NO20141114A1 - System og fremgangsmåte for forbedret forsegling av brønnrør - Google Patents

Abstract

En brønnisolasjon som inkluderer et radielt ekspansjonsforseglingselement som kommer i kontakt med en indre vegg på borehullsrøret og en radielt ekspansjonskjegle i en uttrekkbar forbindelse med forseglingselement. Ekspansjons-kjeglen utvider forseglingselementet og en svenke kommer uttrekkbart i kontakt med og utvide ekspansjonskjeglen.

Description

1. Oppfinnelsens område

[0001] Den foreliggende offentliggjøringen gjelder utstyr og fremgangsmåte for å isolere en eller flere utvalgte soner i et borehull.

2. Beskrivelse av relatert teknikk

[0002] I olje- og gassnæringen bores en brønn inn i et underjordisk reservoar av hydrokarboner. Et foringsrør kjøres deretter inn i brønnen og sementeres på plass. Foringsrøret kan da perforeres og brønnen kompletteres til reservoaret. En produksjonsstreng kan plasseres konsentrisk inne i foringsrøret. Operatørene finner det nødvendig å utføre diverse forebyggende tiltak, reparasjoner og vedlikehold av brønnen, foringsrøret og produksjonsstrengen under boring, komplettering og produksjonsfasen For eksempel kan hull dannes i rørelementet ved uhell eller forsett. Alternativt kan operatørene finne det fordelaktig å isolere visse soner. Uavhengig av den spesifikke anvendelsen er det nødvendig å plassere visse montasjer nede i brønnhullet, slik som foringslapping inne i det rørformede elementet og deretter forankring og forsegling av brønnhullsmontasjer inne i det rørformede elementet.

[0003] En rekke utstyr har vært forsøkt anvendt for å danne en forsegling og et anker for disse brønnhullsmontasjene. For eksempel offentliggjør amerikansk patent nummer 3,948,321 med tittelen Forings- og forsterkingsutblokker for rør i et borehull og fremgangsmåte og apparat for å herde denne fra Owen m.fl. en fremgangsmåte og et apparat for å anbringe en foring i et rør ved bruk av utblokkingsmidler og et herde-verktøy. Offentliggjøringen fra Owen m.fl. forankrer og forsegler foringen inne i borehullet.

[0004] Mens konvensjonelle borehullsforseglingsutstyr generelt har vær tilstrekkelig, så kan det forekommer situasjoner hvor slikt konvensjonelt forseglingsutstyr ikke kan anvendes effektivt. For eksempel kan den indre diameteren på en brønnrør komplisere innføring av konvensjonelt forseglingsutstyr. Den nærværende offentliggjøringen adresserer aspekter av disse og andre ulemper med anført fag

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

[0005] Den nærværende offentliggjøringen tilveiebringer aspekter av et brønnisolasjonsapparat for bruk i et borehull. Apparatet kan inkludere et radielt ekspansjonsforseglingselement som er konfigurert for å komme i kontakt med en indre vegg på borehullsrøret; en radiell ekspansjonskjegle i en uttrekkbar forbindelse med forseglingselement, ekspansjonskjeglen er konfigurert til å utvide forseglingselementet; og en svenke som er konfigurert til å uttrekkbart komme i kontakt med og utvide ekspansjonskjeglen.

[0006] Eksemplene på egenskaper i offentliggjøringen som er nevnt ovenfor har blitt oppsummert ganske bredt for at den detaljerte beskrivelsen som følger kan bli forstått bedre, og for at bidraget til faget kan verdsettes. Det er selvfølgelig ytterligere egenskaper i offentliggjøringen som vil bh beskrevet i det følgende og som danner emnet for kravene i oppfinnelsen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] For en detaljert forståelse av den nærværende offentliggjøringen bør man referere til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utformingen i samsvar med de ledsagende tegninger hvor elementer som er like har blitt gitt like nummer og hvori: FIG. 1 er en skjematisk tverrsnittsvisning av en utforming av et apparat av den nærværende offentliggjøringen som er plassert inne i et borehull som krysser en underjordisk formasjon; FIG. 2A-C viser en utforming av en brønnisolator i følge den nærværende offentliggjøring ved ulike trinn i installasjonsfasen; og FIG. 3A-C viser en utforming av et brønnisolasjonssystem i følge den nærværende offentliggjøringen for å sette inn brønnisolatoren fra figurene 2A-C.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0008] Den nærværende offentliggjøringen gjelder utstyr og fremgangsmåte for å isolere en eller flere utvalgte soner i et borehull. Den nærværende offentliggjøringen er mottagelig for utforminger av ulike slag. Som vist i tegningene og som vil bli beskrevet i detalj heri, skal spesifikke utforminger av den nærværende offentlig-gjøringen forstås som eksempler på prinsippene i offentliggjøringen og er ikke ment å begrense offentliggjøringen til det som er illustrert og beskrevet heri.

[0009] Det henvises nå til Figur 1 hvor det vises en brønn 10 som er dannes i en underjordisk formasjon 12. Brønnen kan være vannrett, multilateral, tynn, monobrønn eller geotermisk. Borehull 10 inkluderer en mantel 14 som kan være sementert fast. På overflate er brønnhode 16 og tilhørende utstyr plassert over borehull 10. Som kjent strømmer produksjonsfluid slik som olje og gass opp borehull 10 til overflaten. I visse situasjoner kan en sone 18 i borehull 10 behøve isolasjon for å forhindre borehulls-fluider slik som borefluid fra å trenge seg inn i produksjonssonen, og formasjonsfluid, som for eksempel vann, fra å trenge seg inn i borehull 10 og/eller stabilisere borehulls-rør. Slike uønskede fluidstrømmer eller ustabiliteter i røret kan dukke opp på grunn av diskontinuitet 20 (for eksempel menneskeskapte perforeringer, korrosjon, etc). I visse tilfelle kan befordringsforebyggende verktøy i sone 18 kan kompliseres av en eller flere reduserte diameterseksjoner 22 som begrenser den ytre diameteren på verktøy som kan transporteres til sone 18.

[0010] Utforminger av den nærværende offentliggjøringen inkluderer et diametralt, kompakt brønnisolasjonssystem 26 som kan benyttes til å gi langsiktig isolasjon/forsterkning ved perforeringer, revner, korrosjon og/eller lekkasjer i brønnhullsrør (for eksempel mantel, foring, produksjonsrør, etc.) i slike situasjoner. Brønnisolasjonssystemet 26 kan inkludere en isolator 30 som er aktivert av et reguleringsverktøy 28. Brønnisolasjonssystem 26 kan transporteres inn i borehullet ved hjelp av et passende befordringsutstyr 29 (for eksempel elektrisk/ kabel, ståltråd, rørledning, bore rør eller spkalledning).

[0011] Reguleringsverktøy 28 kan være et kjent utstyr som genererer aksiell belastning. Reguleringsverktøy 28 kan aktiviseres ved hjelp av elektrisk energi, trykksatt fluid, energetisk materiale eller en hver annen kjent fremgangsmåte. Som det vil bli beskrevet i mer detalj nedenfor kan størrelsen på borehullsisolasjonssystem 26 tilpasses for på passere gjennom hullets begrensninger, men har en rekke av diametriske utvidelser som kan muliggjøre kontakt med en indre diameter på en mantel 14 eller andre brønnrør nede i brønnen. I tillegg kan brønnhullsisolasjonssystem 26 benytte en tiltagende stablet forseglingsmontasje.

[0012] Det henvises nå til figurene 2A-C, hvor en utforming av en brønnhulls-isolator 30 som kan brukes til å isolere en ønsket seksjon av en brønn vises med mer detaljer. Figuren 2A viser isolator 30 når den kjøres i et hull og før herding. Isolator 30 kan inkludere en svenke 32 som er en ikke-deformerbar rørformet komponent med en konisk ende 34, en ekspansjonskjegle 36 som er et deformerbart element med en konisk ende 38 og et forseglende element 40 som er et deformerbart element som kommer i kontakt med og forsegles mot en innvendig overflate på et borehullsrør. Ekspansjonskjegle 36 og forseglingselement 40 kan ha trompetformede end for å ta imot et tilstøtende element. På en måte er svenke 32, ekspansjonskjegle 36 og forseglingselement 40 kan være rørformede element som er tilpasset i rekkefølge og som kommer uttrekkbart i kontakt med hverandre. Med uttrekkbart menes det at et rør sklir inn i et borehull på en tilstøtende rør.

[0013] Forseglingselementet 40 kan inkludere en forseglingsseksjon 42 som er konfigurert til å forankre og/eller forsegle mot en ønsket brønnrørsoverflate. Forseglingsseksjon 42 kan inkludere perifere riller, o-ringer eller andre egenskaper for å gi en passende fluidtett forsegling (for eksempel væsketett eller gasstett). Forseglingselement 40 kan også inkludere et skjøtemunnstykke 44 som er formet for å motta eller koble med ytterligere elementer, som for eksempel profilsubrør 90 på figur 3A.

[0014] Det henvises nå til figur 2B der svenke 32 vises etter at den aksielt drevet inn i den trompetformede enden av ekspansjonskjegle 36 og før ekspandering av forseglingselement 40. Fordi svenke 32 er laget av et materiale som er hardere eller stivere enn materiellet på ekspansjonskjegle 36 ekspanderer den ytre overflate 52 på ekspansjonskjegle 36 diametrisk utover fra en første diameter (illustrert i figur 2A) til en større, andre diameter.

[0015] Det henvises nå til figur 2C der svenke 32 vises etter at den aksielt drevet inn i den trompetformede enden av ekspansjonskjegle 36 og før ekspandering av forseglingselement 40. Fordi svenke 32 er laget av et materiale som er hardere eller stivere enn materiellet på ekspansjonskjegle 40 ekspanderer den ytre overflate 54 på forseglingsseksjons 42 også diametrisk utover fra en første diameter (illustrert i figur 2B) til en større, andre diameter. Ekspansjonskjegle 36 kan også dannes av et materiale som er hardere og stivere enn materialet i forseglingselement 40.

[0016] Det bør være forståelse for at den ekspanderte diameteren på forseglingselement 40 er større enn det som kan oppnås ved å bare sette inn svenke 32 eller ekspansjonskjegle 36 inn i forseglingselement 40. Med andre ord tillater den kombinerte radielle tykkelsen på svenke 32 og ekspansjonskjegle 36 at forseglingselement 40 kan ekspanderes til en ytre diameter som er større enn den man ellers kan oppnå. Fortrinnsvis kan den kombinerte radielle tykkelsen på svenke 32 og ekspansjonskjegle 36 bare skje etter isolator 30 allerede har passert gjennom den reduserte diameterseksjon 22 som vist i figur 1.

[0017] Det henvises nå til figurene 1 og 3A-C der ytterligere aspekter av borehullsforseglingssystem 26 vises. Borehullsisolasjonssystem 26 kan inkludere en utløsermontasje 60 som forårsaker en sekvensiell kontakt mellom svenke 32, ekspansjonskjegle 36 og forseglingselement 40 på isolator 30. Utløsermontasje 60 kan drives av den samme reguleringsverktøy 28 (figur 1). Med sekvensielt menes det at begynnelsen på hver kontakt som forårsaker radiell ekspansjon er forskjøvet i tid.

[0018] I en utforming er utløsermontasje 60 kan inkludere en styringsstang 62, en utløsermuffe 64, et øvre låse-element 68, et nedre låse-element 68, en kompresjonsmuffe 70 og et profilsubrør 72. Styringsstang 62 kan være et stivt langstrakt element som er uttrekkbart mottatt inn i den rørformede utløsermuffe 64. Styringsstang 62 er koblet til reguleringsverktøy 28 (figur 1) slik at styringsstang 62 kan trekkes oppover, eller mer generelt, i en retning som er motsatt av bevegelsen til svenke 32. Utløser-muffe 64 kan inkludere en forstørret ytre diameterporsjon 74 som opprettholder det øvre låse-element 66 i en kontaktposisjon og en halsporsjon 76 med mindre diameter som tillater øvre låse-element 66 til å radielt trekkes tilbake til en fri posisjon.

[0019] Låse-elementene 66, 68 og kompresjonsmuffe 70 samarbeider for å overføre aksielle belastninger fira ekspansjonskjegle 36 til profilsubrør 72. Profilsubrør 72 kan være koblet til forseglingselement 40 ved hjelp av en passende kobling, slik som parringsgjenger 78. I et arrangement kan låse-elementene 66, 68 kan være flenser eller andre selektive forankringsenheter som kan forlenges og trekkes inn radielt. Det øvre låse-elementet 66 kan plasseres for å komme i kontakt med en passende forsenkning 80 i ekspansjonskjegle 36 og det lavere låse-element 68 kan plasseres for å komme i kontakt med en forsenking 82 i profilsubrør 72. Kompresjonsmuffe 70 er innkapslet mellom de øvre og de nedre låse-elementene 66, 68.

[0020] I løpet av den innledende fasen av installasjonen overføres den aksielle belastningen som forårsakes av at svenke 32 går inn i ekspansjonskjegle 36 til det øvre låse-element 66. Det øvre låse-element 66 overfører belastningen til kompresjonsmuffe 70, som den aksielt belaster det nedre låse-element 68. Det nedre låse-element 68 overfører belastningen til profilsubrør 72. Dermed er den aksielle belastningen forårsaket av svenke 32 er ikke i utgangspunktet belastet til forseglingselement 40.

[0021] Et eksempel på en operasjon av borehullsforseglingssystem 30 vil bli diskutert med referanse til figurene 1, 3A-C. Borehullsforseglingssystem 26 kan plasseres på den valgte plass 18 i borehull 10 ved bruk av befordringsutstyr 29. Det bør være forståelse for at den relativt smale tverrsnittsprofilen på umontert bore-isolasjonssystem 26 tillater passasje gjennom borehullets begrensninger 22. Når reguleringsverktøy 28 er riktig plassert, aktiveres verktøyet av en passende kraftkilde (for eksempel trykksatt fluid, energetisk materiale) for å drive flense 32 inn i ekspansjonskjegle 36. Det øvre låse-element 66 holder ekspansjonskjegle 36 stasjonært ved å overføre den aksielle belastningen forårsaket av svenske 32 til profilsubrør 72 ved hjelp av kompresjonsmuffe 70 til lavere låse-element 68. Ekspansjonskjegle 36 øker i diametrisk i størrelse når svenke 32 sklir inn i ekspansjonskjegle 36.

[0022] Mens reguleringsverktøy 28 driver svenke 32 inn i ekspansjonskjegle 36, reguleringsverktøy 28 drar også styringsstang 62 oppover eller i en aksiell retning som er motsatt av retningen til svenke 32. Styringsstang 62 inkluderer en skulder 86 på en nedre ende 88 som kan komme i kolliderende kontakt med en ende 89 på utløsings-muffe 64. Ved kontakt trykker styringsstang 62 utløsermuffe 64 aksielt oppover. Aksiell overføring av utløsermuffe 64 sklir den forstørrede ytre diameter-porsjon 74 fra under øvre låse-element 66. Kort tid etterpå sklir halsporsjon 76 under øvre låse-element 66 og tillater det øvre låse-element 66 å trekkes inn i halsporsjon 76. Dermed er ekspansjonskjegle 36 utløst og kan fritt skli inn i forseglingsseksjon 42 på forseglingselement 40.

[0023] Lukkehastighet på styringsstang 62 er valgt for å gi en reisetid som er tilstrekkelig for å tillate svenke 32 til å i all vesentlighet kontakte en vesentlig seksjon av ekspansjonskjegle 36 uttrekkbart. Med andre velges farten slik at reisetiden som er nødvendig for at skulder 86 kontakter utløsermuffe 64 og reisetiden som er nødvendig for at halsporsjon 76 skal skli under øvre låse-element 66 er tilstrekkelig til å tillate svenke 32 å ekspandere ekspansjonskjegle 36 til en effektivt funksjonell status. Spesifikt ekspanderer svenke 32 nok av ekspansjonskjegle 36 slik at påfølgende kontakt med forseglet seksjon 42 tillater forseglingselement 40 til å ha en ønsket forseglingskontakt med en tilstøtende overflate. Dermed har svenke 32, ekspansjons kjegle 36 og forseglingselement 40 overført fra et arrangement som er aksielt og serielt tilpasset til et primært konsentrisk tilpasset komprimert ordning.

[0024] Det henvises nå til figur 3C, svenke 32 og ekspansjonskjegle 36 som er vist i en installert posisjon inne i forseglingselement 40. Forseglingselement 40 har blitt ekspandert radielt utover inn i en forseglende kontakt med en tilstøtende overflate (som ikke vises). Som man kan se er reguleringsverktøy 28 som komprimerer isolatoren 30 aksielt til en konsentrisk tilpassing av svenke 32, ekspansjonskjegle 36 og forseglingselement 40 ved en forsegling dannet mellom forseglingselementet og en tilstøtende overflate i borehullet.

[0025] For å komplettere installasjonen fortsetter reguleringsverktøy 28 å trekke styringsstang 62 oppover frem til kontakt med utløserring 90 oppnås. En utløserring 90 kan være et ringformet element som er konfigurert for å trekke det lavere låse-element 68 inn. Utløserring 90 er fordelt i oppe i borehullet over et forstørret hode 92 på styringsstang 62 og er formet til å komme i kontakt med og trekke det nedre låse-element 68 inn. As styringsstang 62 beveger seg oppover, det forstørrede hode 92 kommer i kontakt med og driver utløserring 90 og aksielt inn i det nedre låse-element 68. Trykket som påføres av låsering 90 trekker den nedre låse-element 68 inn for å frakoble fira profilsubrør 72. Øvre låse-element 66 har allerede blitt trukket inn. På dette punktet løfter ytterlige bevegelse oppover av styringsstang 62 komponentene internt i brønnisolator 30 oppover. På et passende tidspunkt kan reguleringsverktøyet og disse interne elementene hentes til overflaten ved bruk av befordringsutstyr 29 eller ved hjelp av en annen passende metode.

[0026] Slik den er brukt i dette dokumentet er begrepet «radielt ekspanderbart» eller «diametrisk» ekspanderbart betyr at ekspansjonen er en utformet egenskap som er uttrykkelig tilsiktet for å utføre en spesifikk funksjon. Som diskutert ovenfor kan funksjonen forårsake en kompresjonsforseglende kontakt.

[0027] Det skal være forstått at utstyret i følge den nærværende offentlig-gjøringen er mottagelig for diverse utforminger. For eksempel ved henvisning til figur 3A i visse utforminger kan en støttemuffe 95 benyttes til å forsterke en eller flere seksjoner på isolator 30. Muffe 90 kan være et rørformet element som er fleksibelt nok til å utvides diametrisk mens det samtidig påføres en kompressiv kraft som er tilstrekkelig til å redusere utbuling, revne eller en annen type sammenbrudd på den underliggende strukturen. Det er forstått at en muffe bare er forklarende for støtte-elementer som kan benyttes for å forsterke en eller fler seksjoner på isolator 30. Andre støtte-elementer inkluderer, men er ikke begrenset til, bånd, ringer, klemmer, etc.

[0028] Den forannevnte beskrivelsen er rettet til spesifikke utforminger av den nærværende offentliggjøringen med forklaring og redegjørelse som formål. Det vil imidlertid være åpenbart for en med kunnskap i faget at mange modifikasjoner og endringer til uformingen som er beskrevet ovenfor er mulig uten å avvike fra offentlig-gjøringens omfang. Dermed er det meningen at vedlagte krav skal tolkes til å omfatte alle slike modifikasjoner og variasjoner.

Claims (11)

1. Brønnisolasjonsapparat for bruk i et borehull; omfattende: en isolator som befordres inn i borehullet ved hjelp av et befordringsutstyr, isolatoren inkluderer en svenke, en ekspansjonskjegle og et forseglende element som i all vesentlighet er tilpasset i rekkefølge; en utløser som er konfigurert til å sekvensielt komme i kontakt med svenke, ekspansjonskjeglen og forseglingselementet; og et reguleringsverktøy som er konfigurert til å komprimere isolatoren aksielt til en konsentrisk tilpassing av svenken, ekspansjonskjeglen og forseglingselementet ved en forsegling dannet mellom forseglingselementet og en tilstøtende overflate i borehullet.

2. Brønnisolasjonsapparat i følge krav 1, hvori; - forseglingselementet er et radielt ekspanderbart rør som har en forseglingsseksjon som kommer i kontakt med den tilstøtende overflaten; - ekspansjonskjeglen er et radielt ekspanderbart rør som har en konisk ende som sklir inn i forseglingsseksjonen og en trumpetformet ende for å ta i mot svenken; og - svenken er et rør som har en konisk ende som sklir inn i ekspansjonskjeglen.

3. Brønnisolasjonsapparat ifølge krav 1, hvori utløseren inkluderer; et subrør koblet til forseglingselementet; en kompresjonsmuffe som overfører en aksiell belastning på ekspansjonskjegle til subrøret; et første låse-element som kobler kompresjonsmuffen til ekspanderingskjeglen; et andre låse-element som kobler kompresjonsmuffen til subrøret; en utløsermuffe som har en første diameter konfigurert til å beholde det første låseelementet i en posisjon hvor det har kontakt med ekspansjonskjeglen og en redusert diameterhals; og en overføringsstav konfigurert til å forskyve utløsermuffen for å skli halsen inn i kontakt med det første låse-elementet.

4. Brønnisolasjonsapparat for bruk i et borehull, omfattende: - et radielt ekspansjonsforseglingselement konfigurert til å komme i kontakt med et innvendig borehullsrør; - en radiell ekspansjonskjegle i en uttrekkbar forbindelse med forseglingselement, ekspansjonskjeglen er konfigurert til å utvide forseglingselementet; og - en svenke som er konfigurert til å uttrekkbart komme i kontakt med og utvide ekspansjonskjeglen.

Apparat ifølge krav 4, som videre omfatter en utløser som er konfigurert til sekvensielt å komme i kontakt med svenke.

6. Apparat ifølge krav 5, som videre omfatter et subrør koblet til forseglingselementet, og hvori utløseren omfatter en kompresjonsmuffe som overfører en aksiell belastning på ekspansjonskjegle til subrøret.

7. Apparat ifølge krav 6, som vider omfatter et første låse-element som kobler kompresjonsmuffe til ekspansjonskjeglen og et andre låse-element som kobler kompresjonsmuffen til subrøret.

8. Apparat ifølge krav 7, som videre omfatter en utløsermuffe som har en første diameter konfigurert til å beholde det første låse-elementet i en posisjon i kontakt med ekspansjonskjeglen og en redusert diameterhals.

Apparat ifølge krav 8, som videre omfatter en overføringsstav konfigurert til å forskyve utløsermuffen for å skli halsen inn i kontakt med det første låse-elementet.

10. Fremgangsmåte for å isolere en seksjon av et rør i et borehull omfattende: en isolator som befordres inn i borehullet ved hjelp av en befordringsenhet, isolatoren inkluderer en svanke, en ekspansjonskjegle og et forseglende element som i all vesentlighet er tilpasset i rekkefølge; en utløser som er konfigurert til sekvensielt å komme i kontakt med svenke, ekspansjonskjeglen og forseglingselementet; og et reguleringsverktøy som er konfigurert til å komprimere isolatoren aksielt til en konsentrisk tilpassing av svenken, ekspansjonskjeglen og forseglingselementet ved en forsegling dannet mellom forseglingselementet og en tilstøtende overflate i borehullet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, som videre omfatter å fjerne utløseren og reguleringsverktøyet fra borehullet.