DE112022000456T5

DE112022000456T5 - Bohrloch-Dampfübergangssteuerventil zur Fluideinspritzung

Info

Publication number: DE112022000456T5
Application number: DE112022000456.8T
Authority: DE
Inventors: Michael Linley Fripp; Fraser Murray; Stephen Michael Greci
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2023-10-05
Also published as: GB202313141D0; US20240175336A1; US11952865B2; CA3209751A1; GB2618933A; NO20230928A1; US20220333460A1; WO2022221790A1

Abstract

Ein Durchflusssteuerventil, das so konfiguriert ist, dass es in einem Rohr in einem Bohrloch positioniert werden kann, das in einer unterirdischen Formation gebildet wird, wobei die Durchflusssteuerung verwendet wird, um einen Fluss eines Einspritzungsfluids in die Untergrundformation auf der Grundlage einer Dampfübergangscharakteristik eines in einer Kammer des Durchflusssteuerungsventils enthaltenen Fluids zu regulieren.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 15. April 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/175.117 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird. Diese Anmeldung beansprucht auch die Priorität der am 26. Januar 2022 eingereichten US-Gebrauchsmusteranmeldung mit der Seriennummer 17/648.972 und ist für die Zwecke der Vereinigten Staaten eine Fortsetzungsanmeldung, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Bohrlocharbeiten und insbesondere auf verschiedene Ausführungsformen von Steuerventilen, die zur Steuerung der Fluideinspritzung in unterirdische Formationen verwendet werden.
HINTERGRUND
Verschiedene unterirdische Reservoire, wie etwa Bohrlöcher, Bohrlochnetze und unterirdische Räume, wie etwa Gesteinsformationsmaterial oder ein unterirdischer Hohlraum, können zur Speicherung verschiedener Arten von Flüssigkeiten und Gasen verwendet werden. Beispielsweise können einige unterirdische Reservoire zur Speicherung von Kohlendioxid (CO₂) genutzt werden, die beispielsweise dazu genutzt werden können, einen Raum für die dauerhafte Entsorgung von CO₂ zu schaffen, basierend auf der Einhaltung verschiedener Umwelt-/Regierungsvorschriften bezüglich des Umgangs mit CO₂. In anderen Beispielen kann eine wiederverwendbare Ressource wie Wasserstoff vorübergehend in einem unterirdischen Reservoir gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt für die Verwendung bei Bedarf zurückgewonnen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Offenbarung können durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden.

1A veranschaulicht ein Diagramm eines Bohrlochsystems, das für die Fluideinspritzung in eine unterirdische Formation konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
1B veranschaulicht ein Diagramm eines Teils eines Bohrlochsystems, das für die Fluideinspritzung in eine unterirdische Formation konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
1C veranschaulicht ein Diagramm eines Bohrlochsystems, das für die Fluideinspritzung in eine unterirdische Formation mit einem Hohlraum konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2A veranschaulicht ein Phasendiagramm für Kohlendioxid.
2B veranschaulicht ein Phasendiagramm für Wasserstoff.
3A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils, das in einem Bohrlochsystem positioniert ist, das für die Verwendung bei Fluideinspritzungsvorgängen konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Durchflusssteuerventils von 3A in einer offenen Konfiguration, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3C veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Durchflusssteuerventils von 3A, angeordnet in einer alternativen Positionierung innerhalb eines Bohrlochsystems, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3D veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Durchflusssteuerventils aus 3A, angeordnet in einer weiteren alternativen Positionierung mit einem Bohrlochsystem, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils, das für die Verwendung bei Bohrloch-Fluideinspritzungsvorgängen gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert ist.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils, das für die Verwendung bei Bohrloch-Fluideinspritzungsvorgängen konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für Bohrlochfluideinspritzungsvorgänge unter Verwendung eines Durchflusssteuerventils gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt.

Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung beispielhafter Ausführungsformen. Der Umfang der Ansprüche und der Offenbarung ist nicht unbedingt auf die Systeme, Geräte, Verfahren oder Techniken oder deren Anordnungen beschränkt, wie in diesen Figuren dargestellt. In den folgenden Zeichnungen und Beschreibungen sind gleiche Teile in der gesamten Spezifikation und den Zeichnungen typischerweise mit den gleichen oder übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Zeichnungsfiguren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Bestimmte Merkmale der Erfindung können im Maßstab übertrieben oder in etwas schematischer Form dargestellt werden, und einige Details herkömmlicher Elemente werden im Interesse der Klarheit und Prägnanz möglicherweise nicht dargestellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung umfasst Beispielsysteme, Verfahren, Techniken und Programmabläufe, die Aspekte der Offenbarung verkörpern. Es versteht sich jedoch, dass diese Offenlegung auch ohne diese spezifischen Details durchgeführt werden kann. Beispielsweise bezieht sich diese Offenbarung in veranschaulichenden Beispielen auf die Verwendung von Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂). Aspekte dieser Offenbarung können auch andere Arten von Gasen verwenden. In anderen Fällen wurden bekannte Befehlsinstanzen, Protokolle, Strukturen und Techniken nicht im Detail dargestellt, um die Beschreibung nicht zu verschleiern.
Ausführungsbeispiele können im Rahmen der CO₂-Sequestrierung in der Untergrundformation eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen ist ein Ventil so positioniert, dass es die Einspritzung von CO₂ einschränkt, wenn sich das CO₂ in einem Phasenzustand mit niedriger Dichte befindet (z.B. ein Gas), und die Einspritzung minimal einschränkt, wenn sich das CO₂ in einem Phasenzustand mit hoher Dichte befindet (z.B. eine Flüssigkeit). Andere beispielhafte Ausführungsformen können zur Speicherung von Wasserstoff verwendet werden, der eine Energiespeicheroption sein kann, wobei in einigen Ausführungsformen Wasserstoff aus demselben Bohrloch eingespritzt und gefördert werden kann. Einige Ausführungsformen können ein federreguliertes Dampfübergangsdurchflusssteuerventil umfassen, das in einigen Ausführungsformen das Einspritzen von Kohlendioxid oder in anderen Ausführungsformen von Wasserstoff in eine Formation oder einen Hohlraum ermöglicht. Das Dampfübergangsdurchflusssteuerventil kann sicherstellen, dass das eingespritzte Fluid einen gewünschten Phasenzustand aufweist, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein hochdichtes Fluid, indem es einen Fluss des einzuspritzenden Fluids durch oder an dem Ventil vorbei nur dann ermöglicht, wenn das Fluid dem Ventil im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird, während der Fluss des Fluids durch das Ventil blockiert wird, wenn das in die Formation oder den Hohlraum einzuspritzende Fluid dem Ventil nicht im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird. Dies kann wichtig sein, um sicherzustellen, dass die Strömungsgeschwindigkeiten des eingespritzten Fluids niedrig sind, die Kontrolle über das Reservoir aufrechterhalten wird und eine gleichmäßige Strömungsverteilung des eingespritzten Fluids im Bohrloch erreicht wird.
Beispielhafte Ausführungsformen können ein balg- oder kolbenbetriebenes Ventil umfassen, das durch eine Phasenänderung eines in einer geschlossenen Kammer des Ventils enthaltenen Fluids (als Kolbenfluid oder Füllfluid bezeichnet) angetrieben wird. Das balg- oder kolbenbetriebene Ventil ist für den Einsatz in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation konfiguriert. Beispielsweise kann das Ventil in Produktionsrohre integriert werden, die im Rahmen von Bohrlocharbeiten im Bohrloch positioniert werden. Wenn der Einspritzungsdruck des in die Formation oder Hohlraum einzuspritzenden Fluids hoch ist, kann das im Ventil enthaltene Füllfluid komprimiert werden und in einen Fluidphasenzustand hoher Dichte übergehen, wodurch der Balg zusammengezogen oder ein Kolben zurückgezogen und das Ventil in eine „offene“ Konfiguration gebracht wird. Wenn sich das Ventil in der „offenen“ Konfiguration befindet, kann das dem Ventil zugeführte Einspritzungsfluid das Ventil passieren und in die unterirdische Formation eingespritzt werden. Wenn der Einspritzungsdruck des in die Formation oder den Hohlraum einzuspritzenden Fluids niedrig ist, kann das im Ventil enthaltene Füllfluid weniger komprimiert werden und in einen Fluidphasenzustand niedriger Dichte übergehen, wodurch sich der Balg oder ein Kolben ausdehnt und das Ventil in eine „geschlossene“ Konfiguration gebracht wird. Wenn sich das Ventil in der „geschlossenen“ Konfiguration befindet, wird das dem Ventil zugeführte Einspritzungsfluid daran gehindert, durch oder um das Ventil herum zu fliessen, und wird dadurch daran gehindert, in die unterirdische Formation eingespritzt zu werden. Ebenso wird verhindert, dass bereits in dem Formation enthaltenes Fluid in das Rohr fließt. In einigen Ausführungsformen wird das in den Dampfübergangsdurchflusssteuerventilen verwendete Kolbenfluid oder Füllfluid so ausgewählt, dass es eine gleiche (oder eine im Wesentlichen ähnliche) Verdampfungskurve im Vergleich zu dem Fluid aufweist, das in die Formation oder den Hohlraum eingespritzt werden soll, in der das Ventil eingesetzt wird. In einigen Ausführungsformen können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid als „im Wesentlichen ähnlich“ definiert werden, wenn eine Variation ihrer Verdampfungskurven innerhalb eines Schwellenwerts liegt. Beispielsweise können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid als im Wesentlichen ähnlich definiert werden, wenn eine Variation in ihren Verdampfungskurven weniger als 1%, 5%, 10%, 25% usw. beträgt. In einigen Ausführungsformen können das Kolbenfluid oder Füllflluid und das einzuspritzende Fluid als im Wesentlichen ähnlich definiert werden, wenn der Unterschied in ihrem Dampfübergang kleiner als ein Schwellenwert ist. Beispielsweise können das Kolbenfluid oder das Füllflluid und das einzuspritzende Fluid als im Wesentlichen ähnlich definiert werden, wenn der Unterschied in ihrem Dampfübergang innerhalb von 100 Pfund pro Quadratzoll (psi), 50 psi, 200 psi usw. liegt.
In einigen Ausführungsformen können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung als gleich oder im Wesentlichen ähnlich definiert werden. Beispielsweise können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid die gleiche chemische Zusammensetzung haben, beispielsweise sind beide Kohlendioxid oder beide Wasserstoff. In einigen Ausführungsformen können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid als im Wesentlichen ähnlich definiert werden, wenn der Unterschied in ihrer chemischen Zusammensetzung unter einem Schwellenwert liegt. Beispielsweise können das Kolbenfluid oder Füllfluid und das einzuspritzende Fluid als im Wesentlichen ähnlich definiert werden, wenn der Unterschied in ihrer chemischen Zusammensetzung weniger als 1%, 5%, 10%, 25% usw. beträgt.
In einigen Ausführungsformen kann das Füllfluid oder Kolbenfluid ein azeotropes Fluid sein. Das azeotrope Fluid im Balg oder in einer Kolbenkammer eines Dampfübergangsdurchflusssteuerventils kann eine Kombination aus Fluiden sein, so dass ihre Übergangstemperatur der kombinierten azeotropen Fluiden bei einer etwas niedrigeren Temperatur oder einer etwas höheren Temperatur des Einspritzungsfluids liegt und/oder einen geringfügig niedrigeren Druck oder einen geringfügig höheren Druck aufweisen als das Einspritzungsfluid, die mithilfe des Ventils gesteuert werden soll. In einigen Ausführungsformen kann das Füllfluid oder Kolbenfluid den gleichen Druck haben wie das Fluid, das in die Formation eingespritzt werden soll. In solchen Ausführungsformen erfolgt der Phasenwechsel in dem Kolbenfluid gleichzeitig mit dem in die Verrohrung eingespritzten Gas.
In einigen Ausführungsformen können die Begriffe „verflüssigt“ und „gasförmig“ verwendet werden, um die verschiedenen Phasen des Gases zu beschreiben. Oberhalb des kritischen Punktes gilt das Gas als überkritisches Fluid. Somit kann die Volumenänderung genutzt werden, um ein Ventil zu erzeugen, das schließt, wenn der Einspritzungsdruck nicht ausreicht, um ein Fluid hoher Dichte einzuspritzen. Wie in dieser Offenbarung verwendet, ist ein „Fluid hoher Dichte“ jedes Fluid mit einer Temperatur und einem Druck über seinem kritischen Punkt oder in flüssiger Form und ein „Fluid niedriger Dichte“ ist jedes Fluid in ihrer Dampf- oder Gasphase, deren Temperatur und Druck unter ihrem kritischen Punkt liegen.
Auch wenn das Ventil in Bezug auf die Positionierung in einem Förderrohr zur Fluideinspritzung in die unterirdische Formation beschrieben wurde, kann es in einigen anderen Ausführungsformen auch in anderen Bohrlochkonfigurationen und -anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann das Ventil mithilfe herkömmlicher Interventionstechniken zur Fluideinspritzung in die unterirdische Formation im Bohrloch positioniert werden. In einem anderen Beispiel können solche Ventile axial entlang des Bohrlochs verwendet werden, wo sie mithilfe von Brückenstopfen oder Verschlussdornen installiert werden, um verschiedene Zonen zu verwalten, in die Fluid fließen kann.
Darüber hinaus kann ein System in einigen Ausführungsformen mehrere Ventile umfassen, die an verschiedenen Orten positioniert sind (z.B. an unterschiedlichen Tiefenorten innerhalb des Bohrlochs). In einigen Ausführungsformen können eines oder mehrere dieser Ventile über unabhängige Strömungswege zur Einspritzung in die Formation verfügen. In einigen Ausführungsformen können eines oder mehrere dieser Ventile unterschiedliche Verdampfungsübergänge aufweisen. In einigen Ausführungsformen können mehrere Ventile in einer einzigen Vorrichtung an einer bestimmten Stelle entlang des Bohrlochs installiert werden. Die Ventile können unterschiedlich konfiguriert werden, so dass die Anzahl der offenen und geschlossenen Ventile eine Funktion der Bohrlochbedingungen an der Vorrichtung sein kann, die wiederum eine Funktion der Oberflächeneinspritzungsbedingungen sind. Solche Ausführungsformen können den Fluss regulieren, wenn die Oberflächeneinspritzungsbedingungen variieren. In ähnlicher Weise können in einigen Ausführungsformen mehrere Vorrichtungen mit derselben oder unterschiedlicher Konfiguration axial entlang des Bohrlochs positioniert werden.
Obwohl in Bezug auf ein Phasenventil beschrieben, können beispielhafte Ausführungsformen jede Art von Durchflussbeschränkung verwenden, um sicherzustellen, dass sich das Einspritzungsfluid in einer Fluidphase mit hoher Dichte befindet. Beispiele für Durchflussbegrenzer, die verwendet werden können, sind ein Zuflusssteuergerät (Inflow Control Device, ICD) (z.B. eine Düse, ein Venturi, ein poröses Medium oder ein Rohr), ein autonomes Zuflusssteuergerät (AICD), autonomes Zuflusssteuergerät (AICV), ein drahtloser Smart-Bohrlochknoten usw. In einigen Ausführungsformen erreicht das eingespritzte Fluid einen kritischen Durchfluss, indem es sich mit der Durchflussbegrenzung mit Schallgeschwindigkeit bewegt.
1A zeigt ein Diagramm eines Bohrlochsystems 100, das für die Fluideinspritzung in eine unterirdische Formation gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert ist. Obwohl die Ausführungsformen des Bohrlochsystems (System 100) im Folgenden in Bezug auf ein Bohrlochsystem beschrieben werden, das zur Durchführung einer Fluideinspritzung von Kohlendioxid in eine Formation konfiguriert ist, sind sie nicht auf Vorgänge beschränkt, die eine Kohlendioxideinspritzung beinhalten und können Fluideinspritzungsvorgänge umfassen, einschließlich anderer Arten von Gasen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen. Wie in 1A gezeigt, befinden sich verschiedene Komponenten, darunter ein Speicherreservoir oder Behälter 104, eine Fluidpumpe 105 und ein Bohrlochkopf 110, über einer Oberfläche 101 und in der Nähe eines Bohrlochs 102, das sich unter der Oberfläche 101 in eine Formation 108 erstreckt. Der Behälter 104 kann ein beliebiger Behältertyp sein, der so konfiguriert ist, dass er das Kohlendioxid enthält, das in die Formation 108 eingespritzt werden soll, wobei das System 100 zur dauerhaften Speicherung des Kohlendioxids in der Formation verwendet wird. Die Verwendung des Ausdrucks „permanente Lagerung“ bezieht sich nicht unbedingt auf einen bestimmten Zeitrahmen, sondern bezieht sich auf die Speicherung des Kohlendioxids ohne die Absicht, das Kohlendioxid zu einem späteren Zeitpunkt aus der Formation zurückzugewinnen. Das im Behälter 104 enthaltene Kohlendioxid kann aus einem Öl- und Gasvorkommen stammen, beispielsweise als Ergebnis eines Herstellungsprozesses, oder aus einer anderen künstlichen Quelle und wurde aufgefangen und in Behälter 104 gegeben, als Alternative zur Emission des Kohlendioxids in die Atmosphäre. Das System 100 ist so konfiguriert, dass es das im Behälter 104 enthaltene Kohlendioxid aufnimmt und das Kohlendioxid in die Formation 108 eingespritzt, um es dort dauerhaft zu speichern, wie weiter unten beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist der Behälter 104 über die Fluidleitung 103 mit der Fluidpumpe 105 verbunden, wobei die Fluidpumpe 105 über die Fluidleitung 109 mit dem Bohrlochkopf 110 verbunden ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Fluidpumpe 105 eine Pumpe 107, die so konfiguriert ist, dass sie durch die Fluidleitung 103 bereitgestelltes Kohlendioxid durch die Fluidleitung 109 zum Bohrlochkopf 110 pumpt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Pumpe 107 von einem Pumpenantrieb angetrieben, beispielsweise vom Motor 106, der in verschiedenen Ausführungsformen ein Elektromotor ist. Das dem Bohrlochkopf 110 zugeführte Kohlendioxid wird über den Ventileinlass 112 an ein oder mehrere Ventile 111 gekoppelt, die so konfiguriert sind, dass sie einen Fluidfluss vom Ventileinlass 112 kontrollierbar an den Ventilauslass 113 koppeln. Eine Steuerung 115, die ein Computergerät mit einem oder mehreren Prozessoren und anderen Computergeräten, wie etwa einem Computerspeicher, umfassen kann, kann mit Geräten wie dem einen oder den mehreren Ventilen 111 gekoppelt sein, und ist dazu konfiguriert, den Betrieb des einen oder der mehreren Ventile 111 zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuerung 115 auch so konfiguriert sein, dass sie den Betrieb der Fluidpumpe 105 steuert, um den Druck und/oder die Durchflussrate von Kohlendioxid zu regulieren, das dem Bohrlochkopf 110 vom Behälter 104 zugeführt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Fluidpumpe 105 außerdem Temperatursteuervorrichtungen 114 umfassen, die Heizelemente und/oder eine Kühl-/Kompressoreinheit umfassen können, die zum Heizen bzw. Kühlen konfiguriert ist, wobei das Fluid dem Bohrlochkopf 110 durch Erhitzen und/oder Kühlen zugeführt wird. Das Erhitzen oder Kühlen des Fluids in Verbindung mit der Verwendung der Pumpe 105 zum Unterdrucksetzen des Fluids kann in einigen Ausführungsformen durch die Steuerung 115 gesteuert werden, um das Fluid in einen gewünschten und vorbestimmten Phasenzustand für die Einspritzung in die Formation 108 zu versetzen.
Im System 100 ist der Ventilauslass 113 so gekoppelt, dass er in Fluidverbindung mit einem Fluidrohr 121 im Bohrloch steht, das sich nach unten in das Bohrloch 102 erstreckt und in einem Rohrstrang 120 eingeschlossen ist. Der Rohrstrang 120 umfasst einen hohlen Mitteldurchgang, durch den sich das Fluidrohr 121 im Bohrloch erstreckt. Der Rohrstrang 120 ist außerdem physisch mit einem oder mehreren Packern und einer oder mehreren Durchflusssteuerventilanordnungen verbunden, wodurch der Rohrstrang 120 zur Sicherung innerhalb des Bohrlochs 102 beiträgt. Wie für das System 100 gezeigt, erstreckt sich der Rohrstrang 120 von der Oberfläche 101 und ist innerhalb des oberen Gehäuses 122 positioniert und von diesem umgeben, das sich ebenfalls von der Oberfläche 101 bis zu einer gewissen Tiefe innerhalb des Bohrlochs 102 entlang einer Längsachse 139 des Bohrlochs erstreckt. In verschiedenen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil des oberen Gehäuses 122 mit Zement 123 ummantelt sein. Darüber hinaus können ein oder mehrere Zentrierer 119 im oberen Gehäuse 122 positioniert sein, wobei die Zentrierer so konfiguriert sind, dass sie sich zwischen der Innenfläche des oberen Gehäuses 122 und einer Außenfläche des Rohrstrangs 120 erstrecken und so den Rohrstrang mit dem oberen Gehäuse stabilisieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Packer 124 innerhalb der oberen Verrohrung 122 in einer vorgegebenen Tiefe innerhalb des Bohrlochs 102 positioniert, wobei der Packer mit dem Rohrstrang 120 verbunden und von einem Dichtungselement 125 umgeben ist, das sich zwischen dem Packer 124 und der Innenfläche des Abschnitts des oberen Gehäuses 122 erstreckt, wo der Packer positioniert ist. Eine erste Durchflusssteuerventilanordnung (Ventilanordnung) 140 ist unterhalb des Packers 124 im Bohrloch positioniert und physisch mit dem Rohrstrang 120 verbunden. Die Ventilanordnung 140 umfasst ein oder mehrere Dampfübergangsdurchflusssteuerventile, wie hierin beschrieben, die konfiguriert sind, um einen Kohlendioxidfluss durch die Ventilanordnung 140 und in die Formation 108 in den Bereichen der Formation in der Nähe der Position der Ventilanordnung 140 innerhalb des Bohrlochs 102 zu steuern. Der Packer 124 sorgt in Verbindung mit dem Dichtungselement 125 für die Isolierung eines Ringraums 132, der die Ventilanordnung 140 umgibt, vom Ringraum 130, der sich von der Oberfläche 101 zur Oberlochseite des Packers 124 erstreckt und den Rohrstrang 120 im oberen Gehäuse 122 umgibt.
Interne Fluiddurchgänge innerhalb der Ventilanordnung 140 stehen in Fluidverbindung mit der Fluidverrohrung 121 im Bohrloch, wobei das eine oder die mehreren DampfübergangsDurchflusssteuerventile so konfiguriert sind, dass sie die internen Fluiddurchgänge der Ventilanordnung 140 kontrollierbar mit einem oder mehreren Anschlüssen 141 der Ventilanordnung verbinden. Daher sind das eine oder die mehreren DampfübergangsDurchflusssteuerventile der Ventilanordnung 140 konfiguriert, um zu ermöglichen, dass Kohlendioxid, das an der Ventilanordnung vom Bohrlochrohrstrang 121 aufgenommen wird, kontrolliert durch die eine oder mehrere Öffnungen 141 und in den Ringraum 132 freigesetzt wird. Der Druck des in den Ringraum 132 freigesetzten Kohlendioxids treibt das Kohlendioxid durch Perforationen 147, die sich entlang des Bohrlochs 102 in der Nähe der Ventilanordnung 140 erstrecken, und hinaus in die Formation 108, wie durch Pfeile 133 veranschaulicht. In verschiedenen Ausführungsformen ist nur eine Ventilanordnung, wie etwa die Ventilanordnung 140, im Bohrlochsystem 100 enthalten, wobei das von der/den Öffnung(en) 141 freigesetzte Kohlendioxid konfiguriert ist, um das unter dem Packer 124 liegende Bohrloch zu füllen und das Bohrloch durch einen oder mehrere Perforationssätze 147 zur Einspritzung in die Formation 108 zu verlassen.
Alternativ sind im Bohrlochsystem 100, wie in 1A dargestellt, drei Sätze von Ventilanordnungen 140, 142 und 144 dargestellt, wobei die Ventilanordnungen entlang des Bohrlochs 102 voneinander beabstandet sind, und wobei jede der Ventilanordnungen von einem jeweiligen Ringraum (132, 134, 136) umgeben ist, die durch Packer 126 und 128 voneinander isoliert sind, und wobei der oberste Ringraum 132, der die Ventilanordnung 140 umgibt, durch den Packer 124 vom Ringraum 130 isoliert ist, der sich bis zur Oberfläche 101 erstreckt. Jede der Ventilanordnungen steht in Fluidverbindung mit der Rohrleitung 121 und ist somit so konfiguriert, dass sie einen Fluidfluss empfängt, der von der Oberfläche 101 durch die Rohrleitung 121 bereitgestellt wird. Wie in 1A dargestellt angeordnet, können die Fluidaustrittsöffnung(en) 141 der Ventilanordnung 140 zu Perforationen 147 neben dem Ringraum 132 und weiter in die Formation 108 in einer Zone geleitet werden, die allgemein als Zone 150 bezeichnet wird. In ähnlicher Weise können Fluid-Austrittsöffnungen 143 der Ventilanordnung 142 zu Perforationen 147 neben dem Ringraum 134 und weiter in die Formation 108 in einer Zone geleitet werden, die allgemein als Zone 151 bezeichnet wird, während Fluid, das aus der/den Öffnung(en) 143 der Ventilanordnung 144 austritt, zu Perforationen 147 neben dem Ringraum 136 und weiter in die Formation 108 in einer Zone geleitet werden kann, die allgemein als Zone 153 bezeichnet wird. Daher kann die Anordnung der Ventilanordnungen bzw. der Packer, die die die Ventilanordnungen umgebenden Ringräume isolieren, zu einer besseren Kontrolle und Verteilung des Fluids in die Formation 108 entlang des gesamten Bohrlochs 102 beitragen, das für die Fluideinspritzung vorgesehen ist.
Die in 1A gezeigte Anordnung von Ventilanordnungen und Packern ist ein nicht einschränkendes Beispiel eines Bohrlochsystems, wie z.B. des Bohrlochsystems 100, und andere Variationen sind möglich und werden für die Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen des Bohrlochsystems 100 in Betracht gezogen. Beispielsweise ist die Anzahl der in einem bestimmten Bohrlochsystem enthaltenen Ventilanordnungen nicht auf eine bestimmte Anzahl von Ventilanordnungen beschränkt und kann eine oder mehrere Ventilanordnungen umfassen. Beispiele für Bohrlochsysteme 100 sind nicht darauf beschränkt, dass die Ventilanordnungen in einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche 101 positioniert sind, und können Ventilanordnungen umfassen, die in unterschiedlichen Tiefen positioniert sind, beispielsweise basierend auf der Position eines Formationsmaterials, das als nützlich für die Speicherung eines Fluids, wie etwa Kohlendioxid, innerhalb des Formationsmaterials bestimmt wird. In verschiedenen Ausführungsformen können die Ventilanordnungen, die in einem Bohrlochsystem enthalten sind, entlang des Bohrlochs gleichmäßig zueinander beabstandet sein oder auch nicht, und können Gruppen von einer oder mehreren Ventilanordnungen umfassen, die von einer anderen Gruppe von Ventilanordnungen um einen Abstand entlang des Bohrlochs beabstandet sind, der sich vom Abstand zwischen anderen Gruppen von Ventilanordnungen unterscheidet.
In verschiedenen Ausführungsformen eines Bohrlochsystems kann ein einzelner Packer verwendet werden, um die Ringe, die jede der im Bohrlochsystem enthaltenen Ventilanordnungen umgeben, von dem Ringraum zu isolieren, der sich bis zur Oberfläche des Bohrlochsystems erstreckt. In verschiedenen Ausführungsformen kann jede der in einem Bohrlochsystem enthaltenen Ventilanordnungen von den anderen im Bohrlochsystem enthaltenen Ventilanordnungen durch einen Satz Packer isoliert sein, die oberhalb und unterhalb des Bohrlochs von der Position jeder Ventilanordnung positioniert sind. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gruppe von zwei oder mehr Ventilanordnungen durch ein Paar Packer isoliert werden, so dass die Gruppe von zwei oder mehr Ventilanordnungen so konfiguriert ist, dass sie in Fluidverbindung mit einem gemeinsamen Ringraum steht. Diese und andere Variationen der Ventilanordnung und der Packeranordnungen sind möglich und werden für die Verwendung in Konfigurationen von Bohrlochsystemen in Betracht gezogen, die für Fluideinspritzungsvorgänge wie hier beschrieben und alle Äquivalente davon verwendet werden können. Während das Bohrloch 102 ferner so dargestellt ist, dass es ein vertikal ausgerichtetes Bohrloch umfasst, Ausführungsformen von Bohrlöchern, in denen die Ventilanordnungen eingesetzt werden können, sind nicht auf Bohrlöcher mit einer bestimmten Ausrichtung beschränkt und können vertikale, horizontale und/oder geneigte Bohrlöcher und Kombinationen davon umfassen, einschließlich Bohrlochsystemen mit einem oder mehreren Zweigen, die an ein Haupt-, ein Neben- oder ein anderes Netzwerk bzw. andere Netzwerke eines Bohrlochs gekoppelt sind.
Im Betrieb wird im Behälter 104 gespeichertes Kohlendioxid von der Fluidpumpe 105 in einem Phasenzustand zum Bohrlochkopf 110 gepumpt, der für die Einspritzung des Kohlendioxids in die Formation 108 wünschenswert ist. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst dieser gewünschte Zustand Kohlendioxid eine hochdichte flüssige Phase. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperatur des aus dem Behälter 104 empfangenen Fluids durch eine oder mehrere Temperatursteuervorrichtungen 114 geändert werden, um es der Pumpe 107 zu ermöglichen, das Fluid unter Druck zu setzen und gleichzeitig zu ermöglichen, dass das Fluid in einen gewünschten Phasenzustand für die Einspritzung in die Formation 108 umgewandelt und/oder in diesem gehalten wird. Das flüssige Kohlendioxid hoher Dichte wird durch Ventile 111 in die Bohrloch-Fluidrohrleitung 121 eingekoppelt, wo es durch die Bohrloch-Fluidrohrleitung 121 geleitet und an jede der Ventilanordnungen 140, 142, 144 weitergeleitet wird.
Wenn das Kohlendioxid den Ventilanordnungen im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird, ist/sind das eine oder die mehreren in den Ventilanordnungen enthaltenen DampfübergangsDurchflusssteuerventile konfiguriert, um in eine „offene“ Konfiguration zu gelangen, wodurch das Kohlendioxid durch oder an dem/den Dampfübergangsdurchflusssteuerventil(en) fliessen kann, und durch einen oder mehrere der Anschlüsse 141, 143 und/oder 145 in einen entsprechenden Ringraum zu gelangen und dann durch Perforationen 147 in der Futterrohrauskleidung des Bohrlochs und in die Formation 108 zu fließen. Die Pfeile 133 stellen den Kohlendioxidfluss dar, der aus der/den Öffnung(en) 141 der Ventilanordnung 140 austritt und in die Formation 108 in der Zone 150 fließt. Die Pfeile 135 stellen den Kohlendioxidfluss dar, der aus der/den Öffnung(en) 143 der Ventilanordnung 142 austritt und in die Formation 108 in der Zone 151 fließt. Die Pfeile 137 stellen den Kohlendioxidfluss dar, der aus der/den Öffnung(en) 145 der Ventilanordnung 144 austritt und in die Formation 108 in der Zone 153 fließt.
Für den Fall, dass sich das Kohlendioxid, das über die Fluidleitung 121 im Bohrloch an den Ventilanordnungen 140, 142 und 144 ankommt, nicht im gewünschten Phasenzustand befindet, sich beispielsweise in einer Phase niedriger Dichte befindet, schalten die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile ein der Ventilanordnungen 140, 142 und 144 sind konfiguriert, um in eine „geschlossene“ Konfiguration zu gelangen und den Fluss des Kohlendioxids daran zu hindern, durch die Ventilanordnungen und in die Formation 108 zu gelangen. Wenn außerdem der in der Formation herrschende Fluiddruck auf ein Niveau ansteigt, das den Druck im Kohlendioxid übersteigt, das an der Ventiloberfläche von der Oberfläche ankommt, führt die Phase des im Rückfluss vorhandenen Kohlendioxids erneut dazu, dass die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile in die „geschlossene“ Position gelangen, wodurch verhindert wird, dass das Kohlendioxid aus der Formation 108 zurück durch die Ventilanordnungen entweicht und in Verbindung mit den im Bohrloch vorhandenen Packern aus der Formation 108 zurück durch das Bohrloch entweicht. Daher sind die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile der Ventilanordnungen so konfiguriert, dass ein Kohlendioxidfluss, der den Ventilanordnungen im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird, verteilt und in die Formation 108 eingespritzt werden kann, während der Kohlendioxidfluss in die Formation blockiert wird, wenn das den Ventilanordnungen von der Oberfläche zugeführte Kohlendioxid nicht im gewünschten Phasenzustand vorliegt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Rohrstrang 120 so konfiguriert, dass er zusammen mit den Ventilanordnungen und/oder den an den Rohrstrang gekoppelten Packern nach Abschluss der Fluideinspritzungsvorgänge, die am Bohrloch 102 durchgeführt werden sollen, abnehmbar ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Bohrlochkopf nach dem Entfernen des Rohrstrangs 121 abgedichtet werden, um eine Fluiddichtung zwischen dem Bohrloch 102 und Bereichen über der Oberfläche bereitzustellen.
1B veranschaulicht ein Diagramm eines Teils eines Bohrlochsystems 160, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen für die Fluideinspritzung eines Fluids, beispielsweise Kohlendioxid oder Wasserstoff, in eine unterirdische Formation konfiguriert ist. Das System 160 umfasst eine Bohrloch-Fluidverrohrung 121, die so angeordnet ist, dass sie einen Fluidfluss, beispielsweise Kohlendioxid oder Wasserstoff, von der Oberfläche zu einem oder mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventilen (Durchflusssteuerventilen) 161 bereitstellt. Ausführungsformen des Systems 160 können beliebige der oben in Bezug auf System 100 und 1A beschriebenen Komponenten umfassen und/oder nutzen, um das Fluid, das in eine unterirdische Formation eingespritzt werden soll, zu speichern, zu konditionieren und an die Bohrloch-Fluidverrohrung 121 zu liefern.
Wie in 1B dargestellt, sind die Durchflusssteuerventile 161 in einer radialen Anordnung um die Außenseite des Bohrloch-Fluidrohrs 121 positioniert. In verschiedenen Ausführungsformen können die Durchflusssteuerventile 161 durch eine Abdeckung 122 an Ort und Stelle gehalten werden. Eine Reihe von Öffnungen 162, die eine Reihe von Sitzen 163 umfassen können oder nicht, sind so angeordnet, dass sie einen entsprechenden Fluiddurchgang zwischen dem Innenraum der Bohrloch-Fluidverrohrung 121 und jedem der Durchflusssteuerventile 161 bereitstellen. Die Durchflusssteuerventile 161 sind so konfiguriert, dass sie sich in eine „offene“ Konfiguration betätigen, wenn Kohlendioxid mit einem gewünschten Phasenzustand den Durchflusssteuerventilen aus der Fluidleitung 121 zugeführt wird. In der „offenen“ Konfiguration sind die Durchflusssteuerventile 161 so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass von der Bohrloch-Fluidleitung 121 bereitgestelltes Fluid in die Öffnungen 162 eindringt, und um durch das jeweilige Durchflusssteuerventil und in einen oder mehrere Fluiddurchgänge 164 zu fliessen, die zu einer oder mehreren Perforationen 166 führen, die in verschiedenen Ausführungsformen einen Filter oder ein Sieb 166 umfassen können, wobei der Fluidfluss veranschaulichend durch Pfeile 165 dargestellt wird. An den Perforationen 166 ankommendes Fluid kann durch die Öffnung in einen oder mehrere Bereiche außerhalb des Systems 160 und der Durchflusssteuerventile 161 fließen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Bereiche außerhalb der Durchflusssteuerventile 161 zu Formationsmaterial führen, in das das Kohlendioxid eingespritzt und gespeichert wird. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Bereiche außerhalb der Durchflusssteuerventile 161 einen Ringraum, der zu einem unterirdischen Hohlraum führt, in dem das Kohlendioxid gespeichert werden soll.
Obwohl dargestellt, dass es zwei Durchflusssteuerventile aufweist, können Ausführungsformen des Systems 160 ein, zwei oder mehr als zwei Durchflusssteuerventile umfassen, die in einer radialen Anordnung um die Bohrloch-Fluidverrohrung 121 angeordnet sind. Darüber hinaus kann mehr als ein Satz von Durchflusssteuerventilen an verschiedenen Längspositionen entlang einer Längsachse 139 des Bohrlochs angeordnet sein, in dem das System 160 eingesetzt wird, so dass die verschiedenen Sätze von Durchflusssteuerventilen in unterschiedlichen Tiefen entlang des Bohrlochs positioniert werden. Obwohl die Beschreibung in Bezug auf die Aufnahme und Steuerung eines Kohlendioxidflusss beschrieben wurde, können die Durchflusssteuerventile 161 darüber hinaus in alternativen Ausführungsformen konfiguriert werden, um einen Wasserstofffluss durch die Durchflusssteuerventile zu ermöglichen, wenn Wasserstoff im gewünschten Phasenzustand den Durchflusssteuerventilen aus der Bohrloch-Fluidverrohrung 121 zugeführt wird, und um den Wasserstofffluss zwischen der Bohrloch-Fluidverrohrung 121 und dem einen oder den mehreren Fluiddurchgängen 164 zu blockieren, die zu den Perforationen 166 führen, wenn der den Durchflusssteuerventilen zugeführte Wasserstoff nicht im gewünschten Phasenzustand ist.
In verschiedenen Ausführungsformen sind Durchflusssteuerventile 161, Öffnungen 162, Sitze 163 (sofern vorhanden), Fluiddurchgänge 164 und Perforationen 166 als Teil des Bohrlochrohrstrangs 121 vorgesehen und dauerhaft in einem Bohrloch installiert. In solchen Fällen kann, wenn die Fluideinspritzungsvorgänge abgeschlossen sind, die Öffnung und damit der Rohrstrang 121 entweder am Bohrlochkopf des Bohrlochs oder beispielsweise mithilfe von Vorrichtungen wie Hülsen oder Packern (in 1 B nicht gezeigt) abgedichtet werden, um den/die Bereich(e) außerhalb des Futterrohrs 122 vom Rohr 122 und/oder von Bereichen oberhalb der Oberfläche, wo sich das Bohrloch erstreckt, abzudichten.
1C zeigt ein Diagramm eines Bohrlochsystems 170, das für die Fluideinspritzung in eine unterirdische Formation mit einem Hohlraum konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Obwohl die Ausführungsformen des Bohrlochsystems (Systems) 170 im Folgenden in Bezug auf ein Bohrlochsystem beschrieben werden, das für die Fluideinspritzung von Wasserstoff in einen Hohlraum 175 konfiguriert ist, sind sie nicht auf Vorgänge beschränkt, bei denen Wasserstoff zum Einsatz kommt, und kann Fluideinspritzungsvorgänge umfassen, einschließlich anderer Arten von Fluiden mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen. Wie in 1C gezeigt, umfasst das System 170 Komponenten über der Oberfläche 101 und in der Nähe des Bohrlochs 102, die mit den oben in Bezug auf Behälter 104, Fluidpumpe 105 und Bohrlochkopf 110 beschriebenen Komponenten identisch oder ihnen ähnlich sind. In verschiedenen Ausführungsformen sind diese oberirdischen Komponenten so konfiguriert, dass sie einen wasserstoffhaltigen Fluidfluss durch die Rohrleitung 121 zum Bohrloch 102 leiten. Die Rohrleitung 121 ist mit einer Durchflusssteuerventilanordnung (Ventilanordnung) 172 verbunden und steht in Fluidverbindung mit dieser, die ein oder mehrere DampfübergangsDurchflusssteuerventile umfasst, die konfiguriert sind, um kontrollierbar einen Fluss des der Ventilanordnung 172 zugeführten Wasserstoffs zu den Anschlüssen 173 bereitzustellen. Jeder Wasserstoffaustrittsanschluss 173 der Ventilanordnung wird in den die Ventilanordnung 172 umgebenden Ringraum abgegeben und kann dann aus dem Ende des Gehäuses 122 und in den Hohlraum 175 verteilt werden, wie durch die Pfeile 174 veranschaulicht. Ein Packer 124 sorgt in Verbindung mit dem Dichtungselement 125 für eine Fluiddichtung, die oberhalb der Ventilanordnung 172 positioniert ist, und ist so konfiguriert, dass verhindert wird, dass Wasserstoff, der aus der/den Öffnung(en) 173 austritt, zurück nach oben an der Ventilanordnung 172 vorbei und in den Ringraum 130 wandert.
Die Ventilanordnung 172 kann ein oder mehrere Dampfübergangsdurchflusssteuerventile umfassen, die mit einer Kammer konfiguriert sind, die ein Füllfluid umfasst, die es jedem der einen oder mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventile ermöglicht, um einen Wasserstofffluss durch das jeweilige Dampfübergangsdurchflusssteuerventil zu ermöglichen, wenn der über die Rohrleitung 121 an die Ventilanordnung gelieferte Wasserstoff im gewünschten Phasenzustand ist, und um einen Wasserstofffluss durch das jeweilige Dampfübergangsdurchflusssteuerventil zu blockieren, wenn der durch die Rohrleitung 121 an die Ventilanordnung gelieferte Wasserstoff nicht im gewünschten Phasenzustand ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist der gewünschte Phasenzustand für den durch die Rohrleitung 121 bereitgestellten Wasserstoff ein flüssiger oder überkritischer Phasenzustand (Fluid hoher Dichte), der, wenn er der Ventilanordnung bereitgestellt wird, konfiguriert ist, um zu bewirken, dass das eine oder die mehreren DampfübergangsDurchflusssteuerventile der Ventilanordnung 172 in eine „offene“ Konfiguration gelangen, und um einen Fluiddurchgang für den Wasserstoff bereitzustellen, um von der Leitung 121 durch oder um das eine oder die mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventile zu fliessen und aus der Ventilanordnung in den Hohlraum 175 ausgestoßen zu werden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Ventilanordnung 172 konfiguriert, so dass ein Mindestdruck im Hohlraum 175 aufrechterhalten wird. In einigen Ausführungsformen liegt der Mindestdruck, der im Hohlraum 175 aufrechterhalten werden muss, im Bereich von 500 bis 1000 Pfund/Quadratzoll (PSI). In verschiedenen Ausführungsformen wird das minimale Druckniveau, das im Hohlraum 175 aufrechterhalten werden soll, eingestellt, um die strukturelle Integrität des Hohlraums 175 sicherzustellen und beispielsweise einen Kollaps eines Teils des Hohlraums zu verhindern.
2A zeigt ein Phasendiagramm 200 für Kohlendioxid. Das Phasendiagramm 200 umfasst eine vertikale Achse 201, die Temperaturen darstellt (die Temperatur steigt im Diagramm nach oben), und eine horizontale Achse 202, die den Druck darstellt (ansteigender Druck bewegt sich im Diagramm nach rechts). Die grafische Linie 204 stellt die Verdampfungskurve für Kohlendioxid (CO₂) dar. Bei Temperatur-/Druckkombinationen, die über der grafischen Linie 204 liegen, wie durch den Bereich 203 im Phasendiagramm 200 veranschaulichend dargestellt, befindet sich Kohlendioxid in einem gasförmigen Phasenzustand niedriger Dichte. Bei Temperatur-/Druckkombinationen, die unter und rechts von der grafischen Linie 204 liegen, wie durch den Bereich 205 im Phasendiagramm 200 veranschaulichend dargestellt, befindet sich Kohlendioxid in einem flüssigen Phasenzustand hoher Dichte.
Wie das Phasendiagramm 200 zeigt, erfordert die durch die grafische Linie 204 dargestellte Verdampfungskurve für Kohlendioxid eine steigende Temperatur, wenn der Druck steigt, damit das Kohlendioxid in den flüssigen Phasenzustand niedriger Dichte gelangt. Zur Veranschaulichung enthält das Phasendiagramm 200 drei veranschaulichende Punkte: Punkt A, Punkt B und Punkt C. Am Punkt A liegt die Temperatur/Druck-Kombination unter der durch die grafische Linie 204 dargestellten Verdampfungskurve, und daher ist Kohlendioxid bei dieser Temperatur/Druck-Kombination ein Fluid hoher Dichte. Wenn der Druck des Kohlendioxids so verringert wird, dass er nun eine Temperatur-/Druckkombination für das Kohlendioxid enthält, die durch Punkt A* dargestellt wird, liegt Punkt A* immer noch unterhalb der Verdampfungskurve, und daher ist Kohlendioxid bei der Temperatur/Druck-Kombination, die durch Punkt A* dargestellt wird, immer noch ein Fluid hoher Dichte und hat seinen Phasenzustand relativ zu Kohlendioxid am Punkt A aufgrund der Absenkung der Temperatur, die durch die Änderung der Temperatur-/Druckkombination von Punkt A zu Punkt A* dargestellt wird, nicht geändert.
Am Punkt B liegt die Temperatur/Druck-Kombination unter der Verdampfungskurve, die durch die grafische Linie 204 dargestellt wird, und daher ist Kohlendioxid bei dieser Temperatur/Druck-Kombination ein Fluid hoher Dichte. Wenn der Druck des Kohlendioxids so verringert wird, dass er nun eine Temperatur-/Druckkombination für das Kohlendioxid enthält, die durch Punkt B* dargestellt wird, liegt die Temperatur-/Druckkombination am Punkt B* über der Verdampfungskurve, und daher ist Kohlendioxid ein Fluid mit geringer Dichte. Daher wird das Kohlendioxid bei der Bewegung von Punkt B zu Punkt B* von einem flüssigen Zustand hoher Dichte in einen Phasenzustand niedriger Dichte übergegangen sein.
Am Punkt C liegt die Temperatur-/Druckkombination über der Verdampfungskurve, die durch die grafische Linie 204 dargestellt wird, und daher befindet sich Kohlendioxid bei dieser Temperatur-/Druckkombination in einem flüssigen Zustand niedriger Dichte. Wenn der Druck des Kohlendioxids so verringert wird, dass er nun eine Temperatur-/Druckkombination für das Kohlendioxid enthält, die durch Punkt C* dargestellt wird, liegt Punkt C* immer noch über der Verdampfungskurve, und daher befindet sich Kohlendioxid bei der Temperatur/Druck-Kombination, die durch Punkt C* dargestellt wird, immer noch in einem flüssigen Zustand niedriger Dichte und hat seinen Phasenzustand relativ zu Kohlendioxid am Punkt C aufgrund der Absenkung der Temperatur, die durch die Änderung der Temperatur-/Druckkombination von Punkt C zu Punkt C* dargestellt wird, nicht verändert.
Wie durch die Punkte A, B, C und A*, B* und C* im Phasendiagramm 200 veranschaulichend dargestellt, kann daher keine phasenbasierte Steuerung des Fluids unter Verwendung von Phasensteuerungs-Durchflussventilen allein darauf basieren Temperatur des Fluids, da sich das Kohlendioxid bei gleicher Temperatur des Kohlendioxids in einem Zustand niedriger oder hoher Dichte befinden kann. Darüber hinaus kann die phasenbasierte Steuerung des Fluids unter Verwendung derselben Phasensteuerventile nicht ausschließlich auf dem Druck des Kohlendioxids basieren, da sich das Kohlendioxid bei demselben Druck in einem Zustand niedriger oder hoher Dichte befinden könnte. In den hier beschriebenen Ausführungsformen, die sich auf die Steuerung von Kohlendioxidfliessen zum Zweck der Fluideinspritzung des Kohlendioxids in unterirdische Formationen beziehen, ist es wünschenswert, dass das Kohlendioxid in einer hochdichten Fluidphase vorliegt.
Wie unten weiter beschrieben wird, ist das in der geschlossenen Kammer der Dampfübergangssteuerventile enthaltene Füllfluid so ausgelegt, dass es eine Verdampfungskurve aufweist, die der Verdampfungskurve für Kohlendioxid entspricht oder dieser ähnlich ist. Durch die Verwendung eines Druckelements, beispielsweise eines federbelasteten Balgs oder einer Metallfederposition innerhalb der Kammer, wird der Druck in der Kammer jedoch auf einem niedrigeren Druckniveau gehalten als der Druck, der außerhalb der Kammer herrscht, die das Füllfluid enthält. Dadurch geht das Füllfluid von einer Phase hoher Dichte in die Phase niedriger Dichte über und dehnt sich somit im Volumen aus, wobei der Druck niedriger ist als der des Fluids außerhalb der Kammer. Wenn also das Kohlendioxid, das in einem Phasenzustand hoher Dichte in die Formation eingespritzt werden soll, wie beispielsweise am Punkt B in Diagramm 200, dem Durchflusssteuerventil zugeführt wird, befindet sich das Füllfluid im Ventil möglicherweise auf dem niedrigeren Druck, der durch Punkt B* dargestellt wird, und ist daher in einen Phasenzustand niedriger Dichte übergegangen, wodurch sie sich ausdehnt und das Ventil in eine „geschlossene“ Konfiguration versetzt. In der geschlossenen Konfiguration ist der Kohlendioxidfluss durch oder am Ventil vorbei blockiert. Damit das Kohlendioxid, das in die Formation eingespritzt werden soll, an den Dampfübergangsdurchflusssteuerventilen vorbeikommt, muss es der Ventilanordnung nicht nur im gewünschten Phasenzustand, d.h. einem hochdichten Fluidphasenzustand, sondern auch bei einer Temperatur/Druck-Kombination bereitgestellt werden, die weit genug von der Verdampfungskurve entfernt ist, so dass der niedrigere Druck des Füllfluids, das in der Wölbung des/der Durchflusssteuerventil(e) enthalten ist, nicht in den Phasenzustand niedriger Dichte übergeht, sondern stattdessen im Fluidphasenzustand hoher Dichte verbleibt, um das/die Ventil(e) in der „offenen“ Konfiguration zu halten.
Die Einspritzung des Kohlendioxids im flüssigen Zustand hoher Dichte ermöglicht eine bessere Kontrolle und eine gleichmäßigere Verteilung des Kohlendioxids im Formationsmaterial. Daher sind Ausführungsformen der hier beschriebenen Dampfübergangsdurchflusssteuerventile konfiguriert, um einen Kohlendioxidfluss am Durchflusssteuerventil vorbei zu ermöglichen und in eine unterirdische Formation eingespritzt werden, wenn sich das am Dampfübergangsdurchflusssteuerventil präsentierte Kohlendioxid im Zustand der flüssigen Phase hoher Dichte befindet, und um den Fluss von Kohlendioxid in die unterirdische Formation zu blockieren, wenn das am Dampfübergangsdurchflusssteuerventil präsentierte Kohlendioxid nicht im flüssigen Phasenzustand hoher Dichte, sondern beispielsweise im flüssigen Phasenzustand niedriger Dichte vorliegt.
2B zeigt ein Phasendiagramm 220 für Wasserstoff. Das Phasendiagramm 220 umfasst eine vertikale Achse 221, die den Druck in Megapascal (Mpa) darstellt, und eine horizontale Achse 222, die die Temperatur in Grad Kelvin (K) darstellt. Die grafische Linie 224 stellt eine Sublimationskurve dar, die sich von der horizontalen Achse 222 zum Tripelpunkt 226 erstreckt. Die grafische Linie 228 stellt eine Sättigungskurve dar und erstreckt sich vom Tripelpunkt 226 zum kritischen Punkt 230, und die grafische Linie 232 stellt die Schmelzkurve dar, die sich nach oben und von diesem weg erstreckt Dreifachpunkt 226. Der Bereich 229, der durch einen Bereich rechts von der Sublimationskurve 224 und der Sättigungskurve 228 und unterhalb der gestrichelten Linie 236 begrenzt wird, umfasst Temperatur-/Druckkombinationen, bei denen sich Wasserstoff in einem Gasphasenzustand befindet. Der Bereich 225, der durch und unterhalb der Schmelzkurve 232, oberhalb und durch die Sättigungskurve 228 begrenzt wird und durch und links von der gestrichelten Linie 234 begrenzt wird, umfasst Temperatur-/Druckkombinationen, bei denen Wasserstoff eine Flüssigkeit ist. Der Bereich 223, der oberhalb und links der Sättigungskurve 224 und der Schmelzkurve 232 liegt, umfasst Temperatur-/Druckkombinationen, bei denen Wasserstoff in einer festen Phase vorliegt. Der Bereich 227 unterhalb der Schmelzkurve 232, links begrenzt durch die gestrichelte Linie 234, und oberhalb und begrenzt durch die gestrichelte Linie 236 umfasst Temperatur-/Druckkombinationen, bei denen sich Wasserstoff in einem überkritischen Zustand befindet. In verschiedenen Ausführungsformen muss der Wasserstoff, der an die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile zur Speicherung in einer unterirdischen Formation oder einem Hohlraum geliefert werden soll, in einem überkritischen Phasenzustand oder flüssig (flüssiger Zustand hoher Dichte) vorliegen und die Durchflusssteuerventile müssen konfiguriert sein, um in eine „offene“ Konfiguration zu gelangen und einen Fluss des Wasserstoffs durch die Ventile nur dann zu ermöglichen, wenn sich der den Ventilen zugeführte Wasserstoff im flüssigen Zustand hoher Dichte befindet.
Als solche sind Ausführungsformen der hier beschriebenen Dampfübergangsdurchflusssteuerventile konfiguriert, um einen Wasserstofffluss durch oder an dem oder den Durchflusssteuerventilen vorbei zu ermöglichen und in eine unterirdische Formation oder einen Hohlraum eingespritzt zu werden, wenn sich der an dem/den Durchflusssteuerventil(en) präsentierte Wasserstoff im flüssigen Phasenzustand hoher Dichte befindet, und um den Fluss von Wasserstoff in die unterirdische Formation oder den Hohlraum zu blockieren, wenn der Wasserstoff, der an dem/den Durchflusssteuerventil(en) präsentiert wird, sich nicht im Zustand der flüssigen Phase hoher Dichte befindet, beispielsweise im Zustand der Gas- oder Dampfphase.
Die 3A bis 3D, 4 und 5 veranschaulichen Dampfübergangsdurchflusssteuerventile gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die in einem Bohrlochsystem zur Einspritzung und/oder Speicherung von Kohlendioxid und/oder Wasserstoff in unterirdische Formationen verwendet werden können.
3A zeigt eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils 320, das in einem Bohrlochsystem 300 positioniert ist, das für die Verwendung bei Fluideinspritzungsvorgängen konfiguriert ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Bohrlochsystem 300 umfasst ein Rohr 302, das einen Innenraum 301 umgibt und zumindest teilweise umschließt. In verschiedenen Ausführungsformen können sich die Verrohrung 302 und der Innenraum 301 bis zu einer Oberfläche eines Bohrlochs eines Bohrlochs erstrecken, in dem sich das Durchflusssteuerventil 320 befindet, wobei die Verrohrung 302 so konfiguriert ist, dass sie einen Fluiddurchgang, z.B. den Innenraum 301, bereitstellt, der so konfiguriert ist, dass er ein Fluid, wie etwa Kohlendioxid oder Wasserstoff, von der Oberfläche an die Stelle innerhalb des Bohrlochsystems liefert, an der sich das Durchflusssteuerventil 320 befindet. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Verrohrung 302 eine Ausführungsform der Fluidverrohrung 121 sein, wie oben in Bezug auf eine der 1A, 1 B und 1C dargestellt und beschrieben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3A ist das Durchflusssteuerventil 320 in einem Ringbereich 305 positioniert, der die Verrohrung 302 umgibt. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Ventil 320 einen Balg 322, der an einer Bodenfläche 325 des Ventils an einer Innenfläche 321 eines Rohrstrangs 306 befestigt ist, der das Rohr 302 umgibt. Der Balg 322 erstreckt sich zu einer Endkappe 326, die an einem Ende des Balgs 322 gegenüber der Bodenfläche 325 befestigt ist. Der Balg 322 umschließt eine mit Fluid gefüllte Kammer 323, die einen Raum innerhalb des Balgs umfasst, der mit einem Füllfluid mit bestimmten Phaseneigenschaften gefüllt ist, die für den Betrieb des Ventils 320 in einer gewünschten Weise sorgt, um es bei der Steuerung von Fluideinspritzvorgängen zu verwenden, wie weiter unten beschrieben.
Neben der Bereitstellung einer Montagefläche für das Ventil 320 umfasst der Rohrstrang 306 eine Öffnung 307, die einen Fluiddurchgang zwischen dem Ringbereich 305 und einem Ringbereich 309 bereitstellt. In verschiedenen Ausführungsformen umgibt der Ringbereich 309 den Rohrstrang 306. Der Ringbereich 309 wird zwischen der Außenfläche des Rohrstrangs 306 und einer Innenfläche einer Bohrlochauskleidung oder -verrohrung 310 gebildet, die den Ringbereich 309 umgibt. Teile einer Außenfläche des Gehäuses 310 können in direktem Kontakt mit oder in der Nähe des Formationsmaterials 312 stehen. Darüber hinaus umfasst das Gehäuse 310 eine oder mehrere Perforationen 311, die als Sieb ausgebildet sein können und einen oder mehrere Fluiddurchgänge zwischen dem Ringbereich 309 und dem Formationsmaterial 312 bereitstellen. In verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere Packer 308 innerhalb des Ringraumbereichs 309 und beispielsweise an Positionen oberhalb und unterhalb der Position der Öffnung 307 positioniert sein, um einen Teil des Ringraumbereichs 309 von zusätzlichen Ringräumen zu isolieren, die zwischen dem Rohrstrang 306 und dem Gehäuse 310 gebildet werden.
Wie in 3A gezeigt, umfasst der Balg 322 eine Druckvorrichtung 324, die eine Metallfeder umfassen kann, die in der Kammer 323 positioniert und konfiguriert ist, um den Druck des Füllfluids in der Kammer 323 zu reduzieren, indem eine Kraft auf den Balg 322 ausgeübt wird, die den Balg drückt, um sich auszudehnen und sich von der Innenfläche 321 des Rohrstrangs 306 auszudehnen, um die Endkappe 326 im Bereich der Öffnung 303 in Kontakt mit der Verrohrung 302 zu bringen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Endkappe 326 einen verlängerten Abschnitt 328 der Endkappe, der konfiguriert ist, um sich zumindest teilweise in die Öffnung 303 hinein zu erstrecken und dadurch eine Fluiddichtung mit der Öffnung 303 zu bilden, wodurch ein Fluidfluss zwischen dem Innenraum 301 und dem Ringbereich 305 verhindert wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 303 einen Sitz 329 umfassen, der innerhalb der Öffnung positioniert ist, wobei der Sitz 329 aus einem Material bestehen kann, das sich von dem Material unterscheidet, das zur Bildung der Verrohrung 302 verwendet wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Sitz 329 aus einem Material wie etwa Wolframcarbid gebildet sein, das einer Erosion der Größe und Form der Öffnung 303 aufgrund von Fluidflüssen mit hoher Geschwindigkeit durch die Öffnung standhält. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Sitz 329 aus einem Material wie etwa Keramik gebildet sein, das gegen Wasserstoffversprödung beständig ist.
Wie in 3A gezeigt, befindet sich das Ventil 320 in einer „geschlossenen“ Konfiguration, wobei sich der Balg 322 in einem ausgedehnten Zustand befindet, so dass die Endkappe 326 (und der Verlängerungsabschnitt 328, sofern vorhanden) so bewegt werden, dass sie in Kontakt mit der Öffnung 303 (und dem Sitz 329, sofern vorhanden) sind, wodurch die Öffnung 303 abgedichtet wird. Wenn die Öffnung 303 verschlossen ist, werden alle Fluidflüsse vom Innenraum 301 durch die Öffnung 303 und in den Ringbereich 305 blockiert. In solchen Fällen reicht der im Innenraum 301 vorhandene Druck Pτ nicht aus, um den derzeit in der Kammer 323 des Ventils 320 herrschenden Druck Pc zu überwinden, und daher bleibt die Endkappe 326 in Kontakt mit der Fluiddichtung und bildet eine Fluiddichtung, die den Fluidfluss durch die Öffnung 303 blockiert.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das in der Kammer 323 vorhandene Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid. Ein Azeotrop wird im Allgemeinen als eine Mischung aus zwei oder mehr Flüssigkeiten definiert, deren Bestandteile durch einfache Destillation nicht verändert werden können. Dies liegt daran, dass beim Sieden eines Azeotrops der Dampf die gleichen Anteile an Bestandteilen aufweist wie die ungekochte Mischung. Wenn sich das in der Kammer des Ventils enthaltene Füllfluid in einem Gasphasenzustand befindet, führt die Ausdehnung des Füllfluids dazu, dass sich der Balg 322 ausdehnt und dadurch die Endkappe 326 (und den Verlängerungsabschnitt 328, sofern vorhanden) bewegt, um die Öffnung 303 zu kontaktieren und den Fluidfluss durch die Öffnung 303 zu blockieren. Das Ventil 320 kann unter Verwendung einem Füllfluid in der Kammer 323 konfiguriert sein, die Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid enthält, wenn das Ventil 320 im Bohrloch in einem Bohrlochsystem verwendet werden kann, das zum Einspritzen von Kohlendioxid in ein Formationsmaterial konfiguriert ist, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Bohrlochsystem 100, wie anhand von 1C dargestellt und beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das in der Kammer 323 enthaltene Füllfluid unter einem leicht verringerten Druck Pc betrieben werden, da die Federn 324 den Balg 322 dehnen oder der Balg selbst als Feder fungiert. So ist beispielsweise der Druck in der Kammer 323 des Balgs, Pc, etwa 25 Pfund pro Quadratzoll (psi) niedriger als der Druck in der Rohrleitung, Pτ. Der Phasenwechsel des Fluids im Balg kann bei einem niedrigeren Druck erfolgen als dem Druck des Kohlendioxids in der Produktion.
Die Feder 324 kann den Druck in der Kammer 323 des Balgs reduzieren. Unter der Annahme, dass Pc der Druck in der Kammer 323 ist; Pτ der Druck in der Verrohrung ist; und F_Feder die Kraft der Feder ist. Dann kann Pc durch Gleichung (1) wie folgt definiert werden: $P_{B} = P_{T} - F_{Feder} / Fl \ddot{a} che$
Unter erneuter Bezugnahme auf 2A ist bei niedrigen Temperaturen ein Zustand A so, dass das gesamte Füllfluid in der Kammer 323 eine Flüssigkeit ist und das Ventil sich in einer „offenen“ Konfiguration befindet. Bei hohen Temperaturen ist ein Zustand C so, dass das gesamte Füllfluid ein Gas ist und das Ventil sich in einer „geschlossenen“ Konfiguration befindet. Wenn der Einspritzdruck zu sinken beginnt, sinkt der Druck. Im Zustand B ist das Fluid in der Formation und im Rohr flüssig. Das Füllfluid im Faltenbalg des Ventils hat einen niedrigeren Druck (Pc) und befindet sich im Gasphasenzustand. Dadurch wird das Füllfluid im Balg zu einem Gas und dehnt sich aus, um das Ventil zu schließen. Das Flächenverhältnis zwischen Balg und Dichtung trägt dazu bei, eine höhere Kraft zum Abdichten des Flusskanals zu erzeugen. Dies trägt dazu bei, das Verhalten eines Phasenventils mit hoher Verschiebung und geringer Kraft zu nutzen.
Als Beispiel wird angenommen, dass der hydrostatische Druck 1000 psi und der Druck im Balg 975 psi beträgt. Die Verdampfungstemperatur von CO₂ beträgt bei 500 psi 82 F und bei 975 psi 80 F. Wenn das System 80 F erreicht, verdampft das Gas im Balg und dehnt sich aus. Das gasförmige Füllfluid möchte sich 2,5-mal stärker ausdehnen als das verflüssigte Kohlendioxid. Allerdings arbeitet das Ventil bei 80 F praktisch ohne Kraft. Daher schließt das Ventil nur, wenn kein Durchfluss vorhanden ist.
Wenn das System 82 F erreicht, wird das Füllfluid im Balg gasförmig mit einem zusätzlichen Druck von 25 psi, dem Betrag der Feder im Balg. Infolgedessen wirkt ein Druck von 25 psi auf den Balg, der versucht, das Ventil zu schließen. Bei einer Schallwand mit einem Durchmesser von 1 Zoll sind das 20 Pfund, die auf das Ventil drücken. Wenn die Ventilöffnung ¼ Zoll beträgt, entspricht dies einem Schließdruck von 400 psi. Das Ventil hält 400 psi, wenn das Gas versucht, aus der Verrohrung auszutreten, oder zieht mit 400 psi, wenn das Ventil versucht, sich zu öffnen und Gas austreten zu lassen, sobald der Druck ansteigt. Daher beinhaltet das Öffnen und Schließen des Ventils beim Betrieb in der Nähe der Verdampfungskurve für Kohlendioxid eine gewisse Hysterese, die das Klappern des Ventils reduziert oder eliminiert.
Bezugnehmend zurück auf 3A, in verschiedenen Ausführungsformen, in denen das in der Kammer 323 vorhandene Füllfluid Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff ist und sich in einem Gasphasenzustand befindet, verursacht der expandierte Gasphasenzustand des Wasserstoffs den Balg 322 sich auszudehnen und dadurch die Endkappe 326 (und den Verlängerungsabschnitt 328, sofern vorhanden) zu bewegen, um die Öffnung 303 zu kontaktieren und den Fluidfluss durch die Öffnung 303 zu blockieren. Das Ventil 320 kann unter Verwendung einem Füllfluid in der Kammer 323 konfiguriert werden, die Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, wenn das Ventil 320 konfiguriert ist, um im Bohrloch in einem Bohrlochsystem verwendet zu werden, das dazu konfiguriert ist, Wasserstoff in einer unterirdischen Formation oder einem Hohlraum zu speichern, wie z.B., aber nicht beschränkt auf, Bohrlochsystem 170, wie in Bezug auf 1C beschrieben.
3B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dampfübergangsdurchflusssteuerventils von 3A gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie in 3B gezeigt, ist das Durchflusssteuerventil 320 in einer „offenen“ Konfiguration dargestellt, wobei der Faltenbalg 322 in eine Position zurückgezogen wurde, in der die Endkappe 326 von der Verrohrung 302 wegbewegt wurde und der verlängerte Abschnitt 328 aus der Öffnung 303 zurückgezogen wurde. Somit stellt die Öffnung 303 einen Fluiddurchgang für einen Fluidfluss bereit, der durch den Pfeil 315 dargestellt wird und zwischen dem Innenraum 301 und dem Ringbereich 305 auftritt. Der vom Innenraum 301 bereitgestellte Fluidfluss kann ein Fluid umfassen, das in das Formationsmaterial 312 oder einen anderen unterirdischen Hohlraum eingespritzt werden soll und das dem Innenraum 301 in einem gewünschten Phasenzustand zugeführt wurde, der wiederum das Ventil 320 betätigte, zu öffnen und den Fluidfluss vom Innenraum 301 zum Ringbereich 305 zu ermöglichen. Sobald sich der Fluidfluss aus dem Innenraum 301 zum Ringbereich 305 bewegt hat, setzt er sich dann durch die Öffnung 307 und in den Ringbereich 309 fort, wie durch den Pfeil 317 veranschaulichend dargestellt, und vom Ringbereich 309 durch Perforationen 311 in die Formation 312, wie veranschaulichend dargestellt durch Pfeil 319. In verschiedenen Ausführungsformen besteht der Fluidfluss aus Kohlendioxid und wird in das Formationsmaterial 312 eingespritzt. In verschiedenen Ausführungsformen besteht der Fluidfluss aus Wasserstoff und wird in einen offenen Hohlraum eingespritzt, der in Fluidverbindung mit dem Ringbereich 309 oder einem Endabschnitt des Gehäuses stehen kann, der den Ringbereich 309 bildet und sich in den offenen Hohlraum erstreckt, in dem der Wasserstoff gespeichert wird.
In verschiedenen Ausführungsformen hat sich das Ventil 320 von der „geschlossenen“ Konfiguration, wie in 3A gezeigt, in die „offene“ Konfiguration, wie in 3B gezeigt, aufgrund des im Innenraum 301 vorhandenen Fluids bewegt, das beispielsweise von der Oberfläche durch das Rohr 302 bereitgestellt wird, und die sich in einem gewünschten Phasenzustand für die Einspritzung in die unterirdische Formation oder den Hohlraum befindet. Bei Systemen, die für die Kohlendioxideinspritzung konfiguriert sind, kann Kohlendioxid, das dem Innenraum 301 in einer hochdichten Fluidphase zugeführt wird, auf das Ventil 320 wirken und dazu führen, dass sich das Ventil bewegt und/oder in der „offenen“ Konfiguration bleibt, wodurch die Einspritzung des Kohlendioxids in das Formationsmaterial 312 ermöglicht, wie oben beschrieben. Bei Systemen, die zur Wasserstoffspeicherung konfiguriert sind, wirkt der dem Innenraum 301 in einem hochdichten Fluidzustand zugeführte Wasserstoff auf das Ventil 320, wodurch sich das Ventil in die „offene“ Konfiguration bewegt und/oder in dieser verbleibt, wodurch ein Wasserstofffluss vom Innenraum 301 zu einem Speicherbereich außerhalb des Gehäuses 310 erfolgen kann.
3C zeigt eine Querschnittsansicht des Dampfübergangsdurchflusssteuerventils 320 aus 3A, angeordnet in einer alternativen Positionierung innerhalb eines Bohrlochsystems 300, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das in 3C gezeigte Ventil 320 kann so konfiguriert werden, dass es beliebige der oben in Bezug auf das Ventil 320 in 3A und 3B beschriebenen Funktionen bereitstellt und alle Funktionen ausführt, mit den für 3C weiter beschriebenen Variationen. Wie in 3C gezeigt, ist das Durchflusssteuerventil 320 im Ringbereich 305 positioniert, wobei jedoch die Bodenfläche 325 des Balgs 322 an einer Außenfläche 340 der Verrohrung 302 befestigt ist, und die Endkappe 326 gegenüber der Bodenfläche 325 so positioniert ist, dass die Endkappe und in verschiedenen Ausführungsformen der Verlängerungsabschnitt 328, sofern vorhanden, verlängert werden kann, um eine Fluiddichtung mit der Öffnung 307 des Rohrstrangs 306 zu bilden. Wie in 3C dargestellt, steht ein Fluidfluss, der dem Innenraum 301 der Verrohrung 302 zugeführt wird, durch die Öffnung 303 in Fluidverbindung mit dem Ringbereich 305, unabhängig von der „offenen“ oder „geschlossenen“ Konfiguration des Ventils 320. Dem Innenraum 301 zugeführtes Fluid kann durch die Öffnung 303 fliessen und mit dem Faltenbalg 322 des Ventils 320 in Kontakt stehen und/oder diesen umgeben. Abhängig von der Temperatur/dem Druck und damit vom Phasenzustand des im Ringraumbereich 305 vorhandenen Fluids wird sich das Füllfluid im Faltenbalg 322 des Ventils 320 entweder ausdehnen und somit das Ventil 320 in die „geschlossene“ Konfiguration betätigen und die Öffnung 307 unter Verwendung der Endkappe 326 und des Verlängerungsabschnitts 328, sofern vorhanden, blockieren oder das Ventil 320 zusammenziehen und in die „offene“ Konfiguration betätigen und einen Fluidfluss zwischen dem Ringbereich 305 und dem Ringbereich 309 durch die Öffnung 307 zulassen, wie durch Pfeil 317 veranschaulicht.
Wie in 3C gezeigt angeordnet und positioniert, ist der Balg 322 des Ventils 320 immer noch konfiguriert, um sich in einer Richtung radial entlang einer Achse, die senkrecht zu einer Längsachse ist, die sich durch den Innenraum 301 erstreckt, und entlang der Richtung des Bohrlochs auszudehnen und zusammenzuziehen, wo das Ventil 320 positioniert ist, aber im Gegensatz zum Ventil 320, wie in 3A gezeigt, ist das Ventil 320 in 3C so angeordnet, dass es die Öffnung 307, die sich durch den Rohrstrang 306 erstreckt, öffnet oder abdichtet. In der offenen Konfiguration kann das vom Innenraum 301 zum Ringbereich 305 bereitgestellte Fluid durch die Öffnung 307 und in den Ringbereich 309 gelangen, wie durch den Pfeil 317 veranschaulicht. Aus dem Ringbereich 309 kann der Fluidfluss den Ringbereich 309 durch Perforationen 311 im Gehäuse 310 verlassen und in das Formationsmaterial 312 fließen, wie durch den Pfeil 319 veranschaulicht. In der „geschlossenen“ Konfiguration wird die Endkappe 326 des Ventils 320 (einschließlich Verlängerungsteil 328, sofern vorhanden) mit der Öffnung 307 in Kontakt gebracht, um eine Fluiddichtung mit der Öffnung 307 und/oder mit einem Sitz 341 zu bilden, der vor der Öffnung 307 vorgesehen sein kann. Wenn die Öffnung 307 durch das Ventil 320 in der „geschlossenen“ Konfiguration abgedichtet ist, ist der Fluidweg zwischen dem Ringbereich 305 und dem Ringbereich 309 verschlossen, wodurch verhindert wird, dass dem Innenraum 301 zugeführtes Fluid in den Ringbereich 309 gelangt und somit verhindert wird, dass sie in das Formationsmaterial 312 fließen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das in der Kammer 323 des Ventils 320 bereitgestellte Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid sein, wobei das Ventil 320 so konfiguriert ist, dass es in die „offene“ Konfiguration betätigt werden kann, und um den Fluss von Kohlendioxid aus dem Innenraum 301 zur Formation 312 nur dann zu ermöglichen, wenn das Kohlendioxid dem Innenraum 301 im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird, wie oben in Bezug auf 1A beschrieben. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Füllfluid, das in der Kammer 323 des Ventils 320 bereitgestellt wird, wie in 3C angeordnet, Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff, wobei das Ventil 320 so konfiguriert ist, dass es in die „offene“ Konfiguration betätigt werden kann und den Fluss von Wasserstoff aus dem Innenraum 301 zu einer unterirdischen Formation außerhalb des Gehäuses 310 ermöglicht und zur Speicherung von Wasserstoff nur dann konfiguriert ist, wenn der Wasserstoff dem Innenraum 301 im gewünschten Phasenzustand zugeführt wird, wie oben in Bezug auf 1A beschrieben.
3D zeigt eine Querschnittsansicht des Dampfübergangsdurchflusssteuerventils 320 aus 3A, angeordnet in einer alternativen Positionierung innerhalb eines Bohrlochsystems 300, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das in 3D gezeigte Ventil 320 kann konfiguriert werden, um eine der Funktionen bereitzustellen und eine der oben in Bezug auf das Ventil 320 in den 3A und 3B beschriebenen Funktionen auszuführen, mit den Variationen, die weiter für 3D beschrieben werden. Wie in 3D gezeigt, ist das Durchflusssteuerventil 320 im Ringbereich 305 positioniert, wobei jedoch die Bodenfläche 325 des Balgs 322 an einer unteren Strebe 351 befestigt ist. Die untere Strebe 351 erstreckt sich zwischen einer Außenseite 340 des Rohrstrangs 302 und einer Innenfläche 342 des Rohrstrangs 306 und ist im Bohrloch der Öffnung 303 im Rohrstrang 302 positioniert. Eine obere Strebe 352 erstreckt sich außerdem zwischen der Außenseite 340 des Rohrs 302 und der Innenfläche 342 des Rohrstrangs 306 und ist oberhalb des Ventils 320 und der Öffnung 303 positioniert. Die obere Strebe 352 umfasst eine Öffnung 360, die oberhalb der Endkappe 326 (und des Verlängerungsabschnitts 328, sofern vorhanden) in einem Abstand von der unteren Strebe 351 positioniert ist, so dass, wenn das Ventil 320 in der „geschlossenen“ Konfiguration betätigt wird, die Endkappe (und der Verlängerungsabschnitt, sofern vorhanden) in die Öffnung 360 eingreifen und eine Fluiddichtung mit der Öffnung 360 bilden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 360 einen Sitz 361 umfassen, der die Öffnung 360 umgibt und so konfiguriert ist, dass er mit der Öffnung 360 (und dem Verlängerungsabschnitt 328, sofern vorhanden) in Eingriff steht und die Fluiddichtung bildet, die Fluidflüsse durch die Öffnung 360 blockiert.
Wie in 3D gezeigt, umfasst die obere Strebe 352 einen Fluiddurchgang 353, der sich von der Öffnung 360 zur Öffnung 307 im Rohrstrang 306 erstreckt. Wenn sich das Ventil 320 in der „offenen“ Konfiguration befindet, wie in 3D dargestellt, kann ein Fluidfluss aus dem Innenraum 301 durch die Öffnung 303 und in den Ringbereich 305 gelangen, wie durch den Pfeil 315 veranschaulicht, und vom Ringbereich 305 durch die Öffnung 360, durch den Fluiddurchgang 353 und in den Ringbereich 309 durch die Öffnung 307, wie durch den Pfeil 356 veranschaulicht. Im Ringbereich 309 angekommen, kann der Fluidfluss zu den Perforationen 311 weiterlaufen, wie durch den Pfeil 319 veranschaulicht, und in die Formation 312 oder in eine andere unterirdische Formation, beispielsweise einen unterirdischen Hohlraum, verteilt werden.
Wie in 3D angeordnet, ist der Balg 322 des Ventils 320 so konfiguriert, dass er sich in einer Längsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, die parallel zu einer Längsachse verläuft, die sich entlang des Bohrlochs erstreckt, in dem das Ventil 320 wie gezeigt konfiguriert ist. In alternativen Ausführungsformen könnte das Ventil 320 positioniert (z.B. um 180 Grad gegenüber der in 3D gezeigten Position gedreht) werden, so dass die untere Strebe 325 oberhalb des Ventils 320 positioniert ist und die obere Strebe 352 unterhalb des Ventils positioniert ist, so dass sich das Ventil 320 in Bohrlochrichtung ausdehnt, aber immer noch die Öffnung 360 abdichtet, um den Fluidfluss durch den Ringbereich 305 und die Entnahme in Bohrlochrichtung zu blockieren, um die Öffnung 360 zu öffnen und einen Fluidfluss vom Innenbereich 301 durch den Ringbereich 305 zum Ringbereich 309 basierend auf dem Phasenzustand des dem Innenbereich 301 zugeführten Fluids zu ermöglichen.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils 400, das für die Verwendung bei Bohrloch-Fluideinspritzungsvorgängen gemäß verschiedenen Ausführungsformen konfiguriert ist. Wie in 4 gezeigt, umfasst das Durchflusssteuerventil (Ventil) 400 ein Gehäuse 402, das eine Innenkammer 410 und einen beweglichen Kolben 414 umfasst, der ein Ende der Innenkammer 410 bildet. Der bewegliche Kolben 414 weist in verschiedenen Ausführungsformen eine Ringform auf, die einen Innenraum 403 umgibt, wobei sich der Innenraum 403 erstrecken kann oder zumindest in Fluidverbindung mit einer Fluidquelle stehen kann, beispielsweise Kohlendioxid oder Wasserstoff, die in eine unterirdische Formation, beispielsweise ein Formationsmaterial oder einen unterirdischen Hohlraum, eingespritzt werden soll. Wie in 4 gezeigt, ist der bewegliche Kolben 414 in einer zurückgezogenen Konfiguration positioniert, so dass der bewegliche Kolben von der Öffnung 418 entfernt positioniert ist und diese nicht blockiert. Wenn sich der bewegliche Kolben 414 in der „zurückgezogenen“ Konfiguration befindet, steht der Innenraum 403 in Fluidverbindung mit dem Innenraum 415, der im Gehäuse 402 gebildet ist, und ein dem Innenraum 403 zugeführtes Fluid kann durch die Öffnung 418 in den Innenraum 415 gelangen. Sobald das vom Innenraum 403 bereitgestellte Fluid im Innenraum 415 angekommen ist, kann es weiter aus dem Innenraum 415 durch die Öffnung 416 und in Bereiche außerhalb des Gehäuses 402 fließen, wie durch die Pfeile 421 veranschaulicht. In verschiedenen Ausführungsformen können die Bereiche außerhalb des Gehäuses 402 in Fluidverbindung mit einem Ringraum stehen, wie Ringe132, 134, 136 (1A), die es dem Fluid ermöglichen, sich in ein Formationsmaterial zu bewegen, oder einem offenen Gehäuse, wie Gehäuse 122 (1C), das den Zugang des Fluidflusss zu einem unterirdischen Hohlraum ermöglicht, beispielsweise Hohlraum 175 (1C).
Das Durchflusssteuerventil 400 kann die „zurückgezogene“ Konfiguration einnehmen, wenn sich das dem Innenraum 403 zugeführte Fluid im gewünschten Phasenzustand befindet, um das Fluid durch das Ventil 400 zur unterirdischen Formation weiterzuleiten. Zu Zeiten, in denen sich das dem Innenraum 403 zugeführte Fluid nicht im gewünschten Phasenzustand für die Weiterleitung zur unterirdischen Formation befindet, kann das Ventil 400 eine „erweiterte“ Konfiguration annehmen. In der „ausgefahrenen“ Konfiguration dehnt sich ein in der Innenkammer 410 vorhandenes Füllfluid aufgrund des Phasenzustands des im Innenraum 403 bereitgestellten Fluids aus, wodurch sich der bewegliche Kolben 414 in eine Position bewegt, die den Innenraum 415 einnimmt. Beim Ausfahren in den Innenraum 415 ist ein Seitenteil des beweglichen Kolbens neben der Öffnung 418 positioniert und blockiert diese. Darüber hinaus ist ein Satz Dichtungen 413A über der Öffnung 418 positioniert, und ein zweiter Satz Dichtungen 413B ist unter der Öffnung 418 positioniert, wodurch eine Fluiddichtung zwischen der Seite des beweglichen Kolbens und der Öffnung 418 gebildet wird. Wenn sich der bewegliche Kolben 414 in der „ausgefahrenen“ Konfiguration befindet, dichtet er den/die Fluiddurchgang(en) ab, der/die sich zwischen dem Innenraum 403 und Bereichen außerhalb des Ventils 400 erstreckt, die durch das Gehäuse 402 verlaufen.
Wie in 4 gezeigt, umfassen Ausführungsformen des Ventils 400 eine Druckvorrichtung 412, bei der es sich um eine Metallfeder handeln kann, die in der Innenkammer 410 positioniert und so konfiguriert ist, dass sie eine Druckkraft auf den beweglichen Kolben 414 ausübt. Die auf den beweglichen Kolben 414 ausgeübte Druckkraft führt zu einem verringerten Druck des in der Innenkammer vorhandenen Füllfluids. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid, wobei das Ventil 400 zur Verwendung als Teil eines Bohrlochsystems konfiguriert ist, um Kardondioxid in eine Formation einzuspritzen. Wenn in solchen Ausführungsformen dem Innenraum 403 Kohlendioxid im flüssigen oder hochdichten Fluidphasenzustand zugeführt wird, nimmt das Füllfluid in der Innenkammer 410 einen flüssigen Phasenzustand an und der bewegliche Kolben 414 wird in die „zurückgezogene“ Position bewegt, wobei das dem Innenraum 403 zugeführte Kohlendioxid durch die Öffnung 418, durch den Innenraum 415 fliesst und aus der/den Öffnung(en) 416 austritt. Wenn Kohlendioxid dem Innenraum 403 nicht im flüssigen oder flüssigen Zustand mit hoher Dichte, sondern beispielsweise im gasförmigen Zustand oder im Zustand niedriger Dichte zugeführt wird, nimmt das Füllfluid in der Innenkammer 410 einen gasförmigen Zustand oder Zustand mit niedriger Dichte an, und der bewegliche Kolben 414 wird in die „ausgefahrene“ Position bewegt und blockiert die Öffnung(en) 418, wodurch der Fluss von Kohlendioxid aus dem Innenraum 403 durch das Ventil 400 blockiert wird.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das in der Innenkammer 410 vorhandene Füllmedium Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff, wobei das Ventil 400 zur Verwendung als Teil eines Bohrlochsystems konfiguriert ist, um Wasserstoff in eine unterirdische Formation oder einen Hohlraum einzuspritzen. Wenn in solchen Ausführungsformen dem Innenraum 403 Wasserstoff im hochdichten Fluidphasenzustand zugeführt wird, nimmt das Füllfluid in der Innenkammer 410 einen hochdichten Fluidphasenzustand an und der bewegliche Kolben 414 wird in die „zurückgezogene“ Position bewegt, wobei der dem Innenraum 403 zugeführte Wasserstoff durch die Öffnung(en) 418, durch den Innenraum 415 fliesst und aus der/den Öffnung(en) 416 austritt. Wenn Wasserstoff dem Innenraum 403 nicht im flüssigen Phasenzustand hoher Dichte zugeführt wird, sondern beispielsweise in einem flüssigen Phasenzustand niedriger Dichte bereitgestellt wird, nimmt das Füllfluid in der Innenkammer 410 einen Fluidphasenzustand niedriger Dichte an, und der bewegliche Kolben 414 wird in die „ausgefahrene“ Position bewegt und blockiert die Öffnung(en) 418, wodurch der Wasserstofffluss aus dem Innenraum 403 durch das Ventil 400 blockiert wird.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Durchflusssteuerventils 520, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen für die Verwendung bei Bohrloch-Fluideinspritzungsvorgängen konfiguriert ist. Wie in 5 gezeigt, ist das Durchflusssteuerventil 520 in einem Teil eines Bohrlochsystems 500 positioniert und umfasst das Durchflussbegrenzungselement 530, das am Sitz 534 angreifen und den Durchfluss durch die Öffnung 533 zunehmend einschränken (oder einen solchen Durchfluss vollständig verhindern) kann, wenn sich das Füllfluid 524 in der Kammer 528 in einem flüssigen Zustand oder in einer Phase mit hoher Dichte befindet und wenn sich das einzuspritzende Fluid in einem gasförmigen Zustand oder in einer Fluidphase mit niedriger Dichte befindet. Beispielsweise ist das Durchflusssteuerventil 520 „offen“ konfiguriert (oder drosselt den Durchfluss weniger), wenn das Füllfluid 524 in der Kammer 528 verdampft, wodurch sich der Balg ausdehnt und das Durchflussbegrenzungselement 530 aus dem dichtenden Eingriff mit dem Sitz 534 verdrängt. Diese Funktion könnte beispielsweise nützlich sein, wenn die Durchflusssteuervorrichtung 500 zur Steuerung der Einspritzung des im Innenraum 501 der Verrohrung 502 bereitgestellten Fluids verwendet wird (damit das Fluid nicht eingespritzt wird, es sei denn, es hat die gewünschte Temperatur, den gewünschten Druck und/oder die gewünschte Phase erreicht).
Bevor die Durchflusssteuervorrichtung 500 „öffnet“, kann sie als Druckentlastungsventil dienen, da ein vorbestimmter erhöhter Druck im Ringraum 505 dazu dienen kann, das Durchflussbegrenzungselement 530 vom Sitz 534 wegzudrücken, um einen Fluss des Fluids aus dem Innenraum 501 durch die Öffnung 503 zu ermöglichen. Durch die Öffnung 503 fließendes Fluid gelangt in die Ringbereiche 505 und fließt, wenn sich das Ventil 520 in der „offenen“ Position befindet, durch die Öffnung 533 in den Ringbereich 509. Der Ringraumbereich 509 wird in verschiedenen Ausführungsformen mithilfe von Packern 508 isoliert. Im Ringraumbereich 509 ankommendes Fluid kann den Ringraum 509 durch das Sieb 511 verlassen und in die Formation 512 eingespritzt werden.
Wenn die Temperatur sinkt und/oder der Druck steigt, könnte sich die Durchflusssteuervorrichtung 500 dann wieder „öffnen“ (z.B. um einen relativ ungehinderten Sattdampffluss zu ermöglichen). Ein weiterer Temperaturabfall und/oder Druckanstieg führen dazu, dass das Füllfluid 524 in der Kammer 528 kondensiert, was dazu führt, dass sich die Durchflusssteuervorrichtung 500 wieder „schließt“ (z.B. um zu verhindern oder zu beschränken, dass Einspritzungsfluid in den Ringraumbereich 509 und somit durch das Sieb 511 in die Formation 512 gelangt).
Es ist zu beachten, dass in jedem der Beispiele der Durchflusssteuervorrichtung 500 ein Fluiddruck in der Kammer 528 über oder unter der Verdampfungskurve für Kohlendioxid liegen kann, wie in 2A gezeigt, und/oder der flüssige oder überkritische Bereich, wie für Wasserstoff in 2B gezeigt. Beispielsweise kann die Vorspannvorrichtung 526, wie in 5 gezeigt, den Druck in der Kammer 528 je nach Wunsch erhöhen oder verringern. Die von der Vorspannvorrichtung 526 ausgeübte Vorspannkraft kann in Abhängigkeit von der Verschiebung der Wand 508 variiert werden, um den gewünschten Betrieb des Ventils 500 zu erleichtern. In einigen Beispielen kann die Vorspannkraft zwischen positiv und negativ wechseln. Dies ermöglicht eine weitere Feinabstimmung der Reaktion des Ventils auf Änderungen des Drucks, der Temperatur und der Druckdifferenz am Durchflussregelgerät. In verschiedenen Beispielen kann die Vorspannvorrichtung 526 eine Wand 508 der Kammer 528 nach außen vorspannen. Die Vorspannvorrichtung 526 kann eine Vorspannkraft ausüben, die das Volumen der Kammer 528 vergrößert. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorspannvorrichtung 526 eine in der Kammer 528 positionierte Feder umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vorspannvorrichtung 526 eine Wand der Kammer 528 umfassen, beispielsweise eine Wand des Balgs 522. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kammer 524 innerhalb des Balgs 522 angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ventil 520 eine Einschränkung des Fluidflusses durch die Öffnung 533 als Reaktion auf Änderungen im Volumen der Kammer 524 variieren. In verschiedenen Beispielen kann sich nur ein einziges Fluid in der Kammer 524 befinden, bei dem es sich in einigen Ausführungsformen um Kohlendioxid und in anderen Ausführungsformen um Wasserstoff handelt. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Füllfluid 524 ein Azeotrop aus Kohlendioxid. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Füllfluid 524 ein Wasserstoff-Azeotrop.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 für Bohrlochfluideinspritzungsvorgänge unter Verwendung eines Durchflusssteuerventils gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt. Ausführungsformen des Verfahrens 600 können von einem Bohrlochsystem durchgeführt werden, wie etwa dem Bohrlochsystem 100, 160 und 170, wie oben in Bezug auf die 1A, 1 B und 1C dargestellt und beschrieben.
Zu den Ausführungsformen des Verfahrens 600 gehört die Bereitstellung eines unter Druck stehenden Fluids für einen Rohrstrang, der sich in einem Bohrloch nach unten erstreckt (Block 602). Das Bereitstellen des Fluids kann das Entnehmen des Fluids aus einem Vorratsbehälter umfassen, der sich auf einer Oberfläche oberhalb und in der Nähe des Bohrlochs befindet. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Bereitstellung des Fluids die Verwendung einer Fluidpumpe umfassen, um das Fluid vom Behälter zu einem über dem Bohrloch positionierten Bohrlochkopf zu bewegen. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Fluidpumpe steuerbar, in einigen Ausführungsformen unter Verwendung einer prozessorbasierten Steuerung, um das Fluid dem Bohrlochkopf innerhalb oder bei einem vordefinierten Fluiddruck bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Fluidpumpe eine oder mehrere Temperatursteuervorrichtungen oder ist dazu gekoppelt, mit diesen zusammenzuarbeiten, die so konfiguriert sind, dass sie die Temperatur des Fluids, das von der Fluidpumpe dem Bohrlochkopf zugeführt wird, einstellen und/oder steuern. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Bohrlochkopf ein oder mehrere Fluidsteuerventile, wobei das Verfahren 600 das Betätigen des einen oder der mehreren Steuerventile umfasst, um den von der Fluidpumpe zum Rohrstrang bereitgestellten Fluidfluss zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Bereitstellung des unter Druck stehenden Fluids für den Rohrstrang das Steuern der Temperatur und/oder des Drucks des Fluids, um dem Rohrstrang das unter Druck stehende Fluid in einem gewünschten Phasenzustand zur Einspritzung oder Speicherung des Fluids in einer unterirdischen Formation bereitzustellen. In verschiedenen Beispielen handelt es sich bei dem dem Rohrstrang zugeführten Fluid um Kohlendioxid, und der gewünschte Phasenzustand des dem Rohrstrang zugeführten Kohlendioxids ist eine Fluidphase mit hoher Dichte. In verschiedenen Beispielen handelt es sich bei dem dem Rohrstrang zugeführten Fluid um Wasserstoff, und der gewünschte Phasenzustand des dem Rohrstrang zugeführten Wasserstoffs ist eine Fluidphase mit hoher Dichte.
Ausführungsformen des Verfahrens 600 umfassen das Steuern eines Flusses des unter Druck stehenden Fluids zwischen dem Rohrstrang und einem Bereich, der das Bohrloch umgibt oder mit ihm verbunden ist, unter Verwendung eines oder mehrerer Dampfübergangsdurchflusssteuerventile (Block 606). In verschiedenen Ausführungsformen kann es sich bei dem einen oder den mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventilen um eines oder mehrere oder eine Kombination aus den in dieser Offenbarung beschriebenen Durchflusssteuerventilen und beliebigen Äquivalenten davon handeln. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen das eine oder die mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventile eine Ventilkammer mit einem Füllfluid, die Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid enthält, und sind so konfiguriert, dass sie einen Balg, der die Ventilkammer und das Füllfluid umschließt, basierend auf dem Übergang einer Phase des Füllfluids zwischen einem Phasenzustand hoher Dichte und einem Phasenzustand niedriger Dichte ausdehnen und zusammenziehen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile so konfiguriert, dass das Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst um in eine offene Position zu betätigen und dadurch zu ermöglichen, dass zwischen dem Rohrstrang und dem Bereich, der das Bohrloch umgibt und/oder an das Bohrloch gekoppelt ist, nur dann ein Fluss von Kohlendioxid enthaltendem Druckfluid auftritt, wenn sich das vom Rohrstrang bereitgestellte Kohlendioxid in einem gewünschten Phasenzustand befindet.
In verschiedenen Ausführungsformen umfassen das eine oder die mehreren Dampfübergangsdurchflusssteuerventile eine Ventilkammer, die ein Füllfluid enthält, das Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, und sind so konfiguriert, dass sie einen Balg, der die Ventilkammer und das Füllfluid umschließt, basierend auf dem Übergang der einer Phase des Füllfluids zwischen einem Phasenzustand hoher Dichte und einem Phasenzustand niedriger Dichte ausdehnen und zusammenziehen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Dampfübergangsdurchflusssteuerventile, deren Füllfluid Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, so konfiguriert, dass sie in eine offene Position betätigt werden, und dadurch zu ermöglichen, dass zwischen dem Rohrstrang und dem Bereich, der das Bohrloch umgibt und/oder an das Bohrloch gekoppelt ist, nur dann ein Fluss von Wasserstoff enthaltendem Druckfluid auftritt, wenn sich der vom Rohrstrang bereitgestellte Wasserstoff in einem gewünschten Phasenzustand befindet.
Zu den Ausführungsformen des Verfahrens 600 gehört die Bestimmung, ob zusätzliches Fluid in den Bereich um das Bohrloch und/oder an dieses gekoppelt werden soll (Entscheidungsblock 606). Wenn zusätzliches Fluid in den Bereich um das Bohrloch und/oder an dieses gekoppelt werden soll („JA“-Zweig vom Entscheidungsblock 606), kehrt Verfahren 600 zu Block 602 zurück, der die Bereitstellung von (zusätzlichem) Druckfluid für den Rohrstrang umfasst. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozess des Hinzufügens von zusätzlichem Fluid kontinuierlich oder in inkrementellen Schritten durchgeführt werden, mit einer Zeitpause zwischen den Zugaben von unter Druck stehendem Fluid zum Rohrstrang, wenn dem Rohrstrang kein zusätzliches Fluid zugeführt wird. Die Anzahl der inkrementellen Schritte, die im Verfahren 600 enthalten sein können, ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Iterationen beschränkt und nicht darauf beschränkt, dass sie über einen bestimmten Zeitraum erfolgen.
Wenn in verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens 600 kein zusätzliches Fluid in den Bereich um das Bohrloch und/oder an dieses gekoppelt werden soll („NEIN“-Zweig vom Entscheidungsblock 606), fährt das Verfahren 600 mit Block 608 fort, einschließlich des Abdichtens des Bohrlochs. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Abdichten des Bohrlochs das Herausziehen des Rohrstrangs aus dem Bohrloch umfassen. Bei verschiedenen Bewegungen kann das Abdichten des Bohrlochs das Betätigen einer oder mehrerer Dichtungsvorrichtungen umfassen, beispielsweise Dichtungsmanschetten, die die Perforation abdecken und abdichten, die möglicherweise verwendet wurde, um zu ermöglichen, dass das durch den Rohrstrang bereitgestellte unter Druck stehende Fluid aus der Verrohrung des Bohrlochs austritt.
In Ausführungsformen des Verfahrens 600 kann das Abdichten des Bohrlochs das Bereitstellen einer Dichtung am Bohrlochkopf umfassen, der an der Oberfläche des Bohrlochs positioniert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Abdichten des Bohrlochs das Abdichten des Bohrlochs mit einer entfernbaren oder betätigbaren Dichtung umfassen, die, wenn sie entfernt oder betätigt wird, den Zugang zum Bohrloch ermöglicht, um dem Bereich um das Bohrloch herum und/oder mit diesem verbunden zusätzliches Fluid hinzuzufügen. In verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere alternative Fluidwege bereitgestellt werden, die in Fluidverbindung mit dem Bereich rund um das Bohrloch stehen und/oder mit diesem verbunden sind, wobei der oder die alternativen Fluidwege sind so konfiguriert, dass sie eine kontrollierte Entnahme des Fluids ermöglichen, die infolge der Ausführung von Verfahren 600 dem Bereich um das Bohrloch hinzugefügt und/oder mit diesem gekoppelt wird.
Obwohl oben verschiedene Beispiele beschrieben wurden, wobei jedes Beispiel bestimmte Merkmale aufweist, sollte klar sein, dass es nicht notwendig ist, dass ein bestimmtes Merkmal eines Beispiels ausschließlich bei diesem Beispiel verwendet wird. Stattdessen können alle oben beschriebenen und/oder in den Zeichnungen dargestellten Merkmale mit jedem der Beispiele kombiniert werden, zusätzlich zu oder als Ersatz für alle anderen Merkmale dieser Beispiele. Die Funktionen eines Beispiels schließen sich nicht gegenseitig mit den Funktionen eines anderen Beispiels aus. Stattdessen umfasst der Umfang dieser Offenbarung jede Kombination beliebiger Merkmale.
Obwohl jedes oben beschriebene Beispiel eine bestimmte Kombination von Merkmalen umfasst, versteht es sich, dass nicht alle Merkmale eines Beispiels verwendet werden müssen. Stattdessen kann jede der oben beschriebenen Funktionen genutzt werden, ohne dass eine oder mehrere andere besondere Funktionen zusätzlich genutzt werden.
Es sollte klar sein, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen Ausrichtungen, wie etwa geneigt, umgekehrt, horizontal, vertikal usw., und in verschiedenen Konfigurationen verwendet werden können, ohne von den Grundsätzen dieser Offenbarung abzuweichen. Die Ausführungsformen werden lediglich als Beispiele nützlicher Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung beschrieben, die nicht auf spezifische Details dieser Ausführungsformen beschränkt sind.
In der obigen Beschreibung der repräsentativen Beispiele werden Richtungsbegriffe (wie „über“, „unter“, „oben“, „unten“ usw.) zur Vereinfachung der Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verwendet. Es sollte jedoch klar sein, dass der Umfang dieser Offenbarung nicht auf die hier beschriebenen bestimmten Richtungen beschränkt ist. Die Begriffe „einschließlich“, „beinhaltet“, „umfassen“, „umfasst“ und ähnliche Begriffe werden in dieser Spezifikation in einem nicht einschränkenden Sinne verwendet. Wenn beispielsweise ein System, ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein Gerät usw. so beschrieben wird, dass es ein bestimmtes Merkmal oder Element „enthält“, kann das System, das Verfahren, die Vorrichtung, das Gerät usw. dieses Merkmal oder Element enthalten und kann dies auch tun andere Funktionen oder Elemente einschließen. In ähnlicher Weise bedeutet der Begriff „umfasst“ „umfasst, ist aber nicht darauf beschränkt“.
Natürlich würde ein Fachmann nach sorgfältiger Prüfung der obigen Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen der Offenbarung ohne weiteres erkennen, dass viele Modifikationen, Hinzufügungen, Ersetzungen, Streichungen und andere Änderungen an den spezifischen Ausführungsformen vorgenommen werden können, und solche Änderungen sind in den Grundsätzen dieser Offenbarung vorgesehen. Beispielsweise können Strukturen, die als separat geformt beschrieben werden, in anderen Beispielen integral geformt sein und umgekehrt. Dementsprechend ist die vorstehende detaillierte Beschreibung eindeutig nur als Veranschaulichung und Beispiel zu verstehen, wobei der Geist und Umfang der Erfindung ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente begrenzt wird.
Ausführungsformen umfassen Folgendes:

Ausführungsform 1. Eine Vorrichtung, umfassend: ein Durchflusssteuerventil, das dazu konfiguriert ist, im Bohrloch in einem Bohrloch positioniert zu werden und einen Fluss eines Einspritzungsfluids aus einer Fluidleitung in eine unterirdische Formation zu steuern, wobei das Einspritzungsfluid Kohlendioxid umfasst; wobei das Durchflusssteuerventil eine Kammer mit variablem Volumen umfasst, die mit einem Füllfluid gefüllt ist, die Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst, und wobei das Durchflusssteuerventil so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand von Kohlendioxid, das als Einspritzungsfluid dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist.
Ausführungsform 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Phasenzustand ein Fluidphasenzustand hoher Dichte ist.
Ausführungsform 3. Die Vorrichtung der Ausführungsformen 1 oder 2, wobei die unterirdische Formation eine oder mehrere Schichten aus porösem Gestein umfasst.
Ausführungsform 4. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei die Kammer eine Vorspannvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vorspannkraft auf einen oder mehrere Abschnitte der Kammer ausübt, um ein in dem Füllfluid vorhandenes Druckniveau zu reduzieren.
Ausführungsform 5. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 4, wobei die Vorspannvorrichtung ein Balg ist, der zumindest einen Teil der Kammer und das Füllfluid umschließt.
Ausführungsform 6. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsform 4, wobei die Vorspannvorrichtung eine in der Kammer positionierte Feder ist.
Ausführungsform 7. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei das Durchflusssteuerventil eine Endkappe umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Fluiddichtung bildet und eine Öffnung blockiert, wenn das Durchflusssteuerventil in eine geschlossene Position betätigt wird, wobei die Öffnung einen Teil des Fluiddurchgangs zwischen der Fluidleitung und der unterirdischen Formation darstellt.
Ausführungsform 8. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4 oder 6, ferner umfassend: einen beweglichen Kolben, der mit der Kammer gekoppelt ist, wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um zur offenen Konfiguration zu gelangen und den Fluiddurchgang durch einen Innenraum des Durchflusssteuerventils zu öffnen, wenn ein Phasenzustand des Kohlendioxids, das dem Durchflusssteuerventil als Einspritzungsfluid zugeführt wird, in dem vorbestimmten Phasenzustand ist, und wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um eine geschlossene Konfiguration zu erreichen und den Fluiddurchgang durch den Innenraum des Durchflusssteuerventils zu blockieren, wenn der Phasenzustand des Kohlendioxids, das dem Durchflusssteuerventil als Einspritzungsfluid zugeführt wird, nicht im vorbestimmten Phasenzustand ist.
Ausführungsform 9. Eine Vorrichtung, umfassend: ein Durchflusssteuerventil, das dazu konfiguriert ist, im Bohrloch in einem Bohrloch positioniert zu werden und einen Fluss eines Einspritzungsfluids aus einer Fluidleitung in eine unterirdische Formation zu steuern, wobei das Einspritzungsfluid Wasserstoff umfasst; wobei das Durchflusssteuerventil eine Kammer mit variablem Volumen umfasst, die mit einem Füllfluid gefüllt ist, die Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, und wobei das Durchflusssteuerventil so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand von Wasserstoff, der als Einspritzungsfluid dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist.
Ausführungsform 10. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 9, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist.
Ausführungsform 11. Die Vorrichtung der Ausführungsformen 9 oder 10, wobei die unterirdische Formation einen offenen Hohlraum umfasst, der sich innerhalb der unterirdischen Formation befindet.
Ausführungsform 12. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 9 bis 11, wobei die Kammer eine Vorspannvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vorspannkraft auf einen oder mehrere Abschnitte der Kammer ausübt, um ein in dem Füllfluid vorhandenes Druckniveau zu reduzieren.
Ausführungsform 13. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei die Vorspannvorrichtung ein Balg ist, der zumindest einen Teil der Kammer und das Füllfluid umschließt.
Ausführungsform 14. Die Vorrichtung nach Ausführungsform 12, wobei die Vorspannvorrichtung eine in der Kammer positionierte Feder ist.
Ausführungsform 15. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 9-14, wobei das Durchflusssteuerventil eine Endkappe umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Fluiddichtung bildet und eine Öffnung blockiert, wenn das Durchflusssteuerventil in eine geschlossene Position betätigt wird, wobei die Öffnung einen Teil des Fluiddurchgangs zwischen der Fluidleitung und der unterirdischen Formation darstellt.
Ausführungsform 16. Die Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 9 bis 12 oder 14, ferner umfassend: einen beweglichen Kolben, der mit der Kammer gekoppelt ist, wobei der bewegliche Kolben so konfiguriert ist, dass er sich in die offene Konfiguration bewegt und den Fluiddurchgang durch einen Innenraum des Durchflusssteuerventils öffnet, wenn ein Phasenzustand von Wasserstoff, der als Einspritzungsfluid für das Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in dem vorbestimmten Phasenzustand ist, und wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um eine geschlossene Konfiguration zu erreichen und den Fluiddurchgang durch den Innenraum des Durchflusssteuerventils zu blockieren, wenn der Phasenzustand des Wasserstoffs, der als Einspritzungsfluid für das Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, nicht im vorbestimmten Phasenzustand ist.
Ausführungsform 17. Ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Einspritzungsfluids für eine Fluidleitung, die sich bohrlochabwärts in ein Bohrloch erstreckt; Steuern eines Flusses des Einspritzungsfluids zwischen der Fluidleitung und einer unterirdischen Formation, die das Bohrloch umgibt oder mit diesem verbunden ist, unter Verwendung eines oder mehrerer Durchflusssteuerventile; wobei jedes des einen oder der mehreren Durchflusssteuerventile eine Kammer mit einem variablen Volumen umfasst und mit einem Füllfluid gefüllt ist, wobei das Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst, wenn das Einspritzungsfluid, die kontrolliert in die unterirdische Formation eingespritzt werden soll, Kohlendioxid ist, und wobei das Füllfluid Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, wenn das Einspritzungsfluid, die kontrolliert in die unterirdische Formation eingespritzt werden soll, Wasserstoff ist, und wobei jedes des einen oder der mehreren Durchflusssteuerventile so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand des Einspritzungsfluids, das dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist. Ausführungsform 18. Das Verfahren gemäß Ausführungsform 17, wobei die unterirdische Formation eine oder mehrere Schichten aus porösem Gestein umfasst, wenn das Einspritzungsfluid Kohlendioxid ist, und wobei die unterirdische Formation einen offenen Hohlraum umfasst, wenn das Einspritzungsfluid Wasserstoff ist.
Ausführungsform 19. Das Verfahren der Ausführungsformen 17 oder 18, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist, wenn das Einspritzungsfluid Kohlendioxid ist.
Ausführungsform 20. Das Verfahren der Ausführungsformen 17 oder 18, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist, wenn das Einspritzungsfluid Wasserstoff ist.
Ausführungsform 21. Eine Vorrichtung, umfassend: ein Durchflusssteuerventil, das dazu konfiguriert ist, im Bohrloch in einem Bohrloch positioniert zu werden und einen Fluss eines Einspritzungsfluids aus einer Fluidleitung in eine unterirdische Formation zu steuern, wobei das Einspritzungsfluid Kohlendioxid oder Wasserstoff umfasst; wobei das Durchflusssteuerventil eine Kammer mit variablem Volumen umfasst und mit einem Füllfluid gefüllt ist, die Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst, wenn das einzuspritzende Fluid Kohlendioxid ist, und wobei das Durchflusssteuerventil die Kammer umfasst, die mit einem Fluid gefüllt ist, das Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, und wobei das Durchflusssteuerventil so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand des Einspritzungsfluids in einer Fluidphase mit hoher Dichte vorliegt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/175117 [0001]
US 17/648972 [0001]

Claims

Vorrichtung, umfassend: ein Durchflusssteuerventil, das dazu konfiguriert ist, im Bohrloch in einem Bohrloch positioniert zu werden und einen Fluss eines Einspritzungsfluids aus einer Fluidleitung in eine unterirdische Formation zu steuern, wobei das Einspritzungsfluid Kohlendioxid umfasst; wobei das Durchflusssteuerventil eine Kammer mit variablem Volumen umfasst, die mit einem Füllfluid gefüllt ist, die Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst, und wobei das Durchflusssteuerventil so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand von Kohlendioxid, das als Einspritzungsfluid dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die unterirdische Formation eine oder mehrere Schichten aus porösem Gestein umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kammer eine Vorspannvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vorspannkraft auf einen oder mehrere Abschnitte der Kammer ausübt, um ein in dem Füllfluid vorhandenes Druckniveau zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorspannvorrichtung ein Balg ist, der zumindest einen Teil der Kammer und das Füllfluid umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorspannvorrichtung eine in der Kammer positionierte Feder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Durchflusssteuerventil eine Endkappe umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Fluiddichtung bildet und eine Öffnung blockiert, wenn das Durchflusssteuerventil in eine geschlossene Position betätigt wird, wobei die Öffnung einen Teil des Fluiddurchgangs zwischen der Fluidleitung und der unterirdischen Formation darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen beweglichen Kolben, der mit der Kammer gekoppelt ist, wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um zur offenen Konfiguration zu betätigen und den Fluiddurchgang durch einen Innenraum des Durchflusssteuerventils zu öffnen, wenn ein Phasenzustand des Kohlendioxids, das dem Durchflusssteuerventil als Einspritzungsfluid zugeführt wird, in dem vorbestimmten Phasenzustand ist, und wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um in eine geschlossene Konfiguration zu gelangen und den Fluiddurchgang durch den Innenraum des Durchflusssteuerventils zu blockieren, wenn der Phasenzustand des Kohlendioxids, das dem Durchflusssteuerventil als Einspritzungsfluid zugeführt wird, nicht im vorbestimmten Phasenzustand ist.
Vorrichtung, umfassend: ein Durchflusssteuerventil, das dazu konfiguriert ist, im Bohrloch in einem Bohrloch positioniert zu werden und einen Fluss eines Einspritzungsfluids aus einer Fluidleitung in eine unterirdische Formation zu steuern, wobei das Einspritzungsfluid Wasserstoff umfasst; wobei das Durchflusssteuerventil eine Kammer mit variablem Volumen umfasst, die mit einem Füllfluid gefüllt ist, die Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, und wobei das Durchflusssteuerventil so konfiguriert ist, dass es in eine offene Konfiguration betätigt werden kann, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, um aus der Fluidleitung in die unterirdische Formation zu fließen, wenn ein Phasenzustand von Wasserstoff, der als Einspritzungsfluid dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die unterirdische Formation einen offenen Hohlraum umfasst, der sich innerhalb der unterirdischen Formation befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kammer eine Vorspannvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Vorspannkraft auf einen oder mehrere Abschnitte der Kammer ausübt, um ein in dem Füllfluid vorhandenes Druckniveau zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorspannvorrichtung ein Faltenbalg ist, der zumindest einen Teil der Kammer und das Füllfluid umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorspannvorrichtung eine in der Kammer positionierte Feder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Durchflusssteuerventil eine Endkappe umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Fluiddichtung bildet und eine Öffnung blockiert, wenn das Durchflusssteuerventil in eine geschlossene Position betätigt wird, wobei die Öffnung einen Teil des Fluiddurchgangs zwischen der Fluidleitung und der unterirdischen Formation darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen beweglichen Kolben, der mit der Kammer gekoppelt ist, wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um zur offenen Konfiguration zu betätigen und den Fluiddurchgang durch einen Innenraum des Durchflusssteuerventils zu öffnen, wenn ein Phasenzustand von Wasserstoff, der als Einspritzungsfluid für das Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in dem vorbestimmten Phasenzustand ist, und wobei der bewegliche Kolben konfiguriert ist, um eine geschlossene Konfiguration zu erreichen und um den Fluiddurchgang durch den Innenraum des Durchflusssteuerventils zu blockieren, wenn der Phasenzustand des Wasserstoffs, der als Einspritzungsfluid für das Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, nicht im vorbestimmten Phasenzustand ist.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Einspritzungsfluids für eine Fluidleitung, die sich bohrlochabwärts in ein Bohrloch erstreckt; Steuern eines Flusses des Einspritzungsfluids zwischen der Fluidleitung und einer unterirdischen Formation, die das Bohrloch umgibt oder mit diesem verbunden ist, unter Verwendung eines oder mehrerer Durchflusssteuerventile; wobei jedes des einen oder der mehreren Durchflusssteuerventile eine Kammer mit einem variablen Volumen umfasst und mit einem Füllfluid gefüllt ist, wobei das Füllfluid Kohlendioxid oder ein Azeotrop von Kohlendioxid umfasst, wenn das Einspritzungsfluid, die kontrolliert in die unterirdische Formation eingespritzt werden soll, Kohlendioxid ist, und wobei das Füllfluid Wasserstoff oder ein Azeotrop von Wasserstoff umfasst, wenn das Einspritzungsfluid, die kontrolliert in die unterirdische Formation eingespritzt werden soll, Wasserstoff ist, und wobei jedes des einen oder der mehreren Durchflusssteuerventile konfiguriert ist, um eine offene Konfiguration zu betätigen, um einen Fluiddurchgang für das Einspritzungsfluid bereitzustellen, damit es von der Fluidleitung in die unterirdische Formation fliessen kann, wenn ein Phasenzustand des Einspritzungsfluids, der dem Durchflusssteuerventil bereitgestellt wird, in einem vorbestimmten Phasenzustand ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die unterirdische Formation eine oder mehrere Schichten aus porösem Gestein umfasst, wenn das Einspritzungsfluid Kohlendioxid ist, und wobei die unterirdische Formation einen offenen Hohlraum umfasst, wenn das Einspritzungsfluid Wasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist, wenn das Einspritzungsfluid Kohlendioxid ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der vorbestimmte Phasenzustand eine Fluidphase hoher Dichte ist, wenn das Einspritzungsfluid Wasserstoff ist.