NO180460B - Fremgangsmåte for å anbringe et legeme av formminnemateriale i et hulrom - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å anbringe et legeme av formminnemateriale i et hulrom som utgjør et borehull i en jordformasjon.

Det er kjent fra vesttysk patentskrift 3544128 å tilveiebringe en rørforbindelse ved hjelp av en hylse av et formminnemateriale som strekkes før installeringen samtidig som det holdes ved en lav temperatur og som senere oppvarmes for å øke dets temperatur til over faseovergangs temperaturen for minnematerialet, hvorved bevirkes at hylsen vil krympe rundt rørledningsendene som skal forbindes med hverandre.

I flere tilfeller kan imidlertid ledningers ytre være utilgjengelig, for eksempel dersom ledningen danner del av en rørformig streng anordnet under overflaten og anvendt for produksjon av hydrokarboner fra en brønn. Det kan dessuten være nødvendig å installere et legeme av formminnemateriale inne i et uforet borehull eller et annet hulrom mot den om-givende jordformasjon. Det er da behov for å transportere et legeme av fomminnemateriale over en vesentlig avstand gjennom et hulroms indre for deretter å anordne det på et ønsket sted i hulrommet.

Sveitsisk patent nr. 5611994 redegjør for en setteinnretning med et legeme festet til denne, idet innretningen beveger seg gjennom en ledning og trekkes ut fra ledningen etter at legemet er blitt frigjort fra innretningen. US patent nr. 3900939 angår tilstopping av et defekt rør ved å anvende en plugg laget av minnemetall. US patent nr. 4355664 angår en innretning for å tilveiebringe et beskyttende belegg på innsiden av en rørledning under anvendelse av en avleverings-innretning laget av minnemetall. Disse publikasjoner redegjør ikke for anvendelse av et legeme av formminnemetall i et borehull under anvendelse av et setteverktøy som er forsynt med en avkjølingsanordning for å holde legemets temperatur under omvandlingstemperaturen når det beveger seg gjennom borehullet.

US patent nr. 4379577 angår en fremgangsmåte for å opprettholde en forbindelse mellom to rør under anvendelse av et legeme av formminnemetall idet legemet er avkjølt til under dets omvandlingstemperatur og innføres i hvert rør over en kort avstand, hvoretter legemet vender tilbake til dets ekspanderte form. Dersom denne metode var blitt anvendt for å anbringe et legeme av formminnemetall i et borehull i en jordformasjon, ville legemets temperatur øke til over omvandlingstemperaturen før det når frem til det ønskede sted, og resultatet av dette vil være at legemet for tidlig vil vende tilbake til dets ekspanderte form. Ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse overvinnes denne ulempe ved anvendelsen av en setteinnretning som er forsynt med avkjøl-ingsanordninger for å avkjøle legemet av formminnemetall mens dette beveges gjennom borehullet. På denne måte oppnås det at legemet av formminnemetall holder seg under dets omvandlingstemperatur når det beveger seg gjennom borehullet, slik at legemet ikke vender for tidlig tilbake til dets ekspanderte form.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for å anbringe et legeme av formminnemateriale i et hulrom som utgjør et borehull i en jordfor-mas jon, under unngåelse av at legemet blir forkludret mens det transporteres inn i hulrommet.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å anbringe et legeme av formminnemateriale i et hulrom, omfattende å bringe legemet av formminnemateriale til en ekspandert form som er spesialtilpasset for anvendelsen av legemet i hulrommet, mens legemet er ved en temperatur over en faseomvandlingstemperatur for minnematerialet, avkjøle legemet av formminnemateriale til en temperatur under omvandlingstemperaturen, deformere legemet av formminnemateriale til en sammentrykt form som tillater fri bevegelse av legemet inn i hulrommet, bevege legemet av formminnemateriale gjennom hulrommet mens formminnematerialet holdes på en temperatur under omvandlingstemperaturen, manøvrere legemet til et sted i hulrommet hvor legemet av formminnemateriale skal anbringes, og å oppvarme formminnematerialet til over omvandlingstemperaturen, og tillate formminnematerialet å vende tilbake til den ekspanderte form, og fremgangsmåten er særpreget ved at hulrommet utgjør et borehull i en jordformasjon, at legemet beveges gjennom hulrommet ved å bevege en setteinnretning med legemet festet til denne gjennom hulrommet, idet setteinnretningen er forsynt med avkjølingsanordninger for avkjøling av legemet, at legemets temperatur holdes under omvandlingstemperaturen mens legemet beveger seg gjennom hulrommet, ved å aktivere avkjølingsanordningene, og at setteinnretningen trekkes ut av hulrommet etter at legemet har vendt tilbake til den ekspanderte form.

Legemet av minnemateriale innbefatter fortrinnsvis en plate av et minnemetall eller -legering, idet platen før den transporteres inn i hulrommet deformeres ved sammenrulling, bøyning eller bretting til en slik sammentrykt form at den deformerte plates utvendige bredde er mindre enn den innvendige bredde til hulrommet og inngangen til hulrommet.

Den foreliggende fremgangsmåte omfatter fortrinnsvis de trinn å forhåndsforme et legeme som omfatter en plate av formminnemateriale, mens dens temperatur er over omvandlingstemperaturen, til en slik i det vesentlige rørformig form at etter installering er legemet tilbøyelig til å ekspandere mot hulrommets innervegg, vikle legemet rundt en sylindrisk seksjon til en setteinnretning mens dets temperatur holdes under omvandlingstemperaturen, og bevege innretningen inn i hulrommet, oppvarme legemet til over omvandlingstemperaturen for å bevirke at legemet vil ekspandere mot hulrommets innervegg på det sted hvor det skal plasseres, og løsne setteinnretningen fra det ekspanderte legemet.

I henhold til en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen blir et rørformig legeme av formminnemateriale etter at det er blitt avkjølt under faseomvandlingstemperaturen, deformert ved å brette dette til en korrugert form rundt setteinnretningen for å danne tilstrekkelig klaring mellom det deformerte legeme av formminnemateriale og inngangen til hulrommet under dets transport inn i hulrommet. På det sted inne i hulrommet hvor legemet skal anbringes, blir det oppvarmet til over faseomvandlingstemperaturen slik at legemet igjen bretter seg selv ut og vender tilbake til dets opprinnelige rørformige form.

I den sammenheng dette uttrykk er blitt benyttet i den foreliggende beskrivelse og i patentkravene, er et minnemateriale definert som et materiale som forandrer form ved en viss omvandlingstemperatur. Minnematerialer er beskrevet i

US-patenter nr. 3 012 882, nr. 3 174 851, nr. 3 351 463,

nr. 3 567 523, nr. 3 753 700, nr. 3 783 037, nr. 4 036 699 og nr. 4 146 392.

Flere av minnematerialene beskrevet i disse patenter består av minnemetaller eller -legeringer som ved omvandlingstemperaturen utsettes for en faseomvandling fra en martensittisk tilstand til en austenittisk tilstand og vice versa. Som beskrevet i disse patenter utgjøres omvandlingstemperaturen for visse sammensetninger minnematerialet av et temperaturom-råde innenfor hvilket minnnematerialet gradvis forandrer form på grunn av en gradvis faseomvandling. Legemet av minnemateriale blir vanligvis formet på forhånd mens det befinner seg i den austenittiske tilstand, og blir deretter avkjølt til det utsettes for en martensittisk omvandling og blir derpå deformert mens det holdes i denne martensittiske tilstand. Når legemet oppvarmes til over omvandlingstemperaturen, vil legemet vende tilbake til sin opprinnelige, på forhånd formede form.

Det vil forståes at et legeme av minnemateriale kan inneholde andre materialer enn et rent minnemetall eller

-legering. Legemet kan for eksempel bestå av et kompositt-materiale eller et laminat bygget opp av alternerende lag av et annet materiale. Oppfinnelsen vil nå bli mer detaljert beskrevet under henvisning til de ledsagende tegninger, hvorav Fig. 1 viser en setteinnretning som fører et sammenrullet legeme av formminnemateriale inne i et hulrom, Fig. 2 viser innretningen ifølge Fig. 1 sett i tverrsnitt langs linjen II-II, og Fig. 3 viser i tverrsnitt en setteinnretning som fører et brettet legeme av formminnemateriale.

På Fig. 1 er vist en setteinnretning 1 som fører et sammenrullet legeme 2 av formminnemateriale.

Setteinnretningen 1 omfatter en sylindrisk midtsek-sjon 3 og to endeseksj oner 4 og 5 rundt hvilke beskyttende stabilisatorer 6 og 7 er festet. Setteinnretningen 1 er opp-hengt fra en metalltrådvaier 8 i et rørformig hulrom 10, som et borehull eller en rørstreng. Setteinnretningen kan alternativt være understøttet av eller danne del av en rørstreng, som en streng av boreledninger eller kontinuerlige rør med liten størrelse.

Stabilisatorene 6 og 7 beskytter konstruksjonen av formminnemateriale mot kontakt med hulromsveggen mens innretningen beveger seg nedad til det sted hvor konstruksjonen 2 skal installeres. Under nedstigningen er konstruksjonen 2 rullet rundt setteinnretningens 1 sylindriske seksjon 3 og er eventuelt holdt på plass ved hjelp av klemmer 12 som også er laget av formminnemateriale.

Metoden med å sikre legemet 2 av formminnemateriale rundt setteinnretningen 1 før innretningen senkes ned i borehullet 10, og metoden for å løsne legemet 2 fra innretningen 1 når innretningen 1 har nådd frem til det sted hvor legemet 2 skal anbringes, er som følger: På overflaten blir legemet 2 av formminnemateriale bragt til en ekspandert form som grovt overensstemmer med konturen til borehullseksjonen eller den rørformige streng hvor legemet skal anbringes. Dette kan oppnås ved å rulle en rektangulær plate av formminnemateriale rundt et sylindrisk element som har en diameter som svarer til den innvendige diameter av borehullet eller den rørformige streng. Under det ovenfor beskrevne trinn for å forhåndsforme formminnemateriale blir legemet 2 holdt på en temperatur over den austenittiske/martensittiske omvandlingstemperatur. Denne omvandlingstemperatur kan påvirkes ved å variere formminnematerialets sammensetning. For anvendelser i en hydrokarbonproduksjons-brønn vil omvandlingstemperaturen i alminnelighet settes til et sted mellom 50 °C og 100 °C avhengig av det aktuelle sted for plassering og anvendelse av konstruksjonen av formminnemateriale i brønnen.

Etter det ovenfor beskrevne forhåndsformningstrinn blir legemet 2 avkjølt til under den nevnte austenittiske/martensittiske omvandlingstemperatur.

Formminnematerialet befinner seg nå i den martensittiske fase og kan lett deformeres og rulles rundt setteinnretningens 1 sylindriske seksjon 3 på den måte som er vist på

Fig. 2.

På samme måte kan om nødvendig klemmer 12 av et minnemateriale formes på forhånd slik at de vil muliggjøre frigjøring av legemet mens klemmene 12 deformeres etter at de er blitt avkjølt til under den austenittiske/martensittiske omvandlingstemperatur, til den form som er vist på Fig. 1 hvor de er klemt rundt legemet 2.

Setteinnretningen 1 blir deretter senket ned i borehullet 9 mens dens temperatur holdes under den austenittiske/martensittiske omvandlingstemperatur. Når setteinnretningen 1 er anbragt på det sted hvor legemet 2 skal anbringes, kan setteinnretningen oppvarmes, f.eks. ved hjelp av en direkte eller indirekte elektrisk drevet oppvarmingsanordning eller en mikrobølgekilde (ikke vist) til over minnematerialets austenittiske/martensittiske omvandlingstemperatur. Dette bevirker at klemmene 12 vil bli frigitt fra legemet 2 og at legemet 2 vil brette seg ut til den ekspanderte form mot hulrommets 10 vegg.

Forsegling av det ekspanderte legeme 2 mot borehullveggen 10 kan gjøres på forskjellige måter. En bøssing (ikke vist) av et fleksibelt materiale kan omgi i det minste legemets 2 endedeler, idet bøssingen er impregnert med et egnet bindemiddel, som EPIKOTE. Etter ekspansjon av legemet 2 mot hulrommets vegg blir bindemidlet frigitt fra bøssingen og tilveiebringer en permanent festing av legemene inne i hulrommet.

Alternativt kan en eller annen form for bindemiddel påføres direkte på legemets 2 ytre overflate, idet dette bindemiddel bare utvikler sine limende egenskaper etter lengre tids kontakt med slam eller et spesielt sirkulerende fluid. Bindemidlet kan også være av den type som får sine bindeegen-skaper når det utsettes for en høy temperatur, eller det kan være av en 2-komponenttype som blir aktiv når den annen kom-ponent blir frigjort av f.eks. det hydrostatiske trykk i borehullfluidet. Bindemidlet kan isteden bestå av en bløt metalltype vd hjelp av hvilken metall-til-metall-tetningsegen-skaper kan oppnås ved en på forhånd bestemt hemmet ekspansjon av formminnemateriallegemet.

Formminnemateriallegemet kan anbringes på tvers av en sone i et borehull hvor borehullveggen er frakturert og hvor tap av borefluid inn i formasjonen finner sted eller hvor formasjonsvann strømmer inn i borehullet. Under boring gjennom slike frakturerte formasjoner kan setteinnretningen 1 være inkludert i en borestreng, og dersom borefluidtap finner sted, blir legemet anbragt på tvers av tapssonen og festet til borehullveggen ved å senke ned et oppvarmingsverktøy (ikke vist) gjennom borestrengen for å oppvarme innretningen 1 til den temperatur ved hvilken formminnematerialet går over til dets austenittiske fase. Bindemidlets styrke bør være tilstrekkelig til forbigående å motstå trykkforskjellen mellom formasjonsfluidene og borehullfluidene inntil borehullet forsynes med produksjonsforing. Det bør dessuten også være i stand til å motstå støt fra borestrengstabilisatorer under boring eller uttrekning og samtidig gjør det mulig for verk-tøyet nede i borestrengen å trekkes tilbake fra borehullet gjennom det ekspanderte legeme.

Foruten den ovenfor beskrevne anvendelse av et legeme av formminnemateriale som et lappings-mens-boring ("patch-while-drilling" - PWD)-verktøy finnes et stort antall andre anvendelser hvor anbringelse av et legeme av formminnemateriale inne i et hulrom kan være nødvendig, som ved reparasjon nede i hullet av et korrodert

olje- eller gassproduksjonsrør,

stengning nede i hullet av utvannede eller sandproduserende soner mens adgang til dypere produserende soner i et olje- eller

gassreservoar opprettholdes,

anbringelse av en broplugg i en brønn gjen-

nom produksjonsrør,

reparasjon av en klave som har sviktet ved

en brønnferdiggjøring med dobbeltstreng.

Det vil forståes at istedenfor å rulle formminnematerialet rundt en sylindrisk seksjon av setteinnretningen 1 kan det sikres til denne på hvilken som helst annet egnet måte.

Fig. 3 viser en utførelsesform hvor en setteinnretning fører med seg et opprinnelig rørformig legeme 31 av formminnemateriale idet legemet mens det befinner seg i den martensittiske fase, deformeres ved å brette det til den konkav-konvekst korrugerte form rundt innretningen 30. Når setteinnretningen 30 har nådd det sted hvor legemet 31 av formminnemateriale skal anbringes, blir den oppvarmet for å bevirke at legemet av formminnemateriale vil vende tilbake til dets opprinnelige rørform som er spesialtilpasset til borehul-lets 33 innvendige diameter.

Istedenfor den spesielle form som er vist på tegnin-gen kan legemet av formminnemateriale ha en hvilken som helst annen egnet form avhengig av den type av operasjoner for hvilke det skal anvendes. Minnematerialet kan f.eks. senkes ned gjennom en brønn ved den nedre ende av en setteinnretning for å anvendes som et fiskeredskap for å gjenvinne tapt utstyr fra en brønn. I dette tilfelle blir legemet av formminnemateriale manøvrert rundt eller, om mulig, inne i eller over toppen av det tapte utstyr og deretter oppvarmet for å bli deformert og gripe fast tak i utstyret, hvoretter setteinnretningen sammen med utstyret trekkes fra brønnen.

Setteinnretningen er forsynt med kjøleanordninger og eventuelt oppvarmingsanordninger. Kjøleanordningene kan aktiveres for å opprettholde formminnematerialet i den martensittiske fase mens innretningen beveges inn i hulrommet, mens oppvarmingsanordningen kan aktiveres når innretningen har nådd det sted hvor legemet av formminnemateriale skal anbringes, for å bringe formminnematerialet over i den austenittiske fase. Setteinnretningen kan avkjøles mens den transporteres gjennom hulrommet, ved å fylle denne med blokker av smeltende is for å unngå ekspansjon av minnematerialet før det har nådd frem til det sted hvor det skal anbringes.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å anbringe et legeme av formminnemateriale i et hulrom, omfattende å bringe legemet (2, 31) av formminnemateriale til en ekspandert form som er spesialtilpasset for anvendelsen av legemet (2, 31) i hulrommet (10, 33), mens legemet (2, 31) er ved en temperatur over en faseomvandlingstemperatur for minnematerialet, avkjøle legemet (2, 31) av formminnemateriale til en temperatur under omvandlingstemperaturen, deformere legemet (2, 31) av formminnemateriale til en sammentrykt form som tillater fri bevegelse av legemet (2, 31) inn i hulrommet (10, 33), bevege legemet (2, 31) av formminnemateriale gjennom hulrommet (10, 33) mens formminnematerialet holdes på en temperatur under omvandlingstemperaturen, manøvrere legemet (2, 31) til et sted i hulrommet (10, 33) hvor legemet (2, 31) av formminnemateriale skal anbringes, og å oppvarme formminnematerialet til over omvandlingstemperaturen, og tillate formminnematerialet å vende tilbake til den ekspanderte form, karakterisert ved at hulrommet (10, 33) ut-gjør et borehull i en jordformasjon, at legemet (2, 31) beveges gjennom hulrommet (10, 33) ved å bevege en setteinnretning (1, 30) med legemet (2, 31) festet til denne gjennom hulrommet (10, 33), idet setteinnretningen (1, 30) er forsynt med avkjølingsanordninger for avkjøling av legemet (2, 31), at legemets (2, 31) temperatur holdes under omvandlingstemperaturen mens legemet (2, 31) beveger seg gjennom hulrommet (10, 33), ved å aktivere avkjølingsanordningene, og at setteinnretningen (1, 30) trekkes ut av hulrommet (10, 33) etter at legemet (2, 31) har vendt tilbake til den ekspanderte form.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hulrommet (10, 33) og dets inngang har én i det vesentlige rørformig form og at legemet av minnemateriale omfatter en plate av minnemetall som før den transporteres inn i hulrommet (10, 33) er deformert ved sammenrulling, bøyning eller bretting til slik sammentrykt form at den deformerte plates utvendige bredde er mindre enn den innvendige bredde til hulrommet (10, 33) og dets inngang.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter de trinn å forhåndsforme et legeme (2) som omfatter en plate av formminnemateriale, mens dens temperatur er over omvandlingstemperaturen, til en slik i det vesentlige rørformig form at etter installering er legemet tilbøyelig til å ekspandere mot hulrommets (10, 33) innervegg, vikle legemet (2) rundt en sylindrisk seksjon (3) til en setteinnretning (1) mens dets temperatur holdes under omvandlingstemperaturen, og bevege innretningen (1) inn i hulrommet , oppvarme legemet (2) til over omvandlingstemperaturen for å bevirke at legemet (2) vil ekspandere mot hulrommets (10) innervegg på det sted hvor det skal plasseres, og løsne setteinnretningen fra det ekspanderte legemet (2).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at hulrommet (10) utgjør en del av en underjordisk olje- eller gassproduksjonsbrønn og at setteinnretningen (1) er forsynt med beskyttende stabilisa-torblader (6, 7) som er montert over og under den sylindriske seksjon (3) og et par klemmer (12) som fester legemet (2) av minnemateriale i dets påviklede form når innretningen (1) beveger seg nedad i brønnen, og hvor trinnet i hvilket setteinnretningen (1) løsnes fra legemet (2), som omfatter en plate av formminnemateriale, utføres ved å fjerne klemmene (12) fra legemet (2) når setteinnretningen (1) har nådd det sted hvor legemet (2) skal installeres.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at legemet (2, 31) oppvarmes til en temperatur over omvandlingsområdet ved hjelp av en oppvarmingsanordning i setteinnretningen (1, 30) etter at innretningen (1, 30) har nådd det sted hvor legemet (2, 31) skal installeres.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at etter at legemet (2, 31) av formminnemateriale har ekspandert mot hulrommets (10, 33) innervegg, festes legemet (2, 31) til veggen ved å aktivere et bindemiddel som er båret av legemet (2, 31).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at bindemidlet omfatter EPIKOTE som er impregnert i en fleksibel muffe som omgir i det minste en del av det påviklede legemet (2, 31) når det transporteres inn i hulrommet (19, 33).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at trinnet i hvilket legemet (2, 31) av formminnemateriale forhåndsformes, består i vikling av platen av formminnemateriale rundt et sylindrisk element som har en diameter som er lik diameteren til hulrommet (10, 33) i hvilket legemet (2, 31) av formminnemateriale skal plasseres.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at legemet (31) av minnemateriale forhåndsformes slik at det får en rørformig form, hvorpå det etter avkjøling til en temperatur under omvandlingstemperaturen deformeres ved å brette det til en korrugert form, senkes ned i en brønn (33) og igjen oppvarmes til en temperatur over omvandlingstemperaturen for å tillate legemet (31) av formminnemateriale å vende tilbake til dets rørformige form.