11 i Fig. 1 er vist liggende, men den vil i praksis bli brukt både for brønner som er vertikale og brønner som har forskjellige vinkler mot vertikalen. Det er for forskjellige element brukt betegnelsen "øvre" og "nedre", relatert til den mest vanlige orienteringen. Brønnpluggen har et øvre rørformet hus 12, til høyre i tegningen, som gir plass for ei øvre ringformet rekke 13 av tetteklosser 13 A og et nedre rørformet hus 14 for ei tilsvarende ringformet rekke 15 av nedre tetteklosser 15 A. Hver ringformet rekke 13,15 av tetteklosser 13A, 15A har i eksemplet fjorten tetteklosser, men dette antallet kan variere, avhengig av diameteren på brønnpluggen og utformingen av tetteklossene 13 A, 15 A.

For hver tettekloss 13A, 15A er det anordnet ei bladformet kompresjonsfjær 16. Kompresjonsfjæra 16 er festet ved en ende til det tilstøtende huset 12 eller 14. Ved tetteklossen 13A, 15A har kompresjonsfjæra 16 en tungeformet ende 17 som griper inn i en utsparing 42 (Fig. 4) i tetteklossen 13 A, 15 A. Ved den ytre enden har kompresjonsfjæra 16 en endeutvidelse eller monteringsplate 18 med åpning for en festeskrue 19 som går inn i huset 12 hhv. 14.1 huset 12 hhv. 14 er det en utsparing 20 som lar monteringsplata 18 være forsenket. Hoveddelen av kompresjonsfjæra 16 ligger i et langsgående spor 21 i huset 12 hhv. 14. Detaljer ved tetteklossene 13A, 15A vil gå fram av Fig.4 og beskrivelsen nedenfor.

Mellom de to ringformete rekkene 13,15 av tetteklosser 13A, 15A er det plassert ei ekspansjonshylse 22 av gummi eller et annet elastisk materiale. Ekspansjonshylsa 22 har sylindrisk form og har ender 23 med konisk overheng og anlegg mot en trykkring 24 ved hver ende. (Fig. 2 og 3)

I Fig. 2 er brønnpluggen 11 vist i trykkavlastet tilstand, for innsetting og trekking, tilsvarende tilstanden i Fig. 1, og i Fig. 3 er den vist i ekspandert tetningsstilling, slik den vil fungere i et brønnhull.

Trykkringene 24 har en fotdel som går konisk over i en avrundet topp, og et innvending omkretsspor 25 med en tetningsring 26 (Fig. 2 og 3). Den koniske trykkringen 24 har en bratt skråkant 27 mot ekspansjonshylsa 22 og en litt slakere skråkant 28 mot tetteklossene 13A, 1 5A, Trykkringene 24 er integrert med ei hylse 29 som strekker seg glidbart med anlegg langs en hylseformet nedtrekksmandrell 30 og med en utvendig ring 31 ved enden.

Nedtrekksmandrellen 30 er spent fast på en hylseformet, sentral mandrell 32 ved hjelp av en klemmutter 33 skrudd på den ytre enden av nedtrekksmandrellen 30, Klemmutteren 33 og ringen 31 ved enden av hylsa 29 kan forskyves i en ringformet utsparing 34 i enden av det øvre huset 12. En tilsvarende utsparing 35 finnes i det nedre huset 14. Ringene 31 kan ha en pakningsring i et utvendig spor.

I Fig. 4 er det vist en tettekloss eller "dog" 13A, 15A. Tetteklossen 13A, 15A har et hode 36 med en bueformet hoveddel 37 som danner ei radialt ytre tetteplate 38 som kan danne anlegg mot brønnveggen. Hodet 36 ligger symmetrisk om en halsdel 39 med to vinger 40, 41 og en sentral sliss 42 for opptak av enden 17 av kompresjonsfjæra 16. Ved underkanten av halsdelen 39 strekker seg en labb 43 aksialt bort fra hodet 36. Ved en ende av hodet 36 er dette forlenget med en vinge 44 som rager sideveis ut i forkanten av hodet, med ei innerflate 45 som kan danne anlegg mot nabotetteklossens ytterflate 48. Vingen 44 har ei radielt utvendig flate 46 sum har samme krumningsradius som den ytre tetteflata 38.

Innerflata 45 på, vingen 44, som altså er vendt aksialt mot en nabo-tettekloss 13 A, 15 A, kan forskyves fra en sammenskjøvet stilling som vist i Fig. 2 til en ekspandert stilling sum vist i Fig. 3 med kontinuerlig overlapping og tetning.

Den aksielle fronten av tetteklossens 13A hode 36 har ei bueformet, nedovervendt skråflate 47 som i aktiv stilling danner tettende anlegg og glir mot trykkringens 24 skråflate 28.1 aktiv stilling oppnås også en radial kraft som sikrer at tetteklossens 13A ytre tetteflate 38 oppnår nødvendig tetning not brønnveggen.

Virkemåte

Fig. 1 og 2 viser brønnpluggen i innføringsposisjon for innføring eller setting i en brønn. Begge rekkene 13,15 med tetteklosser 13A og 15A ligger symmetrisk om ekspansjonshylsas 22 midtplan. Tetningsfunksjonen aktiveres ved at man trekker i den sentrale mandrellen 32 og holder i det øvre huset 12. Den sentrale mandrellen 32 er forbundet med det nedre huset 14 og skyver dermed både de nedre tetteklossene 15 A oppover mot den nedre trykkringen 24, og de øvre tetteklossene 13 A oppover med den øvre trykkringen 24, slik at de presses mot brønnveggen og danner tetning mot denne. Det oppnås dermed en tetningsbevegelse som er symmetrisk om ekspansjonshylsa eller "packeren" 22 fordi de øvre tetteklossene 13A holdes igjen av det øvre huset 12.

Når ekspansjonshylsa 22 komprimeres mellom de ringformete rekkene 13 og 15, vil det utøves en kraft på vingene 44 hos tetteklossene 13 A, 15 A. Dette vil føre til tetting av spalta mellom innerflata 45 av vingen 44 og den bueformete aksiale frontflata 48 til en nabo-tettekloss.

Ekspansjonshylsa 22 vil, når den blir komprimert mellom ringelementene 13,15, lukke spalta som oppstår mellom innerflata 45 på en tettekloss 13A, 15A, og den aksiale frontflata 48 på en nabotettekloss.

Ved trekking av brønnpluggen trekkes det øvre huset 12 utover mens den sentrale mandrellen 32 og det indre tetningshuset 14 holdes i ro. Under trekkingen vil den elastiske ekspansjonshylsa 22 gå tilbake til sin opprinnelige diameter og kompresjonsfjærene 16 vil trykke tetteklossene 13A, 15A tilbake til utgangsposisjonen.

Trekkmandrellen 30 har som oppgave å sikre at trykkringen 24 flyttes bort fra tetteklossene, slik at disse kan gå fritt tilbake til sin utgangsposisjon ved hjelp av kompresjonsfjærene 16.

Oppfinnelsen kan også realisere med bare ei ringformet rekke av tetteklosser. Bruk av to rekker tetningsklosser 13A og 15A vil gi den fordelen at det lettere kan fanges opp trykkrefter fra begge sider ved en operasjon i brønnen.

Claims

1. Brønnplugg, særlig beregnet for avstengning av en ringformet kanal i en olje-eller gassbrønn med høyt trykk og høy temperatur, med to radialt utvidbart ringelement (13, 15) som er anbrakt på et bærende sylindrisk element (32), mellom to innbyrdes aksialt forskyvbare presselementer (12, 14) slik at ringelementet fra en radialt sett indre stilling ved innføring av brønnpluggen i en brønn kan ekspanderes til tetningsstilling mot brønnens vegg og holdes tett mot det bærende sylindriske elementet (32), hvor de utvidbare ringelementene (13,15) med en trykkring (24) er anbrakt aksialt symmetrisk på sin hver side av ei elastisk hylse (22) hvor den elastiske hylsa (22) er en pakningsring som ved aksial trykkpåkjenning ekspanderer radialt sammen med det tilstøtende utvidbare ringelementet (13,15) og utøver ei aksial kraft på dette og hvor det radialt utvidbare ringelementet (13, 15) er tilvirket av et materiale som tåler høyt trykk og høy temperatur, særlig av varmebestandig metall eller et annet materiale, hvor det radialt utvidbare ringelementet (13, 15) omfatter ei lukket rekke av i omkretsretningen overlappende enkeltelement (13A, 15A) som ved ekspansjonsbevegelsen kan beveges innbyrdes i omkretsretningen, hvor de overlappende enkeltelementene (13A, I5A) opprettholder tettende anlegg mot hverandre, og danner ei utvendig tetningsflate (38) som kan danne tettende anlegg mot en sylindrisk rørvegg og at de har ei innovervendt tetningsflate (47), hvor enkeltelementene (13A, 15A) i det radialt utvidbare ringelementet (13,15) har et anleggselement (36) med ei utvendig flate (38) som ligger på ei sylinderflate, og ei skrått innovervendt tetningsflate (47) som ligger på ei ringflate, karakterisert ved at anleggselementet (36) har en vinge (44) som rager ut ved en ende i omkretsretningen for å danne tettende anlegg mot den aksiale frontflata (48) av et naboelement og hvor brønnpluggen videre omfatter ei bladformet kompresjonsfjær (16) som ved en ende er festet til det tilstøtende sylindriske presselementet (12, 14), og som ved den andre enden presser enkeltelementet (13 A, 15 A) radialt innover for frigjøring fra den sylindriske rørveggen ved ekspansjonsavlastning og trekking.

2. Brønnplugg i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at enkeltelementene (13A, 15A) av det radialt utvidbare ringelementet (13, 15) danner anlegg ved ei skråflate med avfaset kant (47) mot en trykkring (24) med skrå anleggskant (28), og danner anlegg ved en bakende mot et sylindrisk presselement (12).

3. Brønnplugg i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at bladfj æra (16) er anordnet i et aksialt spor (21) i det sylindriske presselementet (12), idet den fri enden (17) av bladfjæra (16) ligger an i et aksialspor (42) i hvert enkeltelement (13A, 15A) i det utvidbare ringelementet (13, 15)

4. Brønnplugg i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at trykkringen (24) har konisk tverrsnitt som smalner av radialt utover mot en topp.

5. Brønnplugg i samsvar med et av patentkravene 1-4, karakterisert ved at enkeltelementene er tetteklosser (13 A, I 5 A) med et buet, ringsegmentformet hode (36) hvis skrå front danner tetningsflate (47) mot trykkringens (24) ene skråside (28), hvilken tetningsflate er aktiv i alle radialposisjoner av tetteklossene (13A, 15A), og at trykkringen (24) er tett mot den bærende sylinderen (32).

6. Brønnplugg i samsvar med patentkrav 5, karakterisert ved at det er anordnet 14 tetteklosser (13A, 15A) i det utvidbare ringelementet (13,15).