NO178119B - Anordning og fremgangsmåte for uttrekking av en væske fra et rör av stor lengde - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for uttømming av fluider fra et rør av stor lengde, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1. Anordningen er beregnet for bruk i de tilfeller hvor en forbindelse mellom rørets lukkete ende og en erstatningsfluidkilde ikke lett lar seg opprette.

En slik anordning kan eksempelvis anvendes for uttømming av væsker fra rør som er nedført i dype brønner. Den har særlig interesse i forbindelse med oljeutvinning hvor rørled-ninger benyttes i tallrike tilfeller, for opphenging av bor-kroner, klargjøring av brønner for produksjon eller for styring av måleverktøy som nedføres for testing under boringen eller under produksjonen.

For å teste en brønn under igangværende boring, kan det på kjent måte nedføres, til nivå med lagene som skal testes, en prøvetaker omfattende et ledningsrør som er lukket nederst av en styrt åpnerventil og utstyrt på ytterveggen med en deformerbar lukkeranordning av ekspansjonspakningstypen. I ekspandert tilstand vil anordningen ligge tettsluttende an mot innerveggen av borehullet eller av brønnrøret, dersom et slikt er installert, og derved holde rørledningen i stilling. Et trykkmålerelement er plassert i den nedre ende av rørlednin-gen. Når ventilen er stengt, vil trykket nederst i rørled-ningen tilsvare atmosfæretrykket, dersom røret ikke inneholder vann. Trykket kan økes etter ønske ved å fylle en del av rør-ledningen med vann, for å begrense forskjellen i trykk på de to sider av ventilen til en forutbestemt verdi.

Grunnet trykkfallet nederst i rørledningen i forhold til trykket i brønnen, oppstår en sugevirkning ved ventilåpningen og trykket i brønnen synker betydelig, hvilket ihvertfall delvis kompenseres av de testete formasjoner etter en viss forsinkelse som er kjennetegnende for bergartens permeabili-tet. Det gjennomføres flere ventilåpnings- og stengingssykler i rekkefølge. En analyse av utviklingen, uttrykt ved tiden, av trykket og strømningsmengden som måles, gjør det mulig å karakterisere en geologisk formasjon, slik det vil være kjent for fagkyndige. Når en test er gjennomført, må trykkene på begge sider av pakningen utjevnes innen prøvetakeren opphentes, rørledningen tømmes og settet atter nedføres, dersom nye forsøk må utføres i annen dybde. Hvis det i samme brønn er nødvendig med flere, suksessive tester, vil tidsrommet mellom de faktiske målinger bli meget langt, på grunn av de tallrike, nødvendige prosesser.

Prinsippet for tømming av et rør ved ekstrahering av dets innhold ved hjelp av et bevegelig kolbestempel som forskyves i røret, er velkjent. Prosessen kan ikke gjennomføres lettvint uten at den nederste del av røret forbindes med et forråd av erstatningsfluid, eksempelvis gass, som innføres bak stempelet mens tømmingen foregår. I alle de tilfeller hvor underdelen av røret er vanskelig tilgjengelig, særlig ved anvendelse som tidligere beskrevet, når rørledningen er meget lang og nedført i en trang brønn, vil montering av en ledning som danner forbindelse med et gassforråd, ofte vise seg å være komplisert eller ugjennomførlig i praksis. Som eksempel på kjent teknikk på området kan nevnes GB 2 200 934.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som vil gjøre det mulig å uttømme, ihvertfall delvis, de fluider som inneholdes i en rørledning som er av stor lengde, lukket i en av sine ender og som utmunner i den motsatte ende, og særlig i en rørledning som ved hjelp av tilbaketrekkbare midler holdes ubevegelig i en brønn, uten at det må opprettes forbindelse mellom rør-underenden og et forråd av erstatningsfluid, slik at de ovennevnte ulemper bortfaller.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av anordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av etterfølgende krav 2 - 10. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for uttømming av fluider fra et rør, som angitt i det etterfølgende krav 11.

Anordningen ifølge oppfinnelsen vil gjøre det lettere å uttømme et fluid fra en rørledning med lukket underende, på grunn av at overflateoperatørene opprettholder uavbrutt forbindelse med det bevegelige element gjennom den elektriske bærekabel, og fordi de er istand til: - å betjene lukkeinnretningen i det bevegelige element etter ønske ved fjernstyring, og - å justere opptrekkingshastigheten i overensstemmelse med gasstrømutviklingen på grunnlag av trykkforskjellen som måles permanent på begge sider av det bevegelige element og overføres til overflaten.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et flytebilde for et rørsystem av kjent type for testing av en undergrunnsformasjon, hvor uttømmer-anordningen ifølge oppfinnelsen med fordel kan anvendes. Figur 2 viser en detalj av figur 1, hvor rørledningens nedre ende er åpen, for innsuging av fluidene fra undergrunnsformasjonen. Figur 3 viser et skjematisk snitt hvor anordningen ifølge oppfinnelsen er illustrert i nedført stilling i rørledningen, for ekstrahering av fluidinnholdet i rørledningen ved avslutningen av hver test. Figur 4 viser et liknende snitt med anordningen i ekstra-heringsstadiet under samtidig tilføring av erstatningsfluid. Figur 5 viser et snitt av et bevegelig element med koppdeler som fungerer som et stempel, for opphenting av fluidet fra rørledningen. Figur 6 viser et bevegelig element med flere koppdeler som er anordnet trinnvis, for bedre å anpasses til eventuelle endringer i rørtverrsnittet.

Studiet av de undergrunnsformasjoner som produserer eller sannsynligvis kan produsere hydrokarboner, er særlig konsen-trert om permeabiliteten hos de formasjoner som krysses av en brønn. En kjent metode for måling av denne parameter består i at det i en brønn 1 som er uforet eller utstyrt med et brønn-rør 2 (figur 1), nedføres en rørstreng 3, hovedsakelig bestående av flere rørseksjoner, av tilstrekkelig lengde til å nå den undergrunnssone som skal undersøkes. Rørstrengens nedre ende er forsynt med tversgående perforeringer 4. Rørstrengen 3 er forbundet med en ekspansjonspakning 5 av kjent type som er fastgjort til rørytterveggen og som eksempelvis innbefatter et deformerbart kammer som kan ekspanderes til tettsluttende anlegg mot innerveggen av brønnen 1 eller av brønnrøret 2. Ved ekspandering av pakningen 5 kan således den nedre del av brønnen avsperres i nivå med sonen som skal undersøkes. En ventil 6 av kjent type som etter ønske kan åpnes og stenges fra overflaten ved dreining av rørstrengen 3 eller ved trek-king i denne, er innkoplet i rørstrengen 3. Et målersett 7 omfattende en strømningsmåler samt trykk- og temperaturregist-ratorer, er likeledes innplassert i rørstrengen 3. Sistnevnte kan i sin øvre ende være forbundet med en innretning A for måling av strømningsmengde og trykk.

Med ventilen 6 stengt og pakningen 5 i avspent tilstand nedføres rørstrengen 3 til den valgte dybde i brønnen. Pakningen 5 utspiles deretter, for å holde rørstrengen 3 ubevegelig ved å avsperre den nedre del av brønnen. Ventilen 6 åpnes og stenges flere ganger i rekkefølge (figur 2) for å undersøke hvordan undergrunnsformasjonen reagerer på sugevirkningen som oppstår ved at brønnen forbindes med det indre av rørstrengen, hvor trykket er lavere.

Ved avslutningen av forsøkssekvensen er rørstrengen fylt med et fluid som ihvertfall delvis stammer fra brønnen. Anordningen ifølge oppfinnelsen som er vist i figur 3 - 7, gjør det mulig å gjenopprette det opprinnelige trykkfall i rørstrengen, uten at denne må opphentes for å tømmes for sitt innhold.

I anordningen ifølge oppfinnelsen inngår et bevegelig element 8 som kan nedføres i rørstrengen 3 gjennom fluidmengden som skal uttømmes. Elementet 8 har et sylindrisk ytterhus 9 av mindre tverrsnitt enn rørstrengen 3. Et stempel 10 med tverrsnitt i tilpasning til rørstrengens innertverrsnitt, er fastgjort til rørytterveggen. Gjennom en kabel 11 er ytterhuset forbundet med en løfteinnretning 12, f.eks. en vinsj, som befinner seg på overflaten. En fortrinnsvis elektromagne-tisk styrt reguleringsventil 13 som kan betjenes fra overflaten gjennom en line som omsluttes av kabelen 11, er innmontert i ytterhuset 9. I sideveggen av ytterhuset 9 er det anordnet gjennomgående åpninger 14 og 15 på begge sider av stempelet 10. Nedføringen av det bevegelige element i rørstrengen muliggjøres ved styrt åpning av reguleringsventilen 13, hvor-ved det åpnes en omføringskanal gjennom åpningene 14 og 15 til fluidinnholdet i rørstrengen 3. Trykkregistratorer Cl og C2 er innmontert i ytterhuset 9, fortrinnsvis på hver side av reguleringsventilen 13, og forbundet gjennom kabelen 11 med overflateinstallasjonen. Det er derved mulig til enhver tid å få kjennskap til det bevegelige elements nedføringsdybde i rørstrengen og til trykket som råder i rommet mellom det bevegelige element og den lukkete ende av rørstrengen.

Uttømmingen av fluidet ovenfor det bevegelige element gjennomføres ved pumpevirkning, ved stenging av reguleringsventilen 13 og stramming av kabelen 11 ved hjelp av løfteinn-retningen 12. Dette er bare mulig i praksis dersom et erstat-ningsf luid innføres under stempelet 10 (Figur 4).

Ytterhuset 9 er i dette øyemed utstyrt i sin nedre del med et kammer hvori det er innmontert en innretning 16 for tilføring av dette erstatningsfluid. Under bruk av anordningen i praksis kan fluidmengden som må tilføres, ofte være betydelig. Hvis f.eks. en rørstreng som skal tømmes, har en innerdiameter av 7 cm, må det tilføres tilstrekkelig fluid til å fylle de gjenstående 3,8 m<3> ved 1000 meters opptrekking av det bevegelige stempel. Dette erstatningsfluid kan eksempelvis leveres fra én eller flere flasker med flytende gass.

I et foretrukket tilfelle benyttes erstatningsfluid bestående av gass som utvikles ved forbrenning av et egnet stoff som inneholdes i én eller flere patroner. Stoffer som vanligvis benyttes i pyrotekniske systemer eller i visse pak-ninger, (f.eks. fremstilt av the Baker Oil Tools Company) kan anvendes for opprettelse av et hydraulisk trykk. Dette er en gunstig løsning, fordi patroner som har liten tyngde og volum gjør det mulig å frembringe den betydelige gassmengde som kreves.

Uttømmingen av fluider fra rørstrengen kan gjennomføres i ett eller flere trinn, alt etter mengden som skal fjernes.

Det bevegelige element 8 nedføres i rørstrengen etter at reguleringsventilen 13 er åpnet (figur 3). Etter å ha nådd den valgte dybde, stenges reguleringsventilen 13 og trekkes mot overflaten. Innretningen 16 bringes i funksjon, for å frembringe erstatningsfluid (figur 4). På grunnlag av indikasjonene fra registratoren C2 kan det bevegelige elements opp-havingshastighet anpasses til gasstrømmen fra innretningen 16, slik at trykkforskjellen på begge sider opprettholdes innenfor akseptable grenser.

Hvis høyden av fluidet som skal uttømmes er for stor, med henblikkpå de praktiske driftsforhold, blir det bevegelige element bare nedført i fluidet til en begrenset dybde i overensstemmelse med indikasjonene fra trykkregistratoren Cl som er innmontert i det bevegelige elements 8 ytterhus. En fler-trinnsprosess gjennomføres også dersom rørstrengens innervegg er såvidt ujevn at betydelige lekkasjer kan oppstå langs ytterveggen av stempelet 10. For å unngå at det atter må innmonteres en ny innretning 16 for levering av gass (gass-flasker eller pyrotekniske patroner) hver gang det bevegelige element føres oppad, bør det fortrinnsvis installeres flere slike innretninger som kan styres separat.

Anvendelsen av en fjernstyrt reguleringsventil 13 gjør det mulig, i tilfelle av uregelmessigheter, å gjenutjevne trykkene i rørstrengen på hver side av stempelet.

Ved en foretrukket utførelsesform består stempelet som omslutter ytterhuset 9, av minst ett sett av tettende skåldeler 17 omfattende eksempelvis en hylse 18 som ble anbrakt rundt ytterhuset 9 og utstyrt med skåler eller randpartier 19 av et deformerbart materiale, eksempelvis elastomer, hvor skålenes tverrsnitt stort sett tilsvarer rørstrengtverrsnit-tet.

En rørstreng av stor lengde består vanligvis av flere sammenskrudde seksjoner. Rørstrengtverrsnittet er øket i sammenføyningssonene. Utførelsesformen ifølge figur 6 gjør det mulig å opprettholde avtetning rundt det bevegelige element, på tross av ujevnt tverrsnitt av rørstrengen 3. Utfø-relsesformen omfatter flere sett av skåldeler 17 som er anordnet trinnvis langs ytterhuset 9, slik at minst ett av disse vil ligge tett an mot rørstrengen når det bevegelige element befinner seg i nivå med en skjøtsone 20 mellom seksjonene.

Claims (11)

1. Anordning for uttømming av fluider fra et rør (3) av stor lengde, som er lukket i en første ende og åpent i den motsatte ende, og særlig fra en rørledning som er utstyrt med en til-baketrekkbar innretning som kan holde rørledningen ubevegelig i en brønn og som innbefatter et bevegelig element (8) som ved å forskyves mot den åpne rørende, bevirker utstøting av fluider, en motor til forflytting av det bevegelige element, en elektrisk bærekabel som forbinder det bevegelige element permanent med en overflateinstallasjon, en lukkerinnretning som kan fjernstyres gjennom den elektriske bærekabel, for å ad-skille brønnpartiene på hver side av det bevegelige element, samt innretninger (Cl, C2) for måling av det rådende trykk i brønnen på hver side av det bevegelige element, karakterisert ved midler for tilføring av en erstatningsgass til det bevegelige element, og en løfteinnret-ning (12) som er forbundet med kabelen og anordnet for å for-flytte det bevegelige element mot den åpne ende med en hastighet som er anpasset til gassutstrømningen fra gassleveringsinnretningen.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at innretningen for levering av erstatningsgass inneholder et kvantum av et stoff som utvikler gass ved forbrenning.

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at gassleveringsinnretningen innbefatter en patron inneholdende pyroteknisk stoff, og styremidler som kan utløse antenning av stoffet gjennom den elektriske bærekabel.

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at det mobile element omfatter et stempel (10) med tverrsnitt i tilpasning til rørets, et langstrakt ytterhus (9) som strekker seg gjennom stempelet og som i en første ende er forbundet med løfteinnretningen (12) og som i en andre ende utmunner nedenfor stempelet og som av-grenser et kammer for det brennbare stoff (16) .

5. Anordning i samsvar med et av kravene 1^4, karakterisert ved at det mobile element (8) omfatter minst ett sett skåldeler som er slik plassert at de ligger tett an mot røret og danner et stempel ved å forskyves mot den åpne ende.

6. Anordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at hvert sett av skåldeler (17) har flere deformerbare randpartier (19).

7. Anordning i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at hvert sett av skåldeler er anordnet for å danne et stempel for rørseksjoner av for-skjellige tverrsnitt.

8. Anordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at det bevegelige element omfatter flere sett av skåldeler (17) som er anordnet trinnvis langs ytterhuset (9) i tilstrekkelig innbyrdes avstand, slik at minst ett sett alltid vil befinne seg i kontakt med rørveggen, uansett eventuelle ujevnheter i rørtverrsnittet.

9. Anordning i samsvar med et av kravene 1 - 8, karakterisert ved at de tilbaketrekkbare midler innbefatter en ekspansjonspakning (5) med et ekspander-bart kammer.

10. Anordning i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at innretningen (16) for levering av erstatningsfluid innbefatter flasker med flytende gass.

11. Fremgangsmåte for uttømming av fluider fra et rør (3) som er av stor lengde og lukket i en første ende og åpen i den motsatte ende, f.eks. en rørstreng som er utstyrt med midler for å fastholdes ubevegelig i en brønn, og omfattende nedfø-ring i røret, mot dets lukkete ende, av et bevegelig element som gjennom en kabel er forbundet med løfteinnretningen på siden av rørmunningen, og som er anordnet for å danne et stempel ved å forskyves mot den åpne rørende, karakterisert ved at det opprettes en gassmengde mellom det bevegelige element og den lukkete rørende, og at kabelen opptrekkes med en hastighet proporsjonalt med gassutstrømningen, slik at trykkforskjellen på hver side av det bevegelige element opprettholdes innenfor de forutbestemte grenser.