Design of a Small-Scale Packer Element Tester

Abstract

Denne oppgaven hadde som mål å designe en små skala pakningstester. Hensikten med å bygge dette produktet er å gjøre det mulig for Interwell å forske på og bygge mer pålitelige broplugger. Metoden som ble innlemmet i utformingen av en småskala pakningstester var Stanford Design Schools "Five Step Design Thinking"-prosess. Designprosessens fem trinn var "Empathize", "Define", "Ideate" og "Prototype". Disse fem trinnene var ryggraden i designprosessen i dette prosjektet.

En uthentbar broplugg brukes til brønnoperasjoner i olje- og gassbrønner. Pluggen brukes til å isolere eller sone av deler av brønnen for vedlikehold, testing og utbedring. Interwell har i dag et fullskala testsystem, som tester hele den bropluggen i henhold til International Standards Organization (ISO) 14310 og American Petroleum Institute (API) 11D1 sine standarder. Utfallet av hver test er enten "godkjent" eller "ikke godkjent", så hvis pluggen er består testen, kan den brukes til en operasjon. Men når en plugg ikke tetter røret som tiltenkt, gir det ikke noe annet informasjon bortsett fra at den mislyktes i testen og ikke kan brukes til en operasjon. Resultatet verifiserer forseglingen til bropluggen. Småskala-pakningstester må være utformet for å være i samsvar med de ovennevnte industrielle standardene for å etterligne en fullskalatest, men bare på pakningselementet. Pakningselementet er den eneste ikke-metalliske delen av en broplugg, men har den mest avgjørende funksjonen: å tette brønnen. Interwell ønsker derfor å få mer data om oppførselen til elastomeren.

I "Empathize" fasen oppnås en fullstendig og omfattende forståelse av sluttbrukerens behov gjennom teknikker som spørreundersøkelser, intervjuer og å være med i hverdagen til sluttbrukerne. I tillegg søker denne fasen også å innhente informasjon om kravene og standardene til produktet som utvikles. Informasjonen som samles blir deretter skissert i "Define" fasen, hvor designkrav opprettes for pakningselementet, og det bestemmes hvordan løsningene til testeren kan konseptualiseres. Deretter følger "Ideate" stadiet, hvor konsepter og løsninger for testeren blir tiltenkt. Ideer blir presentert til sluttbrukeren for å samle tilbakemeldinger i dette stadiet, slik at ideene er tilpasset til deres behov. Pakningstesteren er designet i prototypestadiet, hvor flere iterasjoner beregnes før det endelige designet bestemmes.

Den utformede pakningstesteren fulgte de fire første av de fem trinnene nevnt ovenfor. Studien trengte mer tid for å fullføre det fjerde og femte trinnet. Så langt rakk designet å komme seg gjennom en første iterasjon. Designet bør itereres inntil det har nådd sluttbrukeren behov og fullført denne oppgavens formål.

This thesis aimed to design a small-scale packer element tester. The purpose of building this product is to enable Interwell to research and build more reliable bridge plugs. The method incorporated in designing a small-scale packer element tester was the Stanford Design School's "Five Step Design Thinking" process. The design thinking process' five steps were Empathize, Define, Ideate, and Prototype. These five steps were the backbone of the design process in this project.

A retrievable bridge plug is used for downhole operations in oil and gas wells. The plug is used to isolate or zone off sections of the well for maintenance, testing, and remediation. Interwell currently has a full-scale testing system, which tests the entire retrievable bridge plug per International Standards Organization (ISO) 14310 and American Petroleum Institute (API) 11D1 standards. The outcome of each test is either "approved" or "not approved," so if the plug is compliant, it can be used for an operation. However, when a plug does not seal as intended, there is no other outcome except that it failed the test and cannot be used for an operation. The outcome verifies the sealability of the bridge plug. The small-scale packer element tester must be designed to comply with the aforementioned industrial standards to emulate a full-scale test, but only on the packer element. The packer element is the only non-metal part of a bridge plug but has the most crucial function: to seal the well. Thus, Interwell desires to obtain more data about the behavior of the elastomer.

In the Empathize phase, a complete and comprehensive understanding of the end user's needs is gained through techniques like surveys, interviews, and shadowing. In addition, this phase also seeks to obtain information on the requirements and standards of the product being developed. The information gathered is then outlined in the Define phase, where design requirements are created for the packer element, and the setting for how to conceptualize the solutions is determined. This is followed by the Ideate stage, where concepts and solutions for the tester are brainstormed. Presenting the ideas to the end-user to gather feedback through this process, to mold the ideas to fit their needs. The packer element tester is den designed in the Prototype stage, where multiple iterations are computed before settling on the final design.

The designed packer element tester followed the first four out of the five stages mentioned above. The study needed more time to finish the fourth and fifth stages. Therefore, a single iteration design has been created. The design should be further iterated until its final form before manufacturing.