NO322915B1 - Apparat og fremgangsmate for a opprettholde jevnt trykk i et ekspanderbart bronnverktoy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt underjordiske brønnverktøyer, slik som oppblåsbare pakninger, broplugger eller lignende, hvilke settes ved innføring av fluid i en ekspanderbar elastomerisk blære, og nærmere bestemt et gassdrevet apparat og en fremgangsmåte for å opprettholde et relativt jevnt fluidtrykk i blæren når verktøyet utsettes for termiske varia-sjoner etter setting.

Det er kjent blant fagfolk innenfor bruken av disse typer oppblåsbare anordninger at disse utsettes for endringer i oppblåsingstrykk når temperaturen i oppblåsingsfluidet varierer fra dets innledningsvise oppblåsingstemperatur. Typisk resulterer en økning i fluidtemperatur i økt oppblåsingstrykk, og en reduksjon resulterer i redusert oppblås-ings trykk. En økning i oppblåsingstrykk vil kunne resultere i at verktøyet svikter gjennom bristdannelse. En reduksjon i oppblåsingstrykk kan svekke forankringen mellom verktøyet og borehullet til et punkt hvor verktøyet ikke er i stand til å tilveiebringe sin tiltenkte forankringsfunksjon. I begge til-feller kan betydelige temperaturendringer i oppblåsingfluidet resultere i forringet ytelse fra verktøyet og mulig verktøy-svikt. Disse svikter kan føre til betydelige økonomiske tap og mulig katastrofe.

Hvor stor temperaturendring som skal til for å påvirke et oppblåsbart verktøys ytelse negativt, avhenger av en rekke parametrer, slik som for eksempel (1) det oppblåsbare ele-ments ekspansjonsforhold, (2) den relative stivhet i oppblåsingselementets stålkonstruksjon sammenlignet med oppblåsingsfluidets komprimerbarhet og varmeutvidelseskoeffisient, (3) foringsrørets og/eller formasjonens relative stivhet sammenlignet med oppblåsingsfluidets komprimerbarhet og varmeut-videlseskoef f isient og (4) de uelastiske egenskaper til de elastomeriske komponenter i oppblåsingselementet. Det finnes andre faktorer av mindre betydning som er kjent for fagfolk innenfor den aktuelle teknikk.

Uten hensyn til de spesifikke verdier for ovennevnte parametrer, kan tradisjonelle oppblåsbare verktøyer ikke tåle

positive eller negative temperaturendringer som er større enn omtrent 5,6-8,3°C (10°-15°F) fra den innledningsvise temperatur på slutten av oppblåsningssyklusen. Dersom temperaturen i oppblåsingsfluidet varierer med mer enn denne verdi, utsettes verktøyet for for høye oppblåsingstrykk eller utilstrekkelig oppblåsingstrykk, hvilket ville kunne føre til problemer med verktøyets ytelse av den natur som er beskrevet ovenfor.

I tillegg kan sykling av oppblåsingsfluidtemperaturen innenfor +8,3°C fra den innledningsvise temperatur ved ekspandering bevirke belastningssykling i oppblåsingselementets stålkonstruksjon og i blæren. Det er potensial for et alvorlig problem når oppblåsingselementet overlever rutinemessig termisk sykling over et begrenset tidsrom, i løpet av hvilket det bygger seg opp syklisk skade i verktøyet. I et slikt til-felle kan det oppstå svikt på et eller annet tidspunkt etter at riggen har forlatt brønnstedet. Et oppblåsbart verktøy kan således tilveiebringe en kortvarig funksjonell ytelse ved lave verdier for termisk sykling. Fenomener med kumulativ skade kan imidlertid oppstå i stålkonstruksjoner og/eller i elastomeriske komponenter og til slutt forårsake svikt i innretningen .

En tidsforsinket svikt kan være mer kostbar og muligens mer katastrofal enn en som oppstår innen kort tid etter den innledningsvise setting av verktøyet. Utskifting av en sviktet eller skadet innretning vil medføre gjennomføring av et andre prosjekt omtrent likt i omfang og kostnader som den første serviceoperasjon, i stedet for tilfellet med et kortlivet verktøy som ville svikte før riggen er demontert og flyttet fra stedet. Operasjoner av denne type kan koste mer enn 100 000 dollar og opp til flere millioner dollar.

Innenfor olje- og gassindustrien finnes det mange operasjoner som med hell gjør bruk av trykkisoleringsinnretninger som rutinemessig møter betydelige teirtperaturutslag og betydelig omfang av kombinert positiv og negativ termisk sykling. Typisk blir oppblåsbare innretninger utelukket som anvendbare for slike prosjekter. Typiske prosjekter er satt opp nedenfor:

• prosjekter med stimulering av store volumer, n

• prosjekter med selektiv sonebehandling, n

• prosjekter med pressing av store sementvolumer, n

• produksjonspakningservice i olje- og/eller gass-brønner, hvilke utsettes for kjøling fra Joules-Thompson ekspansjon og kjøling av gasser, n,c • produksjonspakningsservice i olje- og/eller gass-brønner, hvilke utsettes for oppvarming fra fluider produsert dypere nede, p,c • omforming av en produksjonsbrønn til en injeksjons-brønn og midlertidig isolering mellom perforerings-intervaller, n,c • såkalte "huff/puff"-dampinjeksjonsmetoder for å produsere viskøse oljeformasjoner, p,c

[n = disse operasjoner resulterer typisk i et stort negativt termisk utslag (kjøling) i

trykkisoleringsinnretningen.]

[p = disse operasjoner resulterer typisk i et stort positivt termisk utslag (oppvarming) i trykkiso-lerings innretningen. ]

[c = disse prosjekter repeterte typisk flere termiske syklinger i trykkisoleringsinnretningen over lange tidsrom.]

De fem første prosjektkategorier er meget vanlige innen industrien. Det utføres tusenvis av dem hvert år. De to nederste kategorier er relativt sjeldne med hensyn til aktiviteter verden over.

Dersom tradisjonelle pakninger og broplugger ikke kan benyttes for en gitt brønnutforming fordi de ikke er i stand til å passere gjennom innsnevringer og deretter bli satt i forings-rør, er det vanlig å bruke en rigg for å trekke opp produk-sjonsrøret og utføre et kostbart overhalingsprosjekt. Bruken av oppblåsbare "gjennom-produksjonsrør"-innretninger gir vel-kjente fordeler og allsidighet til olje- og gassindustrien. Deres manglende evne til respektabel anvendelse i operasjoner som omfatter termisk sykling og termiske utslag utelukker dem fra en vesentlig del av støttetjenestesektoren. En oppfinnelse som ville eliminere skadevirkningene av rutinemessige termiske utslag og termisk sykling, ville eliminere forannevnte problemer, øke fordelene og allsidigheten til oppblåsbare innretninger og gi betydelige kostnadsbesparelser for opera-tører innenfor industrien.

Underjordiske brønnverktøyer, slik som tradisjonelle pakninger, broplugger, produksjonsrørhengere og lignende, er vel-kjente for fagfolk på området og kan settes eller aktiveres på en rekke måter, slik som mekanisk, hydraulisk, pneumatisk eller lignende. Mange av slike innretninger inneholder tet-ningsmekanismer som ekspanderes radialt utover når innretningen settes i brønnen for å tilveiebringe en tetning i det ringformede området av brønnen mellom utsiden av innretningen og den innvendige diameter i brønnforingsrør, hvis brønnen er foret med foringsrør, eller annen rørledning, eller langs veggen i et åpent borehull, alt etter som.

Tetningen blir ofte opprettet etter at slik innretning er satt i brønnen, og vil bli påvirket negativt ved temperaturvariasjoner i innretningen eller i nærheten av innretningen. Slike temperaturvariasjoner kan bevirke ekspandering eller sammentrekking av tetningsmekanismen, hvorved det oppstår fare for tettingen og endog for innretningens fullstendige forankring over tid. Slike innretninger benyttes for eksempel typisk ved brønnstimuleringsarbeider hvor en sur sammenset-ning injiseres i formasjonen eller sonen i tilstøting til en brønnpakning eller broplugg. Når stimuleringsfluidet injiseres i sonen, vil temperaturen i innretningen og borehullet nærmest formasjonen reduseres.

Hvis, for eksempel, brønnverktøyet benytter en tetningsmeka-nisme som innbefatter en oppblåsbar elastomerisk blære, blir temperaturen i det fluid som benyttes til oppblåsing av blæren og til å holde samme i satt posisjon i brønnen, påvirket av temperaturreduksjonen under stimuleringsarbeidet, og for-årsaker en trykkreduksjon i det indre av blæren og i fluidkamrene og forbindelsespassasjene inne i verktøyet. Denne trykkreduksjon påvirker i sin tur blæren til å trekke seg sammen fra den innledende setteposisjon. I mer dramatiske si-tuasjoner kan innretningens forankring i borehullet gå tapt, og differensialtrykkene over innretningen kan bevirke "kor-ke trekker sno ing" i kveilrøret eller overhalingsstrengen, hvilket resulterer i et mislykket prosjekt, kostbar løsning på korketrekkerproblemet og betydelig risiko ved driften.

På den annen side blir det samme oppblåsbare verktøy også påvirket negativt ved en økning i innretningstemperatur under visse typer sekundære og tertiære injeksjonsteknikker hvor det benyttes, for eksempel, dampinjeksjon. Når dampen blir injisert i sonen for brønnen nærmest pakningen eller brønn-pluggen, blir sonen og medfølgende innretninger, innbefat-tende produksjonsrør, raskt utsatt for den økte temperatur. Det har vært kjent at noen innretninger ifølge eldre teknikk som inneholder oppblåsbare pakningskomponenter, faktisk har fått sprengt det oppblåsbare blæreelement på grunn av at dette blir utsatt for økt trykk inne i blæren og tilknyttede kamre og passasjer når damp strømmer gjennom innretningen og blir injisert i brønnsonen.

I amerikansk patent 4,655,292 med tittelen "Steam Injection Packer Actuator and Method" (Dampinjeksjonspakningsaktivator og fremgangsmåte) er det vist og beskrevet en innretning som retter seg mot problemene knyttet til eldre teknikk ved å tilveiebringe en mekanisme som innbefatter et komprimerbart fluid, slik som nitrogengass. Fluidet brukes til å etterkomme en temperaturøkning under dampinjeksjon og andre operasjoner for å hindre pakningsmekanismen fra å briste som resultat av at den utsettes for økte trykk som oppstår som følge av temperaturøkningen i oppblåsingsfluid og innretningskomponenter når damp strømmer gjennom innretningen.

I PCT-publikasjon WO Al 98/36152 er det også vist og beskrevet en innretning som retter seg mot problemene knyttet til eldre teknikk ved å tilveiebringe et termisk trykkompense-ringsapparat for å opprettholde trykket i en oppblåsbar pakning når temperaturen varierer. Apparatet består av et stempel med to endeflater med ulikt flateareal, hvor den ene siden er i kontakt med brønnvæsken og den andre siden er i kontakt med væsken i den oppblåsbare pakning.

Den herværende oppfinnelse retter seg mot problemene knyttet til innretninger ifølge eldre teknikk ved å opprettholde relativt konstant oppblåsingstrykk selv når innretningen utsettes for enkeltvise og/eller flere termiske utslag av betydelig størrelse. Oppfinnelsen virker til å dempe negative virkninger av hvilken som helst kombinasjon av oppvarming og avkjøling, både ved kvasistatisk og dynamisk sykling.

Ifølge et første aspekt av den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et termisk kompenseringsapparat som skal opprettholde i det vesentlige konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy, hvilket apparat omfatter: (a) et legeme; (b) første og andre fluidkammer inne i nevnte legeme, hvor første fluidkammer huser et første fluid, andre fluidkammer er ladet med et andre, komprimerbart fluid, og begge fluidkamre avgrenser første volumetriske størrelser inne i nevnte legeme i nevnte verktøy; og (c) fluidkamrene er operativt forbundet med hverandre uten å overføre fluid seg imellom, slik at endringer i det første kammers volumetriske størrelse vil endre det andre fluidkammers volumetriske størrelse; hvor

det er anbrakt et sekundært flytende stempel i det andre fluidkammer, idet den ene side av nevnte stempel vender mot det andre fluid, og den andre side av nevnte stempel utsettes for hydrostatisk brønntrykk.

I et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et apparat for å holde oppblåsningstrykket uforringet inne i et apparat som er satt langs en vegg i en underjordisk brønn, hvilket apparat omfatter: (a) et legeme som omfatter en spindel; (b) et ekspanderbart elastomerisk oppblåsbart element anbrakt omkring nevnte spindel; (c) en kappe som omgir nevnte oppblåsbare element og er aksialt bevegelig utover og inn i tettende inngrep med veggen

i brønnen ved fluidekspandering av nevnte oppblåsbare element ; (d) en passasje som står i forbindelse med en kilde med ukomprimerbart fluidtrykk, og som strekker seg gjennom nevnte legeme, nevnte spindel og nevnte oppblåsbare element for overføring av nevnte fluidtrykk for å ekspandere nevnte oppblåsbare element; (e) et oppblåsingsfluidkammer inne i nevnte oppblåsbare element og nevnte legeme; (f) et andre kammer inne i nevnte legeme, hvilket skal motta en komprimerbar fluidladning; og (g) et første bevegelig stempel som har en flate som danner den ene ende av nevnte andre kammer inne i nevnte legeme for å skille nevnte oppblåsingsfluidkammer og nevnte andre kammer; hvor

et andre bevegelig stempel inne i nevnte legeme, hvilket stempel har en flate som danner den ene ende av nevnte andre kammer inne i nevnte legeme og en annen flate som er utsatt for hydrostatisk trykk inne i nevnte brønn, er bevegelig mot nevnte oppblåsningsfluidkammer som reaksjon på en økning i hydrostatisk brønntrykk på nevnte annen flate.

Den herværende oppfinnelse, i det minste i foretrukne utfø-relser, tilveiebringer således et gassdrevet termisk kompenseringsapparat og en fremgangsmåte for å opprettholde et relativt konstant trykk i et brønnverktøy med en oppblåsbar blære, slik at verktøyets tetning og forankring forblir full-stendig og uforringet. Verktøyet ifølge den herværende oppfinnelse innbefatter et hus eller et legeme hvor det er tilveiebrakt første og andre fluidkammer. Det første fluidkammer huser fortrinnsvis et i det vesentlige ukomprimerbart aktiveringsfluid, for eksempel vann, et vannbasert settefluid, et sementaktig fluid eller lignende, hvilke alle er velkjent for fagfolk innenfor området setting av oppblåsbare pakninger og lignende mekanismer. Det første fluidkammer står i forbindelse med verktøyets indre på kjent måte, slik at aktiveringsfluidet som bevirker oppblåsing eller annen ekspandering av tetningselementene til tettende inngrep med innerveggen i foringsrøret eller det åpne borehull, også inneholdes i det første fluidkammer.

Det andre fluidkammer inneholder fortrinnsvis et komprimerbart fluid som injiseres i kammeret før brønnverktøyet kjøres inn i brønnen. Begge fluidkamre har en forhåndsbestemt innledende volumetrisk størrelse når verktøyet er ferdig satt i brønnen. Det andre fluidkammérs volumetriske størrelse varie-res som reaksjon på termisk utvidelse eller sammentrekking av aktiveringsfluidet i det første kammer, hvilke skyldes positive og negative temperaturendringer etter setting av verk-tøyet .

Slike volumetriske endringer oppnås gjennom bruk av flytende stempler anbrakt inne i huset. Ett stempel er plassert mellom kamrene. Et andre stempel avgrenser via én flate den nederste ende av det første kammer hvor det komprimerbare fluid er plassert. En andre flate av det andre stempel er blottlagt for hydrostatisk brønntrykk.

I én utførelse er det andre kammer utformet slik at dets volumetriske størrelse (ved slutten av setteoperasjonen) er omtrent fem prosent (5 %) av det første kammers volumetriske størrelse (ved slutten av setteoperasjonen). Gjennom et slikt forhold mellom de volumetriske størrelser på de to kamre tillater oppfinnelsen å gi en kvasistatisk trykkopprettholdelse over positive og negative termiske utslag som er litt større enn 55,6°C (100°F). Dette representerer et virkeområde på 111,1°C (200°F). Alle punktene i listen beskrevet ovenfor, bortsett fra ett, er funnet å ha termiske utslagsbredder og termiske syklusområder mindre enn 111,1°C (200°F).

Mens det termiske kompenseringsapparat fremdeles befinner seg på overflaten, og før det kjøres ned i brønnen, blir det klargjort for bruk ved at det injiseres et komprimerbart fluid inn i det volumetriske rom mellom de to flytende stempler. Trykket i fluidet økes til det når en forhåndsvalgt verdi eller "ladetrykk". Størrelsen på ladetrykket fastsettes gjennom en kombinasjon av parametrer, for eksempel (1) typen komprimerbart fluid som benyttes, (2) dets karakteristikker for komprimerbarhet og termisk ekspansjon, (3) ventede hydrostatiske trykk ovenfor og nedenfor den oppblåsbare tetnings-innretning for hele bruksperioden til innretningen, (4) ventede innretningstemperaturer for hele bruksperioden til innretningen, og (5) typen oppblåsningsfluid i det første kammer og dets karakteristikker for komprimerbarhet og termisk ekspansjon.

Hver av disse parametrer skal vurderes ved fastsetting av riktig klargjøring av oppfinnelsen og for å sikre ønsket funksjon.

Når apparatet og fremgangsmåten for termisk kompensering inn-befattes i en oppblåsbar innretning, opprettholdes et relativt konstant trykk i første og andre kammer. For eksempel,

når en tradisjonell oppblåsbar broplugg med en innkjøringsdi-ameter på 6,4 cm ( 2W) settes i 17,78 cm - 43,2 kg/m forings-rør og det benyttes nitrogengass som det komprimerbare fluid, vil følgende parametrer føre til at trykket i begge kamre varierer med omtrent 6,9 x IO<3> Nm<-2> pr.°C (180 psi pr.°F)

etter som temperaturen i fluidet i det første kammer varierer, hvilket for alle praktiske formål vil holde trykket i første kammer i det vesentlige konstant for temperaturendringer innenfor ±55,55°C (100°F): 1. et ladetrykk på 72,4 bar (1 050 psia) ved 21,1°C

(70°F)

2. et settetrykk ved slutten av setteoperasjonen i første og andre kammer på 300 bar (4 350 psia); og

3. en innledende temperatur i verktøyet (og i fluid

i første kammer) på 121°C (250°F).

Når det gjelder apparatets fysiske trekk, bestemmes den volumetriske størrelse på første kammer ved slutten av setteoperasjonen av ekspansjonsforholdet for dette verktøy i hver spesifikk servicejobb. Nesten alle prosjekter som gjør bruk av oppblåsbare innretninger for bruk gjennom produksjonsrør, har et ekspansjonsforhold som er mindre 3,25:1. Mange prosjekter gjennomført i industrien verden over har ekspansjonsforhold som er mindre enn 3:1, og de fleste av dem har eks-pansjonsf orhold som er mindre enn 2,5:1. Den volumetriske størrelse på det andre kammer i et foreliggende verktøy kan være utformet for å tilfredsstille servicebetingelser for et ekspansjonsforhold på 3,25:1 og et termisk syklusområde på 111,1°C (200°F). Verktøyet og fremgangsmåten ifølge den herværende oppfinnelse kan tilveiebringe opprettholdelse av kvasistatisk trykk over et termisk syklusområde som er større enn 111,1°C (200°F) for alle anvendelser hvor ekspansjonsforholdet er mindre enn 3,25:1. Denne allsidighet er gunstig for brukerne fordi de bare behøver lagerholde og vedlikeholde én størrelse av oppfinnelsen for å etterkomme alle servicearbei-der for hver størrelse oppblåsbart verktøy.

Noen foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempel, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et planriss av et uekspandert verktøy, slik som en oppblåsbar pakning, som den herværende oppfinnelse kan benyttes i; Fig. 2 er et langsgående tverrsnittoppriss av apparatet ifølge den herværende oppfinnelse koplet til et verktøy likt det på fig. 1 etter at apparatet er ladet med en komprimerbar gass, og før verktøyet og apparatet er kjørt ned i borehullet; Fig. 3 er et oppriss lignende det på fig. 2, hvilket illustrerer innvendige komponenter i verktøyet og viser apparatet etter at dette er blitt kjørt ned i borehullet, men før det er satt; Fig. 4 er et oppriss lignende det på fig. 2 og 3 og illustrerer apparatet etter at verktøyet er satt; Fig. 5 er et oppriss lignende det på fig. 2-4 og illustrerer bevegelse av det primære stempel i apparatet som et resultat av en temperaturreduksjon i nærheten av den satte pakningsinnretning; og Fig. 6 er et oppriss lignende det på fig. 5 og illustrerer bevegelse av det primære stempel som et resultat av en temperaturøkning i nærheten av den satte pakningsinnretning.

Det vises først til fig. 1, hvor det er vist et brønnverktøy slik som en oppblåsbar pakning 10 som oppfinnelsen kan anvendes i. Oppfinnelsen kan også anvendes i mange andre typer brønnverktøyer som benytter oppblåsbare elementer av den beskrevne type. Pakningen 10 innbefatter øvre og nedre krage 12, henholdsvis 14. Pakningen 10 er koplet på tradisjonelt vis, slik som via gjenger, koplingsstykke eller på annet vis, via den øvre krage 12 til en bærer T som strekker seg til toppen av brønnen. Bæreren T kan være en rørformet ledning, slik som kveilrør, et arbeidsstrengavsnitt, elektrisk kabel eller lignende.

Pakningen 10 innbefatter en rekke metalliske ribber eller spiler 16 som overlapper og strekker seg på langs mellom kra-gene 12, 14 på tradisjonell måte. En tradisjonell blære (ikke vist) utformet av et elastomerisk materiale er tilveiebrakt nedenunder ribbene 16, og den kan ekspanderes gjennom innfø-ring av trykksatt fluid fra hvilket som helst antall kilder på velkjent måte.

Verktøyet 10 innbefatter utildekkede ribbeavsnitt 16A og 16B som er skilt fra hverandre av en elastomerisk kappe eller tetningsavsnitt 18. Selv om det er vist et arrangement på fig. 1 hvor to utildekkede ribbeavsnitt er skilt fra hverandre av et kappeavsnitt, kan oppfinnelsen anvendes på ekspan-derbare verktøyer i hvilket som helst antall størrelser og utforminger, og er ikke begrenset til verktøyet illustrert på fig. 1.

Når trykksatt fluid blir ført inn i blæren og får denne til å ekspandere (ikke vist), ekspanderer ribbene 16 og kappeavsnittet 18 utover og inn i kontakt med foringsrøret eller en annen ledning som verktøyet 10 er plassert i. De utildekkede ribbe- eller ankeravsnitt 16A, 16B virker typisk som et anker for verktøyet, mens kappeavsnittet 18 virker som en tetning.

Det termiske kompenseringsapparat ifølge den herværende oppfinnelse er vist på fig. 2-6 og er generelt angitt med hen-visningstallet 20. Apparatet 20 er forbundet med verktøyet 10 vist på fig. 1 via en hylse 19 som er koplet til den nedre krage 14 på verktøyet 10. Apparatet 20 er med andre ord plassert nedenfor verktøyet 10 når det kjøres ned i borehullet.

Det vises til fig. 2, hvor det termiske kompenseringsapparat 20 er vist på plass inne i en brønn som har foringsrør C med glatt innervegg C-l. Før innføring av apparatet 20 i brønnen, blir et i det vesentlige komprimerbart fluid, slik som en gassformig nitrogensammensetning, ført inn under trykk i et kammer 21 som beskrevet nedenfor. Gassmengden som føres inn i kammeret 21 bestemmes og avhenger av det hydrostatiske trykk og omgivelsestemperaturen i brønnen på den forutsette sette-dybde.

Fig. 3 viser de innvendige koplinger mellom apparatet 20 og den oppblåsbare pakning 10. Verktøyet 10 innbefatter en sty-respindel 22 som har en hul, sentral kanal 22B, som et i det vesentlige ukomprimerbart fluid, slik som vann, et sementaktig materiale eller et annet kjent fluid som benyttes til setting av oppblåsbare pakninger, blir overført i når det er ønskelig å sette den oppblåsbare pakning 10 i brønnen ved settedybden. Et kontrollhode i toppen av innretningen 10 (ikke vist) innbefatter en tradisjonell hurtiglukkende over-trykks vent i lmekanisme (ikke vist) som tillater trykksatt fluid å strømme inn i fluidkammeret 24 og å påvirke innretningen 10 til å ekspandere ut til veggen C-l i foringsrøret C.

En mantel av de overlappende, langsgående, metalliske ribber eller spiler 16 er anbrakt omkring utsiden av den elastomeriske oppblåsbare blære 25 på kjent måte. Et elastomerisk kappeavsnitt 26 (plassert i den nedre ende av verktøyet 10 på fig. 3, i stedet for på midten som vist på fig. 1) er vist skjematisk, for eksempel slik at det dekker ribbene 16. Når kappeavsnittet 26 ekspanderes, tilveiebringer det en tetning mellom verktøyet 10 og veggen C-l i foringsrøret C i brønnen, mens ekspandert(e) utildekket(-de) avsnitt av ribbene 16 virker til å forankre verktøyet 10 i foringsrøret C.

Et langstrakt sylindrisk hus 28 er plassert nedenfor den oppblåsbare pakning 10 og er festet via en gjengeforbindelse til hylsen 19 som i sin tur huser en langstrakt passasje 30 som er forskjøvet fra apparatets 20 senterlinje og i sin øverste ende står i forbindelse med oppblåsingsfluidkammeret 24 (fig. 3) .

Kammeret 21 (som mottar nitrogen eller annen komprimerbar gass) er skilt fra passasjen 30 av et primært flytende stempel 32 som har en øvre flate 32A som vender mot passasjen 30. Det flytende stempel 32 har også en andre eller nedre flate 32B som avgrenser den øverste ende av kammeret 21 for den komprimerbare gass. Stemplet 32 innbefatter et par dynamiske elastomeriske O-ringtetninger 34 som skal tilveiebringe en fluidtetning når stemplet 32 beveger seg som beskrevet nedenfor .

Et sekundært flytende stempel 36 er også bevegelig plassert i kammeret 21 for komprimerbar gass og har en øvre flate 36A som avgrenser den nedre ende av kammeret 21. Det andre stempel 36 har også en nedre flate 36B, som, når det andre stempel 36 beveges til sin nederste stilling vist på fig. 2, kom-mer til anlegg på et endeelement 38 som er koplet til den nederste ende av huset 28. Endeelementet 38 har en sentral boring 40 som en pumpe eller ledning (ikke vist) kan føres inn igjennom for å injisere en komprimerbar gass i kammeret 21 gjennom en tilbakeslagsventil 42 som hindrer ethvert ut-slipp av gass fra kammeret 21. Den sentrale boring 40 legger også til rette for fluidforbindelse med fluider i foringsrø-ret C og den nedre flate 36B på det sekundære stempel 36, av grunner som omtales nedenfor. Stemplet 36 innbefatter et par dynamiske elastomeriske O-ringtetninger 41 som skal tilveiebringe en fluidtetning når stemplet 36 beveger seg som beskrevet nedenfor.

Det vises til fig. 3, hvor fluidledningen 22B, som aktiveringsfluid til aktivering av verktøyet 10 blir overført gjennom under trykk, også er forbundet med en strømningspassasje 44 plassert i apparatet 20, hvilken virker som en forlengelse av fluidledningen 22B. Strømningspassasjen 44 innbefatter et horisontalt albuparti 44A hvor det er montert en sprengskive 45 plassert inne i et sprengskivehus 46, (se fig. 2). Spreng-skivehuset 46 avgrenser en passasje 47 som stenges ved an-bringelse av skiven 45.

Sprengskiven 45 kan være av hvilken som helst kjent type og konstruert slik at den vil briste eller gå i stykker når den over sin indre flate 45A utsettes for en forhåndsbestemt trykkverdi lik det trykk som kreves for å sette det oppblåsbare pakningsverktøy 10 i brønnen. Når skiven 45 brister, stenges en fluid-/trykkinnestengningsmekanisme i innretningens 10 kontrollparti (ikke vist) på en måte som er kjent for fagfolk på området ved bruk av oppblåsbare verktøyer. Med oppblåsningsfluidet innestengt, anses innretningen 10 å være satt på plass. Slik tilstand kan detekteres ved toppen av brønnen eller på et annet sted gjennom et lite fall i trykk-registreringen i brønnledningen (ikke vist) som står i forbindelse med verktøyet 10, hvilket angir at verktøyet 10 er satt. Fig. 3 viser den innbyrdes plassering av komponentene i det termiske kompenseringsapparat 20 etter at det er kjørt inn i brønnen, men før verktøyet 10 er aktivert og satt mot foringsrørets C innervegg C-l. I denne posisjon strømmer fluid i foringsrøret C gjennom boringen 40 i endeelementet 38, som illustrert ved pilen F, og får det hydrostatiske brønntrykk WP til å virke på den nedre flate 36B av det sekundære stempel 36 og bevege stemplet 36 oppover og komprimere den komprimerbare gass som tidligere er blitt ladet inn i kammeret 21. På dette tidspunkt har det sekundære stempel 36 beveget seg til sin maksimale øvre posisjon inne i huset 28 ved dette brønntrykk. Fig. 4 viser den innbyrdes plassering av komponentene i det termiske kompenseringsapparat 20 etter at verktøyet 10 er blitt satt i brønnen ved injisering av et i det vesentlige ukomprimerbart oppblåsingsfluid i fluidkammeret 24. Fluidet strømmer gjennom fluidportene forbi den hurtiglukkende over-trykksventil (ikke vist) og inn i fluidkammeret 24 og ekspanderer blæren 25 radialt utover sammen med ribbene 16 og kap-pen 26. Oppblåsingsfluidet strømmer også gjennom passasjen 30, hvorved det får stemplet 32 til å bevege seg nedover og derved opprette et fluidkammer 49 i huset 28 i pilens G retning og komprimerer gassen i kammeret 21. Trykket som utøves på gassen i kammeret 21, får også det sekundære stempel 36 til å bevege seg nedover i pilens H retning og inn i kontakt med endestykket 38 fordi det kreves et trykk som betydelig overstiger det hydrostatisk brønntrykk, for å sette verktøyet 10.

Etter at verktøyet 10 er satt, vil fluidet i verktøyet 10, dersom sonen i nærheten av verktøyet 10 gjennomgår et tempe-raturfall, trekke seg sammen. Når denne tilstand oppstår, som vist på fig. 5, får den komprimerte gass i kammeret 21 det flytende stempel 36 til å bevege seg oppover i pilens I retning, hvilket i sin tur virker til å opprettholde et i det vesentlige jevnt fluidtrykk i verktøyet 10 og hindrer svek-kelse av ankeret og tetningen. Det sekundære stempel 36 blir værende i kontakt med endeelementet.

Oppblåsingsfluidet i kamrene 24 og 49 vil ekspandere dersom det oppstår en temperaturøkning i nærheten av verktøyet 10. Enhver fluidekspansjon inne i verktøyet 10 blir straks over-ført gjennom passasjen 30 til stemplet 32 og påvirker stemplet 32 til å bevege seg nedover i pilens J retning, som vist på fig. 6, og å komprimere gassen plassert i kammeret 21 for å opprettholde en uforringet og balansert setting med i det vesentlige konstant trykk.

Det er således blitt vist og beskrevet et termisk kompenseringsapparat og en fremgangsmåte, hvilke opprettholder et i det vesentlige konstant fluidtrykk i et oppblåsbart brønn-verktøy uansett hvilken type temperaturvariasjon verktøyet utsettes for. Apparatet benytter et kammer fylt med en komprimerbar gass avgrenset mellom et par flytende stempler for å oppnå disse resultater, men legger til rette for fordeler som tidligere ikke kunne oppnås.

Claims (15)

1. Termisk kompenseringsapparat (20) for opprettholdelse av et i det vesentlige konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy (10), hvor nevnte apparat omfatter: (a) et legeme (28); (b) første og andre fluidkammer (49, 21) inne i nevnte legeme, hvor første fluidkammer (49) huser et første fluid, andre fluidkammer (21) er ladet med et andre, komprimerbart fluid, og begge kamre avgrenser første volumetriske størrelser inne i nevnte legeme i nevnte verktøy; og (c) fluidkamrene (49, 21) er operativt forbundet med hverandre uten å overføre fluid seg imellom, slik at endringer i det første kammers volumetriske størrelse vil endre det andre fluidkammers volumetriske størrelse, karakterisert ved at det er anbrakt et sekundært flytende stempel (36) i det andre fluidkammer (21), idet den ene side (36A) av nevnte stempel (36) vender mot det andre fluid, og den andre side (36B) av nevnte stempel (36) utsettes for hydrostatisk brønn-trykk .

2. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter et primært flytende stempel (32) som operativt forbinder første og andre fluidkammer (49, 21), hvor den ene side (32A) av det primære stempel (32) avgrenser et parti av det første fluidkammer (49), og en andre side (32B) av det primære stempel (32) avgrenser et parti av det andre fluidkammer (21), idet det primære stempel (32) er bevegelig som reaksjon på trykkvariasjoner i det første fluidkammer (49) .

3. Termisk kompenseringsapparat (20) i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at det termiske kompenseringsapparat (20) er innrettet for opprettholdelse av et i det vesentlige konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy (10) av den type som omfatter en blære (25) som er selektivt oppblåsbar ved innføring av trykksatt aktiveringsfluid for å aktivere nevnte verktøy (10) på et sted i en brønn, hvor: det første fluid er et ukomprimerbart fluid; og det første fluidkammer (49) står i forbindelse med aktiveringsfluidet som anvendes for å aktivere nevnte verktøy (10) i nevnte brønn, slik at endringer i det første kammers (49) volumetriske størrelse forårsaket av temperaturvariasjoner i aktiveringsfluidet, vil endre det andre fluidkammers (21) volumetriske størrelse for å holde aktiveringsfluidet på et i det vesentlige konstant trykk.

4. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at verktøyet (10) innbefatter en hul spindel (22) som aktiveringsfluidet overføres igjennom, og det første fluidkammer (49) står i fluidforbindelse med spindelen (22).

5. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at det videre innbefatter en tilbakeslagsventil (42) i det andre stempel (36), gjennom hvilken et komprimerbart fluid kan lades inn i det andre fluidkammer (21).

6. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at det videre omfatter en plugg for å tette tilbakeslagsventilen (42) og hindre brønnfluid fra å trenge inn i det andre fluidkammer (21) .

7. Termisk kompenseringsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at det videre omfatter en fluidpassasje (44) som står i fluidforbindelse med aktiveringsfluidet, og en sprengskive (45) i passasjen, hvilken sprengskive (45) er satt til å briste ved et forhåndsbestemt trykk for setting av verktøyet (10).

8. Fremgangsmåte for å opprettholde et i det vesentlige konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy (10), hvor nevnte fremgangsmåte omfatter trinnene: (a) tilveiebringelse av et første fluidkammer (49) som inneholder og står i forbindelse med aktiveringsfluidet som anvendes for å aktivere nevnte verktøy (10) i nevnte brønn, og et andre fluidkammer (21) ladet med et komprimerbart fluid, idet begge kamre avgrenser første volumetriske størrelser inne i nevnte legeme ved aktivering av nevnte verktøy i nevnte brønn; og (b) operativt å forbinde fluidkamrene (49, 21) med hverandre uten å overføre fluid dem imellom, slik at endringer i det første kammers (49) volumetriske størrelse forårsaket av temperaturvariasjoner i aktiveringsfluidet vil endre det andre fluidkammers (21) volumetriske stør-relse for å holde aktiveringsfluidet ved et i det vesentlige konstant trykk; karakterisert ved innbefatning av et andre flytende stempel (36) i det andre fluidkammer (21), idet den ene side (36A) av nevnte stempel (36) vender mot den komprimerbare gass, og den andre side (36B) utsettes for hydrostatisk brønn-trykk (WP) .

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet operativt å forbinde et primært flytende stempel (32) med det første og det andre fluidkammer (49, 21), idet den ene side (32A) av det primære stempel (32) avgrenser et parti av det første fluidkammer (49), og en andre side (32B) av det primære stempel (32) avgrenser et parti av det andre fluidkammer (21), idet det primære stempel (32) er bevegelig som reaksjon på trykkvariasjoner i det første fluidkammer (49).

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet overføring av aktiveringsfluidet gjennom en hul spindel (22), idet det første fluidkammer (49) står i fluidforbindelse med spindelen (22).

11. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 8 til 10, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet å lade inn et komprimerbart fluid gjennom en tilbakeslagsventil (42) i det andre stempel (36) .

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet plug-ging av tilbakeslagsventilen (42) for å hindre brønnflu-id fra å strømme inn i det andre fluidkammer (21).

13. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 8 til 12, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet å hindre en overtrykkssituasjon i aktiveringsfluidet ved å tilveiebringe en passasje (47) som står i fluidforbindelse med aktiveringsfluidet, og en sprengskive (45) i passasjen (47), hvilken sprengskive (45) er satt til å briste ved et forhåndsbestemt trykk for setting av verktøyet (10).

14. Apparat (20) for å holde oppblåsningstrykket uforringet inne i et apparat (10) satt langs en vegg i en underjordisk brønn, hvilket apparat (10) omfatter: (a) et legeme som omfatter en spindel (22); (b) et ekspanderbart elastomerisk oppblåsbart element (25) anbrakt omkring nevnte spindel; (c) en kappe (26) som omgir nevnte oppblåsbare element og er aksialt bevegelig utover og inn i tettende inngrep med veggen i brønnen ved fluidekspandering av nevnte oppblåsbare element (25); (d) en passasje (22B, 44) som står i forbindelse med en kilde med ukomprimerbart fluidtrykk, og som strekker seg gjennom nevnte legeme, nevnte spindel (22) og nevnte oppblåsbare element (25) for overføring av nevnte fluidtrykk for å ekspandere nevnte oppblåsbare element (25); (e) et oppblåsingsfluidkammer (24, 49) inne i nevnte oppblåsbare element (25) og nevnte legeme (28); (f) et andre kammer (21) inne i nevnte legeme, hvilket skal motta en komprimerbar fluidladning; og (g) et første bevegelig stempel (32) som har en flate (32B) som danner den ene ende av nevnte andre kammer (21) inne i nevnte legeme for å skille nevnte oppblå-singsf luidkammer og nevnte andre kammer (21); karakterisert ved et andre bevegelig stempel (36) inne i nevnte legeme (28), hvilket stempel (36) har en flate (36A) som danner den ene ende av nevnte andre kammer (21) inne i nevnte legeme (28) og en annen flate (36B) som er utsatt for hydrostatisk trykk inne i nevnte brønn, og hvilket stempel (36) er bevegelig mot nevnte oppblåsningsfluidkammer (49) som reaksjon på en økning i hydrostatisk brønntrykk (WP) på nevnte annen flate (36B).

15. Apparat ifølge krav 14, karakterisert ved at nevnte andre bevegelige stempel (36) innbefatter en tilbakeslagsventil (42) for innføring av komprimerbart fluid inn i nevnte andre kammer (21) i én retning og for å hindre bevegelse av nevnte komprimerbare fluid ut av nevnte kammer (21) i en annen retning.