NO322198B1 - Fluidledning med integrert elektrisk leder - Google Patents

Description

Oppfinnelsens fagfelt

Denne oppfinnelses felt vedrører kontrolledninger som kan overføre fluider til fjerntliggende steder og, mer bestemt, kontrolledninger som kan benyttes ved olje-og gassoperasjoner, slik som under havets overflate, der det også er fordelaktig å overføre elektriske signaler til et fjerntliggende punkt.

Oppfinnelsens bakgrunn

I mange anvendelser i olje- og gassindustrien er det ønskelig å overføre fluidtrykk til et fjerntliggende sted for aktuering av utstyret, likesom å føre elektriske ledere enten for overføring av signaler eller kraft til elter fra overflaten til et sted under overflaten av andre grunner. Typisk blir en leder, dersom den er liten og tilstrekkelig fleksibel og kan avspoles fra en rull, ført langsetter produksjonsrøret eller på annen måte ned i borehullet. Dersom signaler skal sendes elektrisk fra brønnbor-ingen til overflaten har en separat kabel vært brukt, som ofte buntes til det ytre av kontrollrøret slik at de hydrauliske signalene passerer gjennom kontrollrøret mens de elektriske, generelt lavspente signalene, som registrerer flere forskjellige til-stander nede i brønnen eller opererer lavspentutstyr, bruker den inntilliggende kabelen for overføring av slike signaler. Det har også vært gjort forsøk tidligere på å føre den elektriske signalkabelen inn i og gjennom en kveilerørsenhet. I disse til-fellene blir signalkabelen eksternt skjermet for å forhindre signalforstyrrelse fra den omkringliggende rørkonstruksjonen. Ett av problemene ved denne type installa-sjon har vært at den skjermende kabelen ville utvikle feil eller knappenålshull i dets ytre beskyttende hylster, noe som så ville tillate fluider å trenge inn i kabelen og skade signalledeme her. I tillegg er et annet problem som møtes ved slike kon-struksjoner at lederkabelen som løper gjennom røret flere steder kan orientere seg inntil rørveggen, spesielt dersom brønnen på en eller annen måte er avbøyd. Kon-takten mellom den elektriske kabelen og rørveggen kunne forårsake to problemer. For det første vil den kunne forårsake avsitting av skjermmaterialet mot rørveg-gens innsideoverflate, noe som til slutt ville resultere i at dekselets for lederne integritet ville kompromitteres. Dette, som nevnt tidligere, ville kunne forårsake sammenbrudd i evnen til å overføre signaler gjennom lederne. I tillegg førte tett nærhet med rørveggen også til at den indre kabelen ble utsatt for skader fra mekaniske støt mot røret i situasjoner der kabelen er plassert opp mot innsiden av rør-veggen. Slike støt kunne bevirke bulker i rørveggen, noe som vil overføres direkte til kablene og skade og kanskje ødelegge kabelen. Til slutt, og i mindre grad, skapte også tett nærhet mot rørets innsidevegg potensiell risiko for signalforstyrrelse fra den metalliske rørveggen.

Plass står regelmessig høyt i kurs i olje- og gassinstallasjoner, spesielt for off-shoreformål. Det er ofte ønskelig at det eksterne kontrollrøret har en så liten dia-meter som mulig, selv om den samtidig må ha den nødvendige stivheten og indre diameteren til å kunne gi plass til en indre leder. Det som er ønskelig og derfor mangler ved det kjente utstyret er en kompakt konstruksjon der en leder effektivt kan isoleres og plasseres forholdsvis sentralt i røret for å minimalisere skade på kabelen fra slag mot røret. Når det gjelder ledere plassert inne i røret og disses posisjon holdt bort fra rørveggen kan i tillegg rommet rundt lederen benyttes fora tillate fluidstrømning eller, alternativt, kan det fylles med et tetningsmateriale som tilveiebringer ytterligere holdbarhet for sammenstillingen av ledere, isolatorer/sent-rererer, og tomromstetningsmiddel, som alie er plassert inne i røret.

US-patent 5,285,008 beskriver en kabel for samtidig overføring av elektrisk kraft og minst et fluid. Kabelen omfatter et langstrakt hus som har en indre og en ytre overflate, minst en leder som strekker seg gjennom huset og holdt i avstand fra den indre overflaten til huset ved hjelp av en avstandsanordning som er påmontert lederen. Avstandsanordningen strekker seg langs lederen og danner et nav som dekker over lederen slik den strekker seg langs huset. Avstandsanordningen omfatter minst en finne eller lignende anordning som går radialt ut fra navet og som definerer minst en flytkanal liggende mellom den overdekkede lederen og den indre overflaten til huset. Avstandsanordningen kan ha et mangfold av slike finner som er anordnet med avstand rundt navet.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det legges frem en sammenstilling for effekt- elfer signaloverføring mellom overflaten til en brønn og en nedihullskomponent. Sammenstillingen omfatter et kontinuerlig dekkrør av metall laget av minst ett flak rullet til et rør for å danne en lang søm og som er tilstrekkelig lang til å rekke fra overflaten til brønn til en nedihulfs-komponent nede i brønnen uten noen mellomliggende forbindelser. Videre omfatter sammenstillingen minst en leder som strekker seg kontinuerlig gjennom dekk-røret fra overflaten til nedihullskomponenten, en ikke-metallisk avstandsholder som omfatter minst ett utstrakt element som strekker seg fra en kjerne som omgir den minst ene leder for å holde avstand til denne. Dekkrøret dannes ved å rulle flaket over den minst ene leder for å danne sømmen forskjøvet fra det minst ene utstrakte element, slik at en sveis av sømmen ikke ødelegges av det minst ene utstrakte element når dekkrøret dannes over avstandsholderen.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er et snitt gjennom røret som viser lederen heri med en fylling imellom.

Figur 2 er riss i figur 1 uten fylling.

Figur 3 er riss i figur 2, med en skjematisk representasjon av en kombinasjon av et hydraulisk og elektrisk element og viser en typisk anvendelse av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformer

Figur 1 illustrerer anordningen A ifølge den foreliggende oppfinnelse. Den består av et ytre hus eller rør 10 som kan lages i flere forskjellige korrosjonsresistante materialer, omfattende metaller slik som 316 Rustfritt Stål, Inconel, likesom stive plastmaterialer. På innsiden av huset 10 er det en avstandsholder 12. Inne i avstandsholderen 12 er lederen eller lederne 14. Lederne 14 kan være en eller flere kordeler som samlet kan overføre et signal eller signaler. En kordel eller en gruppe av kordeler kan være separat buntet og skjermet før de monteres i avstandsholderen 12. På denne måten bærer røret 10 flere potensielle signal- eller kraftoverfør-ingsveier inne i den samme avstandsholderen 12.1 den foretrukne utførelsesfor-men har avstandsholderen 12 flere radielle fremspring 16, som står i avstand fra hverandre med 120° intervaller og som strekker seg radielt fra et nav 17, for å skape tre parallelle strømningsveier 18, 20 og 22. Strømningsveiene kan benyttes slik de er eller kan som et alternativ, som vist i figur 1, fylles med en epoksy 24. Ved å tilføre epoksyen 24 tilveiebringes ytterligere beskyttelse for lederne 14. De radielt utstrakte elementene 16 hjelper også til å sentralisere lederne 14 og holde disse borte fra det ytre huset 10. Ved å sentralisere lederne 14 er de mindre utsatt for skade. Videre er det mindre sannsynlighet for at kontrollsignaler som passerer gjennom disse lider av interferens fra hosliggende metallkomponenter, slik som huset 10. Når sammenstillingen settes sammen, som vist i figur 1, ved strømnings-veiene 18,20 og 22 videre fylt med epoksy blir sammenstillingen mer holdbar i å motstå mekaniske støt, men forblir likevel tilstrekkelig fleksibel til å tillate oppkveil-ing av huset 10 på en rull (ikke vist) for å lette lagringen og utleveringen ved be-hov. Selv om den foretrukne utførelsesformen indikerer at lederne skal sentralise-res er en sideforskutt plassering, men fjernt fra huset eller røret 10, likevel innenfor oppfinnelsens sfære. Selv om det er vist tre radielle utspring 16 i den foretrukne utførelsesformen kan forskjellige konfigurasjoner benyttes for å oppnå den posi-sjonsegenskapen å bringe lederne 14 bort fra rørveggen 10. Foreksempel kan

færre eller flere radielt utstrakte finner, slik som 16, benyttes. Forskjellige geomet-riske fasonger som strekker seg fra et nav som omsirkler lederne 14 kan benyttes, slik som en enkel heliks eller en multippel heliks, så lenge disses avstand fra hverandre ikke er så stor eller den radielle utstrekningen ikke er så liten at navet som

omslutter lederne tillates å komme i kontakt med husets eller rørets 10 indre vegg. Lederne 14 kan videre omhylles med et signalisolerende materiale før innføringen

i avstandsholderen 12.

I den foretrukne utførelsesformen er avstandsholdersammenstillingen 12 ekstrudert på lederne 14, mens røret, som originalt leveres som et flatt flak, rulles til en rørform og sømmen sveises rundt avstandsholderen 12. Sammenstillingen orienteres slik at sømmen som danner røret 10 ikke flukter med et av de radielt utstrakte elementene 16, for å unngå skade på disse under sveisingen eller loddin-gen. På denne måten kan et kontinuerlig lengdesegment av anordningen A sam-menstilles og rulles på en spole ettersom den settes sammen.

Figur 3 illustrerer anvendelsen av anordningen A på en skjematisk måte for å tillate drift av en hydraulisk aktuert komponent, likesom minst en elektrisk aktuert komponent. Den hydraulisk aktuerte komponenten er skjematisk illustrert som en ventil 16, men kan ved en faktisk anvendelse være en av flere forskjellige kompo-nenter. Det elektriske segmentet er illustrert som en boks 28. Ved en spesiell anvendelse kan den hydraulisk aktuerte komponenten være en ventil nede i hullet som opereres via en forskyvningshylse etler en annen hydraulisk aktuert operator og boksen 28 kan være en sensor eller sensorer som kan gi respons for å indikere om en aksling er snudd, eller en hylse har forflyttet seg, eller lignende. Separat signalbærerkapasitet kan tilveiebringes inne i navet 17, dersom lederne er buntet separat og isolert som en gruppe før navet 17 ekstruderes over disse. På denne måten kan multiple signal- eller feiloverføringsfunksjoner betjenes samtidig.

Flere potensielle anvendelser er mulige for anordningen A ifølge den foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan anordningen A benyttes for å betjene en solenoid-operert sikkerhetsventil med hydraulisk kommunikasjonsevne foren innført ventil. Anordningen A kan også benyttes for nærhetsindikatorer eller posisjoneringssen-sorer for å indikere om en ventil er fullstendig åpen eller fullstendig lukket. En elektrisk operert mekanisme for å låse en klaff på en undergrunns sikkerhetsventil i åpen posisjon kan opereres med anordningen A ifølge den foreliggende oppfinnelse. Andre anvendelser omfatter: (1) kontrolledningspumpe og reservoar nede i hullet for å eliminere hydrostatisk trykk på dypsatte brønner, (2) en solenoide for å betjene klaffen på en sikkerhetsventil under overflaten uten å slå med strømnings-røret, (3) en elektrisk hjelpemekanisme for strømningsrør som har satt seg fast, (4) elektrisk kommunikasjon for wireverktøy, (5) elektrisk/hydraulisk skyttelventil-betjening for ultradype setteanvendelser, (6) elektrisk betjente utjevningsanordnin-ger, (7) elektrisk kontrollerte justerbare åpninger eller strupninger, (8) strømnings-trykk og temperaturtransdusere ved sikkerhetsventiler under overflaten, (9) elektrisk betjente kommunikasjonsegenskaper for innførte ventiler, (10) kontrolled-ningstrykktransdusere, (11) elektriske backup-aktuatorer i tilfelle av hydraulisk svikt, (12) pH-sensorer ved en ventil for å overvåke kontrollednings- eller rørflui-der, (13) lastcellekommunikasjon for å bestemme ventilposisjon, pakningselement, eller en kilelast, (14) konstant kraftkilde for en elektromagnetisk ventil, (15) nær-hetssensorer for undergrunnsaktuatorer, (16) elektrisk betjente låsåpneanordninger for en aktuator under overflaten, (17) elektrisk betjente låslukkeanordninger for en aktuator under overflaten, (18) elektrisk permanent låsåpneanordninger for sikkerhetsventiler under overflaten, (19) elektrisk overstyring for aktuator under overflaten for å åpne portventil, og (20) elektriske frigjøringsmekanismer for aktuator under overflaten for å frigjøre forbindelsen mellom aktuatoren og ventilstammen under fjerning. Dette er noen av anvendelsene selv om flere andre kan benyttes uten at man avviker fra oppfinnelsens idé.

I den grad passasjene 18,20,22 kan isoleres fra hverandre kan separate trykksig-naler i hver kanal overføres til et fjerntliggende punkt slik som under overflaten.

I den foretrukne utførelsesformen er avstandsholderen laget fra ekstrudert TEFZEL® som er et PTFE fluorokarbonmateriale tilgjengelig fra E.l. Dupont. I den foretrukne utførelsesformen, dersom innkapsling av avstandsholderen 12 er ønskelig, tilveiebringer en epoksyharpiks, som er en blanding av en plastiserer, en harpiks og et herdemiddel, en effektiv gass-/fluidblokkering dersom den ytre om-hylningen 10 kompromitteres. Andre materialer kan benyttes i stedet for epoksy-harpiksen dersom disse er pumpbare og kan tilveiebringe støtbeskyttelse og gass-/fluidblokkeringsbeskyttelse for lederen 14. En alternativ utførelsesform kan være anordningen av det ytre dekselet over hylsteret 10 i et materiale kalt SANTOPREME®, som er tilgjengelig fra Monsanto Company, St. Louis, Missouri.

En av fordelene ved konstruksjonen av anordningen A er at det ytre hylsteret 10 kan fjernes, ettersom nødvendig, uten skade på den indre lederen 14.1 den foretrukne utførelsesformen danner en bunt av 5,5 koppertråder pr. cm leder danner hovedlederen 14 som løper gjennom avstandsholderen 12. Bruk av epoksy-materiale, som virker som et hovedsakelig inkompressibelt fluid, øker betydelig kompresjons- og kollapsstyrken. Under kompresjon virker epoksymaterialet som en pute og tilveiebringer tilleggsbeskyttelse som pr. i dag ikke er tilgjengelig med andre typer kabler nede i hullet. Det ytre huset eller hylsteret 10 beskytter også mot elektrisk støy, mens hele sammenstillingen er økonomisk og tillater multiple nedføringer. Fyllstoffet fyller fullstendig strømningsveiene 18,20 og 22, men delvis fylling er også innenfor oppfinnelsens rekkevidde.

I den foretrukne oppfinnelsen har huset 10 en søm som er elektronstrålesveiset. Den foretrukne avstandsholderens 12 hjuieikelignende profil tillater ledernes 14 isolasjon å orienteres under sveiseprosessen for å plassere en søm mellom de to eikene, for derved å redusere muligheten for å forurense sveisen med isolasjons-materiale og reduksjon av varmeoverføring fra isolasjonen til den nylig dannede sveisen. Sammenstillingsfremgangsmåten forbedrer således det ferdige produk-tets kvalitet. Med epoksyharpiksfyllstoffet eller andre ekvivalente materialer opp-nås en kompresjonsstyrke på opptil 207.000 kPa.

Den foregående beskrivelsen av oppfinnelsen er illustrativ og laget for å forklare denne, og forskjellige forandringer i størrelse, fasong og materiale, likesom i detal-jer ved den illustrerte konstruksjonen kan gjøres uten å avvike fra oppfinnelsens tanke.

Claims (16)

1. Sammenstilling for effekt- eller signaloverføring mellom overflaten til en brønn og en nedihullskomponent, omfattende: et kontinuerlig dekkrør av metall laget av minst ett flak rullet til et rør for å danne en lang søm og som er av tilstrekkelig lengde til å rekke, i den ene enden, fra en overflate av en brønn til, ved en annen ende, en nedihullskomponent uten noen mellomliggende forbindelser; minst en leder som strekker seg kontinuerlig gjennom nevnte dekkrør fra nevnte overflate til nevnte nedihullskomponent; en ikke-metallisk avstandsholder som omfatter minst ett utstrakt element som strekker seg fra en kjerne som omgir den minst ene leder for å holde avstand til den minst ene leder; og der nevnte dekkrør er dannet ved å rulle flaket over den minst ene leder for å danne nevnte søm forskjøvet fra det minst ene utstrakte element, slik at en sveis av nevnte søm ikke ødelegges av det minst ene utstrakte element når dekkrøret dannes over avstandsholderen.

2. Sammenstilling ifølge krav 1, der avstandsholderen er kontinuerlig.

3. Sammenstilling ifølge krav 2, der avstandsholderen definerer en kontinuerlig passasje gjennom dekkrøret.

4. Sammenstilling ifølge krav 3, der passasjen er hovedsakelig fylt med et hovedsakelig inkompressibelt materiale, idet nevnte materiale hindrer gass eller væske fra å strømme derigjennom dersom dekkrøret blir kompromittert.

5. Sammenstilling ifølge krav 3, hvor avstandsholderen omfatter minst en finne som strekker seg ut fra kjernen som omgir den minst ene leder.

6. Sammenstilling ifølge krav 5, der finnen har en kjerne-ende der den er koblet til kjernen og en dekkrør-ende hvor den er i kontakt med dekkrøret, idet kjerne-enden er konfigurert til foretrukket å svikte under stressbelastning for å lette fjerning av finnen fra tilstøtende nevnte overflate eller nedihullskomponent-ender til dekkrøret for å lette kobling av nevnte minst ene leder.

7. Sammenstilling ifølge krav 1, videre omfattende en isolator som dekker den minst ene leder og som er anordnet mellom den minst ene leder og avstandsholderen.

8. Sammenstilling ifølge krav 7, hvor isolatoren er anordnet over den minst en leder på en slik måte at den vil gå i stykker heller enn at den minst ene leder går i stykker, når nevnte avstandsholder er avdekket i en av endene til nevnte dekkrør og bøyd for å lette fjerning av rester av nevnte avstandsholder og nevnte isolator når det gjøres en kobling med den minst ene leder.

9. Sammenstilling ifølge krav 7, der isolatoren og avstandsholderen er ekstrudert sammen over nevnte isolatordekke.

10. Sammenstilling ifølge krav 7, der isolatoren er viklet rundt den minst ene leder og nevnte avstandsholder er ekstrudert over isolatordekket.

11. Sammenstilling ifølge krav 1, der dekkrøret med den minst ene leder og avstandsholderen deri er tilstrekkelig fleksible til å bli opprullet på en spole før bruk.

12. Sammenstilling ifølge krav 1, hvor avstandsholderen er ekstrudert over den minst ene leder, og nevnte isolator og avstandsholderen er ekstrudert sammen over den minst ene leder.

13. Sammenstilling ifølge krav 1, videre omfattende en isolator som dekker den minst en leder og som er anordnet mellom den minst ene leder og nevnte avstandsholder.

14. Sammenstilling ifølge krav 13, hvor nevnte isolator er anordnet over den minst ene leder på en slik måte at den vil gå i stykker heller enn at lederen går i stykker når nevnte avstandsholder eksponeres i en av endene til nevnte dekkrør og bøyes for å lette fjerning av overskudd av avstandsholder og isolator når det gjøres en kobling med den minst ene leder.

15. Sammenstilling ifølge krav 14, der isolatoren og nevnte avstandsholder ekstruderes sammen over den minst ene leder.

16. Sammenstilling ifølge krav 13, hvor isolatoren er viklet rundt den minst ene leder og nevnte avstandsholder er ekstrudert over isolatordekket.