NO313213B1 - Aktiveringsanordning for et nedihullsverktöy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelsen angår en aktiveringsanordning for et nedi-hullsverktøy, f.eks. en strømningsstyreanordning.

Som en fagmann på området lett vil innse, har strømningsstyreanordninger såsom CM-glidemuffen (CM sliding sleeve), kommersielt tilgjengelig fra Baker Oil Tools, 6023 Navigation Boulevard, Houston, Texas 77011, vært kjent innen indu-strien og benyttet av denne i mange år. Verktøyet er meget effektivt, men krever nedføring av et omstillingsverktøy for å åpne eller lukke CM-glidemuffen. Nedfø-ring av et omstillingsverktøy er tidkrevende og innebærer det karakteristiske seks-sifrete kostnadsbeløp i forbindelse med enhver verktøy-nedføring. Dessuten er det tidvis ønskelig å endre posisjonene til lukkeglidemuffen eller innsatsen i forhold til muffehuset i avmålte inkrementer for derved å muliggjøre en bedre styring av strømningsanordningen. Å gjøre det samme ved bruk av et omstillingsverktøy er meget vanskelig. Mange kilometer med vaier, kveilerør, etc. som skal beveges for å aktivere verktøyet, gjør små posisjonsendringer nærmest umulig.

På grunn av fremskritt ved elektroniske brønnaktuatorer og -følere, samt avansert beslutningsdyktig elektronikk som kan befinne seg enten ved overflaten eller ned i borehullet, så som vist i US 5 732 776 tilhørende Baker Oil Tools og som det herved henvises til, finnes det nå forbedret styreapparatur.

Fra US 5 127 477 er det kjent en aktiveringsanordning for et nedihulls-brønnverktøy, omfattende et hus med en toveis stempelinnretning og med inn- og utløp, hydraulikkfluidkilde, trykkilde for fluidet, og en kopling for å overføre bevegelse til en separat ventil som derved aktiveres. Hensikten med arrangementet er å muliggjøre flere aktiveringer av nevnte ventil ved å komprimere et nitrogen-gassvolum.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en aktiveringsanordning for et nedi-hullsverktøy, som angitt i det etterfølgende selvstendige krav 1, samt en datastyrt aktiveringsanordning for et nedihullsverktøy, som angitt i det etterfølgende selvstendige krav 8. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsene ifølge nevnte krav er angitt i etterfølgende, respektive uselvstendige krav. Aktiveringsanordningen ifølge oppfinnelsen er av meget enklere konstruksjon enn den nærmestliggende kjente teknikk, som representert ved ovennevnte publikasjon, har lengre levetid og er enklere og billigere å fremstille.' Samtidig gir aktiveringsanordningene ifølge oppfinnelsen det samme resultat som med den kjente anordning, dvs. omstilling av posisjonene til andre nedihullsverktøy.

Ovennevnte og andre ulemper og mangler ved teknikkens stilling avhjelpes eller reduseres således ved den elektrohydrauliske aktivering ifølge foreliggende oppfinnelse. Minst ett stempel er montert i et kammer, hvilket stempel deler kammeret i to stempelkamre. Stempelet er forbundet med en forøvrig konvensjonell strømningsstyreanordning og når ett av stempelkamrene settes undertrykk og trykket avlastes i det andre kammer, aktiveres strømningsstyreanordningen som ønsket. Oppfinnelsen tilveiebringer en sleideventil med evne til selektivt å lede trykkfluid til et nedadslag-stempelkammer eller til et oppadslag-stempelkammer som samtidig tillater avtapping av trykk fra det andre av de to stempelkamre. Trykk på stempelets oppadslag-side lukker glidemuffen og trykk på stempelets nedadslag-side åpner glidemuffen. Som angitt og for å gjøre valgt bevegelse let-tere, tillates avtapping av trykk fra stempelet som ikke påvirkes. Det avtappete fluid ledes tilbake gjennom tilførselsledningen til dette stempelkammer og gjennom sleideventilen til et forutbestemt tømmested. Tømmestedets beliggenhet avhenger av hvorvidt angjeldende utføringsform er et system med åpen eller lukket sløyfe.

To unike utføringsformer er hovedsakelig omtalt her.

I den første foretrukne utføringsform, lukket sløyfe-systemet, finnes et brønnreservoar, en pumpe og en akkumulator, slik at hele systemet er lukket og opererbart i sin helhet nede i borehullet. Fluid suges fra reservoaret inn i pumpen som transporterer fluidet til akkumulatoren under økende trykk. Akkumulatoren frigjør fluid til sleideventilen som leder samme til det ønskede stempelkammer og også leder fluid fra det andre stempelkammer tilbake til reservoaret. I den andre utføringsform er reservoaret, pumpen og akkumulatoren sløyfet nede i borehullet og en TEC-vaier og en hydraulisk fluidledning strekkes fra overflaten ned til sleideventilen som aktiverer verktøyet som omtalt. Avtappet fluid tømmes enten inn i produksjonsrøret eller i brønn-ringrommet. Det skal forstås at tømming av fluidet til ringrommet foretrekkes i de fleste tilfeller, fordi trykket i produksjonsrøret er høyere, og krever følgelig høyere fluidtrykk i det valgte stempelkammer for å over-vinne trykket som virker på det andre kammer fra fluid-tømmeområdet.

Ovennevnte og andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil forstås av fagmenn på området ut fra følgende nærmere beskrivelse samt tegninger hvor like elementer har samme henvisningstall i de forskjellige figurer, og hvor: Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt gjennom sleideventilen ifølge oppfinnelsen, hvor åpne- og lukkeledningene er isolert, Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av sleideventilen ifølge oppfinnelsen hvor åpneledningen er aktivert og lukkeledningen er i trykkavlastningsposisjonen, Figur 3 er et skjematisk tverrsnitt av sleideventilen ifølge oppfinnelsen, hvor åpneledningen er i trykkavlastningsposisjonen og lukkeledningen er i den aktiverte posisjon, Figur 4 og 5 er skjematiske tverrsnitt av stempelkamrene og åpne- og lukkeledningen i overflatetrykk-utføringsformen med åpen sløyfe,

Figur 6-14 er tverrsnitt av utføringsformen med lukket sløyfe,

Figur 15 er et skjematisk flytdiagram som viser utføringsformen med lukket sløyfe.

Idet det først vises til systemet med åpen sløyfe som vist i figur 1-5, tilføres hydraulikkfluid fra overflaten gjennom hydraulikkinnløp 18. Strøm til den magnetstyrte sleideventil 10 kommer også fra overflaten eller fra en strømkilde i borehullet ovenfor ventilen 10 og omfatter fortrinnsvis en 1/4 TEC O.D. vaier som er en strømledning anordnet i en stålglidemuffe og isolert fra denne med epoksymate-riale. Den magnetstyrte sleideventil 10 omfatter minst én vikling, men fortrinnsvis to viklinger. Mest foretrukket er en vikling 12 for åpning av glidemuffen og en vikling 14 for lukking av glidemuffen. Disse viklingene aktiveres selektivt for å føre armaturen 16 i en ønsket retning. Når armaturen 16 er i nøytralstillingen som i figur 1, er verken åpne- eller lukkeledningene under trykk for å bevege glidemuffen. Fluid strømmer bare gjennom ventilen 10 til det neste arrangement gjennom hydraulikkutløpet 26. En fordel ved avstengningen av både åpneledningen 20 og lukkeledningen 24, er at uansett hvilket trykk som hersker i stempelkamrene når sleideventilarmaturen 16 tilbakeføres til nøytralstillingen, så innesluttes det i det respektive kammer og låser således glidemuffen på plass. Som vist i figur 2, med armaturen i øvre posisjon (dvs. med glidemuffen i åpen posisjon) står hydraulikk-fluidinnløpet 18 i forbindelse med den hydrauliske glidemuffe-åpneledningen 20 gjennom en ringformet fluidbane 22, nedadbevegelse av armaturen forbinder inn-løpet 18 med hydraulikkglidemuffe-lukkeledningen 24 gjennom den ringformete fluidbane 22 (figur 3). Hydraulikkutløpet 26 forblir forbundet med ringbanen 22 uavhengig av armaturens 16 posisjon, for å sikre at fluid fortsetter til det neste glidemuffe-arrangementet.

Som ovenfor angitt, er det fordelaktig å sørge for avtapping av fluid fra stempelkammeret som ikke står under trykk. Når det valgte stempelkammer settes under trykk, f.eks. stempelkammeret 30 vist i figur 4, vil det andre kammer, 32 (figur 4 og 5) i dette eksempel, bli komprimert og vil således støte fluid tilbake gjennom sin tilførselsledning, i dette eksempel ledning 24. Figur 2 viser at når armaturen 16 er posisjonert til trykkledningen 20, er armaturbunnen 34 ovenfor porten 36 som mater ledning 24. Fluid som tidligere var innesluttet i kammeret 32 vil således kunne passere gjennom avtappingskammeret 38 inn i avtappingsledningen 40 som er forbundet med avtappingskammeret 38 via porten 39. Om-vendt, og som vist i figur 3, når armaturen er i glidemuffelukkeposisjonen nede i borehullet og således tillater hydraulikk-trykkfluid å strømme gjennom ringfluid-banen 22 til ledningen 24 gjennom porten 36, beveges et avtappingsringrom 46 i fluidforbindelse ned gjennom ledningens 20 port 42. Derved kan fluid fra kammeret 30 strømme tilbake gjennom ledningen 20, gjennom porten 42, gjennom av-tappingsringrommet 46 og porten 44 inn i den sentrale avtappingsledning 48 med hvilken armaturen 16 i posisjonen ifølge figur 3, er forbundet med gjennom porten 39, hvilket, som antydet, tillater fluid å strømme utfra sleideventilen 10 gjennom avtappingsledningen 40. Avtappingsledningen 40 kan tømme fluid inn i produk-sjonsrøret eller inn i ringrommet rundt produksjonsrøret. Ringrommet er et foretrukket tømmested på grunn av det lavere omgivelsestrykk der inne enn i produk-sjonsrøret. Dette gjør det mulig å ha et lavere inngangstrykk i det valgte stempelkammer for å bevege stempelet 50.

Når armaturen 16 er i posisjonen ifølge figur 1, hindrer armaturen 16 avtapping. Man vil straks se O-ringene 17 som anvendes på konvensjonell måte for å bidra til tetting.

Ved å studere figur 4 og 5 vil fagmenn på området lett forstå at stempel 50 er forskyvbart anordnet mellom hydraulikkfluidkamre 30 og 32 og er forbundet med innsats 54 ved hjelp av en utløsningsmekanisme som fortrinnsvis er en brudd-utløsning og helst en bruddring 52 som vist. Det skal forstås at andre arrangementer er akseptable, såfremt de er i stand til, på funksjonssikker måte, å forbinde stempelet 50 med CM-glidemuffens innsats 54, slik at innsatsen 54 beveges som følge av trykk som virker i ett av kamrene 30 eller 32, men fremdeles i stand til å lette en fraskilling av innsatsen 54 fra stempelet 50 i tilfelle den magnetstyrte sleideventil eller tilknyttede komponenter av én eller annen grunn skulle svikte. Det skal forstås at andre konstruksjoner som utfører samme funksjon lig-ger innenfor rammen av oppfinnelsen. Med direkte henvisning til bruddring-utføringsformen, er ringen 52 festet på konvensjonell måte ved hjelp av en brudd-holder 53. I tilfelle svikt, kan CM-glidemuffen 56 aktiveres ved hjelp av en konvensjonell vaier- eller kveilerør-operasjon ved å anvende et omstillingsverktøy (ikke vist) på omstillingsprofilene 58. En belastning som virker på den aktuelle profil, vil avskjære ringen 52 og tillate konvensjonell operasjon av strømningsstyreanord-ningen. For klarhetens skyld betegner 53 åpningen i lukkeglidemuffen 54 mens 55 betegner åpningen i CM-glidemuffens 56 hus 57. Strømning lettes når 53 og

55 er innrettet på linje og strupes når disse ikke korresponderer.

Det er en viktig side ved oppfinnelsen at enten operasjoner for full åpning/ full stengning kan utføres eller operasjoner for avpasset åpning og lukking kan utføres etter ønske.

Figur 6-14 viser en andre foretrukket utføringsform av oppfinnelsen i form av et fullstendig lukket hydraulisk fluidsystem. Figur 15 viser skjematisk fluidled-ningsforbindelser. Kraft for dette system kan være lokalt anordnet i et nærlig-gende atmosfærisk kammer eller fjerntliggende, hvilket innbefatter en overflate-kraftkilde. Uansett fjerntliggende eller lokal, dersom kraft ledes utenfor verktøy-huset, så er TEC-vaieren 41 det foretrukne middel på grunn av dens beskyttelses-evne. Som det vil forstås vil enhver vaier utenfor huset være utsatt for å fastklem-mes mot borehull-foringsrøret av en betydelig vektmengde. TEC-vaier beskytter i vesentlig grad mot strømsvikt på grunn av disse støt. Det lukkete sløyfesystem er lik det åpne sløyfesystem, og det er benyttet identiske henvisningstall for identiske deler. Videre skal det igjen vises til figur 1, 2 og 3 som også gjelder for denne ut-føringsform, bortsett fra at avtappingsledningen 40 fører til et reservoar som er omtalt nedenfor, istedenfor til produksjonsrøret eller brønn-ringrommet.

En av fordelene ved det lukkete sløyfesystem er at stempelkamrene 30 og 32 er utlignet, slik at driftstrykket ifølge oppfinnelsen kan være uavhengig av brønntrykket.

I figur 9 og 10 er det vist ytterligere elementer som ikke er omtalt i forbindelse med den tidligere utføringsform. Disse er reservoar 60, seksjonsledning 72, pumpe 62, tilførselsledning 74 og akkumulator 64. Reservoaret 60 virker både til å levere et hydraulikkfluid til pumpen 62 (som eventuelt innbefatter motor 63) og til å motta avtappingsfluid fra avtappingsledningen 40. I denne utføringsform er det ikke nødvendig å sette fluid under trykk fra overflaten, og systemet krever følgelig mindre hydraulikkfluid; fra reservoaret 60, fluid trenger bare å strømme en kort strekning til stempelkammeret som det ledes til, hvorved man klart unngår et meget stort fluidvolum. Et punkt man må ta i betraktning ved alle lukkete nedihull-systemer, er høy temperatur og høyt trykk og de virkninger disse har på trykket i verktøyet. Ettersom lukket sløyfe-utføringsformen ifølge denne oppfinnelse må ta hensyn til denne virkning, er flere løsninger påtenkt for konstruksjon av anordnin-gen ifølge oppfinnelsen. Den mest kompliserte metode for å unngå brudd på grunn av trykkøking innebærer, selv om den er effektiv, nøyaktig analyse av for-holdene nede i borehullet og nøyaktig måling av fluidvolumet som er avsatt i verk-tøyet. Det avsatte volum vil tillate ekspansjon av fluidet under nedihull-forhold. Andre eventualiteter innbefatter gasskapper av blæretype og stempeltype. Foretrukne gasskappe-utføringsformer anvender nitrogen som gassen. Gassen kan komprimeres for å muliggjøre ekspansjon av fluidet og derved hindre brudd.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det mest foretrukne trykkavlastingsarran-gement et stempelkammer som er åpent for brønnfluid på én side av et stempel og som har hydraulikkolje på den andre side av stempelet. Når verktøyet befinner seg i brønnen, vil brønnfluidet strømme inn i kammeret gjennom porten 3 i figur 7. Brønnfluid virker på balansestempelet 5 for å tvinge det inn i hydraulikkoljen 9. Når temperaturen og trykket endrer balansen, vil stempelet 5 oscillere for å tillate ekspansjon av oljen i det forøvrig lukkete kammer, og følgelig trykkutligning.

Fluid flyttes fra reservoaret 60 til pumpen 62 der det settes under trykk i akkumulatoren 64. Ved aktivering av sleideventilen 10 ved påvirkning fra en styreinnretning i brønnen nedenfor sleideventilen eller en styreinnretning i brønnen nedenfor sleideventilen, ledes fluidet til sitt bestemmelseskammer og operasjonen med å omstille strømnings-styreanordningen foregår som ovenfor omtalt. Det skal også forstås at akkumulatoren 64 tillater drift av pumpen 62 uten noen trykkfor-skjell til sleideventilen eller stempelkamrene. Dessuten vil akkumulatoren fortsatt stå under trykk inntil det avlastes via sleideventilen. Dette innebærer imidlertid ikke at akkumulatoren 64 er avgjørende for drift av oppfinnelsen. Det er klart mulig å sløyfe akkumulatoren 64, og ganske enkelt la trykket oscillere svakt i stempelkammeret når pumpen arbeider, eller å anvende en trinnmotor-pumpe som trinnvis vil endre trykket i mål- eller bestemmelseskammeret. En trinnmotor er særlig anvendbar der avpasset drift av strømnings-styreanordningen er ønskelig, ettersom motor-tellingene kan anvendes for å gi proporsjonsmessig styring samt for å kommunisere lukkeglidemuffens posisjon til overflaten. Dessuten er posi-sjonsfølere overordentlig hjelpsomme for tilveiebringelse av informasjon om hvor lukkeglidemuffen er hen. Denne informasjon kan brukes i brønnen ovenfor eller nedenfor sleideventilen etter ønske.

Det er viktig å bemerke at selv om styring kan opprettholdes uten nedihull-intelligens, vil intelligente føleranordninger, dvs. mikroprosessorer (vist i figur 6 som 70), posisjonsfølere for kommunisering til mikroprosessoren nede i borehullet (eller også til overflaten ved overflatestyring), telemetri-anordninger, strømregula-torer, etc, være fordelaktige ved systemet som er beskrevet for begge utførings-former. Nedihull-intelligenssystemene som er beskrevet i US 5 732 776 tilhøren-de søkeren, er således ønskelige for å overvåke forhold som innbefatter lukkeglidemuffens posisjon. Det vil forstås at de her beskrevne verktøy er analoge med nedihull-styreanordningene som er omtalt i US 5 732 776. Ved å overvåke forhold nede i borehullet, kan avpassete justeringer av strømningsstyreanordningen utfø-res for å øke effektiviteten og produktiviteten ved enhver gitt brønn.

Det er også viktig å forstå at én eller flere av komponentene i hver av disse utføringsformer kan flyttes til overflaten. Den eneste del ved oppfinnelsen som må være nede i borehullet, er stempelarrangementet. Andre komponenter kan det være mer ønskelig å ha på overflaten, for å gjøre det enklere og billigere å utføre reparasjoner.

Claims (12)

1. Aktiveringsanordning for et nedihullsverktøy, omfattende: a) et hus (57) i hvilket det er montert en sleideventil (10) som har minst ett innløp (18) og minst to driftsutløp (20, 24), b) en hydraulikkfluidkilde og en trykkilde for fluidet, i fluidforbindelse med innløpet (18), c) en toveis stempelinnretning som har et enkelt stempel (50) og et kammer som av stempelet deles i to delkamre (30, 32) i huset (57) og som er tilknyttet hvert sitt av de to driftsutløp (20, 24), idet sleideventilen er innrettet til å sette inn-løpet (18) i fluidforbindelse med minst ett av de to driftsutløp (20, 24), og d) en kopling som er innrettet til å overføre bevegelse fra stempelet til nedihullsverktøyet som er festet til huset (57).

2. Aktiveringsanordning ifølge krav 1, hvor sleideventilen (10) videre omfatter minst én vikling (12, 14) som er tilknyttet forbindelsen mellom nevnte minst ene innløp (18) og hvert av de to driftsutløp (20, 24), idet nevnte minst ene vikling be-står av minst to viklinger (12, 14) hvor én av de to viklinger er tilknyttet hvert av de to driftsutløp, idet de to viklinger hver for seg virker til å innstille sleideventilen (10) slik at innløpet (10) forbindes med ett av de to driftsutløp (20, 24).

3. Aktiveringsanordning ifølge krav 1, hvor sleideventilen (10) videre omfatter en gjennomføringsledning (26) hvor hydraulikkfluid føres gjennom sleideventilen uten å leveres til noen av de to driftsutløp (20, 24).

4. Aktiveringsanordning ifølge krav 1, hvor de to delkamre er tilknyttet de to driftsutløp (20, 24) via hydraulikkledninger, hvorved trykk som ledes til ett av de to driftsutløp beveger stempelet (50) i en retning for lukking av nedihullsverktøyet og trykk som ledes til det andre av de to driftsutløp beveger stempelet i en retning for åpning av nedihullsverktøyet.

5. Aktiveringsanordning ifølge krav 1, hvor innløpet (18) tilføres hydraulikkfluid fra et nedihullpumpe- og akkumulatorsystem anordnet nedihulls.

6. Aktiveringsanordning ifølge krav 4, hvor aktiveringsanordningen er fluid-låsbar for å holde stempelet (50) i hvilken som helst ønsket posisjon å hindre fluidbevegelse i de to driftsutløpsledninger.

7. Aktiveringsanordning ifølge krav 1, hvor nedihullsverktøyet er variabelt aktiverbart ved hjelp av aktiveringsanordningen.

8. Datastyrt aktiveringsanordning for et nedihullsverktøy, omfattende: a) et hus (57) i hvilket det er montert en sleideventil (10) som har minst ett innløp (18) og minst to driftsutløp (20, 24), b) en hydraulikkfluidkilde og en trykkilde for fluidet, i fluidforbindelse med innløpet, c) en toveis-stempelinnretning som har ett enkelt stempel (50) og et kammer som av stempelet deles i to delkamre (30, 32) i huset, hvilke to delkamre er tilknyttet hvert sitt av de to driftsutløp, d) en kopling for overføring av bevegelse fra stempelet til nedihullsverk-tøyet som er festet til huset, og e) en nedihull-prosessor (70) og minst én med denne forbundet føler, hvor prosessoren også er forbundet med sleideventilen (10).

9. Datastyrt nedihullsverktøy-aktiveringsanordning ifølge krav 8, hvor minst én føler omfatter et flertall av følere.

10. Datastyrt nedihullsverktøy-aktiveringsanordning ifølge krav 8, hvor den minst ene føler er en posisjonsføler.

11. Datastyrt nedihullsverktøy-aktiveringsanordning ifølge krav 8, hvor prosessoren (70) videre er tilknyttet en telemetri-anordning som er i stand til å kommunisere mellom seg selv og minst ett/én av et overflatested, en annen sone og en annen brønn.

12. Datastyrt nedihullsverktøy-aktiveringsanordning ifølge krav 8, hvor prosessoren (70) tilføres kraft fra et nedihullssted.