NO317755B1

NO317755B1 - Method of expanding a stable rudder and well with such a rudder

Info

Publication number: NO317755B1
Application number: NO19986171A
Authority: NO
Inventors: Robert Bruce Stewart; Wilhelmus Christianus Lohbeck; Franz Marketz; Alban Michel Faure; Martin Donnelly
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2004-12-13
Also published as: OA10949A; CA2260191C; BR9710016A; WO1998000626A1; EA000543B1; NO986171L; DK0907822T3; DE69739166D1; AU723337B2; CA2260191A1; JP2001508144A; NZ333945A; EA199900072A1; JP4289686B2; ID17661A; AU3442097A; MY116920A; NO986171D0; EP0907822A1; EP0907822B1

Abstract

Et rør (4) laget av en formbar stålkvalitet som er utsatt for deformasjonsherding uten å forårsake noen innsnevring eller duktil frakturering som følge av ekspansjonsprosessen, blir ekspandert ved å bevege en ekspansjonsspindel (5) som har en ikke-metallisk avsmalnende ytre overflate gjennom røret, for dermed å øke styrken av røret mens ekspansjonskreftene forblir lave.A tube (4) made of a malleable steel grade which is subjected to deformation hardening without causing any constriction or ductile fracturing as a result of the expansion process, is expanded by moving an expansion spindle (5) having a non-metallic tapered outer surface through the tube, thereby increasing the strength of the pipe while the expansion forces remain low.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å ekspandere et stålrør som angitt i innledningen i krav 1, og en brønn utstyrt med et slikt ekspandert rør som angitt i innledningen i krav 14 og 15. The invention relates to a method for expanding a steel pipe as stated in the introduction in claim 1, and a well equipped with such an expanded pipe as stated in the introduction in claims 14 and 15.

Mange fremgangsmåter og anordninger er kjent for ekspansjon av produksjonsrør. Many methods and devices are known for expanding production tubing.

Europeisk patent 643794 beskriver en fremgangsmåte for ekspandering av et foringsrør mot veggen av et underjordisk borehull, hvor foringsrøret er laget av et valsbart materiale som fortrinnsvis kan gjennomgå en plastisk deformasjon på minst 25 % enakset påkjenning, og foringsrøret kan ekspanderes ved en ekspansjonsspindel som blir pumpet, trukket eller skjøvet gjennom foringsrøret. European patent 643794 describes a method for expanding a casing against the wall of an underground borehole, where the casing is made of a rollable material preferably able to undergo a plastic deformation of at least 25% uniaxial stress, and the casing can be expanded by an expansion spindle which is pumped , pulled or pushed through the casing.

Andre ekspansjonsmetoder og anordninger er beskrevet i tysk patent nr. 1583992 og i US patent nr. 3 203 483, 3 162 245, 3 167 122, 3 326 293, 3 785 193, 3 489 220, 5 014 779, 5 031 699, 5 083 608, 5 366 012 og WO Al 93/25799. Other expansion methods and devices are described in German patent no. 1583992 and in US patent no. 3,203,483, 3,162,245, 3,167,122, 3,326,293, 3,785,193, 3,489,220, 5,014,779, 5,031,699, 5,083,608, 5,366,012 and WO A1 93/25799.

Mange av de kjente ekspansjonsmetoder benytter helt fra begynnelsen korrigert rør, og den sistnevnte tidligere teknikk benytter et slisset rør som blir ekspandert nede i borehullet med en ekspansjonsspindel. Many of the known expansion methods use corrected pipe right from the start, and the last-mentioned earlier technique uses a slotted pipe which is expanded down the borehole with an expansion spindle.

Bruken av korrigerte eller slissede rør i de kjente fremgangsmåter tjener til å redusere de ekspansjonskrefter som må utøves på røret for å skape den ønskede ekspansjon. The use of corrected or slotted pipes in the known methods serves to reduce the expansion forces that must be exerted on the pipe to create the desired expansion.

En fremgangsmåte er kjent fra US-patent nr. 5 366 012.1 denne kjente fremgangsmåten blir et slisset rør ekspandert med en ekspansjonsspindel som har en avsmalnet ekspansj onsseksjon. A method is known from US patent no. 5 366 012.1 In this known method, a slotted pipe is expanded with an expansion spindle which has a tapered expansion section.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte for å ekspandere i det minste delvis faste, dvs. uslissede, rør som krever utøvelse av lave krefter for å ekspandere røret og som frembringer et rør som har en større diameter og en høyere styrke enn det uekspanderte rør, og som kan utføres med et rør som allerede kan ha en rørform før ekspansjon. It is an object of the present invention to provide a method for expanding at least partially solid, i.e. unslitted, pipes which requires the application of low forces to expand the pipe and which produces a pipe having a larger diameter and a higher strength than the unexpanded pipe, and which can be carried out with a pipe which may already have a pipe shape before expansion.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at fremgangsmåten har de karakter-istiske trekk som angitt i krav 1, According to the invention, this purpose is achieved by the method having the characteristic features as stated in claim 1,

Som et resultat av deformasjonsherdingen blir røret sterkere under ekspansjonsprosessen da det for videre tilvekst av ekspansjon alltid er nødvendig med en større deformasjon enn for den foregående ekspansjon. As a result of the deformation hardening, the pipe becomes stronger during the expansion process, as a larger deformation than for the previous expansion is always required for further growth of expansion.

Man har funnet at bruk av en formbar grad av stål for røret i kombinasjon med en keramisk avsmalnet ytre overflate av ekspansjonsspindelen har en samvirkende virkning, da det resulterende ekspanderte rør vil ha en tilstrekkelig øket styrke mens ekspansjonskreftene forblir lave. Den lave bruddstyrke og høye formbarhet av røret før ekspansjon muliggjør, hvis røret skal brukes i et underjordisk borehull, bruk av et rør som blir spolet av en spoltrommel inn i borehullet. It has been found that the use of a malleable grade of steel for the pipe in combination with a ceramic tapered outer surface of the expansion mandrel has a synergistic effect, as the resulting expanded pipe will have a sufficiently increased strength while the expansion forces remain low. The low breaking strength and high formability of the pipe before expansion enables, if the pipe is to be used in an underground borehole, the use of a pipe which is coiled by a spool drum into the borehole.

Det er observert at i metallurgiteknikken, er uttrykkene deformasjonsherding og arbeidsherding synonyme, og begge brukes til å betegne en økning i styrken forårsaket ved plastisk deformasjon. It is observed that in metallurgical engineering, the terms strain hardening and work hardening are synonymous, and both are used to denote an increase in strength caused by plastic deformation.

Uttrykket formbar stålkvalitet som brukt i denne beskrivelse betyr at røret er i stand til å holde sin strukturelle integritet mens det blir plastisk deformert til forskjellige former. The term malleable steel quality as used in this specification means that the pipe is capable of maintaining its structural integrity while being plastically deformed into various shapes.

Måter for å bestemme formingskarakteristikkene for et stål er fremsatt i "Metals Handbook, 9th edition, volume 14, Forming and Forging", utgitt av ASM International, Metals Park, Ohio, USA. Methods for determining the forming characteristics of a steel are set forth in "Metals Handbook, 9th edition, volume 14, Forming and Forging", published by ASM International, Metals Park, Ohio, USA.

Uttrykket sammensnevring henviser til en geometrisk virkning som fører til ujevn plastisk deformasjon på noen steder ved at det oppstår en lokal sammentrekning. Fra punktet med sammentrekning, vil fortsatt deformasjonsherding i det innsnevrede området ikke lenger kompensere for den fortsatte reduksjon av det minste tverrsnitt av området, derfor vil stålets belastningskapasitet reduseres. Ved kontinuerlig belastning, er praktisk talt all ytterligere plastisk deformasjon begrenset til det innsnevrede område, slik at en meget ujevn deformasjon utvikles i det innsnevrede område til fraktur finner sted. The term constriction refers to a geometric effect that leads to uneven plastic deformation in some places by the occurrence of a local contraction. From the point of contraction, continued strain hardening in the constricted area will no longer compensate for the continued reduction of the smallest cross-section of the area, therefore the load capacity of the steel will be reduced. With continuous loading, practically all further plastic deformation is limited to the constricted area, so that a very uneven deformation develops in the constricted area until fracture takes place.

Uttrykket duktil frakturering betyr at en feil oppstår hvis plastisk deformasjon av en komponent som utviser duktil oppførsel blir utført til det ekstreme, slik at komponenten atskilles lokalt i to stykker. Nuklerasjon, vekst og koallescens av interne tomrom forplantes til feil, og levner en matt fiberaktig bruddflate. En detaljert beskrivelse av uttrykkene sammensnevring og duktil frakturering er gitt i håndboken "Failure of Materials in Mechanical Design" av J.A. Collings, 2. utg., utgitt av John Wiley og Sons, New York, USA i 1993. The term ductile fracturing means that a failure occurs if plastic deformation of a component exhibiting ductile behavior is carried to the extreme, so that the component separates locally into two pieces. Nucleation, growth and coalescence of internal voids propagates to failure, leaving a dull fibrous fracture surface. A detailed description of the terms constriction and ductile fracturing is given in the handbook "Failure of Materials in Mechanical Design" by J.A. Collings, 2nd ed., published by John Wiley and Sons, New York, USA in 1993.

Røret lages fortrinnsvis av en høy styrkegrad av stål med formbarhet, og som har et bruddstyrke-/strekkstyrkeforhold som er lavere enn 0,8, og en bruddstyrke på minst 275 MPa. Når det brukes i denne spesifikasjonen, betyr uttrykket høystyrkestål et stål med en bruddstyrke på minst 275 MPa. The pipe is preferably made of a high strength steel with formability, and which has a breaking strength/tensile strength ratio lower than 0.8, and a breaking strength of at least 275 MPa. When used in this specification, the term high-strength steel means a steel with a tensile strength of at least 275 MPa.

Det er også å foretrekke at røret er laget av en formbar stålgrad som har et bruddstyrke-/strekkstyrkeforhold som er mellom 0,6 og 0,7. It is also preferred that the pipe is made of a malleable steel grade having a breaking strength/tensile strength ratio of between 0.6 and 0.7.

Dobbeltfase- (DP) høystyrke, lavlegerings- (HSLA) stål mangler et definitivt brekk-punkt som eliminerer lundersbanddannelse under rørekspansjonsprosessen, hvilket sikrer god overflate på det ekspanderte rør. Dual-phase (DP) high-strength, low-alloy (HSLA) steel lacks a definite break point, which eliminates banding during the pipe expansion process, ensuring a good surface finish on the expanded pipe.

Passende HSLA dobbeltfase- (DP) stål for bruk i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er gradene DP55 og DP60 utviklet av Sollac som har en strekkstyrke på minst 550 MPa og gradene SAFH 540 D og SAFH 590 D som er utviklet av "Nippon Steel Corporation og som har en strekkstyrke på minst 540 MPA. Det er observert at US patent 4 938 266 beskriver en fremgangsmåte for å produsere dobbeltfasestål. Suitable HSLA dual phase (DP) steels for use in the process of the invention are grades DP55 and DP60 developed by Sollac which have a tensile strength of at least 550 MPa and grades SAFH 540 D and SAFH 590 D developed by "Nippon Steel Corporation and which have a tensile strength of at least 540 MPA It is observed that US Patent 4,938,266 describes a process for producing dual phase steel.

Andre egnede ståltyper er de følgende formbare høyfaste stålkvaliteter: Other suitable steel types are the following malleable high-strength steel grades:

-et ASTM A106 høystyrkelavlegering (HSLA) sømløst rør; -et ASTM A312 austenittisk rustfritt stålrør, grad TP 304 L; -an ASTM A106 high strength low alloy (HSLA) seamless pipe; -an ASTM A312 austenitic stainless steel pipe, grade TP 304 L;

-et ASTM A312 austenittisk rustfritt stålrør, grad TP 316 L; og -an ASTM A312 austenitic stainless steel tube, grade TP 316 L; and

-et høytbærende austenittisk høyfast varmvalset stål (lavlegering- TRIP stål) så som gradene SAFH 590 E, SAFH 690 E og SAFH 780 E utviklet av Nippon Steel Corporation. -a high-bearing austenitic high-strength hot-rolled steel (low-alloy TRIP steel) such as grades SAFH 590 E, SAFH 690 E and SAFH 780 E developed by Nippon Steel Corporation.

De ovennevnte DP og andre passende ståltyper har hver en deformasjons-herdeeksponent n på minst 0,16, som tillater en ekspansjon av røret slik at ytre diameter av det ekspanderte rør er minst 20 % større enn den eksterne diameter av det uekspanderte rør. The above DP and other suitable steel types each have a strain-hardening exponent n of at least 0.16, which allows an expansion of the tube so that the outer diameter of the expanded tube is at least 20% greater than the outer diameter of the unexpanded tube.

Detaljerte forklaringer på uttrykkene deformasjonsherding, arbeidsherding og deformasjonsherdingseksponent n er gitt i kapitlene 3 og 17 av håndboken "Metal Forming-Mechanics and Metallurgy", 2 utg., utgitt av Prentice Hall, New Jersey, USA, 1993. Detailed explanations of the terms strain hardening, work hardening and strain hardening exponent n are given in Chapters 3 and 17 of the handbook "Metal Forming-Mechanics and Metallurgy", 2nd ed., published by Prentice Hall, New Jersey, USA, 1993.

Ekspansjonsspindelen har en passende ekspansjonsseksjon som har en konisk keramisk ytre overflate. Det er observert at US patent 3 901 063 beskriver en plugg som har en konisk keramisk ytre overflate for bruk i rørtrekningsoperasjoner. Hvis ekspansjonsspindelen pumpes gjennom røret, omfatter spindelen fortrinnsvis en tetningsseksjon som er plassert i en slik avstand fra den avsmalnende ekspansjonsseksjonen at når ekspansjonsspindelen beveges gjennom røret ved å utøve et hydraulisk trykk bak spindelen, innkopler tetningsseksjonen en plastisk ekspandert del av røret. Dette vil generelt bli oppnådd hvis den nevnte avstand er minst tre ganger veggtykkelsen av det ekspanderte rør. The expansion spindle has a suitable expansion section which has a conical ceramic outer surface. It is observed that US patent 3,901,063 discloses a plug having a conical ceramic outer surface for use in pipe pulling operations. If the expansion spindle is pumped through the pipe, the spindle preferably comprises a sealing section which is located at such a distance from the tapered expansion section that when the expansion spindle is moved through the pipe by applying a hydraulic pressure behind the spindle, the sealing section engages a plastically expanded part of the pipe. This will generally be achieved if the said distance is at least three times the wall thickness of the expanded pipe.

Bruken av en keramisk konisk overflate reduserer friksjonskrefter under ekspansjonsprosessen, og ved å ha en tetningsseksjon som innkopler det ekspanderte rør unngår man at hydrauliske krefter vil resultere i en overdreven ekspansjon av røret. The use of a ceramic conical surface reduces frictional forces during the expansion process, and by having a sealing section that engages the expanded pipe, it is avoided that hydraulic forces will result in an excessive expansion of the pipe.

I et slikt tilfelle er det foretrukket at ekspansjonsspindelen inneholder en utluftingslinje for utlufting til overflaten eventuelle fluida som finnes i borehullet og røret foran ekspansjonsspindelen. In such a case, it is preferred that the expansion spindle contains a venting line for venting to the surface any fluids found in the borehole and the pipe in front of the expansion spindle.

Alternativt ekspanderes røret slik at den ytre diameter av det ekspanderte rør er noe mindre enn den indre diameter av borehullet eller et foringsrør som finnes i borehullet, og eventuelle fluid som er til stede i borehullet og røret foran ekspansjonsspindelen blir utluftet til overflaten via det ringformede rom som forblir åpent rundt røret etter ekspansjonsprosessen. Alternatively, the pipe is expanded so that the outer diameter of the expanded pipe is somewhat smaller than the inner diameter of the borehole or a casing contained in the borehole, and any fluid present in the borehole and the pipe in front of the expansion spindle is vented to the surface via the annular space which remains open around the pipe after the expansion process.

Brønnen ifølge oppfinnelsen som er utstyrt med et rør som er ekspandert ved bruk av fremgangsmåten er kjennetegnet ved at røret tjener som et produksjonsrør gjennom hvilket hydrokarbonfluid blir overført til overflaten, og en spolbar service- og/eller tilførselslinje passerer gjennom i det minste en vesentlig del av lengden av det indre av røret, gjennom hvilken linjefluida kan pumpes mot bunnen av borehullet mens hydrokarbonfluid blir produsert via det omliggende produksjonsrør. The well according to the invention which is equipped with a pipe expanded using the method is characterized in that the pipe serves as a production pipe through which hydrocarbon fluid is transferred to the surface, and a flushable service and/or supply line passes through at least a substantial part of the length of the interior of the pipe, through which line fluid can be pumped towards the bottom of the borehole while hydrocarbon fluid is produced via the surrounding production pipe.

Bruken av et slikt ekspandert produksjonsrør tillater også bruken av nesten hele brønnhullet for transport av hydrokarbonfluida slik at et forholdsvis lite borehull kan benyttes til å oppnå den ønskede produksjonstakt. The use of such an expanded production pipe also allows the use of almost the entire wellbore for transporting hydrocarbon fluids so that a relatively small borehole can be used to achieve the desired production rate.

Alternativt kan røret ekspanderes mot den indre overflate av et foringsrør som er til stede i borehullet. I et slikt tilfelle kan røret brukes enten som produksjonsrør og/eller som en beskyttende kledning for å beskytte brønnens foringsrør mot korroderende brønnfluida og skade fra verktøy som blir senket inn i brønnen under vedlikeholds- og bearbeidings-operasjoner. Alternatively, the pipe can be expanded against the inner surface of a casing that is present in the borehole. In such a case, the pipe can be used either as a production pipe and/or as a protective casing to protect the well's casing against corrosive well fluids and damage from tools that are lowered into the well during maintenance and processing operations.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til teg-ningene, der The invention shall be described in more detail in the following with reference to the drawings, there

fig. 1 er et skjematisk lengdesnittsriss av et underjordisk borehull i hvilket røret er ekspandert i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. fig. 1 is a schematic longitudinal section view of an underground borehole in which the pipe is expanded according to the method according to the invention.

Det henvises nå til fig. 1, hvor det er vist et borehull som krysser en underjordisk formasjon 1 og et foringsrør 2 som er festet inne i borehullet ved hjelp av et ringformet legeme av sement 3. Reference is now made to fig. 1, where there is shown a borehole crossing an underground formation 1 and a casing 2 which is fixed inside the borehole by means of an annular body of cement 3.

Et produksjonsrør 4, som er laget av et dobbeltfaset, høystyrke-, lavlegerings-(HSLA) stål eller annet formbart høystyrkestål er opphengt inne i foringsrøret 2. A production pipe 4, which is made of a double-phase, high-strength, low-alloy (HSLA) steel or other formable high-strength steel is suspended inside the casing 2.

En ekspansjonsspindel 4 blir beveget i lengderetningen gjennom røret 4, og ekspanderer dermed røret 4 slik at den ytre diameter av det ekspanderte rør er litt mindre eller omtrent lik den indre diameter av foringsrøret 2. An expansion spindle 4 is moved longitudinally through the pipe 4, and thus expands the pipe 4 so that the outer diameter of the expanded pipe is slightly smaller than or approximately equal to the inner diameter of the casing 2.

Ekspansjonsspindelen 5 er utstyrt med en rekke keramiske overflater 6 som begrenser friksjonskrefter gjennom spindelen og røret 4 under ekspansjonsprosessen. I det viste eksempel er topphalwinkelen A av den koniske keramiske overflate som egentlig ekspanderer røret, omkring 25°. Man har funnet at zirkoniumoksid er et passende keramisk materiale som kan utformes som en glatt konisk ring. Eksperimenter og simuleringer har vist at hvis toppvinkelen A er mellom 20° og 30°, vil røret deformeres slik at det inntar en S-form og berører den avsmalnende del av den keramiske overflate 6 i hovedsak ved den ytre ende eller kant av den koniske del, og opsjonelt også omkring halvveis på den koniske del. The expansion spindle 5 is equipped with a series of ceramic surfaces 6 which limit frictional forces through the spindle and tube 4 during the expansion process. In the example shown, the top half angle A of the conical ceramic surface which actually expands the tube is about 25°. It has been found that zirconium oxide is a suitable ceramic material which can be designed as a smooth conical ring. Experiments and simulations have shown that if the apex angle A is between 20° and 30°, the tube will deform so that it assumes an S-shape and touches the tapered part of the ceramic surface 6 essentially at the outer end or edge of the conical part , and optionally also about halfway on the conical part.

Eksperimentene har også vist at det er gunstig at det ekspanderende rør 4 inntar en S-form, siden dette reduserer lengden av kontaktoverflaten mellom den avsmalnende del av den keramiske overflate 6 og røret 4, og dermed reduserer mengden av friksjon mellom ekspansjonsspindelen 5 og røret 4. The experiments have also shown that it is beneficial for the expanding tube 4 to adopt an S-shape, since this reduces the length of the contact surface between the tapered part of the ceramic surface 6 and the tube 4, thus reducing the amount of friction between the expanding spindle 5 and the tube 4 .

Eksperimenter har også vist at hvis topphalwinkelen A er mindre enn 15°, resulterer dette i forholdsvis høye friksjonskrefter mellom røret og spindelen, mens hvis toppvinkelen er større enn 30°, vil dette involvere overflødig plastisk arbeid på grunn av plastisk bøying av røret 4, som også fører til høyere varmeutvikling og til avbrudd av den fremadgående bevegelse av spindelen 5 gjennom røret 4. Derfor et topphalwinkelen A fortrinnsvis valgt mellom 15° og 30°, og bør alltid være mellom 5° og 45°. Experiments have also shown that if the apex half-angle A is less than 15°, this results in relatively high frictional forces between the tube and the spindle, while if the apex angle is greater than 30°, this will involve excess plastic work due to plastic bending of the tube 4, which also leads to higher heat development and to the interruption of the forward movement of the spindle 5 through the tube 4. Therefore, a top half angle A preferably chosen between 15° and 30°, and should always be between 5° and 45°.

Eksperimenter har også vist at den avsmalnende del av ekspansjonsspindelen 5 bør ha en ikke-metallisk ytre overflate for å unngå riving av røret under ekspansjonsprosessen. Bruken av en keramisk overflate for den avsmalnende del av ekspansjonsspindelen forårsaker en reduksjon av den gjennomsnittlige ruhet av den indre overflate av røret 4 som følge av ekspansjonsprosessen. Eksperimentene har også vist at ekspansjonsspindelen 5 utstyrt med den keramisk avsmalnende overflate 6 kunne ekspandere et rør 4 laget av formbart stål slik at den ytre rørdiameter D2 etter ekspansjon var minst 20 % større enn den ytre diameter Dl av det uekspanderte rør, og at passende formbare ståltyper er dobbeltfaset (DP) høystyrke lavlegerings (HSLA) ståltyper kjent som DP55 og DP60; ASTM Al 06 HSLA sømløst rør, ASTM A312 austenittisk rustfritt stålrør, grader TP 304 L og TP 316 L og høy-bserende austenittisk høystyrke varmvalset stål, kjent som TRIP-stål fremstilt av Nippon Steel Corporation. Experiments have also shown that the tapered part of the expansion spindle 5 should have a non-metallic outer surface to avoid tearing of the tube during the expansion process. The use of a ceramic surface for the tapered part of the expansion spindle causes a reduction of the average roughness of the inner surface of the pipe 4 as a result of the expansion process. The experiments have also shown that the expansion spindle 5 equipped with the ceramic tapered surface 6 could expand a tube 4 made of malleable steel so that the outer tube diameter D2 after expansion was at least 20% larger than the outer diameter Dl of the unexpanded tube, and that suitable malleable steel types are dual phase (DP) high strength low alloy (HSLA) steel types known as DP55 and DP60; ASTM Al 06 HSLA seamless pipe, ASTM A312 austenitic stainless steel pipe, grades TP 304 L and TP 316 L and high-bs austenitic high-strength hot-rolled steel, known as TRIP steel manufactured by Nippon Steel Corporation.

Spindelen 5 er utstyrt med et par tetningsringer 7 som er plassert i en slik avstand fra den koniske keramiske overflate 6 at ringene 7 vender mot den plastiske ekspanderte seksjon av røret 4. Tetningsringene tjener til å unngå at fluidum ved høyt hydraulisk trykk kunne være til stede mellom den koniske keramiske overflate 6 av spindelen 5 og det ekspanderende rør 4, som kunne føre til uregelmessig stor ekspansjon av røret 4. The spindle 5 is equipped with a pair of sealing rings 7 which are placed at such a distance from the conical ceramic surface 6 that the rings 7 face the plastic expanded section of the pipe 4. The sealing rings serve to avoid that fluid at high hydraulic pressure could be present between the conical ceramic surface 6 of the spindle 5 and the expanding tube 4, which could lead to irregularly large expansion of the tube 4.

Ekspansjonsspindelen 5 er utstyrt med en sentral utluftingspassasje 7a som er i forbindelse med en spolet utluftingslinje 8 gjennom hvilken fluidum kan utluftes til overflaten. Etter fullføring av ekspansjonsprosessen kan spindelen 5 trekkes opp til overflaten ved utlufringslinjen, og en spolet tilførsel- og/ eller servicelinje (ikke vist) kan senkes ned i det ekspanderte rør 4 for å lette injeksjon av tilførsel- og/eller behandlingsfluida mot hydrokarbon fluidum-innstrømningssone som normalt blir gjort via ringrommet mellom produksjonsrøret og brønnforingsrøret. Hvis imidlertid røret 4 er ekspandert til en mindre diameter, kan det resterende ringrom mellom foringsrøret 2 og det ekspanderte røret 4 brukes for utlufting av fluida gjennom ekspansjonsprosessen og for injisering av fluida under produksjonsprosessen, i hvilket tilfelle det ikke er noe behov for å bruke en utluftingslinje 8 og tilførsel- og/eller servicelinjer. The expansion spindle 5 is equipped with a central venting passage 7a which is in connection with a coiled venting line 8 through which fluid can be vented to the surface. After completion of the expansion process, the spindle 5 can be pulled up to the surface at the vent line, and a coiled supply and/or service line (not shown) can be lowered into the expanded pipe 4 to facilitate injection of supply and/or treatment fluids against the hydrocarbon fluid- inflow zone which is normally done via the annulus between the production pipe and the well casing. If, however, the pipe 4 is expanded to a smaller diameter, the remaining annulus between the casing 2 and the expanded pipe 4 can be used for venting fluids through the expansion process and for injecting fluids during the production process, in which case there is no need to use a vent line 8 and supply and/or service lines.

I konvensjonelle brønner er det ofte nødvendig å bruke et produksjonsrør som har en ytre diameter som er mindre enn 50 % av den indre diameter av foringsrøret for å muliggjøre en myk innsetting av røret selv om brønnen er avvikende og foringsrøret har en uregelmessig indre overflate. Det er derfor åpenbart at rørekspansjon på stedet ifølge den foreliggende oppfinnelse øker den effektive bruk av brønnhullet. In conventional wells, it is often necessary to use production tubing that has an outer diameter that is less than 50% of the inner diameter of the casing to enable soft insertion of the tubing even if the well is deviated and the casing has an irregular inner surface. It is therefore obvious that on-site pipe expansion according to the present invention increases the effective use of the wellbore.

Man vil forstå at istedenfor å bevege ekspansjonsspindelen gjennom røret ved hjelp av hydraulisk trykk, kan spindelen også trekkes gjennom røret ved hjelp av en kabel eller skyves gjennom røret ved hjelp av en rørstreng eller stav. It will be understood that instead of moving the expansion spindle through the pipe using hydraulic pressure, the spindle can also be pulled through the pipe using a cable or pushed through the pipe using a pipe string or rod.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også brukes til å ekspandere rør som blir brukt utenfor et brønnhull, f.eks. til å ekspandere oljefeltrør på overflaten eller til å ekspandere et rør inne i et eksisterende rør som er skadet eller korrodert. The method according to the invention can also be used to expand pipes that are used outside a wellbore, e.g. to expand oil field pipe on the surface or to expand a pipe inside an existing pipe that is damaged or corroded.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives videre på basis av de følgende komparative eksempler. In the following, the invention will be further described on the basis of the following comparative examples.

Eksperiment 1 Experiment 1

En ekspansjonsspindel som har en konisk keramisk overflate (topphalwinkel A for konus = 20°) blir beveget gjennom et konvensjonelt oljefeltrør, kjent som en foringsrør-grad L80 13 % Cr, som er en meget brukt foringsrørtype, med en første ytre diameter på 101,6 mm (4"), den første veggtykkelse på 5,75 mm, et bruddtrykk 850 bar og en deformasjonsherdingseksponent n = 0,075. Ekspansjonsspindelen var konstruert slik at den ytre diameter av det ekspanderte rør ville bli 127 mm, slik at økningen i diameter ville være 20 %. Røret brast under ekspansjonsprosessen. Analyse viste at duktilitetsgrensen for materialet hadde vært overskredet, slik at duktilfrakturering oppstod. An expansion spindle having a conical ceramic surface (top half angle A for cone = 20°) is moved through a conventional oil field pipe, known as a casing grade L80 13% Cr, which is a widely used casing type, with a first outer diameter of 101, 6 mm (4"), the first wall thickness of 5.75 mm, a burst pressure of 850 bar and a strain hardening exponent n = 0.075. The expansion mandrel was designed so that the outer diameter of the expanded tube would be 127 mm, so that the increase in diameter would be 20%. The pipe burst during the expansion process. Analysis showed that the ductility limit for the material had been exceeded, so that ductile fracturing occurred.

Eksperiment 2 Experiment 2

Et eksperiment ble utført med et spolet rør av typen QT-800 som er i økende bruk som produksjonsrør i olje- og gassbrenner. Røret hadde en første ytre diameter på 60,3 mm, en veggtykkelse på 5,15 mm, et bruddtrykk på 800 bar og en deformasjons-herdings-eksponent n = 0,14. En ekspansjonsspindel ble ført gjennom røret, hvilken spindel omfattet en konisk keramisk overflate slik at toppvinkelen A av en konus rundt den koniske overflate var 5° og som var konstruert slik at den ytre diameter av det ekspanderte rør ville bli 73 mm (økning på omkring 21 %). Dette røret brast under ekspansjonsprosessen. Analyse viste at på grunn av høye friksjonskrefter, hadde ekspansjonstrykket overskredet bruddtrykket for røret under ekspansjonsprosessen. An experiment was carried out with a coiled tube of the type QT-800 which is increasingly used as a production tube in oil and gas burners. The tube had a first outer diameter of 60.3 mm, a wall thickness of 5.15 mm, a burst pressure of 800 bar and a strain-hardening exponent n = 0.14. An expansion mandrel was passed through the tube, which mandrel comprised a conical ceramic surface such that the apex angle A of a cone around the conical surface was 5° and which was constructed so that the outer diameter of the expanded tube would be 73 mm (increase of about 21 %). This pipe burst during the expansion process. Analysis showed that due to high frictional forces, the expansion pressure had exceeded the burst pressure of the pipe during the expansion process.

Eksperiment 3 Experiment 3

Et eksperiment ble utført med et sømløst rør laget av en formbar stålgrad kjent som ASTM A 106 grad B. Røret hadde en første ytre diameter på 101,6 mm (4"), og en første veggtykkelse på 5,75 mm og en deformasjonsherdingseksponent N = 0,175 mm. An experiment was conducted with a seamless pipe made from a malleable steel grade known as ASTM A 106 Grade B. The pipe had a first outer diameter of 101.6 mm (4") and a first wall thickness of 5.75 mm and a strain hardening exponent N = 0.175 mm.

En ekspansjonsspindel ble pumpet gjennom røret, hvilken spindel omfattet en keramisk konisk overflate slik at toppvinkelen A av konusen rundt den koniske overflate var 20°, og slik at den ytre diameter av det ekspanderte rør var 127 mm (5") og den ytre diameter øket med 21 %. An expansion mandrel was pumped through the tube, which mandrel included a ceramic conical surface such that the apex angle A of the cone around the conical surface was 20°, and so that the outer diameter of the expanded tube was 127 mm (5") and the outer diameter increased with 21%.

Røret ble vellykket ekspandert, og det hydrauliske trykk utøvet på spindelen for å bevege spindelen gjennom røret var mellom 275 og 300 bar. Bruddtrykket på det ekspanderte rør var mellom 520 og 530 bar. The tube was successfully expanded and the hydraulic pressure exerted on the spindle to move the spindle through the tube was between 275 and 300 bar. The burst pressure of the expanded pipe was between 520 and 530 bar.

Claims

1. Method for expanding a steel pipe (4) made of a malleable steel grade, the method comprising the step of moving an expansion spindle (5) having a tapered expansion section (6) through the pipe (4), thereby plastically expanding the tube, characterized in that an at least partially solid tube (4) is expanded, which is made of a malleable steel grade which is subjected to strain hardening as a result of the expansion process, and the tapered expansion section (6) of the expansion spindle (5) has a tapered ceramic outer surface and that the pipe (4) is made of a dual-phase (DP) high-strength, low-alloy (HSLA) steel.

2. Method according to claim 1, characterized in that the pipe (4) is made of a malleable steel quality that has a breaking strength/tensile strength ratio that is lower than 0.8, and a breaking strength of at least 275 MPa.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe (4) is made of a steel which has a breaking strength/tensile strength ratio of between 0.6 and 0.7.

4. Method according to claim 1, characterized in that the pipe (4) is made of Sollac quality DP55 or DP60 with a tensile strength of at least 550 MPa or Nippon quality SAFH 540 D or SAFH 590 D.

5. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pipe (4) is made of a malleable high-strength steel grade that is selected from the following group of steel grades: - an ASTM Al06 high-strength, low-alloy (HSLA) seamless pipe.; -an ASTM A312 austenitic stainless steel pipe, grade TP 304 L; -an ASTM A312 austenitic stainless steel tube, grade TP 316 L; and -a high strength austenitic high strength hot rolled steel known as a TRIP steel.

6. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tube is expanded so that the outer diameter of the expanded tube is at least 20% larger than the outer diameter of the unexpanded tube (4), and in that the deformation hardening exponent (n ) of the malleable steel in the pipe (4) is at least 0.16.

7. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the expansion spindle (5) comprises a tapered expansion section (6), which here has a smooth ceramic outer surface which is oriented at an acute angle A which is between 5° and 45° in relation to the longitudinal axis of the spindle (5), and which causes the tube (4) to expand without causing any tearing of the tube, and so that the average roughness of the inner surface of the tube (4) decreases as a result of the expansion process.

8. Method according to claim 7, characterized in that the ceramic outer surface of the tapered expansion section (6) is made of zirconium oxide and is oriented at an acute angle A which is between 15° and 30° in relation to the longitudinal axis of the spindle (5) .

9. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pipe (4) is expanded by pumping the expansion spindle (5) through the pipe (4).

10. Method according to claims 6 and 9, characterized in that the expansion spindle (5) comprises a sealing section (7) which is placed at such a distance from the expansion section (6) that when the expansion spindle (5) is pumped through the pipe (4), the sealing section ( 7) come into contact with a plastically expanded part of the pipe.

11. Method according to claim 9 or 10, characterized in that the pipe (4) is expanded inside an underground borehole and that the expansion spindle (5) contains a venting line (8) for venting the fluids that are present in the pipe (4) in front the expansion spindle (5), to the surface.

12. Method according to claim 9 or 10, characterized in that the pipe (4) is expanded inside an underground borehole so that the outer diameter D2 of the expanded pipe (4) is somewhat smaller than the inner diameter of the borehole or a casing pipe (2 ) which is present in the borehole, and that the fluid which is present in the borehole and the pipe (4) in front of the expansion spindle is vented to the surface via the annulus which remains open around the pipe (4) after the expansion process.

13. Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pipe (4) is lowered into an underground borehole after unwinding the pipe from a coil drum.

14. Well equipped with a pipe (4) which is expanded using the method according to the preceding claim, characterized in that the pipe (4) serves as a production pipe through which hydrocarbon fluid is transferred to the surface, and a flushable service and/or supply line passes through at least a substantial part of the length of the interior of the pipe (4), through which line fluids can be pumped towards the bottom of the borehole while hydrocarbon fluids are produced via the surrounding production pipe (4).

15. Well equipped with a pipe (4) which is expanded using the method according to claims 1-13, characterized in that the pipe is expanded against the inner surface of a casing pipe (2) which is present in the borehole.