NO317432B1 - Fremgangsmåte og anordning for trykkstyrt sekvensregulering - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR TRYKKSTYRT SEKVENSREGULERING

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for trykkstyrt sekvensregulering. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for å kunne styre en sekvens av arbeidsoperasjoner i et nedihullsverktøy. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Under arbeid under grunnen, for eksempel i et borehull, er det avgjørende at rekkefølgen, sekvensen, av de enkelte arbeidsoperasjoner styres på en sikker måte.

Det er kjent å kommunisere fra overflaten og ned til nedi-hullsverktøyet i for eksempel en rørstreng ved hjelp av telemetri og rotasjonsfrekvenser. Det er også kjent å anvende elektriske signal for slik kommunikasjon.

Disse kommunikasjonsformer har svakheter som i betydelig grad reduser deres anvendelse idet telemetri krever en relativt ømfintlig instrumentering, anvendelse av rotasjonsfrekvenser betinger at nedihullsverktøyet kan roteres, mens elektriske ledere ofte er utsatt for skader.

Det er således blitt mer vanlig å styre verktøy ved å variere arbeidsfluidtrykket for eksempel under kveilrørsarbeider hvor en relativ trykkøkning i arbeidsfluidet kan anvendes til å starte en ytterligere arbeidsoperasjon.

Under kompliserte arbeidsoperasjoner hvor det må anvendes et større antall relativt følsomme ventiler og hvor trykkinter-vallet fra en ventil i sekvensen åpner og til den neste åpner er lite, har det grunnet redusert funksjonssikkerhet i ven-tilsystemet vist seg at arbeidsfluid er lite egnet til å anvendes i ventiler av denne art.

En ytterligere uheldig virkning av trykkstyrt sekvensregulering er at øvrige verktøyfunksjoner, hvor det for eksempel anvendes hydrauliske sylindere er ofte influert av trykkvariasjoner i arbeidsfluidet. Det har dessuten vist seg at ar-beidsf luidets maksimale trykk ofte er for lavt til å kunne utføre enkelte arbeidsoperasjoner i tilknytning til et nedi-hullsverktøy.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Arbeidsfluidet som tilføres nedihullsverktøyet fra overflaten for eksempel gjennom et kveilrør, tilføres en fluidadskiller fortrinnsvis i form av en trykkstiger. Fluidadskilleren omfatter typisk et skillestempel som forløper i en sylinder og hvor stemplets ene side påføres trykk fra arbeidsfluidet, mens stemplets motstående side kan utøve et trykk mot et

hydraulikkfluid.

Ved at skillestemplets to endeareal er ulikt, kan inn og ut-gående trykk fra væskeadskilleren være ulikt. Dersom arbeidsfluidtrykket virker på et stempelareal som er dobbelt så stort som det stempelareal som virker på hydraulikkfluidet, vil hydraulikkfluidtrykket være dobbelt så stort som arbeidsfluidtrykket. Fluidatskillere av denne art betegnes trykk-stigere.

Fra fluidatskilleren strømmer hydraulikkfluidet til en første overtrykksventil som er innstilt til å åpne ved et første trykk. Det er fordelaktig at en hydraulisk akkumulator også er tilkoplet denne forbindelse for å utjevne trykkstøt og trykkvariasjoner i styresystemet.

En første arbeidsoperasjon igangsettes når trykket i hydrau-likkf luidet når et første trykk. En andre trykkbegrensnings-ventil er innstilt til å åpne ved et andre trykk som er høyere en det første trykk. Når det andre trykk oppnås, igangsettes en andre arbeidsoperasjon for eksempel ved at en pilotstyrt tilbakeslagsventil åpner.

Styresystemet kan være forsynt med så mange trykkbegrens-ningsventiler med ulike åpningstrykk som trengs for å styre verktøyets aktuatorer.

I en foretrukket utførelsesform er væskeatskillerens.arbeids-fluidside forsynt med en strupeventil i en avblødningsport. Trykkfallet over strupeventilen er avhengig av strømnings-raten gjennom strupeventilen.

Det arbeidsfluidtrykk som virker på skillestemplet er således styrt av arbeidsfluidets strømningsrate. Styresystemets sekvens kan derved styres ved å regulere hvor mye arbeidsfluid som til enhver tid pumpes ned til nedihullsverktøyet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bevirker at det hydrauliske styresystem kan arbeide med et rent hydraulikkfluid som kan ha et høyere maksimaltrykk en arbeidsfluidet, hvorved funksjonssikkerheten særlig under operasjoner som betinger mange sekvenser forbedres i betydelig grad.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og utførelsesform som er anskue-liggjort på medfølgende tegning, hvor: Fig. 1 viser et forenklet koplingsskjerna av nedihullsverk-tøyets styresystem.

På tegningen betegner henvisningstallet 1 et hydraulisk se-kvensstyresystem tilhørende et ikke vist nedihullsverktøy.

Arbeidsfluid kan strømme fra for eksempel et ikke vist kveil-rør, og gjennom en innløpsport 4 inn i en trykkstiger 2 av i og for seg kjent utførelse. Trykkstigerens 2 stempel 6 av-grenser tettende trykkstigerens 2 arbeidsfluidkammer 8 og hydraulikkfluidkammer 10.

En strupeventil 12 kommuniserer med arbeidsfluidkammeret 8 og er innrettet til å stupe et avløp fra arbeidsfluidkammeret 8.

Stemplet 6 er fortrinnsvis slik utformet at arbeidsfluidet virker på et stempelareal 14 som er større en et stempelareal

15 som virker på hydraulikkfluidet.

Fra hydraulikkfluidkammeret 10 strømmer hydraulikkfluid via en første fordelingskanal 16 og til en akkumulator 17, en første tilbakeslagventils 18 lukkeport, en første overtrykksventil 20, en andre overtrykksventil 22 og en styrt pilotven-tils 24 innløpsport. Den første overtrykksventil 20, som er innrettet til å åpne ved et første bestemt trykk, er forbundet til en første aktuator 26 ved hjelp av et rør 28.

Den hydraulisk akkumulator 17 er tilkoplet anlegget hovedsa-kelig for å utjevne trykkstøt og trykkvariasjoner i styresystemet .

En andre fordelingskanal 30 kommuniserer med den andre overtrykksventil 22 som er innrettet til å åpne pilotventilens 24 pilotport, den første tilbakeslagsventils 18 åpneport og en andre tilbakeslagsventils 32 stengeport ved et andre bestemt trykk.

Pilotventilens 24 utløpsport kommuniserer med en andre aktuator 34 via et rør 36, en tredje tilbakeslagsventil 38 og en tredje fordelingskanal 40. Den tredje fordelingskanal 40 kommuniserer også med den andre tilbakeslagsventils 32 åpneport.

Når det hydrauliske sekvensstyresystemet 1 skal igangsettes,

strømmer arbeidsfluid inn i trykkstigerens 2 arbeidsfluidkammer 8 hvor det utøver et trykk mot stemplets 6 relativt store stempelareal 14. Det relativt mindre stempelareal 15 virker på hydraulikkfluidet som befinner seg i hydraulikkfluidkammeret 10, idet trykket i hydraulikkfluidkammeret 10 er større enn trykket i arbeidsfluidkammeret 8 i et forhold som tilsva-rer stempelarealenes 14 og 15 relative areal.

Fluid dreneres ut av arbeidsfluidkammeret 8 gjennom strupeventilen 12.

Innstrømningsraten av arbeidsfluid til arbeidsfluidkammeret 8 økes tilstrekkelig til at trykket i hydraulikkfluidet stiger opp til overtrykksventilens 20 åpningstrykk, hvorved fluid strømmer via røret 28 og til den første aktuator 26. Fluid er forhindret fra å strømme fra den første fordelingskanal 16 gjennom den første tilbakeslagsventil 18, den andre over-trykkventil 22 og pilotventilen 24.

Ved at arbeidsfluidstrømmen økes ytterligere, stiger trykket i den første fordelingskanal 16 til den andre overtrykksven-tils 22 åpningstrykk. Fluid strømmer derved gjennom den andre overtrykksventil 22 via den andre fordelingskanal 30 til pilotventilens 24 pilotport. Pilotventilen 24 åpner derved for hydraulikkfluidstrømning via røret 36, den tredje tilbakeslagsventil 38 og den tredje fordelingskanal 40 til den andre aktuator 34. Fluid kan ikke strømme fra den tredje fordelingskanal 40 via den andre tilbakeslagsventil 32 og den første tilbakeslagsventil 18, siden trykket i den første fordelingskanal 16 er minst like stort som i den tredje fordelingskanal 40.

Ved å redusere innstrømningen i arbeidsfluidkammeret 8 redu-seres trykket i hydraulikkfluidet, hvorved overtrykksventile-ne 20 og 24 stenger. Fluid kan strømme fra den andre aktuator 34 gjennom tilbakeslagsventilene 32 og 18 til hydraulikkfluidkammeret 10. Den første aktuator 26 dreneres av en ikke vist ventil.

Styrefrekvensen kan deretter gjentas.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen kan med fordel utbygges etter de ovenfor beskrevne prinsipper til å sekvensstyre flere enn to aktuatorer 26, 34.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å regulere et nedihulls hydraulisk sekvensstyreanlegg (1) hvor et antall overtrykksventiler (20, 22) er innrettet til sekvensielt å åpne direkte eller indirekte for korresponderende aktuatorer (26, 34) ved hjelp av et tilført arbeidsfluid, karakterisert ved at arbeidsfluidets trykk overføres til sekvensstyreanleggets (1) hydraulikkfluid.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at hydraulikkfluidets trykk reguleres ved å regulere arbeidsfluidets strømningsmengde ved at arbeidsfluidet dreneres gjennom en strupeventil (12) med strømningsvolumavhengig strømningsmotstand.

3. Fremgangsmåte i henhold krav 1 eller 2, karakterisert ved at trykket fra arbeidsfluidet overføres til hydraulikkfluidet ved hjelp av et skillestempel (6).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at trykket fra arbeidsfluidet overføres til hydraulikkfluidet ved hjelp av en trykkstiger (2).

5. Anordning for å regulere et nedihulls hydraulisk sekvensstyreanlegg (1) hvor et antall overtrykksventiler (20, 22) er innrettet til sekvensielt å åpne direkte eller indirekte for korresponderende aktuatorer (26, 34) ved hjelp av et tilført arbeidsfluid, karakterisert ved at et skillestempel (6) er innrettet til å påvirkes av arbeidsfluidets trykk og å overføre trykket til sekvensstyreanleggets (1) hydraulikkfluid.

6. Anordning i henhold til krav 5, karakterisert ved at skillestempel (6) utgjør en del av en trykkstiger (2).

7. Anordning i henhold til krav 5 eller 6, karakterisert ved at en strupeventil (12) er kommuni-serbart forbundet til et arbeidsfluidkammer (8) ved skillestempelet (6).