NO20140702A1

NO20140702A1 - Autonom ventil med temperaturresponsiv anordning

Info

Publication number: NO20140702A1
Application number: NO20140702A
Authority: NO
Inventors: Vidar Mathiesen; Haavard Aakre; Bjørnar Werswick
Original assignee: Statoil Petroleum As
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2014-06-04
Also published as: GB2510722A; US20140209822A1; GB201403429D0; GB2510722B; BR112014005248A2; BR112014005248B1; WO2013034185A1; CA2848243A1; CA2848243C; RU2014110964A; US9752698B2

Abstract

Selvjusterbar ventil eller strømningsstyringsanordning for styring av strømningen av ett fluid fra ett rom eller område til et annet ved å utnytte Bernoulli-prinsippet, for å styre strømningen av fluid, slik som olje og/eller gass, inkludert eventuelt vann, fra et olje eller gassreservoar og inn i et produksjonsrør i en brønn i olje- og/eller gassreservoaret, fra en innløpsport på en innløpsside til en utløpsport på en utløpsside av anordningen, hvori ventilen omfatter et bevegelig ventillegeme anordnet til å påvirkes av en temperaturresponsiv anordning og hvori ventillegemet er anordnet til å aktiveres mot dens stengte posisjon av den temperaturresponsive anordningen som respons på en forhåndsbestemt økning i temperaturen i fluidet som omgir og/eller går inn i ventilen, anordnet slik at: Den temperaturresponsive anordningen omfatter en utvidbar innretning omfattende en forseglet struktur i det minste delvis fylt med et utvidbart materiale, hvori det utvidbare materialet, og følgelig også en utvidbare innretningen er anordnet for å utvides og forårsake en forskyvning av det bevegelige ventillegemet mot sin stengte stilling når fluidets temperatur overskrider en forhåndsbestemt temperatur.

Description

Autonom ventil med temperaturresponsiv anordning

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelsen angår en temperaturresponsiv autonom ventilanordning og fremgangsmåte. Ventilen kan for eksempel anvendes til å oppnå konstant massestrømning av hydrokarboner inn i et produksjonsrør i et brønnhull.

KJENT TEKNIKK

Anordninger for å utvinne olje og gass fra lange, horisontale og vertikale brønner er kjent fra US patentpublikasjoner nr. 4 821 801, 4 858 691, 4,577,691 og GB patentsøknad nr. 2169018. Disse kjente anordningene omfatter et perforert dreneringsrør med for eksempel et filter for styring av sand rundt røret. En betydelig ulempe med de kjente anordningene for olje- og/eller gassproduksjon i sterkt permeable geologiske formasjoner er at trykket i dreneringsrøret øker eksponentielt i oppstrømsretningen som et resultat av strømningsfriksjonen i røret. Siden differensialtrykket mellom reservoaret og dreneringsrøret vil avta oppstrøms som et resultat, vil mengden av olje og/eller gass som strømmer fra reservoaret inn i dreneringsrøret avta tilsvarende. Den totale oljen og/eller gassen som produseres på denne måten vil derfor være lav. Med tynne oljesoner og høypermeable geologiske formasjoner er det videre en stor risiko for koning, dvs. strømning av uønsket vann eller gass inn i dreneringsrøret nedstrøms, hvor hastigheten til oljestrømningen fra reservoaret til røret er størst.

Ved utvinning av olje fra reservoarer ved injisering av damp eller ved hjelp av forbrenning, kan differensialtrykket variere langs dreneringsrøret. Dette kan forårsake problemer dersom injisert damp eller forbrenningsgass når ventilene som anvendes for å drenere fluid fra reservoaret inn i produksjonsrøret, ettersom mange slike ventiler ikke er i stand til å stenges for å hindre at damp eller forbrenningsgass kommer inn i produksjonsrøret. Især kan inntrengning av damp eller forbrenningsgass, hvis differensialtrykket er relativt lavt, føre til en "kortslutning" av injiseringstrykket og produksjonstrykket. Dette vil føre til at differensialtrykket faller ytterligere, noe som har en negativ virkning på dreneringsprosessens virkningsgrad (injisert energi vs. produsert oljevolum).

Et ytterligere resultat av områder med lav trykkforskjell i kombinasjon med høy temperatur, eller heteflekker (eng. hot spots), er at fluid med lav viskositet fra høytemperaturområdene i reservoaret vil dominere innstrømningen inn i produksjonsrøret. På denne måten vil produksjonsrøret ha en uønsket innstrømningsprofil langs sin lengde.

Fra World Oil, vol. 212, N. 11 (11/91), s. 73-80, er det tidligere kjent å dele opp et dreneringsrør i seksjoner med en eller flere innstrømningsbegrensningsanordninger som glidehylser eller strupeanordninger. Imidlertid omhandler denne referansen hovedsakelig anvendelse av innstrømningsstyring for å begrense innstrømningshastighet for opphullssoner og derved unngå eller redusere koning av vann og eller gass.

WO-A-9208875 beskriver et horisontalt produksjonsrør omfattende en flerhet av produksjonsseksjoner som er forbundet med blandekamre som har en større innvendig diameter enn produksjonsseksjonene. Produksjonsseksjonene har en ekstern slisset foring som kan anses å utføre en filtreringshandling. Imidlertid skaper sekvensen av seksjoner med forskjellige diametere strømningsturbulens og forhindrer kjøringen av overhalingsverktøy som drives langs den ytre overflaten av produksjonsrøret.

Anordninger som beskrevet i WO2009/088292 og WO 2008/004875 er robuste, tåler store krefter og høye temperaturer, kan hindre drawdown (variasjoner i differensialtrykk), trenger ingen energiforsyning, tåler sandutvikling, men er likevel pålitelige, enkle og svært billige. Imidlertid kan det gjøres flere forbedringer for å øke ytelsen og levetiden til de ovennevnte anordningene, i hvilke mange av de forskjellige utførelsesformene av WO2009/088292 og WO 2008/004875 beskriver en skive som ventilens bevegelige legeme.

Ved utvinning av olje og eller gass fra geologiske produksjonsformasjoner blir fluider i forskjellige kvaliteter, dvs. olje, gass, vann (og sand) produsert i forskjellige mengder og blandinger avhengig av formasjonens egenskap eller kvalitet. Ingen av de ovennevnte kjente anordningene er i stand til å skille mellom og styre innstrømningen av olje, gass eller vann på basis av deres relative sammensetning og/eller kvalitet. Spesielt er de kjente anordningene ikke i stand til å utføre en tilfredsstillende styring av variasjoner i innstrømningen inn i produksjonsrøret på grunn av variasjoner i differensialtrykket forårsaket av temperaturvariasjoner. WO 2008/004875 beskriver en temperaturresponsiv ventil, men den foreslåtte løsningen involverer bøyning av det bevegelige ventillegemet ved hjelp av et bimetallisk element. Den foreslåtte løsningen er relativt komplisert og krever et kostbart ventillegeme som er utsatt for slitasje på grunn av gjentatt deformasjon. WO 2005/103443 beskriver en temperaturresponsiv ventil, hvor materialet av et ventillegeme har en lineær utvidelseskoeffisient som er større enn brønnrørmaterialets utvidelseskoeffisient. Når temperaturen stiger, utvides ventillegemet mer enn brønnrøret og beveger seg i retningen av sin stengte posisjon og dekker åpningen. Denne løsningen vil gi en relativt lang responstid og forårsake at store mengder gass og/eller varm væske kommer inn i dreneringsrøret for å forstyrre strømningen gjennom dreneringsrøret.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en forbedret ventilanordning som tar sikte på å minimalisere problemene knyttet til variasjoner i innstrømningen inn i produksjonsrøret på grunn av temperaturvariasjoner.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen tilveiebringer en selvjusterbar ventil og en fremgangsmåte som angitt i de vedføyde patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen er fortrinnsvis tilveiebrakt en innstrømningsstyreanordning eller ventil, hvilken er selvjusterende eller autonom. Oppfinnelsen kan også tilpasses andre typer styrbare ventiler som egner seg for dette formålet. Et fellestrekk for ventilene ifølge oppfinnelsen er muligheten til automatisk å stenge ventilen og forhindre innstrømning inn i et produksjonsrør som respons på en økning i temperaturen i fluidet som omgir og/eller kommer inn i ventilanordningen. Innstrømningsstyreanordningene kan lett monteres i veggen på et produksjonsrør og tillater anvendelsen av overhalingsverktøy. Anordningen er konstruert for å "skjelne" mellom olje og/eller gass og/eller vann og er i stand til å regulere strømningen eller innstrømningen av olje eller gass avhengig av hvilket av disse fluidene strømningsstyringen kreves for.

Ifølge en foretrukket utførelsesform vedrører oppfinnelsen en selvjusterbar ventil eller strømningsstyreanordning som styrer strømningen av et fluid fra ett rom eller område til et annet ved å utnytte Bernoulli-prinsippet for å styre strømningen av fluidet, dvs. olje og/eller gass, inkludert eventuelt vann, fra et reservoar og inn i et produksjonsrør i en brønn i olje- og/eller gassreservoaret. Produksjonsrøret kan omfatte et nedre dreneringsrør fortrinnsvis inndelt i en eller flere seksjoner som hver har en eller flere innstrømningsstyreanordninger som tillater fluidkommunikasjon mellom den geologiske produksjonsformasjonen og det indre strømningsrommet i dreneringsrøret. Fluid kan strømme mellom en innløpsport på en innløpsside som vender mot formasjonen, til en utløpsport på en utløpsside av anordningen, hvilken utløpsside vender mot det indre av produksjonsrøret. Ventilen omfatter ytterligere et bevegelig ventillegeme anordnet til å påvirkes av en temperaturresponsiv anordning. Ventillegemet er anordnet til å aktiveres mot sin stengte stilling av den temperaturresponsive anordningen som respons på en forhåndsbestemt økning i temperaturen i fluidet som omgir og/eller går inn i ventilen.

Den temperaturresponsive anordningen kan omfatte en forseglet utvidbar anordning som i det minste delvis er fylt med et materiale som er anordnet til å gjennomgå en vesentlig utvidelse når temperaturen i fluidet som omgir anordningen øker. Fortrinnsvis skal utvidelsen være tilstrekkelig til i det vesentlige eller fullstendig å stenge ventilen når temperaturen i fluidet som omgir den temperaturresponsive anordningen øker over en forhåndsbestemt verdi. En slik utvidelse kan for eksempel oppnås ved å velge et materiale som gjennomgår en faseforandring ved en forhåndsbestemt temperatur. Et eksempel på en slik faseforandring er en væske som koker ved eller over en forhåndsbestemt temperatur. Fluidmaterialet velges avhengig av hvor produksjonsrøret er anbrakt. For eksempel kan et produksjonsrør som er anbrakt på en dybde av 300 meter bli utsatt for press på 25-30 bar og temperaturer på 250-290 °C under normale produksjonsforhold. For å forhindre en plutselig innstrømning av damp med en høyere temperatur gjennom ventilen, kan den utvidbare innretningen fylles med en alkohol/vannblanding som koker ved f.eks. 280 °C. Ved en uønsket økning av temperaturen i fluidet som strømmer gjennom ventilen er den utvidbare innretningen anordnet til å utvides og forårsake en forskyvning av det bevegelige ventillegemet mot stengt stilling når temperaturen av fluidet overskrider den forhåndsbestemte temperaturen. På denne måten kan ventilen stenges for å hindre at kokende eller avdampende vann trenger inn i produksjonsrøret. Avdamping eller koking kan forekomme når trykkforskjellen over innstrømningsstyreanordningen er forholdsvis lav. Dersom kokende eller avdampende vann tillates å trenge inn i produksjonsrøret, fører dette til en "kortslutning" av injiseringstrykk og produksjonstrykk og fører til at differensialtrykket faller ytterligere. Dette har en negativ effekt på dreneringsprosessens virkningsgrad, som beskrevet ovenfor. Andre uønskede fluider som kan forhindres i å komme inn i produksjonsrøret er varme produksjonsgasser eller forbrenningsgasser som benyttes for å øke produksjonsraten.

For å kunne styre åpningen og stengningen av ventilen ved varierende temperaturer, kan den utvidbare innretningen være anordnet i kontakt med fluidet som omgir produksjonsrøret eller strømmer gjennom ventilen.

Ifølge et første eksempel er den utvidbare innretningen anordnet i et fluidkammer i ventilen, hvilket kammer inneholder det bevegelige ventillegemet som styrer fluidstrømningen gjennom ventilen. Dette eksemplet vil vanligvis bli anvendt til autonome ventiler omfattende et kammer inneholdende et bevegelig ventillegeme i form av en flat sirkulær skive eller et konisk legeme med en flat base. Det bevegelige ventillegemets stilling blir normalt styrt av en innstrømning av fluid fra et innløp beliggende vendt mot midten av det bevegelige ventillegemet og strømmende radialt utover over i det minste et parti av det bevegelige ventillegemet og mot et utløp. Et eksempel på et slikt bevegelig ventillegeme eller skive er vist i WO 2008/004875 A1, og vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor. I dette eksempel er den utvidbare innretningen beliggende på den motsatte siden av skiven i forhold til fluidinnløpet. Den utvidbare innretningen kan festes til et parti av fluidkammeret og utvides i kontakt med det bevegelige ventillegemet. Alternativt kan den utvidbare innretningen festes til det bevegelige ventillegemet og utvides i kontakt med fluidkammeret.

Når det skjer en uønsket økning i temperaturen i fluidet som strømmer gjennom ventilen, overføres varme fra det varme fluidet til den utvidbare innretningen, delvis gjennom det bevegelige ventillegemet og delvis rundt de ytre kantene derav til rommet mellom kammeret og det bevegelige ventillegemet hvor den utvidbare innretningen er beliggende. Hvis den utvidbare innretningen inneholder et fluid, vil fluidet gjennomgå en faseforandring og begynne å koke når fluidet som strømmer gjennom ventilen overskrider en forhåndsbestemt temperatur. Dette fører til utvidelsen av den utvidbare innretningen på grunn av økningen i trykk og volum inne i nevnte utvidbare innretning. Ettersom den utvidbare innretningen utvides, vil den fortrenge det bevegelige ventillegemet mot stengt stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen.

Ifølge et andre eksempel er den utvidbare innretningen anordnet i en fluidledning i serie med fluidstrømningen gjennom en ventil. I dette eksempelet er den utvidbare innretningen beliggende i en ledning gjennom hvilken hele eller en del av fluidstrømningen passerer, før den passerer gjennom ventilen som skal styres. Den utvidbare innretningen er direkte eller indirekte forbundet med et bevegelig ventillegeme eller en aktuator som styrer ventilen, for å virke på ventillegemet for å stenge ventilen. Ettersom den utvidbare innretningen utvides, vil den tvinge det bevegelige ventillegemet mot stengt stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen.

Ifølge et tredje eksempel er den utvidbare innretningen anordnet i en fluidledning parallelt med fluidstrømningen gjennom en ventil. I dette eksempelet er den utvidbare innretningen beliggende i en ledning gjennom hvilken en del av fluidstrømningen passerer, hvilken delstrømning går utenom ventilen som skal styres. Den utvidbare innretningen er direkte eller indirekte forbundet med et bevegelig ventillegeme eller en aktuator som styrer ventilen, for å virke på ventillegemet for å stenge ventilen. Ettersom den utvidbare innretningen utvides, vil den tvinge det bevegelige ventillegemet mot stengt stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen.

Ifølge én utførelsesform inneholder den utvidbare innretningen et fluid som har et lavere kokepunkt enn et varmt fluid, slik som vann, ved trykket i reservoaret som omgir produksjonsrøret. Som angitt ovenfor vil fluidet gjennomgå en faseforandring og begynner å koke når det varme fluidet fra formasjonen som strømmer gjennom ventilinnløpet og forbi den utvidbare innretningen overskrider en forhåndsbestemt temperatur. Økningen i gasstrykket inne i den utvidbare innretningen, forårsaket av fordampning av fluidet, vil i sin tur føre til en økning i volumet av den utvidbare innretningen. Dette vil resultere i en forskyvning av et bevegelig ventillegeme som er i kontakt med eller påvirkes direkte eller indirekte av den utvidbare innretningen. Fluidet kan bestå av en egnet alkohol, en alkohol/vannblanding eller aceton. Fluidet velges avhengig av dets kokepunkt ved et forhåndsbestemt trykk, hvilket trykk er avhengig av trykket som virker på produksjonsrøret på plasseringsstedet for ventilen, eller innstrømningsanordningen. Egenskapene til det valgte materialet bestemmer hastigheten ved hvilken ventilen kan stenges. På denne måten kan anvendelsen og den ønskede reaksjonshastigheten til den autonome ventilen bestemme hvilket materiale som anvendes.

Den utvidbare innretningen kan være en lukket beholder i det minste delvis fylt med et fluidmateriale. Beholderen kan ha et forhåndsbestemt generell form med i det minste et parti som er ettergivende deformerbart, eller være i form av en pose med en ikke-bestemt form, hvilken beholder er anordnet til å utvides i en forhåndsbestemt retning med økende temperaturer. Beholderen kan ha en forhåndsbestemt grunnform, slik som en sylinder, med korrugerte eller bølgeformede kanter som strekker seg rundt dens omkrets for å tillate utvidelse i en forhåndsbestemt retning. I tilfellet med en ventil med et bevegelig ventillegeme i form av en skive beliggende i et kammer, kan sylinderens endeflater være anordnet til å komme i kontakt med henholdsvis det bevegelige ventillegemet og kammeret. Sylinderen kan da drives som en belg anordnet for å utvides i en forhåndsbestemt retning.

Alternativt kan den utvidbare innretningen være en forseglet fleksibel eller ettergivende beholder slik som en pose. En slik ettergivende beholder kan ha en i det vesentlige formløs form, anordnet til å utvides i alle retninger. Ved oppvarming over den forhåndsbestemte temperaturen er beholderen anordnet til å utvides jevnt inntil den avgrenses mellom et fast underlag og en komponent som skal fortrenges. I tilfellet med en ventil med et bevegelig ventillegeme i form av en skive beliggende i et kammer, vil beholderen bli avgrenset av en kammervegg og skiven. Ytterligere utvidelse av beholderen forårsaker forskyvning av skiven. En fleksibel eller ettergivende beholder av denne typen kan også ha minst ett forsterket parti for å lette festet av beholderen. Et ytterligere forsterket parti kan tilveiebringes for å sikre kontakt mellom det utvidende partiet av beholderen og det bevegelige ventillegemet eller aktuatoren som skal fortrenges.

Som angitt ovenfor kan beholderen som utgjør den utvidbare innretningen festes til et parti av fluidkammeret og være utvidbart i kontakt med et bevegelig ventillegeme. Alternativt kan den utvidbare innretningen festes til det bevegelige ventillegemet og utvidbar i kontakt med en vegg i fluidkammeret. Disse alternativene er å foretrekke for beholdere som har en grunnform, med en forhåndsbestemt utvidelsesretning. Ifølge et ytterligere alternativ kan den utvidbare anordningen bli holdt i en ønsket stilling av fikseringsanordninger på det bevegelige ventillegemet eller kammerveggen, uten å være fysisk festet til noen av komponentene. Dette alternativet er å foretrekke for beholdere som har en i det vesentlige formløs form, som kan utvides ensartet i alle retninger.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj, kun i form av eksempler, med henvisning til de vedlagte figurene. Det skal forstås at tegningene utelukkende er utarbeidet for illustrasjonsformål og ikke er ment som en definisjon av oppfinnelsens grenser. Det skal videre forstås at tegningene ikke nødvendigvis er tegnet i målestokk, og at hvis ikke annet er angitt, er de kun ment å illustrere konstruksjonene og fremgangsmåtene beskrevet heri skjematisk.

Figur 1 viser en autonom ventilanordning tilveiebrakt med en

strømningsstyreanordning ifølge oppfinnelsen;

Figur 2A viser et tverrsnitt gjennom en første ventilanordning; Figur 2B viser et tverrsnitt gjennom en andre ventilanordning; Figur 3A viser en ventilanordning som vist i figur 2A tilveiebrakt med en

varmeutvidbar innretning ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen;

Figur 3B viser en ventilanordning som vist i figur 2B tilveiebrakt med en

varmeutvidbar innretning ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen;

Figur 4 viser en ventilanordning tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning

ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen, og

Figur 5 viser en ventilanordning tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning

ifølge en fjerde utførelsesform av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 viser et produksjonsrør 11 tilveiebrakt med en åpning i hvilken en autonom ventilanordning 12 ifølge oppfinnelsen. Ventilanordningen 12 er spesielt nyttig for styring av fluidstrømningen fra et underjordisk reservoar og inn i et produksjonsrør 11 i en brønn i olje- og/eller gassreservoaret, mellom en innløpsport 13 på en innløpsside til i det minste én utløpsport (ikke vist) på en utløpsside av den autonome ventilanordningen 12. Komponenten som utgjør hele den autonome ventilanordningen blir deretter i det følgende betegnet som en "ventilanordning", mens de aktive komponentene som er nødvendige for styring av strømningen ofte blir betegnet som en "strømningsstyreanordning". Innløpssiden av den autonome ventilanordningen 12 befinner seg i åpningen på den ytre siden 14 av produksjonsrøret 11, mens utløpssiden befinner seg på den indre siden 15 av produksjonsrøret 11. I det etterfølgende er betegnelser slik som "indre" og "ytre" brukt for å definere stillinger i forhold til den indre og ytre overflaten av ventilanordningen når den er montert i et rør 11 (se figur 1).

En ventil egnet for anvendelse i utførelsesformene som er nevnt i dette første eksempelet kan være av den typen som er beskrevet i den publiserte søknaden WO 2008/004875 eller i den inngitte internasjonale søknaden PCT//EP2011/050471.

Figur 2A viser et tverrsnitt gjennom en ventilanordning 12a, som beskrevet i WO 2008/004875. Anordningen består av et første skiveformet huslegeme 21 med et ytre sylindrisk segment 22 og et indre sylindriske segment 23 og med et sentralt hull eller en innløpsport 13a og et andre skiveformet holderlegeme 24 med et ytre, sylindrisk segment 25, samt en fortrinnsvis flat skive eller fritt bevegelig ventillegeme 26 tilveiebrakt i en åpen fordypning eller kammer 27 dannet mellom det første 21 og det andre 24 skiveformede hus- og holderlegemene. Ventillegemet 26 kan for bestemte anvendelser og justeringer fravike fra den flate formen og ha en delvis konisk eller halvsirkelformet form som vender mot innløpsporten 13a. Som det fremgår av figuren passer det sylindriske segmentet 25 av det andre skive-formede holderlegemet 24 inn i og strekker seg i motsatt retning av det ytre sylindriske segmentet 22 av det første skiveformet huslegemet 21, idet det derved danner en strømningsbane som vist ved pilene A, der fluidet kommer inn i styreanordningen gjennom det sentrale hullet eller innløpsporten 13a og strømmer mot og radialt langs skiven 26 før det strømmer gjennom en ringformet åpning 28 dannet mellom de sylindriske segmentene 23 og 25 og videre ut gjennom den ringformede åpningen eller utløpsporten 29 som dannes mellom de sylindriske segmentene 22 og 25. I figur 2A fremstår høyre side av utløpsporten 29 som sperret, men dette er bare fordi tverrsnittet er tatt ved en posisjon hvor det er et fast støtteparti (som er ett av tre slike støttepartier) mellom de sylindriske delene 22 og 25. Derfor er utløpsporten 29 ikke sperret, og er faktisk ringformet. I en senere versjon av denne ventilen er det ingen slike støttepartier, og utløpsporten 29 er åpen helt rundt. De to skiveformede hus- og holderlegemene 21, 24 er festet til hverandre med en skrueforbindelse, sveising eller andre innretninger (ikke vist i figuren). Hele ventilanordningen er avtakbart montert i en åpning gjennom et produksjonsrør ved hjelp av en gjengeforbindelse som er angitt i figur 2A.

Under drift er innløpsporten 13a forbundet med fordypningen 27 ved hjelp av en sentral apertur eller åpning, hvori fluidet er anordnet til å strømme inn i fordypningen 27 gjennom den sentrale aperturen fra formasjonen. Fluidet er deretter anordnet til å strømme ut av fordypningen 27 radialt på tvers av et parti av en første overflate 26a av ventillegemet, idet denne første overflaten vender mot innløpsporten 13a, og gjennom en ringformet åpning 28 i ventilhuset mot en ringformet utløpsport 29.

Den foreliggende oppfinnelsen utnytter effekten av Bernoullis lære om at summen av statisk trykk, dynamisk trykk og friksjon er konstant langs en strømningslinje:

Med henvisning til ventilen vist i figur 2A, kan trykkforskjellen over skiven 26 uttrykkes som følger ved å utsette det bevegelige ventillegemet eller skiven 26 for en fluidstrømning, hvilket er tilfellet med den forliggende oppfinnelsen:

På grunn av lavere viskositet vil et fluid som gass strømme raskere langs skiven mot utløpet. Dette resulterer i en reduksjon av trykket på området A2over skiven, mens trykket som virker på området A3under skiven 28 forblir statisk. Ettersom skiven 26 er fritt bevegelig inne i fordypningen, vil den bevege seg oppover og derved begrense strømningsbanen mellom skiven 26 og den første overflaten 26a av fordypningen 26. Således beveger skiven 26 seg nedover eller oppover, avhengig av viskositeten i fluidet som strømmer gjennom, hvorved dette prinsippet kan anvendes for å styre fluidstrømmen gjennom anordningen.

Videre vil trykkfallet gjennom en tradisjonell innstrømningsstyreanordning (ICD) med fast geometri være proporsjonal med det dynamiske trykket:

hvor konstanten K hovedsakelig er en funksjon av geometrien og mindre avhengig av Reynolds-tallet. I styreanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil strømningsområdet avta når differensialtrykket øker, slik at volumstrømmen gjennom styreanordningen ikke, eller nesten ikke, øker når trykkfallet øker. Følgelig er gjennomstrømningsvolumet for den foreliggende oppfinnelsen i det vesentlige konstant over et gitt differensialtrykk. Dette representerer en vesentlig fordel med den foreliggende oppfinnelse, ettersom den kan anvendes for å sikre et i det vesentlige konstant volum som strømmer gjennom hver seksjon i hele den horisontale brønnen, noe som ikke er mulig med faste innstrømningsstyreanordninger.

Ved produksjon av olje og gass kan strømningsstyreanordningen ifølge oppfinnelsen ha to ulike anvendelser: Anvendelse som innstrømningsstyreanordning for å redusere innstrømning av vann eller gass, eller for opprettholdelse av en konstant strømning gjennom strømningsstyreanordningen. Ved konstruksjon av styreanordningen ifølge oppfinnelsen for forskjellige anvendelser, for eksempel konstant fluidstrømning, vil de ulike områder og trykksoner ha innvirkning på anordningens virkningsgrad og gjennomstrømningsegenskaper. De forskjellige områdene/trykksonene (angitt i figur 2A), kan deles inn i: - A1, P1 er henholdsvis innstrømningsområde og trykk. Kraften (P1<*>A1) som genereres i innløpsporten 13a av dette trykket vil forsøke å åpne styreanordningen (bevege skiven eller legemet 28 nedover). - A2, P2 er området og trykket i sonen mellom en første overflate av skiven 26a og fordypningen 27, hvor hastigheten vil være størst og følgelig representere en dynamisk trykkilde. Området befinner seg mellom innløpsporten 13a og den ringformede åpningen 28 ut av fordypningen 27. Det resulterende dynamiske trykket vil forsøke å stenge styreanordningen ved å bevege skiven eller legemet 26 mot innløpsporten etter som strømningshastigheten øker og trykket reduseres. - A3, P3 er området og trykket ved den ringformede åpningen 28 ut av fordypningen 27. Trykket skal være det samme som brønntrykket (innløpstrykket). - A4, P4 er området og trykket bak den bevegelige skiven 26, mellom en andre overflate 26b av skiven 26 (på motsatt side av den første overflaten 26a) og fordypningen 27. Trykket bak den bevegelige skiven skal være det samme som brønntrykket (innløpstrykket). Dette søker å bevege legemet oppover, mot styreanordningens stengte stilling etter som strømningshastigheten øker.

Fluider med forskjellige viskositeter vil tilveiebringe ulike krefter i hver sone avhengig av konstruksjonen av disse sonene, for å optimalisere styreanordningens virkningsgrad og gjennomstrømningsegenskaper vil konstruksjonen av områdene være forskjellige for forskjellige anvendelser, f.eks. konstant volumstrøm, eller i gass/olje- eller olje/vannstrømningen. For hver anvendelse må områdene følgelig være nøye balansert og optimalt konstruert og ta hensyn til egenskaper og fysiske forhold (viskositet, temperatur, trykk osv.) for hver konstruksjonssituasjon.

Figur 2B viser et tverrsnitt gjennom en ventilanordning 12a, som beskrevet i PCT//EP2011/050471. Anordningen består av et første skiveformet huslegeme 31 med et sentralt hull eller en innløpsport 13b og et andre skiveformet holderlegeme 34, samt en fortrinnsvis flat skive eller et fritt bevegelig ventillegeme 36 tilveiebrakt i en åpen fordypning eller kammer 37 dannet mellom det første skiveformede huset 31 og det andre holderlegemet 34. Ventillegemet 36 kan for spesielle anvendelser og justeringer avvike fra den flate formen og ha en delvis konisk eller halvsirkulær overflate som vender mot innløpsporten 13b. En strømningsbane gjennom ventilanordningen er vist med pilene A, der fluidet går inn i styreanordningen gjennom det sentrale hullet eller innløpsporten 13b og strømmer mot og radialt over den ytre omkretsen av skiven 26 før det strømmer gjennom radiale åpninger 39 dannet i det andre holderlegemet 34. Hele ventilanordningen er avtakbart montert i en åpning gjennom et produksjonsrør ved hjelp av en gjengeforbindelse som er angitt i figur 2B.

Under drift er innløpsporten 13b forbundet med fordypningen ved hjelp av en sentral apertur eller åpning, hvori fluidet er anordnet til å strømme inn i fordypningen 37 gjennom den sentrale aperturen fra formasjonen. Fluidet blir deretter anordnet for å strømme ut av fordypningen radialt over en første overflate 26a på ventillegemet, idet den første overflaten vender mot den sentrale aperturen og forbi den ytre omkretsflaten av ventilhuset mot i det minste én utløpsport 39 som kan være radialt (figur 2B) eller aksialt orientert i ventilanordningen.

Ventilanordningen i figur 2B utnytter Bernoulli-effekten, på samme måte som ventilen i figur 2A, hvilken lærer at summen av statisk trykk, dynamisk trykk og friksjon er konstant langs en strømningslinje. Hovedforskjellen mellom disse ventilene er at beregningene for bestemmelse av trykkforskjellen over skiven ikke inkluderer området A3 (figur 2A), ettersom uttaket er beliggende utenfor skivens omkrets. Dessuten anvender ikke ventilanordningen vist i figur 2B det statiske trykket på området A4, under skiven, ettersom fluidet forlater kammeret 37 radialt utenfor skiven 26. Figurene 2A og 2B illustrerer den normale funksjonen til en autonom ventil av denne typen. Driften av en slik ventilanordningen tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning ifølge oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med figurene 3A og 3B. Figur 3A viser en ventilanordning som vist i figur 2A tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen. For tilsvarende deler av ventilen benyttes de samme henvisningstallene. Ifølge dette eksemplet er en utvidbar innretning i form av en belg 20 anordnet i et fluidkammer 27 i ventilen, hvilket kammer inneholder et bevegelig ventillegeme i form av en skive 26 som styrer fluidstrømningen gjennom ventilen. Skivens 26 stilling styres vanligvis av en innstrømning av fluid fra en innløpsport 13a beliggende vendt mot midten av skiven 26 og strømmende radialt utover over i det minste et parti av skiven 26 og mot en utløpsport 29. I dette eksempelet befinner belgen 20 seg på motsatt side av skiven 26 i forhold til fluidinnløpsporten 13a. Belgen 20 omfatter en første og en andre i det vesentlige flat endeflate 20a og 20b, som er forbundet med en korrugert seksjon 20c. Den forseglede, utvidbare belgen 20 er i det minste delvis fylt med et fluidmateriale som er anordnet til å gjennomgå en faseforandring ved en forhåndsbestemt temperatur. I dette tilfellet er den første endeflaten 20a av belgen 20 festet til et veggparti av fluidkammeret 27 og er utvidbart i kontakt med skiven 26. Alternativt kan den utvidbare innretningen festes til skiven og kan utvides til å komme i kontakt med et veggparti av fluidkammeret.

Når det skjer en uønsket økning av temperaturen i fluidet som strømmer gjennom ventilen, blir varme overført fra det varme fluidet til belgen 20, delvis gjennom skiven 26 og delvis rundt den ytre kanten av denne til rommet mellom kammeret 27 og skiven 26 hvor den utvidbare innretningen er anbrakt. Hvis den utvidbare innretningen inneholder en væske, vil væsken begynne å koke når fluidet som strømmer gjennom ventilen overskrider en forhåndsbestemt temperatur. Dette forårsaker at belgen 20 utvides på grunn av økningen i trykk og volum inne i belgen 20. Ettersom belgen 20 utvider seg, vil den forskyve skiven 26 mot dens stengte stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen.

Fremgangsmåten for feste av belgen til en veggseksjon, som beskrevet her, kan også benyttes for den utførelsesformen som er vist i figur 3B nedenfor.

Figur 3B viser en ventilanordning som vist i figur 2B tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning ifølge en andre utførelsesform av oppfinnelsen. For tilsvarende deler av ventilen benyttes de samme henvisningstallene. Ifølge dette eksemplet er en utvidbar innretning i form av en belg 30 anordnet i et fluidkammer 37 i ventilen, hvilket kammer inneholder et bevegelig ventillegeme i form av en skive 36 som styrer fluidstrømningen gjennom ventilen. Skivens 36 stilling styres vanligvis av en innstrømning av fluid fra en innløpsport 13a beliggende vendt mot midten av skiven 36 og strømmende radialt utover over i det minste et parti av skiven 36 og mot en utløpsport 39. I dette eksempelet befinner belgen 30 seg på motsatt side av skiven 36 i forhold til fluidinnløpsporten 13a. Belgen 30 omfatter en første og en andre i det vesentlige flat endeflate 30a og 30b, som er forbundet med en korrugert seksjon 30c. Den forseglede, utvidbare belgen 30 er i det minste delvis fylt med et fluidmateriale som er anordnet til å gjennomgå en faseforandring ved en forhåndsbestemt temperatur. I dette tilfellet er den første endeflaten 30a av belgen 30 festet til skiven 36 og er utvidbar til kontakt med en veggseksjon av fluidkammeret 37. Alternativt kan den utvidbare innretningen festes til skiven og kan utvides til å komme i kontakt med et veggparti av fluidkammeret.

Når det skjer en uønsket økning av temperaturen i fluidet som strømmer gjennom ventilen, blir varme overført fra det varme fluidet til belgen 30, delvis gjennom skiven 36 og delvis rundt den ytre kanten av denne til rommet mellom kammeret 37 og skiven 36 hvor den utvidbare innretningen er anbrakt. Hvis den utvidbare innretningen inneholder en væske, vil væsken begynne å koke når fluidet som strømmer gjennom ventilen overskrider en forhåndsbestemt temperatur. Dette forårsaker at belgen 30 utvides på grunn av økningen i trykk og volum inne i belgen 30. Ettersom belgen 30 utvider seg, vil den forskyve skiven 36 mot dens stengte stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen.

Fremgangsmåten for feste av belgen til skiven, som beskrevet her, kan også benyttes for den utførelsesformen som er vist i figur 3A ovenfor.

Den utvidbare innretningen som er beskrevet i forbindelse med figurene 3A og 3B er en stengt beholder i form av en belg, i det minste delvis fylt med et fluidmateriale. Alternativt kan beholderen ha et forhåndsbestemt generell form med i det minste et parti som er elastisk deformerbart, eller være i form av en pose med en ikke-bestemt form. I dette tilfellet kan den utvidbare innretningen bli holdt i en ønsket stilling av fikseringsanordninger på det bevegelige ventillegemet eller kammerveggen, uten å være fysisk festet til noen av komponentene. For eksempel kan den utvidbare innretningen holdes i stilling ved å fikseringsanordninger i form av et antall fremspring som strekker seg inn i kammeret for å støtte det bevegelige ventillegemet i sin endestilling, hvor ventilen er helt åpen. Eksempler på slike støttefremspring finnes i den inngitte internasjonale søknaden PCT//EP2011/050471. Dette alternativet er å foretrekke for utvidbare innretninger som har en i det vesentlige formløs form, hvilke kan ekspandere ensartet i alle retninger. Figur 4 viser en ventilanordning tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen. Ventilanordningen er anordnet til å monteres i en produksjonslinje (ikke vist). Ifølge denne utførelsesformen er en varmeutvidbar innretning i form av en belg 40 anordnet i en fluidledning 41, 42, 43 i serie med fluidstrømningen gjennom ventilanordningen. I dette eksempel er belgen 40 beliggende i et hus 44 tilveiebrakt med en første ledning 41 gjennom hvilken hele fluidstrømningen fra formasjonen passerer, før den sendes til en ventil 45 som skal styres gjennom en andre ledning 42. Fluidstrømningen forlater ventilen 45 gjennom en tredje ledning 43 og kommer inn i produksjonsrøret. Belgen 40 er forbundet med et bevegelig ventillegeme 46 (vist skjematisk) for å virke på ventillegemet for å stenge ventilen 45. Når det skjer en økning av temperaturen i fluidet som strømmer gjennom huset 44 og ventilen 45, blir varme overført fra det varme fluidet til en væske på innsiden av belgen 40. Når fluidet som strømmer gjennom ventilen overskrider en forhåndsbestemt temperatur, vil væsken i belgen 40 begynne å koke. Dette forårsaker at belgen 40 utvides på grunn av økningen i trykk og volum inne i belgen 40. Ettersom belgen 40 utvider seg, vil den tvinge det bevegelige ventillegemet 46 mot dens stengte stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen 45. Figur 5 viser en ventilanordning tilveiebrakt med en varmeutvidbar innretning ifølge en fjerde utførelsesform av oppfinnelsen. Ventilanordningen er anordnet til å monteres i en produksjonslinje (ikke vist). Ifølge denne utførelsesformen er en varmeutvidbar innretning i form av en belg 50 anordnet i en fluidledning 51 parallelt med en hovedledning 52, 53 som tilfører fluidstrømningen gjennom en ventil 55. I dette eksempelet befinner belgen 50 seg i et hus 54 som tilføres via en første ledning 51 gjennom hvilken en del av fluidstrømningen fra formasjonen passerer, hvilken delstrøm går utenom ventilen 55 som skal styres. En andre ledning 52 leverer hovedfluidstrømningen til ventilen 55. Hovedfluidstrømningen forlater ventilen 55 gjennom en tredje ledning 53, som tilsluttes på nytt til den første ledningen 51 før den går inn i produksjonsrøret. Belgen 50 er forbundet med et bevegelig ventillegeme 56 (vist skjematisk) for å virke på ventillegemet for å stenge ventilen 55. Når det skjer en økning av temperaturen i fluidet som strømmer gjennom huset 54 og ventilen 55, blir varme overført fra det varme fluidet til en væske på innsiden av belgen 50. Når fluidet som strømmer gjennom huset 54 overskrider en forhåndsbestemt temperatur, vil væsken i belgen 50 begynne å koke. Dette forårsaker at belgen 50 utvides på grunn av økningen i trykk og volum inne i belgen 50. Ettersom belgen 50 utvider seg, vil den tvinge det bevegelige ventillegemet 56 mot dens stengte stilling, og hvis temperaturøkningen er tilstrekkelig, til slutt stenge ventilen 55.

Claims

1. Selvjusterbar ventil for styring av strømningen av et fluid fra ett rom eller område til et annet ved å utnytte Bernoulli-prinsippet, for å styre strømningen av fluid, slik som olje og/eller gass, inkludert eventuelt vann, fra et olje- eller gassreservoar og inn i et produksjonsrør i en brønn i olje- og/eller gassreservoaret, fra en innløpsport på en innløpsside til en utløpsport på en utløpsside av anordningen, hvori ventilen omfatter et bevegelig ventillegeme anordnet til å påvirkes av en temperaturresponsiv anordning, og hvori ventillegemet er anordnet til å aktiveres mot sin stengte posisjon av den temperaturresponsive anordningen som respons på en forhåndsbestemt økning i temperaturen i fluidet som omgir og/eller går inn i ventilen,karakterisert vedat den temperaturresponsive anordningen omfatter en utvidbar innretning omfattende en forseglet struktur i det minste delvis fylt med et utvidbart materiale, hvori det utvidbare materialet, og følgelig også den utvidbare innretningen, er anordnet for å utvides og forårsake en forskyvning av det bevegelige ventillegemet mot sin stengte stilling når fluidets temperatur overskrider en forhåndsbestemt temperatur.

2. Selvjusterbar ventil ifølge krav 1,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er anordnet i et fluidkammer i ventilen, hvilket kammer inneholder det bevegelige ventillegemet som styrer fluidstrømningen gjennom ventilen.

3. Selvjusterbar ventil ifølge krav 2,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er festet til en del av fluidkammeret og er utvidbar til kontakt med det bevegelige ventillegemet.

4. Selvjusterbar ventil ifølge krav 2,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er festet til det bevegelige ventillegemet og er utvidbar til kontakt med fluidkammeret.

5. Selvjusterbar ventil ifølge hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er anordnet i et fluidkammer i ventilen, hvilket kammer inneholder det bevegelige ventillegemet som styrer fluidstrømningen gjennom ventilen.

6. Selvjusterbar ventil ifølge hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er anordnet i en fluidledning parallelt med fluidstrømningen gjennom ventilen.

7. Selvjusterbar ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er anordnet i en fluidledning i serie med fluidstrømningen gjennom ventilen.

8. Selvjusterbar ventil ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene,karakterisert vedat den utvidbare innretningen inneholder et fluidmateriale.

9. Selvjusterbar ventil ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene,karakterisert vedat den utvidbare innretningen inneholder et fluid anordnet til å gjennomgå en faseforandring ved den forhåndsbestemte temperaturen.

10. Selvjusterbar ventil ifølge hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den utvidbare innretningen inneholder et fluid som har et lavere kokepunkt enn vann ved trykket i reservoaret som omgir produksjonsrøret.

11. Selvjusterbar ventil ifølge krav 10,karakterisert vedat fluidet omfatter en alkohol.

12. Selvjusterbar ventil ifølge krav 10,karakterisert vedat fluidet omfatter en alkohol/vannblanding.

13. Selvjusterbar ventil ifølge krav 10,karakterisert vedat fluidet omfatter aceton.

14. Selvjusterbar ventil ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene,karakterisert vedat den utvidbare innretningen er anordnet for å utvides i en forhåndsbestemt retning.

15. Selvjusterbar ventil ifølge hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat den utvidbare innretningen omfatter en belg.

16. Fremgangsmåte for styring av en selvjusterbar ventil som har et bevegelig ventillegeme som justerer strømningen av et fluid fra ett rom eller område til et annet, utnyttende Bernoulli-prinsippet, hvilken fremgangsmåte erkarakterisert vedå tilveiebringe en utvidbar innretning omfattende forseglet struktur i det minste delvis fylt med et utvidbart materiale, og bevirkende at det bevegelige ventillegemet beveger seg mot sin stengte stilling som et resultat av ekspansjonen av det utvidbare materialet, og følgelig også den utvidbare innretningen når temperaturen i fluidet overskrider en forhåndsbestemt temperatur.