Foreliggende patentsøknad vedrører en pluggkonstruksjon omfattende et hydraulisk knusningsorgan slik det fremgår av innledningen i det etterfølgende patentkrav 1.

Det er velkjent å benytte sprengladninger til å fjerne plugger som midlertidig er satt til å avstenge en brønn, en boring eller lignende. Som regel er en slik sprengladning plassert på oversiden av den plasserte pluggen, men den kan også i noen tilfeller være plassert i midten av pluggen. Det blir i dag benyttet mange ulike mekanismer for å utløse slike sprengladninger.

Dagens systemer med sprengladninger gir uønskede rester etter disse sprengladningene, og eksplosivene utgjør en potensiell risiko for brukere ved håndtering av pluggen.

Det er også kjent løsninger der man går ned i selve brønnen og knuser slike plugger ved mekanisk påvirkning, slag eller boring som ikke involverer eksplosiver.

Det er også kjent en løsning der individuelle pluggorganer er opplagret i hvert sitt sete i pluggen. Denne løsningen baserer seg på at det blir fylt et ikkekomprimerbar fluid mellom hvert pluggorgan, som ved signal om åpning blir drenert ut i et eget atmosfærisk kammer. Ved drenering av denne væsken ut i det atmosfæriske kammeret skal pluggelementene kollapse ved hjelp av det hydrostatiske trykket. Dersom det er en lekkasje i det atmosfæriske kammeret, vil dette imidlertid ikke fungere, siden væsken ikke er drenerbar. En annen ulempe med denne løsningen er at pluggens konstruksjon må være svakere enn ønskelig, siden det kreves at de forskjellige pluggorganene må være tynne nok til å briste ved hjelp av bare brønntrykk.

Det er også kjent fra NO 325431, som regnes som nærmeste kjente teknikk, en knusbar plugg hvor trykkforskjell mellom utsiden og innsiden av pluggen brukes for å knuse pluggen i tilegg til en tapp som punktbelaster pluggen. Trykket på innsiden ledes ut slik at det oppnås atmosfærisk trykk, mens trykket på utsiden er likt det hydrostatiske trykket til borevæsken på den aktuelle dybden. Man er derfor avhengig av at trykkforskjellen mellom det hydrostatiske trykket til borevæsken på den aktuelle dybden og atmosfærisk trykk er stor nok til å knuse pluggen.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fjerning av pluggen uten bruk av eksplosiver som ikke innehar de ovenfor beskrevne ulempene.

Videre er det et formål ved oppfinnelsen å unngå de begrensninger som dagens løsning uten eksplosiver har med hensyn til pluggkonstruksjonen, så som tykkelse av pluggelement og fare for skade på brønnformasjonen ved åpning under høyere trykk enn hydrostatisk trykk i brønnen.

Pluggen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter et innvendig hulrom 1 innrettet til å være i fluidforbindelse med et eksternt trykkgivende organ, og pluggen er innrettet til å sprenges ved tilførsel av et fluid til det innvendige hulrom 1 slik at trykket i hulromtrykket overstiger det eksterne trykket til et nivå der pluggen sprenges.

De foretrukne utførelsene av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige kravene 2-14.

Fortrinnsvis er ett eller flere elementer sammensatt til en plugg. Dette sammen-satte pluggelementet trykksettes så innvendig ved hjelp av fortrinnsvis et aksialt anrettet sirkulært stempel som utløses av en utløsermekanisme.

Fortrinnsvis er trykket som skapes av dette stempelet langt høyere enn brønn-trykket, og pluggen vil briste som en følge av det innvendige trykket.

Fortrinnsvis virker så dette stempelet i et integrert kammer i pluggens vegg. Dette stempelet har et fortrinnsvis større stempelareal på brønnsiden enn på den siden som trykksetter det indre volum i pluggelementet.

Fortrinnsvis er dette stempelelementet satt inn i pluggens vegg og holdt på plass av en hylse som også holder pluggelementet på plass.

Fortrinnsvis har pluggelementene en plan overflate mot brønnsiden, og det er ut-slipt en svak bue inn mot senteret av pluggen.

Fortrinnsvis kan denne svekkelsen som buen utgjør mot trykk fra innsiden være av en slik art at man kan kontrollere hvilke av pluggelementene som skal ryke.

Fortrinnsvis kan man også variere pluggelementenes tykkelse for å oppnå samme kontroll på hvilke pluggelement som ryker når pluggen blir trykksatt fra innsiden.

Fortrinnsvis kan det benyttes såkalte "squibs" (pyroteknisk enhet også funnet i airbager) som er elektrisk utløst til å skape det økede indre trykket som trengs for å knuse/fakturere pluggelementene.

I en fortrukket utførelses brukes det på forhånd komprimert gass til å drive et stempel som omtalt tidligere. Alternativt kan den komprimerte gassen være under et trykk som i seg selv gir stor nok effekt til å knuse og fraktture pluggelementene når den blir sluppet direkte inn i det kontrollerte innvendige volumet.

Når det anvendes et slikt system med hydraulisk knusing unngår man problem-ene med eksplosiver og den tilknyttete sikkerhetsrisikoen. Det unngås også alle rester etter oppbevaringen av eksplosiver i brønnen. Dette vil utgjøre en vesentlig forbedring for å kunne tilveiebringe knusbare plugger til alle typer brønner.

Det er vesentlig at knusingen skjer fra senteret av pluggen da dette er et volum som kan kontrolleres og trykksetes til en langt større grad enn resten av røret som pluggen står montert i. I testingen ga hydraulisk knusing fra senteret meget gode resultater på glass og keramiske plugger.

Knusingssystemet kan konstrueres slik at det krever lite av pluggens innvendige diameter (ID), og således kan et godt OD (utvendig diameter)/ID forhold oppnås. Det er mulig å lage plugger med hydraulisk knusning med stor ID uten eksplosiver for knusing, noe som ikke er mulig i dag. Dermed er det en stor fordel å få fjernet sprengladningene fra dagens systemer og erstattet disse med et system som gjør jobben uten disse.

God effekt oppnås spesielt på glass og keramiske materialer. Disse kan formes slik at de tåler mye trykk fra en side og lite fra den andre siden. Dette er ikke problematisk i forhold til styrken av pluggen da den knuses fra innsiden, og etter knusing av et organ vil de gjenstående deler tåle lite trykk før de brister, og disse vil da lett knuse ved forholdsvis lavt trykk fra brønn. Systemet vil også være langt billigere å produsere ved at det tas vekk den dyre komponenten som eksplosivene er. Som følge vil også transport og logistikk bli mye enklere.

Løsningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen fungerer ved at trykk slippes inn i et hulrom mellom de forskjellige pluggorganene, alternativt slippes dette trykket inn i et tilvirket hulrom i et enkeltstående pluggorgan. Dette trykket kan fremskaffes via et hydraulisk stempel som virker i pluggens aksiale retning ved at på forhånd komprimert gass i et akkumulatorkammer frigis. Alternativt kan en liten pyroteknisk enhet startes for å gi en passende sterk trykkpuls.

Hulrommet er beskyttet ved hjelp av pakninger beskyttet mot trykkpåvirkning fra brønnsiden og toppsiden av pluggen mot trykkpåvirkninger fra pumpetestopera-sjoner fra riggen. Disse pakningene er laget slik at de tåler langt mer trykk en selve pluggorganene. Trykket som slippes inn vil således kun unnslippe ved å knuse ett eller flere pluggorgan.

Dette trykket kan skapes siden det aksialt orienterte stempelet er anordnet i en hylse og har en slik utforming slik at stempelarealet er størst på den siden som kan trykketes fra enten brønnsiden av pluggen eller fra toppsiden av pluggen via en ventil. Det reduserte stempelarealet som virker mot pluggorganenes innvendige hulrom som er fylt med væske vil når hulrom trykksetes får et økt trykk i forhold til topp- eller bunnsiden av pluggen på grunn av arealforskjellen.

Dette økte trykket skaper en trykkdifferanse mellom det innvendige trykket imellom pluggorganene og det hydrostatiske trykket på toppen av pluggorganene, samt mot brønntrykket. Når pluggorganene sprekker som følge av denne trykkdifferansen, er det mulig ved hjelp av trykk fra riggen påført pluggens topp å bryte eventuelle pluggorgan som fortsatt er intakte, siden et pluggorgan alene ikke er sterkt nok til å tåle det maksimale trykket til røret som pluggen er montert i.

Antallet og tykkelsen på pluggorganene er tilpasses slik at de ikke tåler rørets maksimale trykk som enkeltstående organ. Ved plugger der det er konstruert et innvendig volum for knusing av et enkelt pluggorgan vil dette innvendige volumet i pluggorganet tilpasses slik at pluggen tåler rørets maksimale trykk fra topp- og bunnsiden av pluggen, men ikke fra innsiden. Dette kan oppnås for eksempel ved å slipe til en innvendig romersk bro som fører belastningskraften fra utvendig påført trykk ut mot pluggorganets ytterkant, og dermed motholder trykk fra utsiden. I denne utførelse er det bare et pluggorgan, og når dette knuser kan det lett trykkes ut eventuelle rester av pluggen.

Bevegelsen til stempelet blir utløst av enten et elektrisk signal, ultralyd, akustiske eller hydrauliske pulser i en brønn som mottas av et mekanisk eller elektrisk system.

Foreliggende løsning medfører også en god løsning med hensyn til "contingency"

(eventuell åpning av pluggen), da den ikke inneholder eksplosiver som kan komme på avveie.

I en alternativ utførelse kan gassen komprimeres på forhånd til gass med et gitt trykk, slik at denne gassen frigis enten direkte inn i hulrommet i pluggen eller inn på toppen av stempelet slik at det krevde trykket oppnås.

Det ønskede trykket kan også skapes ved å elektrisk eller mekanisk starte en squib som står i forbindelse med hulrommet mellom pluggorganene og vil dermed øke trykket til det nivået der minst et av pluggorganene brister. Det skapte hydrauliske trykket fra squiben kan benyttes på samme måte som for gass, enten direkte inn i hullrommet eller via et stempel som kan øke trykket yterligere.

Ved dagens løsninger med eksplosiver er det alltid en viss risiko for at eksplosiver kan være live (udetonert) igjen i brønnen etter bruk av "contingency". Slike plugger der eksplosivene ligger inne i pluggmaterialet er således et problem i dag, og er ikke akseptable for brukeren, selv om risikoen forbundet derved er forholdsvis liten.

Ved dagens løsning med flere pluggelementer anbrakt i høyden med væske imellom elementene kan tilsvarende knusingseffekt oppnås uten bruk av eksplosiver.

Denne løsningen baserer seg på at den kontrollerte væsken imellom pluggelementene ikke lar seg komprimere, og derigjennom vil det øverste pluggelementet få hjelp til å ta den aksiale lasten i systemet fra de nedenforlig-gende elementene.

Ulempen med dette systemet er at det er utsatt for potensielle skader i det øvre pluggelementet når andre elementer slippes i brønnen, siden det øvre pluggelementet ikke tåler stor mekanisk belastning alene og knuses lett. Som følge vil pluggen åpne seg på et ukontrollert og feil tidspunkt. Videre medfører dette systemet en risiko for eventuelle lekkasjer av væske ut imellom pluggelementene, noe som også vil føre til åpning av pluggen før tiden.

Det er også uønsket med en slik løsning da man for å være sikker på at pluggen ryker etter at væsken mellom elementene er kontrollert drenert ut må ha pluggelementer av en slik tykkelse at de knuses ved moderat trykk. Glass som er et aktuelt materiale har en anbefalt sikkerhetsfaktor på 3, noe som kan medføre at man i uheldige situasjoner ikke får knust pluggen på de lave trykk man opererer med etter åpning av pluggen.

En annen ulempe er at det må pumpes opp trykk i brønnen etter at pluggens åpningssystem er aktivert. Dette kan medføre fare for ødeleggelse av reservoaret når pluggen kollapser under høyere trykk enn det hydrostatiske trykket i brønnen.

Oppfinnelsen skal forklares mer detaljert ved henvisning til de etterfølgende figurer hvori:

Figur 2 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse i normalposisjon, dvs. ikke utløst eller åpnet. Figur 3 viser den nedre del av foreliggende oppfinnelse i snitt i utløst posisjon med sprekkdannelser i toppen av pluggorganet. Figur 4 viser en nedre del av foreliggende oppfinnelse i snitt i utløst posisjon, der øvre pluggorgan er sprukket opp og kollapset, og nedre pluggorgan er i ferd med å kollapse da det ikke klare å holde trykket alene. Figur 5 viser foreliggende oppfinnelse hvor både et øvre og et nedre pluggorgan er sprukket, og gjennomstrømningen i røret er i ferd med å vaske ut rester etter pluggorganene. Figur 6 Viser et detaljert snitt av nedre del av foreliggende oppfinnelse i normal posisjon. Figur 7 viser foreliggende oppfinnelse med en alternativ utførelse av pluggorganene, der det innvendige hulrommet kun består av naturlige forskjeller mellom planhet i disse, vist med betegnelsen DET 1 i figur 7. Figur 8 viser eksempel på foreliggende oppfinnelse med alternativt utførelsessnitt og DET 2 i figur 8, der et ekstra organ legges mellom pluggorganene for å danne hulrommet imellom pluggorganene. Figur 9 viser foreliggende oppfinnelse med en tydelig større svekkelse tilvirket på et av pluggorganene 2b for å kontrollere hvilken som brister. Figur 10 viser alternativ utførelse på pluggorganene utført som to halvkuler satt mot hverandre, slik at de danner to domer inn i røret mot trykksidene. Figur 11 viser foreliggende oppfinnelse med alternativ metode for å fremskaffe ønsket innvendig trykk ved hjelp av ett eller flere pyrotekniske element. Figur 12 viser foreliggende oppfinnelse med en alternativ fremgangsmåte for å fremskaffe nødvendig indre trykk ved hjelp av gass i en akkumulator som er komprimert på forhånd. Figur 13 viser et typisk bruksområde for en slik testplugg, hvor pluggen 25 står montert i enden av rør 27 og imellom er det vist en pakning, mellom rør 27 og rør 28. Figur 14 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse hvor det er flere pluggorganer enn to, i dette tilfellet 3. Antallet kan økes til en ønsket samlet styrke på pluggen. Figur 1 viser en typisk kjent løsning med eksplosive,r hvor to søyleformede sprengelementer 15, 16 er plassert på oversiden 21 av en desintegrerbar/knusbar plugg 20 (glass, keramikk eller lignende). Pluggen 20 er montert inne i en rørsats 11 som er innsatt i et foringsrør 10 i brønnen 30 som forløper gjennom en formasjon 12 som er en olje/gassførende formasjon.

Pluggen i figur 1, heretter kun benevnt som glassplugg, er innsatt i brønnen midlertidig for å avstenge brønnstrømmer, så som under trykktesting av brønnen, slik alle deler derav er tilstrekkelig tette og kan holde et gitt trykk.

Når disse testene er ferdig utført, kan pluggen 20 fjernes ved at den sprenges ved hjelp av sprengladningene 13,14. Sprengingen kan skje på mange måter. En vanlig måte er at det slippes brønnfluid med et gitt trykk inn i elementets 15,16 indre slik at en tennestift skyves ned og slår mot en tenning 17,18, som starter detoneringen av den underliggende sprengladningen 13,14. Glasset sprenges således til finstøv som ikke gjør noen skade i brønnen. Selve elementene 15,16 sprenges også i småbiter. Allikevel gir sprengelementer av den typen som figur 1 viser en del større fragmenter ("bruddstykker over en vis størrelse") som er uønsket.

Slike hensyn trenger man ikke ta på den ikke viste løsningen med eksplosivene i midten av pluggelementet, men dette gir også alle ulempene med muligheter for rester etter eksplosiver samt transportproblemer og ellers de håndteringsrisikoer som er forbundet med bruk av eksplosiver.

Det er et formål ved oppfinnelsen å frembringe en løsning hvor pluggen knuses uten hjelp av eksplosiver, samt å unngå de begrensninger som dagens løsning uten eksplosiver setter på ting som tykkelsen på pluggelementer, og fare for skade på brønnformasjonen ved åpning under høyere trykk enn hydrostatisk trykk i brønnen.

Foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at et pluggorgan har et innvendig hulrom 1 som kan trykksetes til et indre trykk, som ét eller flere pluggorgan 2 som hovedpluggorgan ikke tåler, slik at det skjer en knusning/pulverisering av pluggen.

Foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at trykket i hulrom 1 og boring 4 som står i forbindelse med hulrommet 1 frembringes ved hjelp av et hydraulisk stempel som er anbrakt i en horisontalt anrettet hylse i plugglegemet (eller hus) 9 på en slik måte at stempelarealet i ringrommet 20 som trykksetes via ventil 7 er større enn arealet i boring/ringrom 4. Dermed oppnår man når ringrom 20 trykksettes at det oppstår en differanse mellom trykket i kammer/ringrom 4 og 12 der trykket i boring/ringrom 4 som en følge av arealforskjellen på stempel 5 vil bli høyere enn det påførte trykket i ringrom 20.

En forutsetning er at ringrom 21 enten har atmosfærisk trykk eller blir drenert ut i et akkumulatorkammer (akkumulatorkammer ikke vist).

Ifølge oppfinnelsen foretrekkes det at stempelet 5 får sin kraft fra brønnens hydrostatiske trykk. Alternativt kan dette eksempelvis erstattes med komprimert gass. Ifølge oppfinnelsen foretrekkes det også at stempel 5 anordnes horisontalt i hylsen 5.1 en alternativ utførelse tilveiebringes det flere utboringer til et antall stempler som påvirker flere separate porter inn mot hulrommet 1. Disse stemplene kan flyttes innover eller utover fra pluggens 4 senterlinje ved behov.

I figurene 2 til 12 vises det et langsgående vertikalsnitt av den foreliggende oppfinnelsen.

Figur 2 viser at stempel 5 holdes på plass i øvre del av hylsen 30 av en skjærpinne 31. Hylsen 5 holder også pluggorgan 2 i sine seter 32. Hylsen 30 holdes på plass i plugg 9 av en mutter 10. Understempel 2 som virker i spalten som utformes av ringrom 20,21 og 4 mellom plugglegeme 9 og hylsen 30 står kammer/boring 4 i forbindelse med et hulrom 1 i pluggorgan 2.

Når ventil 7 åpner for trykk inn i ringrom 20 beveger stempel 5 seg aksialt nedover og skaper et høyere trykk i hulrom 4 som overføres til hulrom 1. Den nedgående aksiale bevegelsen til stempel 5 følger av at ringrom 21 er atmosfærisk trykksatt. Dette ekstratrykket i hulrom 1 fører til at pluggorganene sprenges hydraulisk. Ved behov kan det på forhånd trykksetes et kalibrert trykk inn i hulrom 1 gjennom plugget port 33 i plugg body 9 ved å installere spesialverktøy for dette i port 33 (verktøy ikke vist). Dette på forhånd bestemte trykket må ligge under pluggorgan 2 sitt sprengetrykk. Det høye trykket som skapes når stempel 5 beveger seg nedover kan kun unnslippe ved å sprenge pluggorgan 2, siden pluggorgan 2 har høytrykksforsegling 3,13 og 11 som tåler trykket og ikke vil gi etter for trykket før pluggorgan 2 ryker.

I figur 3 er stempel 5 aktivert, og det hydrauliske trykket i hulrom 1 har sprengt det øvre pluggorgan 2, antydet med strekene 112. Stempelet 5 har også åpnet for trykk inn fra boring 6, da boring 8 i stempel 5 nå er på linje med boring 6. Boring 6 som kan være én eller flere utboringer i den sirkulære hylsen 30 inn mot det sirkulære stempel 5 har som oppgave å lette trykkgjennomstrømmingen inn til hulrom 1 for å sikre at gjenstående nedre pluggorgan 2 ser (usettes for) hele trykkdifferansen (?) når den øvre del av pluggen trykksetes fra riggen. Pluggorgan 2b vil ikke alene være i stand til å tåle trykkdifferansen som oppstår mellom toppen av pluggen og bunnen. Pluggorganet vil deretter briste og pluggen er åpen for strømming fra brønnen.

I figur 4 er begge pluggorganene 2a og 2b i ferd med å knuses som følge av det påførte hydrauliske trykket, først gjennom stempel 5 sin aksiale bevegelse, deretter gjennom emigrasjon av trykk gjennom det pluggorgan 2 som først sprekker, inn til pluggens hulrom 1 som så påfører gjenstående pluggorgan 2 et så høyt trykk at dette også sprekker.

I figur 5 er begge pluggorganene sprukket opp, og brønntrykket er i ferd med å vaske ut restene etter pluggorgan 2.

Figur 6 er en detaljillustrasjon av figur 2 med stempel 5 i øvre ikkeaktiverte posisjon. Figur 7 viser en alternativ utførelse av anordningen, hvor hulrom 1 utgjøres av pluggorganenes 2 innbyrdes naturlige uregelmessige forskjeller (se DET 1). Figur 8 viser en alternativ utførelse. I stedet for å tilvirke et hulroml i pluggorgan 2, legges det inn et mellomorgan 23 som former dette hullrommet 1 mellom pluggorgan 2. Det vises en sirkulær skive som eksempelvis kan brukes til formålet (se DET 2). Figur 9 viser detaljene av pluggorgan 2, når det er tilvirket større hulrom i pluggorgan 2a enn i 2b slik at man kan kontrollere hvilket organ som brister først. Alternativt kan det være andre utførelsesformer av styrt brekkasje, eksempelvis ved å variere tykkelsen på pluggorgan 2a og 2b. Figur 10 viser en alternativ utførelse av pluggorgan 2 som kan brukes og sprenges ved hjelp av påført innvendig hydraulisk trykk. Dette er en variasjon som utvendig tåler en trykkdifferanse på typisk 10.000 psi, og innvendig mot utvendig kun tåler 1500 psi. Med en slik utførelse er det derfor lett å få sprenging på nedre pluggorgan ved å pumpe opp trykket til 345 bar på toppsiden. I denne utførelsen er pluggorganene 2 formet som to kupler som er satt mot hverandre. Figur 11 viser en alternativ fremgangsmåte for å fremskaffe ønsket trykk i hulrom 1 ved å starte en pyroteknisk enhet 16 elektrisk via en elektronisk del som står i forbindelse med en trykkføler 17 eller en tidsgiverfunksjon innebygd i den elektroniske del 15. Dette systemet er også bygget inn i hylsen 18, da hylsen 30 nå er erstattet av to mindre enheter 18 og 19. Figur 12 viser en alternativ fremgangsmåte for å fremskaffe nødvendig trykk (for sprengingen av pluggen) ved å akkumulere trykket på forhånd i et trykksatt akkumulatorkammer 24 som er forbundet med elektronisk del 15 og trykksensor del 17 elektrisk via kabel 29. Også her er ringrom 4 i forbindelse med hulrom 1. Figur 13 viser et typisk bruksområde for en plugg av denne typen. Pluggen 25 står montert i enden av rør 27 hvor det er vist en pakning mellom rør 27 og rør 28. Dermed kan rør 27 trykktestes mot testplugg 25. Etter trykktesting av rør 25 og dets øvrige komponenter er utført, kan plugg 25 åpnes ved å sende eksempelvis signal til et åpningssystem montert i plugg 25. Signalet kan eksempelvis være hydrauliske trykkpulser, elektriske signal, akustiske signal eller ultralyd.

Figur 14 viser en alternativ utførelse hvor 3 pluggorgan er satt sammen for å oppnå tilstrekkelig styrke. Her kan hulrom 1a og 1b trykksetes separat gjennom separate kanaler 4a og 4b for å oppnå ønsket rekefølge på knusing av pluggorganene. Ved å trykksete hulrommene 1a og 1b separat via enten to eller flere stempel 5 anordninger satt i rekke vertikalt i plugg 9 sin innvendige hylse 30 sikres det at pluggorganene 2a, 2b og 2c sprenges kontrollert fra innsiden siden de nå vil bli utsatt for en stor differensialtrykkbelastning mot pluggorganenes 2a og 2b respektive utsider. Man vil her stå igjen med et pluggorgan 2c i senteret av pluggen etter aktivering av åpningsmekanismen. Dette gjenstående organ 2c er imidlertid ikke sterkt nok alene til å tåle brønntrykket og pluggen kollapser.

Ved den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt et stort teknisk fremskritt på dette området som gjelder testplugger i et desintegrerbart/knusbart materiale.