NO316033B1 - Verktöy for utförelse av en brönnoperasjon - Google Patents

Description

Området for denne oppfinnelse angår brønnverktøy, særlig aktuator-mekanismer for brønnverktøy

Det finnes mange typer brønnverktøy Noen fastlåses i stilling ved hjelp av kiler som i sin tur aktiveres ved bevegelse av en hylse Andre verktøy utfører forskjellige funksjoner, så som åpning og lukking av ventiler eller porter som reaksjon på bevegelse av verktøyet eller hydraulisk aktivering av et stempel Særlig på området hydraulisk aktiverte verktøy var det vanligvis nødvendig med trykkoppbyg-gmg på innsiden eller utsiden av verktøyet Dette trykk kommuniserte gjennom en vegg hos verktøyet inn i et avtettet kammer Aktuator-stempelet utgjorde en del av det avtettete kammer, slik at hulrommet øket eller minsket i volum, etter hvert som stempelet beveget seg som reaksjon på øking eller minsking av hydraulisk trykk i verktøyet Disse hulrom med variabelt volum utenfor verktøy veggen, var avseglet med elastomer-O-ringer eller lignende tetninger Disse tetninger var utsatt for slitasje på grunn av forurensning i borehullfluider som strømmet frem og tilbake ved normal drift, og/eller kjemiske virkninger fra borehullfluidene Ved slitasje på slike tetningselementer ville det danne seg en åpen kanal gjennom side-porten i verktøyveggen fra verktøyets innside til dets utside, med derav følgende forstyrrelser av brønnoperasjoner og meget kostbar driftsstans for brønnopera-tøren

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse ble utviklet med sikte på å av-hjelpe disse problemer, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et verktøy for utførelse av en brønnoperasjon, som angitt i de etterfølgende patentkrav

Anordningen benytter trykkdifferensialpnnsippene, men uten fluidkommuni-kasjon Isteden skaper den trykkforskjell som anvender en spenning som tillater bøyning av verktøyveggen innenfor dens elastisitetsgrenser Bøyningen kan så anvendes til enten å skape et signal som indirekte bringer verktøyet i virksomhet, eller til direkte å bringe verktøyet i virksomhet ved å anvende slike teknikker som hydrostatiske trykkforskjeller

Oppfinnelsen angår aktivering av et brønnverktøy ved hjelp av hydrauliske krefter i en konstruksjon som ikke anvender sideåpnmger gjennom verktøyveggen Ved hjelp av forskjellige mekanismer, tvinges verktøyveggen til å bøye seg, fortrinnsvis innenfor sine elastiske grenser Veggbøyningen gir enten signal til en føler som føler slik bevegelse for å skape et tilsvarende signal som kan frigjøre et stempel Deretter anvendes hydrauliske trykkforskjeller til å bevege stempelet for drift av brønnverktøyet

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor Figur 1 viser den foretrukne utfønngsform av verktøyet i innkjønngsposisjo-nen, med en alternativ aktuator-mekanisme vist med brutte linjer,

Figur 2 er lik figur 1, i stillingen hvor veggen har bøyet seg,

Figur 3 viser verktøyet ifølge figur 2 i helt satt stilling

Figur 4 er et perspektivnss av låsenngen som frigjøres ved veggbøynmg, Figur 5 er et skjematisk riss som viser arrangementet av kamrene som kan brukes til å igangsette veggbøynmg,

Figur 6 er et riss langs linjen 6-6 på figur 1,

Figur 7 er et riss langs linjen 7-7 på figur 1,

Figur 8 er et riss langs linjen 8-8 på figur 2,

Figur 9 er et riss langs linjen 9-9 på figur 2

Anordningen A er vist i figur 1 Selv om mange forskjellige typer brønnverk-tøy kan benyttes i sammenheng med den viste settemekanisme, viser figur 1 spe-sielt en mekanisme for setting av en rekke kiler 10 ved skyving av disse langs en konus 12 I innfønngsstillingen vist i figur 1, er kilene 10 tilbaketrukket for å lette innføring av brønnverktøyet i borehullet Til slutt, slik det fremgår ved å sammen-ligne figur 1 og 3, vil kilene 10 bli drevet oppover konusens 12 skråflate Kilene 12 fastholdes ved hjelp av en holder 14 som i sin tur ligger an mot en stempelenhet 16 Stempelenheten 16 omfatter en knast 18 som i innfønngsstillingen er innesluttet i et spor 20 ved hjelp av en hylse 22 Hylsen 22 har en flate 24 som ligger an mot en ende av knasten 18, mens knastens 18 andre ende er i sporet 20 og derved effektivt hindrer stempelenheten 16 fra å bevege seg i lengderetningen En støttenng 26 er festet til anordningens A vegg 28 Støtteringen 26 støtter en fjær 30 som, når knasten 18 frigjøres ved bevegelse av hylsen 22 virker til å skyve stempelet 16 på en måte som vil drive kilene 10 opp til konusen 12, som vist i figur 3

Stempelenheten 16 har et utstikkende segment 32 som strekker seg inn i et kammer 34 Trykket i kammeret 34 er fortrinnsvis atmosfærisk, men kan være et annet trykk opp til nær ringromtrykket Kammeret 36 er anordnet på motsatt side av veggen 22 i forhold til kammeret 34, og i den foretrukne utfønngsform bør det ha et trykk som er lik eller noe forskjellig fra kammeret 34 Det utstikkende segment 32 er bevegelig montert mellom tetninger 38 og 40 En tetning 42 avslutter alle tetningene som er nødvendig for å opprettholde et forutbestemt trykk i hulrommet 34 under innføring

Ettersom det hydrostatiske trykk som virker på stempelenheten 16 i borehullet, er større enn det motsatte trykk som virker på det utstikkende segment 32 i hulrommet 34, vil stempelenheten 16 søke å bevege seg nedad mot låsenngen 44 I den foretrukne utfønngsform, er låsenngen 44 en delt ring med et sirkulært spor 46, som vist i figur 4 I den foretrukne utfønngsform sikrer et bruddelement

48 (se figur 7) det sirkulære spor 46 som ett kontinuerlig spor, slik at spalten 50 (se figur 4) reduseres til nesten null ved ferdig montering som vist i figur 6 Når den delte låsenng 44 er montert over veggen 28, har den en innvendig gjenge 52 som samvirker med en gjenge 54 på veggen 28, slik at låsenngen 44 festes i stilling på veggen 28, og i sin tur effektivt hindrer bevegelse av stempelenheten 16

På den andre siden av veggen 28 befinner seg hulrommet 36 som er dan-net mellom tetningene 56 og 58 Det indre hulrom 36 har en port 60 som er tettende dekket av en bruddhylse 62 som fastholdes til en ring 34 som danner hulrommet 36, ved hjelp av en bruddpinne eller liknende bruddmekanisme 66 Tetningene 68 og 70 tetter mellom ringen 34 og bruddhylsen 62 rundt porten 60 I den foretrukne utfønngsform er kamrenes 34 og 36 imtialtrykk atmosfæriske ved montering på overflaten Andre trykk enn atmosfæretrykk kan imidlertid benyttes i disse to kamre, uten å avvike fra oppfinnelsestanken Hensikten er å hindre at veggen 28 i området ved gjengene 54 bøyer for tidlig på grunn av betydelig trykkforskjell før ønsket tidspunkt

I figur 2 er delenes stilling etter at veggen har bøyet seg vist For å igangsette veggbøymngen, blir en kule eller annen gjenstand sluppet inn i anordningen A og lander tettende mot bruddhylsen 62 på et sete 72 Straks anordningens A innvendige kanal er avtettet mot setet 72, vil trykk som påføres fra overflaten bryte bruddpinnen 66 og bringe bruddhylsen 62 til å bevege seg nedover i borehullet Porten 60 er nå utsatt for hydrostatiske trykk i borehullet Trykket i hulrommet 36 begynner å bygge seg opp Ettersom trykket i hulrommet 34 tvers over veggen 28 fra hulrommet 36 samtidig er ved et betydelig lavere trykk, vil veggen 28 foreta en elastisk bøyebevegelse i nærheten av gjengene 54 Denne bøyebevegelse utset-ter låsenngen 44 for en høyere omkretsspenmng, hvilket virker til å øke spalten 50 til det punkt hvor bruddelementet 48, som fortrinnsvis kan være et keramisk mate-riale, bnster Når det keramiske element 48 brister, øker spalten 50 til det punkt hvor gjengene 52 løsner fra gjengene 54 Ettersom stempelenheten 16 er i trykk-ubalanse og det opprinnelige trykk i hulrommet 34 er meget lavere enn det hydrostatiske trykk i nngrommet utenfor anordningen A, flyttes stempelenheten 16 videre mn i kammeret 34, som vist i figur 3 Når tilstrekkelig bevegelse inn i kammeret 34 har ført til frigjøring av knasten 18, vil fjæren 30 bevege stempelenheten 60 oppad, idet denne skyver kilene 10 opp langs konusen 12 Knasten 18 frigjøres når flaten 19, heller enn flaten 24, befinner seg overfor knasten 18 Det skal be-merkes at bruddhylsen 62 kan forskyves bare tilstrekkelig langt til at porten 60 åp-nes for hydrostatiske trykk i anordningen A, og at den kan fremdeles fastholdes av anordningen A eller den kan fullstendig frigjøres fra anordningen A, for å bevege seg videre ned i borehullet, som vist i disse figurer Alternativt er enhver mekanisme som tillater trykkoppbygging i hulrommet 36 innenfor rammen av oppfinnelsen Bevegelse av stempelenheten 16 kan også benyttes til å utføre hvilken som helst annen brønnoperasjon

En alternativ måte å frigjøre låsenngens 44 inngrep med veggen 22 på, er vist med brutte linjer i figur 1 Her avføler en strekklapp eller -lapper 74 veggens bøyning Strekklappen eller strekklappene 74 er tilkoplet en styrekrets 76 som drives av en batteripakke 78 Istedenfor å bruke et bruddelement så som kera-mikk for en ring 48, erstattes i denne versjon keramikknngen 48 med en snor så som Kevlar®, laget av DuPont, for å holde ringen 44 i stillingen vist i figur 1 Alternativt kan låsenngen 44 være forskjellig utformet med en spalte og omkretsspor hvor Kevlar®-materialet kan være anbrakt En nikrom-tråd 80 kan være sam-menflettet med Keviar®-matenalet som sammenholder låsenngen 44, tdet spalten 50 holdes så liten som mulig En mulig utførelse under anvendelse av Kevlar® er nærmere vist i en beslektet søknad som eies av Baker Hughes innlevert i USA den 20 10 94 med søknadsnr 08/326 824, som det herved henvises til med hen-syn til tilsvarende detaljer i foreliggende søknad Ved mottak av det riktige signal ved strekklappene 74, vil batteripakken 78, i sammenheng med styrekretsen 76, sende en elektnsk strøm gjennom nikrom-tråden 80, som i sin tur varmer opp Kevlar®-elementet eller -elementene 48 inntil de blir så svekket at de ryker eller brister, og derved lar spalten 50 vokse til det punkt hvor gjengenes 52 og 54 inngrep løsner Deretter vil stempelenheten 16, på den ovenfor beskrevne måte, fritt kunne bevege seg og derved tillate brønnverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse å virke I den skjematisk viste utførelse ifølge figur 5, vil fagmenn på området se at forskjellige mekanismer eller signaler kan frembringes som reaksjon på all bøy-ning for å avstedkomme drift av brønnverktøyet, alt uten hull i veggene 28 til verk-tøyet Forskjellige typer verktøy kan således benyttes, så som på/av-ventiler, siler, fonngsrør-hengere, o I, som alle kan aktiveres på denne måte uten at operatøren utsettes for fare for at en lekkasje gjennom veggen til brønnsystemet skal kunne føre til uønsket forbindelse mellom nngrommet og produksjonsrøret i borehullet Det helt mekaniske system som ovenfor beskrevet foretrekkes, fordi det er bedre egnet til å tåle det ugunstige brønnmiljøet Den elektriske utfønngsform som er beskrevet, har visse temperaturbegrensninger for batteripakken og elektronikk-kretsen som er innesluttet i kammeret 34 Det mekaniske system som benytter bruddelementet 48 har betydelig høyere dnftskapasitet, ettersom det er ufølsomt for brønnfluidtemperatur eller -sammensetning

Claims (1)

1 Verktøy for utførelse av en brønnoperasjon, karakterisert ved at det omfatter

en rørformet hoveddel som danner en vegg og innvendig avgrenser en kanal og et utvendig ringrom nede i brønnen, et aktiveringselement som er bevegelig montert på hoveddelen, slik at bevegelse av aktivenngselementet utgjør minst ett av trinnene for utførelse av brønnoperasjonen, et låseelement som er montert på hoveddelen for selektivt å hindre bevegelse av aktivenngselementet inntil låseelementet frigjøres som reaksjon på bøy-ning av veggen til den nngformete hoveddel 2 Verktøy ifølge krav 1, karakterisert vedat aktivenngselementet er montert på hoveddelens utside, at låseelementet også er montert på hoveddelens utside, hvorved innvendig trykkoppbygging i kanalen i hoveddelen virker til å bøye et segment av den rørformete hoveddel for frigjøring av låseelementet 3 Verktøy ifølge krav 2, karakterisert ved at den rørformete hoveddel ikke har noen gjennomtrengninger som strekker seg gjennom den fra kanalen, idet nevnte trykkoppbygging for igangsetting av veggbøyningen skjer ho-vedsakelig inne i hoveddelen 4 Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at det omfatter motstå-ende, avtettete kamre, ett på hver side av veggen og nær låseelementet, og at kammeret i kanalen i hoveddelen er selektivt tilgjengelig for trykk i kanalen for å skape en trykk-ubalanse over veggen som mellom kamrene, for å innlede bøyning av denne 5 Verktøy ifølge krav 4, karakterisert ved at låseelementet er en spaltet ring som holdes i en stilling låst til utsiden av veggen ved hjelp av et bruddelement, idet veggen ved bøyning ekspanderer låseelementet inntil bruddelementet brister for å frigjøre låseelementet fra veggens utside 6 Verktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at den delte ring omfatter en kanal innrettet til å oppta bruddelementet som strekker seg over spalten på denne, hvor bruddelementet, ved montering til veggens utside, tvangsmessig holder den spaltete nng over veggens utside inntil bruddelementet brister, for derved å tillate den spaltete ring å ekspandere på nytt for å løsne sitt inngrep med veggens utside 7 Verktøy ifølge krav 4, karakterisert ved at aktivenngselementet strekker seg inn i kammeret på veggens utside og ligger an mot låseelementet som hindrer bevegelse av dette på grunn av en hydraulisk kraft-ubalanse som virker på aktivenngselementet fra krefter innvendig i og utvendig på det ytre kammer