NO309540B1 - Pensinnretning som sekvensielt leder én hydraulisk fluidström til to eller flere uavhengig opererte hydrauliske enheter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en pensinnretning som sekvensielt leder én hydraulisk fluidstrøm til to eller flere uavhengig opererte hydrauliske enheter.

Eksempelvis vil oppfinnelsen tillate overflatestyring med én hydraulisk fluidstrøm av et antall nedihulls seriekoplede og enkeltvis regulerbare innstrømmingsventiler, som er integrert i et produksjonsrør som strekker seg ned i havbunnen til bruk, f.eks. i soneisolerte perforerte og/eller åpne produksjonsområder i en oljegassbrønn.

Ved dagens overflatestyring av f.eks. fire uavhengig opererte nedihulls innstrømmingsventiler, må de fire ventilene tilføres egen hydraulisk styringskraft gjennom hver sin egen høytrykksledning. Dette krever investeringer i og vedlikehold av kostbare ledninger, som også må trekkes inn og kveiles opp på dekk ved hvert opptrekk av produksjonsrør. Krav til tilstrekkelig gjennomgående plass mellom det indre fluidledende røret og det ytre foringsrøret vanskeliggjør nedføring av et flertall slike ledninger.

Det er kjent at trykket varierer i de forskjellige produksjonssoner. Dette kan gi seg utslag som reduserer utvinningen, f.eks. ved at det i en nedre sone er et ekstremt høyt trykk, mens ovenforliggende sone har et mindre trykk. Oljen vil da kunne vandre i sirkelbevegelser mellom reservoarsonene, hvilket medfører at den ikke vil bli produsert.

Problemet løses ved styring/regulering av innstrømmingen fra de enkelte soner utenfor foringsrøret.

Det er videre kjent at de forskjellige sonene inneholder vesensforskjellige mengder av olje, gass og/eller kondensat, noe som fører til at en eller flere soner suksessivt avgir økende mengder vann etter som sonen tømmes. Med dagens teknologi produseres den olje- og vannholdige konsistens fra flere soner inntil det gjennomsnittlige blandingsforholdet er ca. 90 % vann. På dette stadium må borehullet stenges som ikke lenger er drivverdig etter kost/nytteevaluering.

Planlegges et brønnsystem med f.eks. seks forgreninger til seks definerte produksjonssoner, vil det over produksjonstiden strømme uensartede blandinger av olje/vann fra disse sonene, som erfaringsmessig avgir mer og mer vann. Oppfinnelsen muliggjør, med én hydraulisk fluidstrøm fra dekk på overflaten å regulere den samlede oppstrømming fra de respektive soner ved aktivering av en eller flere ventiler, som stenger en eller flere vanngivende soner, også med den følge at forekomster av olje tvinges til nærliggende fordelaktige sone.

Hvilken eller hvilke soner som etter vedvarende produksjon avgir uønskede vannmengder, og hvilke soner som fortsatt produserer akseptable oljekonsentrasjoner, blir periodisk registrert.

Ved selektiv avstengning av de uakseptabelt vanngivende soner i en brønn med f.eks. 6 forgreninger, oppnås vesentlige muligheter til å forlenge og derved øke uttak av olje fra et felt. 1 ekstreme tilfeller vil den siste sone av f.eks. 6 avgi vedvarende mengder olje langt utover perioden da de fem andre soner har måttet avstenges.

Estimater på dette gjort av bl.a. Rogalandsforskning tilsier at driftstid på et oljefelt kan utvides fra 3000 dagers driftstid til mer enn 5000 dager, og med progressivt økende volum.

Nyttes f.eks. vanninjeksjon i omkringliggende geologiske formasjoner, vil oljereservoarene kunne presses mot produksjonssonene til området omkring foringsrøret.

Nyttes denne reservoarstyring sammen med foreliggende oppfinnelse, som muliggjør regulert innstrømmingskontroll, vil maksimal utnyttelse oppnås.

Mineralske avleiringer som settes av på innsiden av oppstrømsrøret, oppstår særlig når vanninnblandingen i oljemengden når et visst nivå.

Med styringsmuligheter for vanninnblanding reduseres problemet, og også bruk av avsetningshindrende kjemiske injeksjoner reduseres radikalt, ved at slik kjemikalier over en lengre del av produksjonsfasen ikke behøves.

Nedihulls trykk er typisk over/under 350 bar, ved en temperatur på over/under 100

°C.

Vertikal installasjonsdybde er gjerne fra 900 til 8000 meter, mens målt utstrekning kan være opp mot 6000 - 16000 meter.

Prinsippene kan benyttes også for H2S Og C02 -miljøer hvor spørsmålet om materialvalg blir utslagsgivende for omsetting av prinsippene til håndverksmessig utførelse.

Det kan også legges inn posisjonsmåler(e) som gir ventilen(e)s åpningsgrad, slik at operatøren på overflaten får verifisert at ønsket gjennomstrømmings-areal er oppnådd.

For å kooperere sekvensielt et antall f.eks. innstrømmingsventiler i samme brønn, benyttes i dag et elektro/hydraulisk styringssystem, der en adresserbar solenoidventil kun behøver én fluidlinje fra kontrollenhet på boredekk. Ventilene styrer da den hydrauliske kraft inn til respektive ventilkammer.

Metode for å adressere én hydraulisk fluidstrøm ved hjelp av en sekvensielt fluidpensende innretning til to eller flere uavhengig eller seriekoplet opererte enheter, f.eks. hydrauliske innstrømmingsventiler eller fluidpenser, muliggjør overflatestyring av nedihulis seriekoplede, enkeltvis trinnløst regulerbare enheter, som er integrert i et fluidproduserende rør nedført i soneisolerte perforerte og/eller åpne produksjonsområder i en olje/gassbrønn, uten bruk av nedførte kabler for elektronisk styring.

Det karakteristiske ved oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte, kjennetegnende trekk.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel på en innretning ifølge oppfinnelsen. Fig. IA-ID viser lengdesnitt gjennom en pensinnretning ifølge oppfinnelsen, anordnet i et produksjonsrør, hvor innretningens bestanddeler befinner seg i ulike innbyrdes stillinger. Fig. 2A-2D viser tverrsnitt gjennom den på fig. 1A-1D viste pensinnretning, ved stedet for føringsknaster. Fig. 3 er et riss av et føringsspor tildannet langs omkretsen av en fluidpensende innretning som er vist på fig. 1A-1D, idet føringsspor har blitt utfoldet. Fig. IA viser en hul sylindrisk, f.eks. fire-fluidpensende innretning (1), som er opplagret i en holdesylinder, som er innplassert i et produksjonsrør.

Med kraft tilført fra én hydraulisk linje (2) mot innretningens øvre sirkelflate (3) presses innretningen (1) aksialt ned mot en fjærende anordning (4) anlagt mellom pensinnretningen (1) og holderens bunnleie (5).

Fast på holdesylinders indre flate er anlagt to i 180° eller fire i 90° innbyrdes avstand innad ragende føringsknaster (6).

Rundt pensinnretningens (1) ytre diameter er utspart et i 90° sikksakk-formet, bølgevinklet føringsspor (7), med parkeringsleie (9) i hver vinkelspiss (10), dimensjonert for styring av føringsknastene (6).

I holdesylinderens nedre kant er det anlagt to (eller flere) kanaler (8) og (8') med 90° innbyrdes avstand, som er åpne i den ene enden inn mot pensinnretningens (1) ytre diameter, og i den andre enden mot bunnen av holdesylinderen.

I pensinnretningens (1) sylindervegg er det anlagt fire kanaler (eller flere) med 90° innbyrdes avstand; to av disse (11) og (12) er anlagt med 180° innbyrdes avstand og med mulighet for fluidgjennomstrømming fra toppen av innretningens øvre sirkelflate (3) og ned til innretningens ytre diameter like under nedre del av innretningens føringsspor (7). De andre to av disse kanalene (13) og (14) er anlagt med 180° innbyrdes avstand og med mulighet for fluidgjennomstrømming fra fjærhusets fluidvolum (15) og opp til innretningens ytre diameter like under innretningens føringsspor.

Ved den eksempelvis firefasede operasjon vil pensinnretningen (1), når den B utsettes for en hydraulisk nedad pressende kraft mot sin øvre sirkelflate (3), tvinges av føringsknastene (6), som er i inngrep med de firedelte sikksakkformede føringssporene (7), til å vandre fra en vinkelspiss (10) til hosliggende i en helisk bevegelse med sin nedre sirkelflate mot fjæranordningen (4), som gradvis spennes.

Når den tilmålte vandring er gjennomført, er fjæranordningen (4) spent og føringsknastene (6) ført til parkeringsleie (9), samtidig som pensinnretningen suksessivt har gjennomført en 90° vridning.

På grunn av denne kombinerte vandring og vridning vil det nå være fluidkommunikasjon mellom den hydrauliske linje (2) og kanalen (8) via kanalen (12). Denne nå etablerte fluidkommunikasjon benyttes f.eks. til styring av hydrauliske verktøy tilsluttet utgangen av kanal (8) i bunnen av holderens bunnleie (5). Videre vil det nå også være fluidkommunikasjon mellom kanalen (8') og fluidvolumet i fjærhuset (15) via kanalen (14). Denne nå etablerte fluidkommunikasjon benyttes til f.eks. lufting av returfluid fra hydraulisk verktøy tilsluttet utgangen av kanal (8') i bunnen av holderens bunnleie (5).

Neste fase C utløses ved at det hydrauliske styringstrykket (2) avlastes. Derved utløses føringsknastene (6) fra parkeringsleie (9), og den nå forspente fjæranordningen (4) tvinger pensinnretningen (1) opp, mens føringsknastene (6) i inngrep med det sikksakk-formede føringssporet (7) vil som i første fase tvinge pensinnretningen (1) til fortsatt helisk vandring i nye 90° til 180° i samme vriretning.

Det vil nå i denne fasen være samme kommunikasjontilstand som i fase A, men det er ingen fluidkommunikasjon mellom den hydrauliske linje (2) og kanalen (8). Det er heller ingen fluidkommunikasjon mellom kanalen (8') og fluidvolumet i fjærhuset (15).

Tredje fase D er identisk med første, ved at pensinnretningen gjennomfører fornyet nedad helisk vandring, men med fornyet vridning i 90° til 270°. På grunn av denne kombinerte vandring og vridning av pensinnretningen (1) vil det nå være fluidkommunikasjon mellom den hydrauliske linje (2) og kanalen (8') via kanalen (11). Denne nå etablerte fluidkommunikasjon benyttes f.eks. til styring av hydraulisk verktøy tilsluttet utgangen av kanal (8') i bunnen av holderens bunnleie (5).

Videre vil det nå også være fluidkommunikasjon mellom kanalen (8) og fluidvolumet i fjærhuset (15) via kanalen (13). Denne nå etablerte fluidkommunikasjon benyttes f.eks. til utlufting av returfluid fra hydraulisk verktøy tilsluttet utgangen av kanal (8) i bunnen av holderens bunnleie (5).

Fjerde fase (ikke vist) er identisk med utgangsposisjon A, ved at pensinnretningen viderefører den oppad heliske vandring i nye 90° med vridning til 360°.

Full rotasjon av pensinnretningen har således blitt gjennomført ved på hverandre gjennomført trykktilførsel og trykkavlastning.

I stedet for firedelte sikksakk-formede føringsspor (7), vil full rotasjon av pensinnretning oppnås ved bruk av f.eks. tredelte eller seksdelte sikksakkformede spor, da behovet og den håndverksmessige begrensning vil være avgjørende.

Fig 2 viser at pensing av en fluidstrøm skjer ved at hydraulikklinjens kraft tillates å passere et gjennom pensinnretningen (1) anlagt kanalsystem (11), (12), (13) og (14), som korresponderer med ett av de i holdesylinder to faste kanalsystemer (8) og (8') som i rotasjonsrekkefølge (1-IV) viderefører hydraulikkraften til en av to forskjellige hydraulisk opererte enheter, f.eks. innstrømmingsventiler eller en annen fluidpens.

Når f.eks. en innstrømmingsventil har vært aktivert, og det gjennomføres skifte til neste ventil, er det samtidig nødvendig ved parallell utnyttelse av eksisterende kanalsystemer sekvensielt å blø av trykket på den første ventil, hvilket skjer gjennom egen filterskrue direkte til produksjonsstrømmen av olje/gass/kondensat og/eller vann som løper gjennom den hule pensinnretningen.

Fig. 3 viser utlagt til ettplans tegning et føringsspors (7) vinkelbølgede form; her vist med fire 90° like vinklede og identiske bølger beregnet for firedelt rotasjon av pensinnretningen (1).

Føringsknast (6) parkeres i hvert av føringssporets ytre vinkelspisser (10), der en parkeringsutsparing (9) sikrer føringsknastens stabilitet mellom hver pensfase mens fluidpensende operasjoner utføres.

Når ny rotasjon iverksettes ved tilført trykk eller ved trykkavlastning, glir føringsknast (6) aksialt og derfor uhindret ut av parkeringsleiet (9) og tilbake inn i føringssporet, hvis vinkelspisser (10) alltid avviker fra den aksiale senterlinje så meget at føringsknast (6) tvinger pensinnretningen (1) inn i en og samme rotasjonsretning.

Føringssporets (7) vinkelform med vinkelspisser (10) tillater derfor enveis roterende vandring, og bare en skritt for skritt-vandring. Ønskes et pensskifte fra f.eks. fase to til fase fire, må pensing skje via fase tre.

Det er heller ikke mulig å pense tilbake, f.eks. fra fase tre til fase to. Også her må det penses frem fra tre til fire til en til to.

Metoden tillater også en f.eks. seksfaset full rotasjon, som oppnås med seks likevinklede bølger, hver på 60°, eller med seks innbyrdes forskjellige vinkelbølger, f.eks. 90° + 60° + 45°+ 60° + 60° + 45°.

Rotasjonsrekkefølgen (1 - IV) tilpasses pensinnretningens (1) kanalgjennomganger (11), (12), (13) og (14) for å koordinere hydraulikkraft til respektive hydraulisk opererte enheter.

Den eksisterende sekvensielle korrespondanse mellom pensinnretningens enkelte roterte kanaler (11), (12), (13) og (14) til holdesylinders faste kanalsystemer (8) og (8') for trykkoverføring til diverse hydrauliske arbeidsredskap, utnytter samtidig de samme kanalsystemer enkeltvis for sekvensiell korresponderende videreføring av returoljestrøm til avblødning.

Claims (5)

1. Pensinnretning som sekvensielt leder én hydraulisk fluidstrøm til to eller flere uavhengig opererte hydrauliske enheter karakterisert ved at mot den øvre sirkelflate (3) av en sylindrisk hul pensinnretning (1) i et parkeringsleie A, som er opplagret i en holdesylinder innplassert i et fluidledende rør, tilføres kraft fra én hydraulisk linje (2), som aksialt presser innretningen (1) ned mot en spennfj ærende anordning (4) anlagt mellom innretningens (1) nedre sirkelflate og holderens bunnleie (5), at fast på holdesylinders indre flate er anlagt to i 180° eller fire i 90° innbyrdes avstand innad ragende føringsknaster (6), at rundt innretningens (1) ytre diameter er utspart et f.eks. 90° sikk-sakkformet bølgevinklet føringsspor (7), dimensjonert for styring av føringsknastene (6), at i fase B, når innretningen (1) utsettes for en hydraulisk nedad pressende kraft, eksempelvis i en firefaset operasjon, tvinges den av føringsknastene (6), som er i inngrep med de firedelte sikksakk-formede føringssporene (7) til å vandre fra en vinkelspiss (10) til et parkeringsleie (9) i hosliggende vinkelspiss (10) i en helisk bevegelse ned mot fjæranordningen (4), som gradvis spennes, samtidig som innretningen (1) har gjennomført en 90° vridning, at i fase C, ved avlastning av det hydrauliske styringstrykk (2) utløses føringsknastene (6) fra parkeringsleie (9) i hver vinkelspiss (10), og den forspente fjæranordning (4) tvinger innretningen (1) opp, mens føringsknastene (6) i inngrep med det sikksakk-formede føringssporet (7) vil som i første fase tvinge innretningen (1) til fortsatt helisk vandring i nye 90° til 180°, at i fase D, identisk med første, ved at innretningen (1) gjennomfører fornyet nedad helisk vandring, med fornyet vridning i 90° til 270°, og at siste fase (ikke vist) er identisk med andre fase, ved at innretningen (1) viderefører den oppad heliske vandring i nye 90° vridning til 360° , til anlegg i parkeringsleie A.

2. Pensinnretning ifølge krav 1, karakterisert ved at en seks-faset full rotasjon oppnås med seks likevinklede bølger, hver på 60° eller med seks innbyrdes forskjellige vinkelbølger, f.eks. 90°+ 60°+ 45° + 60° + 60° +45°.

3. Pensinnretning ifølge krav 1-2, karakterisert ved at hydraulikkstrømendring oppnås ved et gjennom innretningen (1) anlagt kanalsystem (11), (12), (13) og (14), som når innretningen er parkert i en av de eksempelvis fire faste stillinger (9), korresponderer med en av faste videreføringskanaler (8) og (8<1>) i holdesylinder, som i rotasjonsrekkefølge (1-IV) viderefører hydraulikk-kraften til en av forskjellige hydraulisk opererte enheter, f.eks. innstrømmingsventiler eller seriekoplet fluidpens, og ved at pensinnretningens (1) tvangsstyrte rotasjonsrekkefølge (1-IV) er tilpasset dens kanaler (11), (12), (13) og (14) og de radielt fast omkring anlagte videreføringskanaler (8) og (8').

4. Pensinnretning ifølge krav 1-3, karakterisert ved at føringsknast (6) uhindret forlater parkeringsleie (9) fordi føringsspors (7) vinkelspisser (10) alltid avviker fra den aksiale senterlinje så meget at føringsknast (6) tvinger pensinnretningen (1) i en og samme rotasj ons-retning.

5. Pensinnretning ifølge krav 1-4, karakterisert ved at den eksisterende sekvensielle korrespondanse mellom pensinnretningens (1) enkelte roterte kanalgjennomganger (11), (12),(13) og (14) til de omkringliggende faste kanalsystemer (8) og (8') for trykkoverføring til diverse hydrauliske arbeidsredskaper, utnytter samtidig de samme kanalsystemer (8) (8'), (11), (12), (13) og (14) enkeltvis for sekvensiell korresponderende videreføring av returoljestrøm til avblødning.