NO20151285A1 - Anordning og fremgangsmåte ved pakkboks for en borestreng - Google Patents

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE VED PAKKBOKS FOR EN BORESTRENG

Oppfinnelsen angår en pakkboks for anvendelse ved petroleums-boring. Et roterbart pakningselement i senteraksen av en pakningsholder i pakkboksens ytre hus er innrettet til å ta opp geometriforskjell mellom passerende borerør og skjøtekopling-er i en borestreng, samt tette statisk og ved rotasjon av borestrengen. Oppfinnelsen omfatter også fremgangsmåter for installasjon og trekking av en pakningsholder med tetningselement henholdsvis inn i eller ut av et ytre hus.

Anordninger med tetningselement som tar opp geometriforskjeller mellom passerende, roterende borerør og rørkoplinger be-nyttes til forskjellige boreteknikker i petroleumsnæringen, kjent som Managed Pressure Drilling (MPD) og Dual Gradient Drilling (DGD). Utstyret kan være montert på overflaten, være integrert i stigerør mellom fartøy og havbunnsutstyr, eller være montert på undervanns brønnutstyr. Anordningen skal tette mot en borestreng under boring og sementering og dirigere returnert borevæske fra brønnen til et sideutløp under pakningselementet. Det er ønskelig med åpning på minimum 18 H" diameter gjennom pakkboksens hus, slik at større komponenter kan føres gjennom pakkboksen, når pakningselementet ikke er installert. For stigerørsanvendelser begrenses den utvendige diameteren av åpningen i rotasjonsbordet på boredekket, eksempelvis 4 9 1 / 2".

Av kjent teknikk er pakkbokser med roterende pakninger og me-kaniske lager mest vanlig. Tetningsegenskapene for disse på-virkes negativt av høy rotasjonshastighet. - GB A 2.425.795 beskriver en pakkboks med pakninger som roterer sammen med borestrengen.

Det er også utviklet løsninger med passive, ikke roterende, pakninger som baserer seg på injeksjon av smøremidler. Disse er tolerante for høy rotasjonshastighet, men er arbeidskre-vende å operere. - NO 324167 Bl beskriver en pakkboks bestående av en dynamisk tetning med en tetningsenhet og en mottakerdel. Tetningsenhe-ten består av tre tetninger, og rommene mellom tetningene er fylt med grease for smøring og trykkstøtte til tetningene.

De nevnte løsningene har til felles at pakningene er svært utsatt for slitasje, noe som kan føre til avbrudd i operasjo-ner med kostbar utskifting av pakningselement. En annen ulem-pe er begrenset toleranse for skjevstilling av borestrengen.

NO 332900 Bl beskriver en roterende pakkboks med en fleksibel tetningshylse som omslutter en borestreng i et sylindrisk hus. Hylsen er omgitt av et væskefylt, trykksatt ringrom og tetter mot borerøret, mens endene av hylsen tetter henholdsvis mot et øvre og et nedre sett med hydraulisk aktuerte støtteplater. Støtteplatene er forsynt med utsparinger som danner en åpning for borestrengens skjøtekoplinger når platene står i indre posisjon. Platene kan trekkes tilbake ved hjelp av aktuatorer, slik at utstyr med større diameter til-lates å passere gjennom pakkboksen. Pakningselementet trekkes ut, eller installeres i pakkboksen med borestrengen. Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal bidra til vedvarende tetning med høy slite-styrke og lang levetid ved høyt differansetrykk og hurtig om-dreining av borestrengen, eksempelvis 200 omdreininger pr. minutt. Pakkboksen skal ta opp skjevstilling, slark og side-krefter fra borestrengen. Oppfinnelsen skal også bidra til at pakkboksen kan bli en slank konstruksjon med stor åpning, når pakningsholderen ikke er installert. Pakningsholderen med pakningselementet skal både kunne håndteres med borestrengen og heises langs borestrengen.

Følgende momenter skal bidra til dette;

En sylindrisk pakningsholder er orientert og låst i pakkboksens ytre hus, med tetning mot innsiden av huset. En borestreng passerer gjennom pakkboksens senterakse via åpninger i pakningsholderen og et innvendig pakningselement. Pakningselementet består av et perforert oppspenningsrør med en innvendig pakningshylse som omkranser borestrengen. Pakningselementets ender er lagret opp i støtteringer mellom pakningsholderens øvre og nedre lokk. Støtteringene er forsynt med foringer, med åpning for den aktuelle borerørdimensjon, samt pakningsringer som tetter mot motstående pakningsringer på oppspenningsrørets ender. Når ringrommet i pakningsholderen trykksettes fra utsiden roterer pakningselementet med borestrengen, idet hylsen klemmes tettende rundt borerøret. Pak ningsholderen kan henges på og håndteres med borestrengen ved at en anordning griper løst rundt borerøret, eller den kan heises langs borestrengen med et verktøy som låses til den øvre delen av pakningsholderen.

Foreliggende søknad vedrører i et første aspekt en pakkboks for en borestreng med en utskiftbar pakningsholder og et pakningselement som tar opp geometriforskjeller mellom passerende borerør og rørkoplinger, og pakkboksen er kjennetegnet ved de i patentkrav fremsatte karakteristikker.

I et annet aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å installere eller trekke en pakningsholder med et tetningselement inn eller ut av pakkboksens hus ved at;

Borkronen senkes først ned gjennom pakkboksens hus med borestrengen. Pakningsholderen med pakningselementet tres inn på et borerør, og en gripeanordning på pakningsholderen enga-sjeres, slik at pakningsholderen henger løst på en skjøtekop-ling. Borerøret med pakningsholder og tetningselement skrus inn på borestrengen og senkes ned til pakkboksens hus og landes i dette.

En orienteringspinne nederst i pakkboksens hus skyves frem, slik at pakningsholderen blir dreid i posisjon av pin-nen ved hjelp av en orienteringskrage på undersiden av pakningsholderen, før pakningsholderen landes på orienterings-pinnen. Anordningen som griper løst rundt borerøret frikoples og låsepinner og koplingsanordninger for hydraulikk skyves frem og inn i pakningsholderen.

Frigjøring og trekking av pakningsholderen med borestrengen skjer ved å reversere trinnene beskrevet for instal- lasjonen, ved at en anordning griper løst rundt borerøret, før de øvre låsepinnene og koplingsanordningene for hydraulikk trekkes tilbake til sin indre posisjon. Når en skjøte-kopling treffer anordningen som griper rundt borerøret løftes pakningsholderen ut av huset og følger borestrengen til overflaten. De nedre låsepinnene trekkes også tilbake til sin indre posisjon når pakningsholderen henger på røret.

Pakningsholderen kan alternativt installeres eller trekkes til overflaten med et verktøy. Verktøyet låses til et utvendig låsespor på en øvre entrings-kon for borestrengens skjøtekoplinger på toppen av pakningsholderen. Fremgangsmåten for landing, låsing, tilkopling av hydraulikk og frigjøring av pakningsholderen er lik med det som er beskrevet for håndtering med borestreng, bortsett fra at anordningen som er innrettet for å gripe rundt borerøret hele tiden er i sin indre posisjon, slik at pakningsholderen kan trekkes fritt langs borestrengen.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform, anskueliggjort på medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 viser perspektivisk en pakkboks med en gjennomgående borestreng, hvor huset er forsynt med aktuatorer i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom pakkboks og borestreng; Fig. 3 viser i større målestokk et snitt av pakningselementet i fig. 2.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en rørformet pakkboks for anvendelse ved petroleumsboring, hvor pakkboksen 1 omfatter et ytre hus 2 og en innvendig, sylindrisk pakningsholder 3 med et roterbart pakningselement 4. Huset 2 kan være forsynt med overgang til et marint stigerør i hver ende, eller overgang for andre undervanns eller overflateanvendelser (ikke vist). I noen anvendelser vil det være aktuelt å benyt-te et utvendig deksel som beskytter aktuatorene, (ikke vist).

En borestreng 5, bestående av borerør 5A og skjøtekoplinger 5B kan passere aksialt gjennom åpninger i pakningsholderens 3 topplokk 3A og bunnlokk 3B og gjennom pakningselementet 4.

En anordning 6, bestående av hydraulisk aktuerte, fjærbelastede låsebolter er innrettet for å gripe løst rundt borerøret 5A for håndtering av pakningsholderen 3 med pakningselementet 4 ved hjelp av en skjøtekopling 5B på borestrengen 5.

Huset 2 er forsynt med et øvre og nedre sett låsepinner 7A/B for pakningsholderen 3. En orienteringskrage 8 vrir pakningsholderen 3 til riktig posisjon i pakkboksens 1 ytre hus 2 ved hjelp av en orienteringspinne 7C når pakningsholderen 3 landes i huset 2. Huset er forsynt med koplingsanordninger 8 A/B for henholdsvis innvendig trykksetting av pakningsholderen 3 og hydraulisk aktivering av pakninger 9 mellom huset 2 og pakningsholderen 3. Låsepinnene 7 A/B og koplingsanordningene 8 A/B kan være hydraulisk operert, med mekanisk overstyring.

Pakningsholderens endelokk 3A/B er forsynt med hver sin entrings kon 10, 11 for skjøtekoplingene 5B. Øvre entringskon 10 kan ha et utvendig låsespor 10A for tilkopling av et verktøy (ikke vist) for installasjon, eller trekking av pakningshol deren 3. En fleksibel mansjett (ikke vist) kan anbringes på entringskonen 10 og tette rundt borestrengen.

Innvendig i pakningsholderen 3 er det på undersiden av topp-lokket 3A og oversiden av bunnlokket 3B montert støtteringer 12 med en innfelt foring 12A for senteråpningene, tilpasset aktuell borestrengs 5 dimensjon, samt pakningsringer 12 B/C.

Pakningselementet 4 er spent opp mellom fjasrbelastede paknings glideringer 12B i hver av støtteringene 12 i pakningsholderen 3. Pakningselementet 4 består av et perforert opp-spenningsrør 4A med paknings glideringer 4B/C som tetter mot paknings glideringer 12B/C. Paknings glideringene 4B/C og 12B/C er typisk fremstilt av industrikeramisk materiale.

En fleksibel pakningshylse 4D/E i oppspenningsrøret 4A er vist i trykkløs posisjon, med et innvendig slitebestandig lag 4D og en ytre kappe 4E, festet til oppspenningsrøret 4A med klemmeanordninger 4F. Det indre laget kan ha innstøpte, in-dustrikeramiske sliteelementer. Lagene 4D/E er støpt eller limet sammen. Hylsen 4D/E kan også bestå av ett lag. Hylsen 4D/E dimensjoneres for å passe til borerørs dimensjonen. Pakningselementet 4 roterer med borestrengen 5 når hylsen 4D/E klemmes tettende (ikke vist) rundt borestrengen 5, idet hylsen trykksettes via koplingsanordningen 8A. Mediet er typisk filtrert sjøvann. En kompensator (ikke vist), kompenserer for volumendringer i pakningsholderens 3 ringrom ved passasje av skjøtekoplinger 5B gjennom hylsen 4D/E. Den koples til pakningsholderen 3 fra utsiden av pakkboksen 1, eller plasseres i pakningsholderen 3, med forbindelse til utsiden av pakkboksen 1. Kjøling kan inkluderes ved at forspenningsvasske (sjø-vann) slippes ut av pakningsholderen 3 til omgivelsene.

Claims (8)

1. Anordning ved en pakkboks (1) for anvendelse ved petroleumsboring hvor et roterbart pakningselement (4) i senteraksen av en pakningsholder (3) , som er orientert og låst i posisjon med tetning i pakkboksens ytre hus (2), er innrettet til å tette og ta opp geometriforskjell mellom passerende borerør (5A) og skjøtekoplinger (5B) i en borestreng, samt tette statisk og ved rotasjon av borestrengen (5) ,karakterisert vedat pakningselementet (4) består av et perforert oppspenningsrør (4A) med glidetetninger (4B/C) på endene, som er i tettende inngrep med glideflater (12B/C) innvendig i pakningsholderen og en innvendig, fleksibel pakningshylse (4D/E) som klemmes tettende mot borestrengen (5) med et utvendig trykk fra et fluid i et volumkompensert ringrom mellom huset (2) og hylsen 4D/E.

2. Anordning i henhold til krav 1, hvor oppspenningsrøret (4A) utgjøres av en perforert midtseksjon, en klemmean-ordning (4F) for feste av den innvendige hylsen (4D/E) og paknings glideringer (4B/C) på endene av røret.

3. Anordning i henhold til krav 1, hvor pakningselementets (4) ender er spent opp mot støtteringer (12) mellom pakningsholderens (3) øvre (3A) og nedre (3B) endelokk. Støtteringene (12) er forsynt med foringer (12A) med åpning tilpasset borestrengs (5) dimensjonen, samt paknings glideringer (12B/C) som omslutter og tetter mot paknings glideringer (4B/C) på oppspenningsrørets ender.

4. Anordning i henhold til krav 1, hvor den fleksible hylsen (4D/E) består av et innvendig, slitebestandig lag (4D) og en ytre kappe (4E) , som er festet med en klemanordning (4F) på oppspenningsrørets (4A) ender.

5. Anordning i henhold til krav 1, hvor en væske volumkom-pensator anbringes i pakningsholderen (3), eller koples til pakningsholderen (3) fra utsiden.

6. Anordning for håndtering av pakningsholderen (3) med pakningselementet (4) ved hjelp av borestrengen (5),karakterisert vedat anordningen (6) består av hydraulisk aktuerte, fjærbelastede låsebolter, innrettet for å kunne skyves frem og gripe løst rundt borerøret (5A) med anlegg mot skjøtekoplingens skulder (5B).

7. Anordning for heising av pakningsholderen (3) med pakningselementet (4) langs borestrengen (5) ved hjelp av et verktøy,karakterisert vedat en øvre entrings kon (10) for borerørets skjøtekoplinger (5B) kan være utformet for tilkopling av et verktøy for installasjon, eller trekking av pakningsholderen (3).

8. Fremgangsmåte ved installasjon eller skifte av et pakningselement (4) i en pakkboks (1) for anvendelse ved petroleumsboring,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: å håndtere en pakningsholder (3) med pakningselement (4) ved hjelp av en borestreng (5), ved at en anordning (6) griper løst rundt et borerør (5A) , slik at pakningsholderen (3) med pakningselementet (4) henger på skulderen til en skjøtekopling (5B). å håndtere en pakningsholder (3) med pakningselement (4) med et verktøy, ved at verktøyet låses til den øvre delen av pakningsholderen (3) og heises langs borestrengen (5).