NO180462B - Avfyringshode for å aktivisere en produksjonsrörfremfört perforeringsanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et avfyringshode for å aktivisere en produksjonsrørfremført perforeringsanordning, slik det nærmere fremgår av ingressen til det etterfølgende selvstendige krav. Et avfyringshode ifølge krav l's ingress er kjent fra U.S. 4.690.227.'

Konvensjonelle avfyringshoder for produksjonsrørfremførte perforeringsapparater blir vanligvis aktivisert enten med mekaniske midler eller med hydrauliske midler. Mekanisk aktiviserte avfyringshoder blir vanligvis aktivisert ved å slippe et tungt element (vanligvis kjent som en plugg) eller detoneringsstang ned i brønnen for å slå mot et stempel og drive en avfyringsnål inn i en startladning. Et eksempel på denne type avfyringshode kan finnes i US patent nr. 3706344 utstedt 19.12.1972 til Roy R. Vann, og overdratt til søkeren av den foreliggende oppfinnelse. Hydraulisk aktiviserte avfyringshoder har vanligvis et stempel som på den ene side er utsatt for ringromstrykket i brønnen som omgir avfyringshodet. Når trykket i ringrommet overskrider et forutbestemt aktiviseringstrykk vil stempelet bevege seg og drive en avfyringsnål eller tennål inn i en startladning.

I tillegg er det kjent avfyringshoder som aktiviseres ved en kombinasjon av mekanisk virkning og hydraulisk virkning. F.eks. vil en plugg benyttes til å støte mot et anslags-stempel og til å bevege stempelet fra en første stilling til en andre stilling. Bevegelsen av anslagsstempelet til den andre stilling vil frigjøre en låsemekanisme på et hydraulisk stempel som deretter vil beveges som respons på hydraulisk trykk i ringrommet for å bringe en tennål til kontakt med en startladning. Et avfyringshode av denne type er beskrevet i NO-A-881682, og er overdratt til søkeren av den foreliggende oppf innelse.

I U.S.patent 4.690.227 er det vist et avfyringshode som innbefatter en aktiviseringsmekanisme og kan aktiviseres ved mekanisk kraft på et stempel eller ved hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen som virker på det samme stempelet. Aktiviseringsstempelet er fastholdt i sin første stilling ved hjelp av skjærpinner. Antenning av initiatorladningen skjer ved bevegelse av stempelet som påvirkes av hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen etter at stempelet er frigjort fra sin første stilling og beveges til sin andre stilling. En avfyring skjer ved bevegelse av et andre stempel, som opptar det første stempel, som påvirkes av hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen. Med det foreliggende avfyringshodet skjer avfyring ved bevegelse av enten stempelet alene eller ved bevegelse av stemplene fastholdt til hverandre som respons på hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen.

Brønnperforeringsoperasjoner finner sted under et bredt spekter av omgivelsesbetingelser som kan være ekstremt ugjestmilde. Harde eller uventede omgivelsesforhold kan bevikre uventede problemer med hensyn til tilfredsstillende å kunne utføre produksjonsrørfremførte perforeringsarbeider. F.eks. kan et mekanisk aktivisert avfyringshode hindres av partikkelformede faststoffer i brønnen som kan forhindre dens funksjon. I tillegg kan faktorer slik som avvik i brønnen påvirke evnen til praktisk å aktivisere et avfyringshode på mekanisk måte. Likeledes er det ikke alltid mulig å aktivisere et hydraulisk avfyringshode i en bestemt brønn. F.eks. kan defekte eller svekkede foringsrør gjøre det praktisk umulig å påsette forøket trykk i ringrommet for hydraulisk å aktivisere et avfyringshode. Følgelig er det ønskelig å få alternative metoder for å aktivisere avfyringshodet.

I samsvar med dette tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en ny anordning for å aktivisere en perforeringskanon. Anordningen tillater at perforeringskanonen aktiviseres enten hydraulisk eller "mekanisk". I tillegg kan et avfyringshode i samsvar med den foreliggende oppfinnelse tilpasses til å respondere ikke bare på langsgående kraft i en retning nedad, slik som iverksettes med et lodd, men også til en langsgående kraft i en retning oppad, som kan påføres med en vaier eller glatt ståltråd.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et avfyringshode av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes av de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende selvstendige krav.

I en spesielt foretrukken utførelse er det første og andre avfyringsstempel i konsentrisk forhold til aktiviseringsstempelet. I denne utførelsen er det første avfyringsstempel fast holdt i sin første stilling med et antall frigjørbare segmenter, eller kraver som holdes i stilling av aktiviseringsstempelet. I denne utførelsen holdes imidlertid det andre avfyringsstempel i sin første stilling med et antall skjærtapper. Følgelig, mens det første avfyringsstempel kun kan frigjøres gjennom bevegelse av aktiviseringsstempelet, kan det andre avfyringsstempel frigjøres gjennom hydraulisk trykk som virker på det andre stempel og avskjærer skjærtappene. Fig. 1 viser et avfyringshode i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i en verktøystreng og under virksomhet i en brønnboring og vist delvis i vertikalt snitt. Fig. 2 viser avfyringshodet ifølge fig. 1 i nærmere

detalj og i vertikalt snitt.

Fig. 3 viser aktiviseringsmekanismen for et avfyringshode i samsvar med den foreliggende oppfinnelse der delene er holdt fra hverandre. Fig. 4 viser aktiviseringsmekanismen for et avfyringshode i samsvar med den foreliggende oppfinnelse før aktivisering og vist i vertikalt snitt. Fig. 5 viser aktiviseringsmekanismen ifølge fig. 4

etter aktivisering ved støt fra en detoneringsstang.

Fig. 6 viser aktiviseringsmekanismen ifølge fig. 4

etter aktivisering med en "fiskemuffe".

Fig. 7 viser aktiviseringsmekanismen ifølge fig. 4

etter aktivisering ved påsetting av hydraulisk trykk.

Fig. 8 viser en alternativ utførelse av et avfyringshode i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og vist i vertikalt snitt.

Det vises nå til tegningene i nærmere detalj og spesielt fig. 1 hvor det er avbildet et avfyringshode 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og i en operativ stilling i en brønnboring. Avfyringshodet 10 er plassert over et per-forer ingsapparat eller en perforeringskanon 12 i en verktøy-streng som er indikert generelt ved 14. Verktøystrengen 14 forløper ned i brønnboringen 16. Verktøystrengen 14 kan innbefatte en tetningsanordning eller ekspansjonsplugg 18 for å isolere et øvre parti av borehullet fra et nedre parti av borehullet når perforeringskanonen 12 er plassert inntil en formasjon som skal perforeres. I en foretrukken utførelse vil et element 19 med porter inngå i vertktøystrengen 14 slik at innsiden av avfyringshodet 10 vil utsettes for trykket i brønnboringen 16.

Det vises nå til fig. 2 hvor det er vist en eksempelvis utførelse av avfyringshodet 10 i vertikalt snitt. Avfyringshodet 10 innbefatter et primært hus 20 i hvilket en aktivi-ser ingsmekanisme , indikert generelt med 22, holdes. Det primære hus kan være i ett stykke, eller kan innbefatte underelementer, slik som huselementet 24 som kan tilskjøtes, slik som med en gjenget kopling 26, til det primære hus 20. Det primære hus 20 vil fortrinnsvis være koplet i en nedre ende til avfyringshodet-rørstussen 28 på konvensjonell måte.

Som det vil fremgå fra omtalen nedenfor innbefatter aktiviseringsmekanismen .22 to avfyringsstempler. Et første avfyringsstempel 48 er fortrinnsvis festet på plass ved kraver 50 og frigjøres gjennom mekanisk aktivisering av et aktiviseringsstempel 30. Det andre avfyringsstempel 62 er fortrinnsvis festet på plass med skjærtapper og frigjøres gjennom hydraulisk trykk. Aktiviseringsmekanismen 22 innbefatter aktiviseringsstempelet 30 som holdes i en boring 32 i en dor 34. Aktiviseringsstempelet 30 er i lengderetningen bevegbart i forhold til doren 34, men holdes først fast i en første "normal" stilling med en skjaertapp 36. Aktiviseringsstempelet 30 innbefatter en første ende 38 som er tilpasset både til å motta et støt for å avskjære skjærtappen 36, eller til å bli innhentet, slik som med et fiskerør, for slik å motta et oppad strekk for å avskjære skjærtappen 36, og for derved å tillate langsgående bevegelse av aktiviseringsstempelet 30 i forhold til doren 34.

En andre ende av aktiviseringsstempelet 30, indikert generelt ved 40, innbefatter et første parti 42 med redusert diameter. Den andre ende 40 av aktiviseringsstempelet 30 innbefatter også et andre parti 44 med en utvidet diameter i forhold til det første parti 42 av aktiviseingsstempelet 30. Det andre parti 44 av aktiviseringsstempelet 30 forløper inn i en forsenkning 46 i det første avfyringsstempel 48. Doren 34 er koplet til det andre avfyringsstempel 62. Det første avfyringsstempel 48 er festet i fast stilling i forhold til doren 34 og det andre avfyringsstempel 62 ved et antall frigjørbare segmenter, eller "kraver" 50 som samvirkende gjør inngrep med forsenkningene 54 i det andre avfyringsstempel 62 og åpningene 56 i det første avfyringsstempel 48. Kravene 50 holdes i stilling ved et utvidet andre parti 44 på aktiviseringsstempelet 30. Det første avfyringsstempel 48 innbefatter en andre ende, indikert generelt ved 58, som tettende kontakter boringen 60 i det andre avfyringsstempel 62. En avfyringsnål 64 er koplet til den andre ende 58 av det første avfyringsstempel 48. Om ikke annet er angitt kan alle tettende kontakter beskrevet heri tilveiebringes ved bruk av konvensjonelle tetninger av 0-ring typen.

Det andre avfyringsstempel 62 er glidbart og tettende opptatt i en boring 66 i festehylsen 68. Festehylsen 68 opptas i huset 20 og hviler fortrinnsvis mot en skulder 70 i huset 20. Festehylsen 68 holdes i stilling i huset 20 slik som ved en spennring 72 som gjør inngrep i en avsats 74 i huset 20. Et antall åpninger 76 er tildannet i festehylsen 68 for å motta skjærtapper 78. Skjærtappene 78 inngriper likeledes i åpningene 80 i det andre avfyringsstempel 62. Første og andre avfyringsstempler 48 og 62 respektivt, innbefatter hver fortrinnsvis åpninger 43 og 41 respektivt, for å tillate fluidkommunikasjon mellom det indre av huset 20 og for-senkningen 46 i det første avfyringsstempel 48. Tennålen 64 innbefatter fortrinnsvis en avsmalnende kontur konstruert for å støte og detonere en startladning 82, slik som en tennsats-anordning, som er tettende holdt i en boring 84 i festehylsen 68. Tennsatsanordningen 82 er festet til festehylsen 68 med en tennsatsblokk 88 som fortrinnsvis er festet med skruer til festehylsen 68. Festehylsen 68 innbefatter en åpning 90 som tillater at stråler med varme gasser utsendt ved antennelsen av tennsatsanordningen 82 entrer et kammer 92 i huset 20. Festet inne i kammeret 92 er en forsinkelseselement-anordning 94. Forsinkelseselement-anordningen 94 er gjengemessig skrudd ved 96 til en mottakerblokk 98 som er tettende opptatt i en boring 100 i huset 20. Den tettende kontakt av det primære avfyringsstempel 48 med det sekundære avfyringsstempel 62, av det sekundære avfyringsstempel 62 med festehylsen 68, av den mottagende blokk 48 med huset 20, og av festehylsen 68 med huset 20, tjener til å danne kamrene 86 og 92 (på hver side av startladningen 82), som vil være ved atmosfærisk trykk. Følgelig er det første avfyringsstempel 48 og det andre avfyringsstempel 62 fluidresponderende stempler som respond-erer på trykket inne i huset 20.

Forsinkelses-anordningen 94 er en pyroteknisk anordning som, ved antennelse av en innvendig initiator, vil brenne en tidsperiode inntil detonering av en eksplosiv ladning for detonering av en forsterkningsladning som i sin tur detonerer perforeringspistolen. I en for tiden foretrukken utførelse vil forsinkelseselement-anordningen 94 brenne omtrent syv minutter etter første antennelse. Imidlertid kan andre forsinkelsestider helt klart benyttes. Konstruksjonen av en forsinkelseselement-anordning egnet for anvendelse med den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i US patent nr.4632034 utstedt 30.12.1986 til Colley Jr.

Perforeringsrørstussen 28 koplet til den nedre ende av huset 20 innbefatter en sentral boring 102. Holdt inne i boringen 102 er en lengde av en konvensjonell eksplosiv type detoner-ingskord 104 som forløper gjennom perforeringskanonen 12 i fig. 1), og innbefatter en forsterkerladning 106 i en første ende. Når forsterkerladningen 106 er detonert ved forsinkelseselement-anordningen 94, muliggjør forsterkerladningen 106 og detoneringskorden 102 detonering av perforeringskanonen på en konvensjonell måte.

Det vises nå til fig. 4-7 hvor det er vist et avfyringshode 10 før aktivisering, og etter aktivisering med hver av de tre ulike metoder. Det vises spesielt til fig. 5 hvor det er vist et avfyringshode 10 etter aktivisering ved å slippe ned et lodd, slik som en detoner ingsstang 112 til kontakt med aktiviseringsstempelet 30. Når stangen 112 kontakter aktiviseringsstempelet 30 beveges aktiviseringsstempelet 30 i lengderetningen nedad. Når aktiviseringsstempel 30 beveges nedad bringes det forsenkede parti 42 av aktiviseringsstempelet 30 til samforløpende forhold med kravene 50. Den reduserte diameter av partiet 42 på aktiviseringsstempelet 30 tillater kravene 50 å falle ut av inngrep med forsenkningene 54 i det andre avfyringsstempel 62. Ringrommets fluidtrykk i huset 20 virker, gjennom portene 41 og 43, på det første avfyringsstempel 48 som driver det i lengderetningen med tilstrekkelig støt til å bevirke at avfyringsnålen 64 aktiviserer initiatoren 82. I en foretrukken utførelse er et trykk på 6,895 MPa tilstrekkelig til å drive det første avfyringsstempel 48.

Det vises nå spesielt til fig- 6 hvor det er avbildet et avfyringshode 10 når det aktiveres ved å bevege aktiviseringsstempelet oppad slik som ved bruk av en fiskemuffe 114. Aktivisering på denne måte er lik med aktivisering gjennom bruk av en pigg, med det unntak at når aktiviseringsstempelet 30 beveges oppad, beveges den utvidede ende 44 av aktiviseringsstempelet 30 oppad og ut av kravenes 50 nærhet. Kravene 5 0 beveger seg da ut av forsenkningene 54 i det andre avfyringsstempel 62 og det første avfyringsstempel 48 vil bevege seg nedad som bevirker at avfyringsnålen 64 aktiviserer initiatoren 82.

Det vises nå til fig. 7 hvor det er vist et avfyringshode 10 etter aktivisering kun gjennom bruk av hydrostatisk trykk. Som indikert tidligere vil kammeret 86 under det første og andre avfyringsstempel 48 og 62 respektivt, være ved atmosfærisk trykk. Også som indikert tidligere holdes det andre avfyringsstempel 62 i en første, øvre stilling med skjærtappene 78. Når hydrostatisk trykk på den øvre side av det andre avfyringsstempel 62 når en terskel tilstrekkelig til å avskjære skjærtappene 78 vil det andre avfyringsstempel 62, sammen med doren 34 og det første avfyringsstempel 48, drives nedad for å bringe avfyringsnålen 64 til operativ kontakt med initiatoren 82. Således virker aktiviseringsmekanismen 22 som et stempel inne i festehylsen 68 i respons til hydrostatisk trykk.

Fagmannen vil innse at selv om betjeningen av avfyringshodet 10 er blitt beskrevet i forbindelse med anvendelsen av ringromstrykket i huset 20 for å bevege det første og andre avfyringsstempel 48 og 62, kan det innvendige av avfyringshodet 10 isteden utsettes for hydrostatisk trykk i produk-sjonsrørstrengen for å bevirke betjening av det første og andre avfyringsstempel 48 og 62.

Det vises nå til fig. 8 hvor det er vist en alternativ utførelse av et avfyringshode 120 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Avfyringshodet 120 avviker fra avfyringshodet 10 ved at aktiviseringsmekanismen 22 vil støte mot en eksplosiv detonatorladning 122 for umiddelbart å detonere perforeringskanonen 12, istedenfor å initiere en initiator-ladning for å begynne en tidsforsinket detonering av perforeringskanonen 12 som ble gjort med utførelsen ifølge fig. 1-7. Ettersom avfyringshodet 120 er lik i oppbygning og virkemåte med avfyringshodet 10 vil kun de vesentlige forskjeller bli omtalt her.

Huset 124 til avfyringshodet 120 innbefatter en avsats 126 mot hvilken en tennblokk 128 er i anlegg. Tennblokken 128 innbefatter en sentral boring 130 som rommer en konvensjonell initiator 122. Initiatoren 122 er avtettet i boringen 130, slik som med 0-ringer 132, for å sikre at kammeret 86 er ved atmosfærisk trykk. Tennblokken 128 kan holdes i huset 124 med en holdering 134, eller med enhver annen konvensjonell innretning. Detonatoren 122 er fortrinnsvis holdt i tennblokken 128 med en holdering 136. Funksjonen til aktiviseringsmekanismen 22 for avfyringshodet 120 er identisk med den som tidligere er beskrevet med hensyn til avfyringshodet 10 ifølge fig. 1-7. Således er tre alternative metoder for aktivisering tilveiebragt for å aktivisere avfyringshodet 120 og for derved umiddelbart å detonere perforeringskanonen 12.

Claims (5)

1. Avfyringshode (10) for å aktivisere en produksjonsrørfremført perforeringsanordning (12), omfattende et langstrakt rørformet hus (20) som er koplet til produksjonsrørstrengen; en aktivi seringsmekanisme (22) anordnet inne i huset (20), og som innbefatter et aktiviseringsstempel (30) som er frigjørbart fastholdt i en første stilling med holdeinnretninger (36) og som er bevegbart fra den første stillingen til en andre stilling som respons på en mekanisk kraft påført hovedsakelig langs lengdeaksen til avfyringshodet; et første avfyringsstempel (48) anordnet koaksielt i forhold til aktiviseringsstempelet (30), og som er bevegbart fra en første fastholdt stilling til en andre stilling, idet det første avfyringsstempel (48) er fastholdt i sin første stilling inntil avfyringshodet (10) er aktivert, hvoretter det beveges til sin andre stilling som respons på hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen og antenner en initiatorlad-ning (82) for å bevirke detonering av perforeringsanordningen (12), karakterisert ved at et andre avfyringsstempel (62) er anordnet koaksielt i forhold til det første avfyringsstempel (48), hvilket andre avfyringsstempel er bevegbart fra en første fastholdt stilling til en andre stilling; at aktiviseringsmekanismen (22) videre innbefatter innretninger (50) for å holde det første avfyringsstempel (48) i fast forhold til det andre avfyringsstempel (62), hvilke holdeinnretninger (50) er frigjørbare ved bevegelse av aktiviseringsstempelet (30) i forhold til det første stempel (48); og innretninger (78) for frigjørbart å holde det andre stempel (62) i den første stilling i forhold til huset (20), hvilket andre avfyringsstempel (62) er frigjørbart som respons på tilført hydraulisk trykk i produksjonsrørstrengen, idet det første (48) og andre stempel (62) beveger seg sammen til sine respektive andre stilling etter at det andre stempel (62) er frigjort, og hvor initiatorladningen (82) antennes som respons på bevegelse av det første (48) eller andre avfyringsstempel (62) til sin andre stilling for å bevirke detonering av perforeringsanordningen.

2. Avfyringshode ifølge krav 1, karakterisert ved at det første avfyringsstempel (48) er festet i fast forhold til det andre avfyringsstempel (62) av aktiviseringsstempelet (30) når aktiviseringsstempelet er i den første stilling.

3. Avfyringshode ifølge krav 1, karakterisert ved at holdeinnretningene (50) innbefatter et antall frigjørbare elementer (50) som gjør inngrep med det første og andre avfyringsstempel når aktiviseringsstempelet (30) holdes i den første stilling.

4. Avfyringshode ifølge krav 1, karakterisert ved at initiatorladningen (82) utgjøres av en tenn-ladningsanordning (82) operativt tilknyttet et forsinkelseselement (94).

5 . Avfyringshode ifølge krav 1, karakterisert ved at initiatorladningen (82) utgjøres av en eksplosiv detonatorladning (122).