NO324145B1 - System og fremgangsmate for a regulere en pakning i en produksjonsbronn - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en styrbar produksjonsbrønnpakning. I ett aspekt angår den en petroleumsproduksjonsbrønnpakning omfattende en elektrisk drevet anordning, i hvilken anordningen kan omfatte en elektrisk styrbar ventil, en kommunikasjons- og kontrollmodul, en sensor, et modem, en tracer?injeksjonsmodul eller kombinasjoner av disse.

Petroleumsbrønner (for eksempel olje og/eller gassbrønner) passerer typisk gjennom formasjoner inneholdende flere soner som kan produsere forskjellige fluida, så vel som ugjennomtrengelige soner. De fluidbærende soner kan produsere saltholdig eller klart vann, olje, gass eller en blanding av disse komponentene.

Det er ønsket og vanlig å opprettholde hydraulisk isolasjon mellom soner slik at fluid som produseres fra hver sone kan mottas separat ved overflaten. Selv om en spesiell sone ikke produserer petroleumsprodukter, er det vanligvis nødvendig å sikre at fluida fra hver sone ikke beveger seg til andre soner ved bruk av brønnhullet som en transportbane, og for å unngå forurensning av fluidene i hver sone.

Den nødvendige isolasjon mellom soner er ofte frembrakt ved pakninger. En typisk kjent hydraulisk produksjonspakning er vist skjematisk på figur 1. Pakninger er mekaniske innretninger som stenger ringrommet mellom produksjonsrøret og forings-røret og tetter til begge. Pakningene er typisk installert tidspunktet for komplettering av brønnen ved å feste dem til en rørstreng som så blir senket ned i brønnen. Under plassering må således pakningen passere fritt inne i foringsrøret. Så snart den er på plass, vil en hydraulisk aktuator (energisert og styrt fra overflaten) operere tetningsmekanismen av pakningen, som klemmer pakningen til foringsrøret og bevirker en fluidtett forsegling i det ringformede rom mellom røret og foringsrøret.

Pakninger kan frembringe fullstendig isolasjon mellom ringrommet ovenfor og nedenfor dem, eller kan være utstyrt med én eller flere forutinnstilte mekanisk aktiverte ventiler for å styre strømning forbi dem. Når kontrollventiler er inkludert, kan imidlertid deres innstilling bare endres ved mekanisk innsetting av et glattvaierverktøy, som er uhensiktsmessig, langsomt og forholdsvis kostbart. I tillegg, når det er flere soner og flere pakninger, er det ofte umulig eller upraktisk å nå den nederste pakningen ved et glattvaierverktøy. Denne mangel på hurtig og billig fremgangsmåte for å styre ventiler i pakningen, er en begrensning på brønnkonstruksjon og produksjonsoperasjoner.

Konvensjonelle pakninger er kjent, som beskrevet i US patenter 6 148 915, 6 123 148, 3 566 963, og 3 602 305, samt EP patenter 697 500 A2 og 964 134 A2.

Alle referanser nevnt her er tatt inn ved referanse til den maksimale utstrekning som er tillatt etter loven. I den utstrekning en referanse ikke kan være fullt inkorporert her, er den inkorporert ved referanse for bakgrunnsformål, og indikerer kunnskapen av én av ordinære ferdigheter i teknikken.

De problemer og behov som er nevnt ovenfor er for det meste løst og møtt ved den foreliggende oppfinnelse. Ifølge ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en pakning tilpasset for bruk i en petroleumsbrønn, hvor pakningen omfatter en elektrisk drevet anordning. Den elektrisk drevne anordning kan bestå av en elektrisk styrbar ventil tilpasset til å styre en fluidkommunikasjon fra én side av pakningen til en annen side av pakningen, hvor pakningen er operativt installert. Den elektrisk drevne anordning kan videre omfatte en kommunikasjons- og kontrollmodul som er elektrisk forbundet med en elektrisk styrbar ventil, hvor modulen omfatter et modem tilpasset til å motta kontrollkommandoer kodet med kommunikasjonssignaler. Modulen kan være tilpasset til å dekode kontrollkommandoene mottatt av modemet, og å styre bevegelsen av ventilen ved bruk av kontrollkommandoene når pakningen er operativt installert. Alternativt kan den elektrisk drevne anordning omfatte en sensor tilpasset til å detektere til i det minste én fysisk karakteristikk ved et omgivelsesmiljø og å generere data tilsvarende de fysiske karakteristikker, så vel som et modem tilpasset til å motta data fra sensoren og elektrisk sende dataene i form av et elektrisk kommunikasjonssignal. Dermed kan den elektrisk drevne anordning omfatte en elektrisk styrbar ventil, en sensor, et modem, en kommunikasjons- og kontrollmodul, en sporinjeksjonsmodul eller en hvilken som helst kombinasjon av disse.

Ifølge et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, er en petroleums-produksjonsbrønn som inkorporerer pakningen beskrevet ovenfor anordnet. Petroleums-brønnen omfatter en rørstruktur, en kilde av tidsvarierende strøm, en elektrisk retur, en induksjonsspole og pakningen. Rørstrukturen i brønnen omfatter en elektrisk ledende del som strekker seg langs i det minste en del av rørstrukturen. Rørstrukturen kan omfatte en produksjonsrørstreng for brønnen. Kilden for tidsvarierende strøm omfatter to kilde-terminaler. En første av kildeterminalene er elektrisk tilkoplet den elektrisk ledende del av rørstrukturen. Den elektriske returkrets er elektrisk forbundet mellom den elektrisk ledende del av rørstrukturen og en annen av kildeterminalene for en tidsvarierende strømkilde. Den elektriske returkrets kan omfatte et brønnforingsrør for brønnen, en del av pakningen, en annen pakning og/eller et ledende fluid inne i brønnen. Induksjonsspolen er plassert rundt en del av den elektrisk ledende del av rørstrukturen på et sted langs rørstrukturen mellom det elektriske tilkoplingssted for den første kildeterminal, og det elektriske tilkoplingssted for den elektriske returkrets, slik at et spenningspotensial blir utformet mellom den elektrisk ledende del av rørstrukturen på en kildeside av induksjonsspolen, og den elektrisk ledende del av rørstrukturen på en elektrisk returside av induksjonsspolen, så vel som den elektriske retur når tidsvarierende strøm flyter gjennom den elektrisk ledende del av rørstrukturen. Induksjonsspolen kan omfatte et ferromagnetisk materiale. Induksjonsspolen trenger ikke å være tilført kraft når dens størrelse, geometri og magnetiske egenskaper kan gi tilstrekkelig magnetisk induktans for å utvikle det ønske spenningspotensial. Den elektrisk drevne anordning av pakningen er elektrisk forbundet over spenningspotensialet, slik at en del av den tidsvarierende strøm blir ledet gjennom anordningen pga. induksjonsspolen når den tidsvarierende strøm flyter gjennom den elektrisk ledende del av rørstrukturen.

Ifølge enda et aspekt av den foreliggende oppfinnelse, er det frembrakt en fremgangsmåte for å produsere petroleumsprodukter fra en petroleumsbrønn omfattende en elektrisk drevet pakning.

En konvensjonell petroleumsbrønn omfatter et foret brønnhull som har en rørstreng som er plassert inne i og strekker seg i longitudinal retning inne i foringsrøret. I en foretrukket utførelse, er en kontrollerbar pakning koplet til røret for å danne en tetning av det ringformede rom mellom røret og foringsrøret. En ventil i pakningen (og/eller andre anordninger, så som sensorer) er drevet og kontrollert fra overflaten. Kommunikasjonssignaler og kraftsignaler blir sendt fra overflaten ved bruk av røret og foringsrøret som ledere. Minst én induksjonsspole er koplet rundt røret nede i brønnhullet for magnetisk å motvirke strøm av vekselstrøm gjennom røret ved en spole. En isolerende rørskjøt, en annen induksjonsspole eller en annen isolasjonsanordning mellom røret og foringsrøret kan være plassert ved overflaten over et sted hvor strømmen og kommunikasjonssignalene blir overført til røret. Derfor blir det meste av veksel-strømmene holdt mellom induksjonsspolen mellom borehullet og den isolerende rørskjøt, eller mellom spolene når to spoler er brukt.

De relaterte applikasjoner beskriver alternative måter å bringe elektrisk kraft fra overflaten til moduler nede i brønnen, og til å etablere toveiskommunikasjon for data og kommandoer som skal passere mellom overflaten og modulene nede i brønnen ved bruk av modemenheter på overflaten og nede i brønnen. En foretrukket utførelse benytter produksjonsrøret og brønnforingsrøret som den elektriske ledningsbane mellom overflaten og utstyret nede i brønnen. Kostnadsreduksjonen og forenklingen av installasjons-prosedyrene som fremkommer ved at man unngår behovet for elektriske kabler for å levere kraft, sensorer og kontrollfunksjoner i brønnen tillater videre utplassering av aktivt utstyr nede i brønnen under produksjon.

I sammenheng med brønnhullpakninger, har evnen til å drive og kommunisere med pakningene mange fordeler. En slik kontrollerbar pakning ifølge den foreliggende oppfinnelse kan omfatte sensorer, hvor data fra sensorene blir mottatt i sann tid fra overflaten. Likeledes, tilgjengeligheten av kraft nede i borehullet og evnen til å passere kommandoer fra overflaten til den kontrollerbare pakning, tillater elektrisk motoriserte mekaniske komponenter, så som flytkontrollventiler, å bli inkludert i paknings-konstruksjonen og således øke dere fleksibilitet under bruk. Spesielt, styringen av slike komponenter i den kontrollerbare pakning er nær sann tid, og tillater flytkontrollventiler å bli åpnet, stengt, justert eller strupt konstant til å bidra til styringen av produksjonen.

I en foretrukket utførelse kan en datamaskin på overflaten, som har et mastermodem, overføre et kommunikasjonssignal til røret, og kommunikasjonssignalet blir mottatt ved et slavemodem nede i brønnhullet, som er elektrisk forbundet med eller innenfor den styrbare pakning. Kommunikasjonssignalet kan bli mottatt ved slave-modemet enten direkte eller indirekte via én eller flere relémodemer. Videre, elektrisk kraft kan bli innført i rørstrengen og mottas nede i brønnhullet for å drive operasjonen av sensorer eller andre anordninger i den styrbare pakning. Fortrinnsvis blir foringsrøret brukt som en leder for den elektriske retur.

I en foretrukket utførelse er det en styrbar ventil i pakningen som regulerer fluidkommunikasjonen i ringrommet mellom foringsrøret og røret. Den elektriske returbane kan anordnes langs en del av den styrbare pakning, og fortrinnsvis ved ekspansjon av ekspansjonskilene til kontakt med foringsrøret. Alternativt kan den elektriske returbane være via en ledende sentraliseringskrets rundt røret som er isolert i sin kontakt med røret, men som er i elektrisk kontakt med foringsrøret og elektrisk forbundet med anordningen i pakningen.

I forbedrede former omfatter den styrbare pakning én eller flere sensorer nede i brønnen, som fortrinnsvis er i kontakt med et modem nede i borehullet og kommuniserer med overflatedatamaskinen via røret og/eller foringsrøret. Slike sensorer som temperatur, trykk, akustikk, ventilposisjoner, strømningsmengder og differensialtrykkmålere, kan med fordel brukes i mange situasjoner. Sensorer leverer målinger til modemene for overføring til overflaten eller direkte til en programmerbar grensesnittkontroller som opererer i en anordning nede i brønnen, så som en styrbar ventil for å kontrollere fluidstrømmen gjennom pakningen.

I én utførelse er ferromagnetiske induksjonsspoler koplet rundt røret for å virke som en serie impedans mot strøm som flyter på røret. I en foretrukket form er en øvre ferromagnetisk spole plassert rundt røret nedenfor foringsrørhengeren, og strøm- og kommunikasjonssignaler blir overført til røret nedenfor den øvre ferromagnetiske spole. En nedre ferromagnetisk spole er plassert nede i brønnhullet rundt røret med den styrbare pakning elektrisk koplet til røret ovenfor den nedre ferromagnetiske spole, skjønt den styrbare pakning kan være mekanisk koplet til røret nedenfor den nedre ferromagnetiske spole isteden.

Fortrinnsvis er en overflatedatamaskin koplet via et overflatemastermodem og røret til et slavemodem nede i brønnhullet for den styrbare pakning. Overflatedatamaskinen kan motta målinger fra en variasjon av kilder (for eksempel sensorer nede i borehullet), måling av oljeinngang fra brønnen og målinger av komprimert gassinngang til brønnen i tilfelle en gassløftebrønn. Ved bruk av slike målinger kan datamaskinen beregne ønskede posisjoner for den styrbare ventil i pakningen, og mer spesielt, den optimale mengde av fluidkommunikasjon som kan tillates inn i ringrommet inne i foringsrøret.

Konstruksjon av en slik petroleumsbrønn er designet til å være så lik konvensjonell konstruksjonsmetodologi som mulig. Dvs., etter foring av brønnen blir en pakning typisk satt for å isolere hver sone. I en produksjonsbrønn kan det være flere oljeproduserende soner, vannproduserende soner, ugjennomtrengelige soner og tyvsoner (thief zones). Det er ønskelig å hindre eller tillate kommunikasjon mellom sonene. For eksempel når man implementerer den foreliggende oppfinnelse, blir rørstrengen matet gjennom foringsrøret inn i kommunikasjon med produksjonssonen med styrbare pakninger som definerer produksjonssonen. Siden rørstrengen er satt opp på overflaten, blir en nedre ferromagnetisk spole plassert rundt én av de konvensjonelle rørstrenger for posisjonering ovenfor den nederste styrbare pakning. I seksjoner av rørstrengen hvor det er ønsket, er en annen pakning koplet til rørstrengen for å isolere soner. Styrbare gassløfteventiler eller sensorplugger kan også koples til røret etter ønske ved innsetting i en sidelommespindel (røroverført) og tilsvarende induksjonsspole etter behov. Rørstrengen er sammensatt opp til overflaten, hvor en øvre ferromagnetisk induksjonsspole igjen er plassert rundt rørstrengen nedenfor foringsrørhengeren. Kommunikasjons- og kraftledninger blir så forbundet med rørstrengen nedenfor den øvre induksjonsspolen. I en forbedret form, er en elektrisk isolerende kopling brukt istedenfor den øvre induksjonsspole.

En sensor- og kommunikasjonsplugg kan være inkorporert i den styrbare pakning ifølge den foreliggende oppfinnelse uten behov for å inkludere en dyrebar ventil eller annen kontrollanordning. Dvs., en elektronikkmodul som har trykk-, temperatur- eller akustikksensorer, kraftforsyning og et modem, kan være inkorporert i pakningen for kommunikasjon til overfiatedatamaskinen ved bruk av røret og foringsrøret som ledere.

Andre mål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå fra den følgende detaljerte beskrivelse, og med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor figur 1 viser skjematisk en typisk pakning ifølge tidligere teknikk, figur 2 viser skjematisk en petroleumsproduksjonsbrønn ifølge en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse, figur 3 er et forenklet elektrisk skjema av utførelsen vist på figur 2 og figur 4 er et forstørret skjema som viser en styrbar pakning fra figur 2, omfattende en elektrisk styrbar ventil.

Det henvises nå til tegningene, hvor like henvisningstall blir brukt til å betegne liknende elementer gjennom de forskjellige riss, en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse er illustrert og videre beskrevet, og andre mulige utførelser av den foreliggende oppfinnelse er beskrevet. Figurene er ikke nødvendigvis tegnet i målestokk, og i noen tilfeller er tegningene overdrevet og/eller forenklet på steder for illustrasjonsformål. En person med ordinære ferdigheter i teknikken vil forstå de forskjellige mulige anvendelser og variasjoner av den foreliggende oppfinnelse basert på de følgende eksempler på mulige utførelser av oppfinnelsen, så vel som basert på de utførelser som er illustrert og beskrevet i relaterte applikasjoner som er inkorporert her ved henvisning til den maksimale utstrekning tillatt i loven.

Som brukt i den foreliggende applikasjon, kan en "rørstruktur" være et enkelt rør, en rørstreng, et foringsrør, en pumpestang, en rekke sammenkoplede rør, stenger, skinner, fagverk, gitterverk, understøttelser, en gren eller lateral forlengelse av en brønn, et nettverk av sammenkoplede rør eller andre liknende strukturer som er kjent blant folk med ordinære ferdigheter i teknikken. Den foretrukne utførelse gjør bruk av oppfinnelsen i sammenheng med en petroleumsbrønn hvor rørstrukturen omfatter metallisk, elektrisk ledende rør eller rørstrenger, men oppfinnelsen er ikke begrenset til disse. For den foreliggende oppfinnelse trenger i det minste en del av rørstrukturen å være elektrisk ledende, hvor slike elektrisk ledende deler kan være hele rørstrukturen (for eksempel stålrør, kopperrør) eller en langsgående elektrisk ledende del kombinert med en langsgående ikke-ledende del. Med andre ord, en elektrisk ledende rørstruktur er én som gir en elektrisk ledende bane fra et første område hvor en kraftkilde er elektrisk tilkoplet en annen del, hvor en anordning og/eller elektrisk retur er elektrisk tilkoplet. Rørstrukturen vil typisk være konvensjonelt, rundt metallrør, men tverrsnitts geometrien av rørstrukturen eller hvilken som helst del av denne kan variere i form, (for eksempel rund, rektangulær, kvadratisk, oval) og dimensjon (lengde, diameter, veggtykkelse) langs hvilken som helst del av rørstrukturen. Derfor må en rørstruktur ha en elektrisk ledende del som strekker seg fra et første område av rørstrukturen til et annet område av rørstrukturen, hvor det første område er fjernt atskilt fra det andre området av rørstrukturen.

Bemerk at termene "første område" og "andre område" som brukt her definerer generelt to posisjoner, seksjoner eller regioner av en rørstruktur som kan strekke seg eller ikke strekke seg langs rørstrukturen, som kan være plassert ved hvilket som helst valgt sted langs rørstrukturen, og som kan omfatte eller ikke omfatte de mest nærliggende ender av rørstrukturen.

Likeledes, i samsvar med konvensjonell terminologi av oljefeltpraksis, er beskrivelsene "øvre", "nedre", "oppe i borehullet" og "nede i borehullet" relative, og henviser til avstand langs hulldybden fra overflaten, som i avvikende eller i horisontale brønner kan være forskjellig fra vertikal elevasjon målt i forhold til et oppmålingsdatum.

Bemerk også at uttrykket "modem" er brukt her til generelt å henvise til hvilken som helst kommunikasjonsanordning for sending og/eller mottaking av elektriske kommunikasjonssignaler via en elektrisk leder (for eksempel metall). Derfor er ikke uttrykket "modem" som brukt her begrenset til akronymet for en modulator (anordning som omformer en stemme eller datasignal til en form som kan bli sendt)/demodulator (en anordning som gjenvinner et opprinnelig signal etter at det har vært modulert ved en høyfrekvensbærer). Også uttrykket "modem" som brukt her er ikke begrenset til konvensjonelle datamaskinmodem som omformer digitale signaler til analoge signaler og vice versa (for eksempel for å sende digitale datasignaler over det analoge, offentlige telefonsystem). For eksempel hvis en sensor sender ut målinger i analogt format, trenger slike målinger bare å bli modulert (for eksempel spredt spektrummodulasjon) og sendt, derfor er ingen analog/digital omforming nødvendig. Som et annet eksempel, et reléslavemodem eller kommunikasjonsanordning trenger bare å identifisere, filtrere, forsterke og/eller gjensende et signal som er mottatt.

Som brukt i den foreliggende applikasjon, betyr "trådløs" fravær av konvensjonelle, isolerte vaierledere som for eksempel strekker seg fra en anordning nede i et borehull til overflaten. Bruk av rør og/eller foringsrør som leder er ansett som "trådløs". Uttrykket "ventil" som brukt her, henviser generelt til hvilken som helst anordning som fungerer til å regulere strømmen av et fluid. Eksempler på ventiler omfatter, men er ikke begrenset til, belgtype gassløfteventiler og styrbare gassløfte-ventiler, som hver kan brukes til å regulere strømmen av løftegass inn i en rørstreng for en brønn. Ventilenes indre virkemåte kan variere meget, og i den foreliggende applikasjon er det ikke ment å begrense ventilen som beskrevet til noen spesiell konfigurasjon, så lenge ventilen funksjoner til å regulere strøm. Noen av de forskjellige typer av strømregulerende mekanismer omfatter, men er ikke begrenset til, kuleventilkonfigurasjoner, nålventilkonfigurasjoner, portventilkonfigurasjoner og burventilkonfigurasjoner. Fremgangsmåtene for installasjon av ventiler som diskutert i den foreliggende anvendelse kan variere meget.

Uttrykket "elektrisk styrbar ventil" som brukt her, henvises generelt til en "ventil" (som nettopp beskrevet) som kan bli åpnet, stengt, justert, endret eller strupt kontinuerlig som respons på et elektrisk kontrollsignal (for eksempel signal fra en overflatedatamaskin eller fra en elektrisk kontrollmodul nede i brønnen). Den mekanismen som egentlig beveger ventilposisjonen kan omfatte, men er ikke begrenset til, en elektrisk motor, en elektrisk servo, en elektrisk solenoid, en elektrisk svitsj, en hydraulisk aktuator styrt av i det minste én elektrisk servo, elektrisk motor, elektrisk svitsj, elektrisk solenoid eller kombinasjoner av disse, en pneumatisk aktuator styrt av minst én elektrisk servo, elektrisk motor, elektrisk svitsj, elektrisk solenoid eller kombinasjoner av disse, eller en fjærforspent anordning i kombinasjon med minst én elektrisk servo, elektrisk motor, elektrisk svitsj, elektrisk solenoid eller kombinasjoner av disse. En "elektrisk styrbar ventil" kan omfatte eller ikke omfatte en posisjonstilbake-koplingssensor for å gi et tilbakekoplingssignal som tilsvarer den aktuelle posisjon av ventilen.

Uttrykket "sensor" som brukt her, henviser til hvilken som helst anordning som detekterer, bestemmer, overvåker, registrerer eller på annen måte registrerer den absolutte verdi eller en endring i en fysisk kvantitet. En sensor som beskrevet her kan brukes til å måle fysiske størrelser, omfattende, men ikke begrenset til, temperatur, trykk (både absolutt og differensialt), strømningsmengde, seismiske data, akustiske data, pH-nivå, saltholdighetsnivåer, ventilposisjoner eller nesten hvilke som helst andre fysiske data.

Figur 1 er et skjema som viser en konvensjonell, hydraulisk plassert produksjonspakning 20 ifølge tidligere teknikk, plassert inne i et brønnforingsrør 22 av en brønn.

Pakningen 20 på figur 1 er gjenget til en produksjonsrørstreng 24. Den konvensjonelle pakning 20 har et endestykke 26 som kan ende med en åpen eller lukket ende for den nederste pakning i den fullførte brønn, eller endestykket 26 kan være gjenget på rør (ikke vist) som passerer til lavere regioner av brønnen. Den konvensjonelle pakning 20 har en seksjon stoppkiler 28 og en seksjon 30. Både stoppkilene 28 og tetningsseksjonen 30 kan passere fritt inne i brønnens foringsrør 22 under plassering, og blir operert av en hydraulisk aktuator 32. Når pakningen 20 er i sin endelige plassering i foringsrøret 22, blir den hydrauliske aktuator 32 brukt til å utøve mekaniske krefter på stoppkilene 28 og pakningene 30 og forårsaker at de ekspanderer mot foringsrøret. Stoppkilene 28 låser pakningen 20 på plass ved å gripe den interne overflate av foringsrøret 22, slik at pakningen ikke kan forskyves ved differensialt trykk mellom rommene ovenfor og nedenfor pakningen. Tetningsseksjonen 30 skaper en væsketett pakning mellom rommene ovenfor og nedenfor pakningen 20. Den hydrauliske aktuator 32 opereres ved bruk av høytrykksoljen levert fra overflaten (ikke vist) ved et kontrollrør 34. Den konvensjonelle pakning 20 omfatter imidlertid ingen elektrisk drevet anordning.

Figur 2 er et skjema som viser en petroleumsproduksjonsbrønn 38 ifølge en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Petroleumsproduksjonsbrønnen 38 vist på figur 2 er lik en konvensjonell brønn i konstruksjon, men med inkorporering av den foreliggende oppfinnelse. I dette eksempel er en pakning 40 omfattende elektrisk drevet anordning 42 plassert i brønnen 38 på samme måte som en konvensjonell pakning 20 ville bli, til separate soner i formasjonen. I den foretrukne utførelse omfatter den elektrisk drevne anordning 42 av pakningen 40 en elektrisk styrbar ventil 44 som virker som en forbikoplingsventil, som vist i mer detalj på figur 4, og beskrevet videre nedenfor.

I en foretrukket utførelse omfatter rørstrukturen en del av en produksjons-rørstreng 24, og den elektriske retur omfatter en del av brønnens foringsrør 22. En isolerende rørdel 146 og en ferromagnetisk induksjonsspole 48 er brukt i den foretrukne utførelse. Den isolerende del 146 er inkorporert nær brønnhodet for elektrisk å isolere de nedre seksjoner av røret 24 fra foringsrøret 22. Den isolerende forbindelse 146 hindrer således elektrisk kortslutning mellom de nedre seksjoner av røret 24 og foringsrøret 22 ved rørhengeren 46. Hengeren 46 gir mekanisk kopling og understøttelse for røret 24 ved å overføre vektbelastningen av røret 24 til foringsrøret 22. Induksjonsspolen 48 er festet rundt rørstrengen 24 ved et annet område 52 nede i brønnhullet ovenfor pakningen 40. Et datamaskinsystem 56 omfattende et mastermodem 58 og en kilde for tidsvarierende strøm 60, er elektrisk forbundet med rørstrengen 24 nedenfor den isolerende rørdel 146 ved en første kildeterminal 61. Den første kildeterminal 61 er isolert fra hengeren 46 hvor den passerer gjennom den. En annen kildeterminal 62 er elektrisk forbundet med brønnforingsrøret 22, enten direkte (som på figur 2) eller via hengeren 46 (anordning ikke vist). Alternativt til eller i tillegg til den isolerende rørdel 146, kan en annen induksjonsspole (ikke vist) bli plassert rundt røret 24 ovenfor det elektriske koplingssted for den første kildeterminal 61 til røret.

Den tidsvarierende strømkilde 60 frembringer strømmen som bærer kraft og kommunikasjonssignaler ned i brønnhullet. Den tidsvarierende strøm er fortrinnsvis en vekselstrøm (AC), men kan også være en varierende likestrøm (DC). Kommunikasjonssignaler kan være generert av mastermodem 58 og lagt inn i strømmen produsert ved strømkilden 60. Fortrinnsvis er kommunikasjonssignalet et spredt spektrumsignal, men andre former for modulasjon kunne brukes som et alternativ.

Den elektrisk drevne anordning 42 i pakningen 40 omfatter to anordningsterminaler 71, 72, og det kan være andre anordningsterminaler etter behov for andre utførelser eller applikasjoner. En første anordningsterminal 71 er elektrisk tilkoplet røret 24 på en kildeside 81 av induksjonsspolen 48, som i dette tilfellet er ovenfor induksjonsspolen. Likeledes er en annen anordningsterminal 72 elektrisk tilkoplet røret 24 på en elektrisk returside 82 av induksjonsspolen 48, som i dette tilfellet er nedenfor induksjonsspolen. I denne foretrukne utførelse gir stoppkilene 28 av pakningen 40 den elektriske forbindelse mellom røret 24 og brønnforingsrøret 22. Imidlertid, som vil være klart for folk med ordinære ferdigheter i teknikken, kan den elektriske forbindelse mellom røret 24 og foringsrøret 22 oppnås på forskjellige måter, noen av hvilke kan bli sett i de beslektede applikasjoner, omfattende (men ikke begrenset til) en annen pakning (konvensjonell eller styrbar), ledende fluid i ringrommet mellom røret og foringsrøret, en ledende sentraliseringsanordning eller hvilken som helst kombinasjon av disse. Dermed er en elektrisk krets utformet ved bruk av røret 24 og foringsrøret 22 som ledere til anordningen 42 nede i brønnhullet inne i pakningen 40.

Figur 3 illustrerer et forenklet elektrisk skjema av den elektriske krets utformet i brønnen 38 på figur 2. Den isolerende rørdel 146 og induksjonsspolen 48 skaper effektivt en isolert seksjon av rørstrengen 24 for å inneholde det meste av den tidsvarierende strøm mellom dem. Følgelig, et spenningspotensial utvikles mellom de isolerte seksjoner av røret 24 og foringsrøret 22 når vekselstrøm flyter gjennom rørstrengen. Likeledes, spenningspotensialet dannes også mellom røret 24 av kildesiden 81 av induksjonsspolen 48 og røret 24 på den elektriske returside 82 av induksjonsspolen 48 når vekselstrøm flyter gjennom rørstrengen. I den foretrukne utførelse er den elektrisk drevne anordning 42 i pakningen 40 elektrisk forbundet over spenningspotensialet mellom kildesiden 81 og den elektriske retursiden 82 av røret 24. Som et alternativt kan imidlertid anordningen 42 være elektrisk forbundet over spenningspotensialet mellom røret 24 og foringsrøret 22, eller spenningspotensialet mellom røret 24 og en del av pakningen 40 (for eksempel stoppkiler 48), hvis den delen av pakningen er i elektrisk kontakt med brønnforingsrøret 22. En del av strømmen som flyter gjennom røret 24 og foringsrøret 22 blir således ledet gjennom anordningen 42 pga. induksjonsspolen 48.

Som er gjort klart ved vurdering av det elektriske ekvivalentkretsdiagram på figur 3, må ikke sentraliseringsenheter som er installert på røret mellom isolasjons-anordningen 47 og spolen 48 danne en elektrisk ledende bane mellom røret 24 og foringsrøret 22. Passende sentraliseringsenheter kan bestå av faststøpt eller maskinell plast, eller kan være av buefjærtype, forutsatt at disse er levert med passende isolasjons-elementer. Mange passende og alternative designimplementeringer av slike sentraliseringsenheter vil være tilgjengelige for folk med gjennomsnittlig ferdighet i teknikken.

Andre alternative måter for å utvikle en elektrisk krets ved bruk av en rørstruktur og minst én induksjonsspole, er beskrevet i relaterte applikasjoner, mange av hvilke kan være benyttet i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse for å frembringe kraft og/eller kommunikasjon til den elektrisk drevne anordning 42 av pakningen 40, og å utforme andre utførelser av den foreliggende oppfinnelse.

Det henvises nå til figur 4, som viser mer detaljer av pakningen 40 på figur 20, hvor man kan se at den styrbare pakning 40 likner den konvensjonelle pakning 20 (vist på figur 1), men med tillegg av en elektrisk drevet anordning 42, omfattende en elektrisk styrbar ventil 44 og en kommunikasjons- og kontrollmodul 84. Kommunikasjons- og kontrollmodulen 84 blir energisatt fra og kommuniserer med datamaskinsystemet 56 på overflaten 54 via røret 24 og /eller foringsrøret 22. Kommunikasjons- og kontrollmodulen 84 kan omfatte et modem 86, en krafttransformator (ikke vist), en mikroprosessor (ikke vist) og/eller andre forskjellige elektroniske komponenter (ikke vist) etter behov for en utførelse. Kommunikasjons- og kontrollmodulen 84 mottar elektriske signaler fra datamaskinsystemet 56 på overflaten 54, og dekoder kommandoer for styring av den elektrisk styrte ventil 44, som virker som en avkoplingsventil. Ved bruk av dekodede kommandoer, kontrollerer kommunikasjons- og kontrollmodulen 84 en lavstrømselektrisk motor som aktiverer bevegelsen av avkoplingsventilen 44. Ventilen 44 kan således bli åpen, stengt, justert, endret eller strupt kontinuerlig ved datamaskinsystemet 56 fra overflaten 54 via røret 24 og foringsrøret 22.

Avledningsventilen 44 på figur 4 styrer strømmen gjennom et avledningsrør 88, som forbinder innløps- og utløpsportene 90, 92 ved bunnen og toppen av pakningen 40. Portene 90, 92 kommuniserer fritt med ringrommene 94, 96 (mellom foringsrøret 22 og røret 24) ovenfor og nedenfor pakningen 40. Avledningskontrollventilen 44 styrer derfor fluidutveksling mellom disse rommene 94, 96, og denne utviklingen kan endres i sann tid ved bruk av kommandoer sendt fra datamaskinsystemet 56 og mottatt av den kontrollerbare pakning.

Den mekaniske anordning av pakningen 40 vist på figur 4 er illustrerende, og alternative utførelser som har andre mekaniske trekk som gir samme funksjonelle behov som en pakning (for eksempel fluidisolering og forsegling av en foringsrørseksjon fra en annen foringsrørseksjon i en brønn, og i tilfelle med styrbar pakning, regulering og styring av fluidstrømmen mellom disse isolerte foringsrørseksj oner) er mulige, og omfattet innenfor den foreliggende oppfinnelse. For eksempel, innløps- og utløpsportene 90, 92 kan utveksles for å passere fluid fra ringrommet 94 ovenfor pakningen 40 til rommet 96 nedenfor pakningen. Også kommunikasjons- og kontrollmodulen 84 og avledningskontrollventilen 44 kan være plassert i det øvre området av pakningen 20, ovenfor stoppkilene 28. Den styrbare pakning 40 kan også omfatte sensorer (ikke vist), elektrisk tilkoplet eller innenfor kommunikasjons- og kontrollmodulen 84, for å måle trykk eller temperaturer i ringrommene 94, 96 eller inne i produksjonsrøret 94. Derfor kan målingene bli overfør til datamaskinsystemet 56 ved overflaten 54 ved bruk av kommunikasjons- og kontrollmodulen 84, og gi sanntidsdata om forholdene nede i brønnhullet. Også innkoplings- og utløsningsmekanismene for pakningsstoppkilene kan aktiveres ved én eller flere motorer drevet og styrt av kraft og kommandoer mottatt av modulen 84.

I andre mulige utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan den elektrisk drevne anordning 42 i pakningen 40 omfatte et modem 86, en sensor (ikke vist), en mikroprosessor (ikke vist), en pakningsventil 44, en sporinjeksjonsmodul (ikke vist), en elektrisk styrbar gassløfteventil (for eksempel for å styre flyten av gass fra ringrommet til innsiden av røret) (ikke vist), en rørventil (for eksempel for å variere strømmen av en rørseksjon, så som en applikasjon som har flere grener eller lateraler) (ikke vist), en kommunikasjons- og kontrollmodul 84, en logikkrets (ikke vist), et relémodem (ikke vist), andre elektronikkomponenter etter behov (ikke vist) eller hvilken som helst kombinasjon av disse.

Også i andre mulige utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan det være flere styrbare pakninger og/eller flere induksjonsspoler. I en anvendelse hvor det er flere styrbare pakninger eller ytterligere konvensjonelle pakninger kombinert med den foreliggende oppfinnelse, kan det være nødvendig å isolere elektrisk noen eller alle pakningene, slik at en pakning ikke virker som en kortslutning mellom rørstrukturen (for eksempel røret 24) og den elektriske retur (for eksempel foringsrøret 22) hvor en slik kortslutning ikke er ønsket. Slik elektrisk isolasjon av en pakning kan oppnås på forskjellige måter som vil være åpenbare for én med ordinære ferdigheter i teknikken, omfattende, men ikke begrenset til en isolerende hylse rundt røret ved pakningsstedet, en gummi- eller uretandel av radiell utstrekning av pakningens stoppkiler, et isolerende belegg på røret ved pakningsstedet, utforming av stoppkilene fra ikke-elektrisk ledende materialer, andre kjente isolerende anordninger eller hvilken som helst kombinasjon av disse. Den foreliggende oppfinnelse kan også anvendes på andre typer av brønner (andre enn petroleumsbrønner), så som vannbrønner.

Det vil bli forstått av fagfolk i teknikken som har fordelen av denne beskrivelsen, at denne oppfinnelsen frembringer en pakning omfattende en elektrisk drevet anordning, så vel som en petroleumsproduksjonsbrønn omfattende en slik pakning. Det må forstås at tegningene og den detaljerte beskrivelse her skal vurderes i en illustrerende og ikke begrensende måte, og er ikke ment til å begrense oppfinnelsen til den spesielle form og eksempler som er beskrevet. Derimot omfatter oppfinnelsen videre modifikasjoner, endringer, omordninger, utskiftinger, alternativer, designvalg og utførelser som er åpenbare til folk med ordinære ferdigheter i teknikken, uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og omfang som definert ved kravene. Det er således ment at de følgende krav skal tolkes for å omfatte alle slike videre modifikasjoner, endringer, omordninger, utskiftinger, alternativer, designvalg og utførelser.

Claims (20)

1. System for å regulere en pakning i en produksjonsbrønn, omfattende en rørstruktur (24) omfattende en elektrisk ledende del som strekker seg langs i det minste en del av rørstrukturen, en kilde for tidsvarierende strøm elektrisk tilkoplet den elektrisk ledende delen av rørstrukturen (24), en elektrisk retur (22) og en pakning omfattende en elektrisk drevet anordning (42), karakterisert ved at en induksjonsspole (48) er installert omkring en del av den elektrisk ledende delen av røstrukturen (24), og at den elektrisk drevne anordningen (42) er elektrisk tilkoplet rørstrukturen på en kildeside og på en elektrisk returside av induksjonsspolen (48) slik at delen for tidsvarierende strømmen blir ledet gjennom anordningen (42) når den tidsvarierende strømmen blir tilført gjennom den elektrisk ledende delen av rørstrukturen (24).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordning (42) omfatter en elektrisk styrbar ventil (44) tilpasset til å styre fluidkommunikasjon mellom en side av pakningen (40) og en annen side av pakningen (40) når pakningen (40) er installert operativt.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter en sensor tilpasset til å måle en fysisk størrelse.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter et modem (86) tilpasset til å sende og motta kommunikasjoner langs den elektrisk ledende delen av rørstrukturen (24).

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter en kjemisk injeksjonsmodul tilpasset til styrbart å injisere en substans inn i en flytende strøm.

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter en elektrisk styrbar ventil tilpasset til å styre fluidkommunikasjon mellom det ytre og indre av en produksjonsrørstreng.

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter en elektrisk styrbar ventil (44) tilpasset til å styre fluidstrømmen i et produksjonsrør.

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den rørstrukturen (24) omfatter en produksjonsrørstreng (24) i brønnen (38).

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at rørstrukturen omfatter et brønnforingsrør (22) i brønnen.

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektriske returen (22) omfatter et brønnforingsrør (22) i brønnen.

11. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den elektriske returen omfatter i det minste en del av en jordtilkopling.

12. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en annen induksjonsspole som er plassert rundt en annen del av den elektrisk ledende delen av rørstrukturen og på et sted langs rørstrukturen, slik at det elektriske tilkoplingsstedet for den tidsvarierende strømkilden er plassert mellom induksjonsspolene.

13. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en andre pakning.

14. System ifølge krav 13, karakterisert ved at den andre pakningen omfatter en elektrisk isolator, slik at den elektrisk ledende delen av rørstrukturen ikke er elektrisk forbundet med den elektriske returen ved den andre pakningen når den andre pakningen er installert operativt.

15. System ifølge krav 13, karakterisert ved at den andre pakningen er en del av den elektriske returen.

16. System ifølge krav 1, karakterisert ved at pakningen (40) er plassert på kildesiden av induksjonsspolen (48).

17. System ifølge krav 1, karakterisert ved at pakningen (40) er plassert på den elektriske retursiden av induksjonsspolen (48).

18. Fremgangsmåte for å regulere en pakning i en produksjonsbrønn, omfattende å anordne en elektrisk drevet pakning (40) i en petroleumsbrønn (38), å anordne en rørstruktur (24) i brønnen (38), hvor rørstrukturen (24) omfatter en elektrisk ledende del som strekker seg langs i det minste en del av rørstrukturen (24), operativt å installere den elektrisk drevne pakningen (40) i brønnen (38), idet den elektrisk drevne pakningen (40) omfatter en elektrisk drevet anordning (42), slik at anordningen (42) er elektrisk forbundet med den elektrisk ledende delen av rørstrukturen (24) når brønnen (38) er operativ for petroleumsproduksjon, karakterisert ved operativt å installere en induksjonsspole (48) rundt en del av det elektrisk ledende område av rørstrukturen (24), å tilføre tidsvarierende strøm til rørstrukturen (24), å lede en del av den tidsvarierende strømmen gjennom den elektrisk drevne anordningen (42) ved bruk av induksjonsspolen (48), og å produsere petroleumsprodukter i brønnen (38).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved å måle en fysisk størrelse med den elektrisk drevne anordningen (42), idet den elektrisk drevne anordningen omfatter en sensor, og å variere en strøm av petroleumsprodukter i brønnen (38) basert på målingene.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved å styre elektrisk fluidkommunikasjon mellom seksjoner i brønnen (38) ved bruk av pakningen (40), hvor den elektrisk drevne anordningen (42) omfatter en elektrisk styrbar ventil (44).