NO324234B1 - Termisk kompenseringsapparat og fremgangsmate for a opprettholde et relativt konstant fluidtrykk inne i et underjordisk bronnverktoy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt underjordiske brønnverktøyer slik som oppblåsbare pakninger, broplugger eller lignede som blåses opp gjennom innføring av fluid i en ekspanderbar elastomerisk blære, og nærmere bestemt et fjærbelastet apparat og en fremgangsmåte for å opprettholde et relativt ensar-tet fluidtrykk i blæren når verktøyet utsettes for temperaturvariasjoner etter ekspandering.

Det er kjent blant fagfolk på området at ved bruk av disse typer oppblåsbare innretninger utsettes de for endringer i oppblåsingstrykk når temperaturen i oppblåsingsfluidet varierer fra dets innledende oppblåsingstemperatur. En økning i fluidtemperatur resulterer typisk i økt oppblåsingstrykk, og en reduksjon resulterer i redusert oppblåsingstrykk. En økning i oppblåsingstrykk kan gjøre verktøyet utsatt for svikt ved at det sprenges. En reduksjon i oppblåsingstrykk kan svekke forankringen mellom verktøyet og borehullet til et punkt hvor verktøyet ikke er i stand til å tilveiebringe den tiltenkte forankringsfunksjon. I begge tilfeller kan betydelige temperaturendringer i oppblåsingsfluidet føre til for-ringet verktøyfunksjon og mulig verktøysvikt. Disse svikt kan føre til betydelige økonomiske tap og mulig katastrofe.

Hvor stor temperaturendring som skal til for å påvirke et oppblåsbart verktøys funksjon 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 innledende temperatur på slutten av oppblåsningssyklusen. Dersom temperaturen i opp-blåsingsf luidet varierer med mer enn denne verdi, utsettes verktøyet for for høye oppblåsingstrykk eller utilstrekkelig oppblåsingstrykk, hvilket ville kunne føre til problemer med verktøyets funksjon 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 alvor-lig 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 tilfelle kan det oppstå svikt på et eller annet tidspunkt etter at riggen har dratt fra brønnstedet. Et oppblåsbart verktøy kan således tilveiebringe kortvarig funksjonell ytelse ved lave verdier for termisk sykling. Fenomener med kumulativ skade kan imidlertid oppstå i stålkonstruksjoner og/eller elastomeriske komponenter og til slutt forårsake svikt i innretningen .

En tidsforsinket svikt kan være mer kostbar og muligens mer katastrofal enn en svikt som oppstår innen kort tid etter den innledende setting av verktøyet. Utskifting av en sviktet innretning ville medføre gjennomføring av et andre prosjekt omtrent likt i omfang og kostnader som den første serviceope-rasjon, 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 US dollar og så mye som flere millioner US dollar.

Innenfor olje- og gassindustrien finnes det mange operasjoner som med hell gjør bruk av trykkisoleringsinnretninger som rutinemessig møter betydelige temperaturutslag og betydelig ut-strekning av kombinert positiv og negativ termisk sykling. Typisk blir oppblåsbare innretninger utelukket som kandidater 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

• produksjonspakningsservice i olje- og/eller gas.s-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

"huff/puff"-dampinjeksjonsmetoder for å produsere viskøse oljeformasjoner, p,c

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

innretningen.]

[p = disse operasjoner resulterer typisk i et stort positivt termisk utslag (oppvarming) i trykkisoleringsinnretningen.]

[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 gjøre tjeneste for en gitt brønnutforming fordi de ikke er i stand til å passere gjennom innsnevringer og deretter bli satt i foringsrør, er det vanlig å bruke en rigg for å trekke opp produksjonsrør og utføre et kostbart overhalingsprosjekt.

Bruken av oppblåsbare "gjennom-produksjonsrør"-innretninger gir velkjente fordeler og allsidighet til olje- og gassindustrien. Deres manglende evne til respektabel tjeneste i operasjoner som omfatter termisk sykling og termiske utslag, utelukker dem fra et vesentlig parti av støttetjenestesekto-ren. 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 kostnadsbespa-relser for operatører innenfor industrien.

Underjordiske brønnverktøyer, slik som tradisjonelle pakninger, broplugger, produksjonsrørhengere og lignende, er velkjente 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 åpent borehull, alt etter som.

Tetningen blir ofte opprettet etter at en 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. For eksempel benyttes slike innretninger 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 brønnverktøyet for eksempel 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 denne i satt posisjon i brønnen, påvirket av temperaturreduksjonen under stimuleringsarbeidet og forårsaker en trykkreduksjon i det indre av blæren, i fluidkamrene og i forbindelsespassasjene inne i verktøyet. Denne trykkreduksjon påvirker i sin tur blæren til å trekke seg sammen fra den innledende setteposisjon. I mer dramatiske situasjoner kan innretningens forankring i borehullet gå tapt, og differensialtrykkene over innretningen kan bevirke "korketrekkersnoing" i kveilrøret eller overhalingsstrengen, hvilket resulterer i et mislykket prosjekt, en kostbar løsning på korketrekkerproblemet og en betydelig risiko ved driften.

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

I amerikansk patent US 4,655,292 med tittelen "Steam Injec-tion Packer Actuator and Method" (Dampinjeksjonspakningsakti-vator 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 kompri-merbart fluid, slik som nitrogen. Fluidet brukes til å etter-komme 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 av temperaturøkningen i oppblåsingsfluid og innretningskomponen-ter når damp strømmer gjennom innretningen.

Britisk patent GB 2322394 beskriver et trykkompenseringssys-tem for en pakning som tillater fluid å slippe ut fra nedenunder det oppblåsbare element når økninger i fluidtemperatu-ren øker trykket under elementet. Systemet tilfører i tillegg fluid bak elementet dersom borehullsfluidenes temperatur skulle bli redusert og senker derved trykket bak elementet. Dette oppnås ved bruk av et stempel styrt av to fjærer.

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 tilveiebringer den herværende oppfinnelse et termisk kompenseringsapparat for opprettholdelse av et relativt konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønn-verktøy, hvor nevnte apparat omfatter: et legeme med en lengdeakse, hvilket legeme er tilpasset for å koples til brønn-verktøyet; en spindel i legemet, hvilken spindel er bevegelig langs lengdeaksen i forhold til legemet; og, hvor apparatet omfatter en enkelt trykkfjær, idet ett parti av nevnte trykkfjær er fiksert i forhold til spindelen og at trykkfjæren omfatter en serie stablede tallerkenfjærskiver.

Ytterligere foretrukne trekk er fremsatt i patentkravene 2 til 13.

Ifølge et andre aspekt tilveiebringer den herværende oppfinnelse en fremgangsmåte for å opprettholde et relativt konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy av den type som reagerer på en aktiveringsfluidkilde for å manipulere nevnte verktøy på et sted i en brønn til i det minste én av en tettende og en forankrende posisjon, idet fremgangsmåten omfatter trinnene: ekspandering og sammentrekking av et fluidkammer som inneholder nevnte aktiveringsfluid, som reaksjon på manipulering av nevnte verktøy og deretter som reaksjon på termiske variasjoner i nevnte fluid i nevnte fluidkammer; og lagring eller frigjøring av energi i en energilagrings- og frigjøringsmekanisme som reagerer på trykkendringer i fluidkammeret for å ekspandere eller trekke sammen fluidkammeret som reaksjon på trykkvariasjoner i fluidet for å holde fluidet på et relativt konstant trykk, hvor energilageret og frigjøringsmekanismen omfatter en enkelt trykkfjær som omfatter en serie av stablede tallerkenfjærskiver.

Ytterligere foretrukne trekk er fremsatt i patentkravene 15 til 17.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer således, i det minste i sine foretrukne utførelser, et fjærbelastet apparat og en fremgangsmåte for å opprettholde et relativt konstant trykk i verktøyet med en oppblåsbar blære, slik at den fullstendige tetning og forankring av et underjordisk verktøy ikke bringes i fare. Verktøyet omfatter et legeme med en sty-respindel båret av legemet. En fjær som er i stand til å lagre energi, slik som for eksempel en rekke stablede tallerkenfjærskiver eller andre typer trykkfjærer, er tilveiebrakt for å ta imot og lagre energi overført til fjæren gjennom innbyrdes bevegelse under hver aktivering av verktøyet og påfølgen-de varmeutvidelse av fluid inne i det ekspanderbare indre rom. Fjæren frigjør også enhver slik lagret energi ved termisk sammentrekking av fluid inne i det ekspanderbare indre rom i verktøyet. I én utførelse har fjæren den egenskap å øve progressivt høyere kraft ved tilsvarende høyere bøyningsver-dier. Fjærer som oppviser dette karaktertrekk, er kjent for fagfolk på området som progressive fjærer hvor fjæringsraten måles i kraftenheter pr. lineær bøyningsenhet (f.eks. kg pr. cm). En slik progressiv fjær vil bøyes i noen grad som svar på blæreoppblåsingstrykk, men vil ikke bøye seg helt som reaksjon på dette trykk, og derved vil denne fjær kompensere for positive eller negative temperaturutslag.

Den energimengde som kreves for å aktivere verktøyet når blæren er blåst opp og verktøyet er ekspandert utover for å for-ankre og tette verktøyet i forhold til veggen i brønnen, overføres til fjæren slik at den energimengde som lagres i fjæren, er forskjellen mellom det hydrostatiske trykk ved ak-tiver ingsdybden og aktiveringstrykket i aktiveringsfluidet. I tilfelle det oppstår en temperaturreduksjon i nærheten av apparatet etter setting, blir følgelig den energi som er lagret i fjæren, frigjort til det ekspanderbare indre rom i verktøy-et, slik at trykket inne i verktøyet holdes på et relativt

konstant nivå.

Likeledes blir en temperaturøkning som omgir innretningen etter setting eller manipulering av verktøyet, overført til fjæren, slik at temperaturøkningen ikke bevirker noen vesentlig utvidelse av fluid inne i det ekspanderbare indre rom i verktøyet og således forringer dets tette- eller forankringsfunksjon. På denne måte blir alle temperaturvariasjoner i ak-tiveringsf luidet etter setting eller aktivering av verktøyet tatt opp gjennom fjærens energilagringsevne for mulig senere bruk for å justere trykk i fluid inne i verktøyets indre rom.

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 deloppriss i tverrsnitt av det termiske kompenseringsapparat ifølge den herværende oppfinnelse tilkoplet i den nedre ende av pakningen på fig. 1, og viser apparatet i dettes innkjøringsposisjon; Fig. 3 er et deloppriss i tverrsnitt av apparatet på fig. 2 i dets satte posisjon; Fig. 4 er et deloppriss i tverrsnitt av apparatet på fig. 2 i den varmesartimentrukne tilstand; og Fig. 5 er et deloppriss i tverrsnitt av apparatet på fig. 2 i dets varmeutvidede tilstand.

Det vises først til fig. 1, hvor det er vist et brønnverktøy slik som en oppblåsbar pakning 10, som oppfinnelsen kan brukes i. Oppfinnelsen kan også brukes i mange andre typer brønnverktøyer som benytter oppblåsbare elementer av den beskrevne type. Pakningen 10 innbefatter en øvre og en nedre krage 12 henholdsvis 14. Pakningen 10 er koplet på tradisjo-nelt vis, slik som via gjenger, koplingsstykke eller på annen måte, via den øvre krage 12 til en bærer som strekker seg til toppen av brønnen. Bæreren 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 et 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 ekspanderbare 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 annen ledning som verktøyet 10 er plassert i. De utildekkede ankeravsnitt 16A, 16B virker typisk som et anker for verktøy-et, mens kappeavsnittet 18 virker som en tetning.

Det termiske kompenseringsapparat ifølge den herværende oppfinnelse er vist på fig. 2-5 og er generelt angitt med hen-visningstallet 20. Apparatet 20 er forbundet med verktøyet 10 vist på fig. 1 via en hylse 22 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 apparatet er vist i sin inn-føringstilstand før aktiveringsfluidet er blitt ført inn for å ekspandere blæren og aktivere verktøyet 10. Hylsen 22 er festet til et glideovergangsstykke 24 via gjenger eller annen egnet kopling (ikke vist) på en måte som er velkjent innenfor faget. Et par elastomeriske O-ringstetninger 26A, 26B er plassert i spor utformet i glideovergangsstykket 24, mellom hylsen 22 og glideovergangsstykket 24, for å hindre fluid fra å passere. Et stempel 28 er plassert for å kunne bevege seg inne i og i forhold til glideovergangsstykket 24. Stempelet 28 er også plassert for å kunne bevege seg utenfor og i forhold til en spindel 32. Tre elastomeriske O-ringstetninger 30A, 30B og 30C er plassert i spor utformet i glideovergangsstykket 24 for å tilveiebringe en fluidtett tetning mellom glideovergangsstykket 24 og stempelet 28.

Det skal forstås at stempelet 28 ikke er festet til glideovergangsstykket 24, men er plassert inne i glideovergangsstykket 24 og utenfor spindelen 32. Et fluidkammer 34 er utformet i den øvre ende av apparatet 20 og står i forbindelse med det indre av verktøyet 10 for å ta imot fluid som er be-nyttet til ekspandering av blæren og aktivering av verktøyet 10. En passasje 34A er plassert mellom stempelets 28 ytre flate og den indre flate av glideovergangsstykket 24 og står i forbindelse med fluidkammeret 34.

Tre O-ringstetninger 36A, 36B og 36C er plassert i spor utformet i den indre flate av stempelet 28 for å tilveiebringe en fluidtett tetning mellom den indre flate av stempelet 28 og den ytre flate av spindelen 32.

Stempelet 28 har en nedre flate 28A som er i kontakt med den øverste ende av en fjær 38 som, som vist på fig. 2-5, er en rekke stablede tallerkenfjærskiveelementer. Tallerkenfjær-skivene er vist i deres ekspanderte stilling som er den stilling hvor det er lagret lite eller ingen energi i dem.

En låsemutter 40 ligger an mot den nederste ende av fjæren 38 for å motvirke bevegelse av fjæren 38. Låsemutteren 40 kan innbefatte en konet indre flate som skal gå i inngrep med en kile 42 som holder låsemutteren 40 fast på plass.

Fig. 3 viser posisjonene til de ulike komponenter i det termiske kompenseringsapparat 20 når aktiveringsfluid under trykk er blitt ført inn i verktøyet 10 for å ekspandere blæren og sette verktøyet 10. Aktiveringsfluidet er et i det vesentlige ukomprimerbart fluid, for eksempel vann, andre van-dige fluider, et sementlignende fluid eller lignende.

Når fluid under trykk blir ført inn i verktøyet 10, strømmer det også inn i fluidkammeret 34 og passasjen 34A. Det trykksatte fluid får oppblåsingsverktøyet til å ekspandere, hvilket i sin tur får den nedre krage 14 til å bevege seg oppover sammen med hylsen 22 og glideovergangsstykket 24 til posisjon C på fig. 3, som illustrert med pilen 44. Det trykksatte fluid virker på stempelet 28 og beveger dette nedover mot fjæren 38, som illustrert med pilen 46, til det når posisjonen B vist på fig. 3.

Trykkøkningen inne i fluidkammeret 34 og passasjen 34A blir således overført til fjæren 38, hvorved fjæren 38 påvirkes til å trykkes sammen, som vist på fig. 3, og lagre en energimengde knyttet til produktet av forskjellen mellom det hydrostatiske brønntrykk på aktiveringsdybden for verktøyet 10 og trykket inne i fluidkammeret 34 multiplisert med det åpent-liggende areal av stempelets 28 ende og fjærstabelens bøy-ningsverdi. Fig. 4 illustrerer de innbyrdes posisjoner for komponentene i det termiske kompenseringsapparat 20 i det tilfellet hvor fluid inne i kammeret 34 og passasjen 34A trekker seg sammen på grunn av avkjøling i nærheten av verktøyet 10 under for eksempel overføring av fluid gjennom røret og inn i den til-støtende formasjon (ikke vist). I et slikt tilfelle blir energien som er lagret i fjæren 38, frigjort gjennom stempelet 28 som beveger seg oppover i forhold til glideovergangsstykket 24 og hylsen 22 fra posisjon B og til posisjon D. Denne bevegelse får fluidkammeret 34 til å trekke seg sammen og på effektiv måte stabilisere trykket inne i verktøyet 10, slik at fluidtrykket holdes på et i det vesentlige konstant nivå som er omtrent det samme som det trykk som kreves for å opprettholde verktøyets 10 tetningsfunksjon. Fig. 5 viser de innbyrdes posisjoner for komponentene i det termiske kompenseringsapparat 20 når fluidet i kammeret 34 og passasjen 34A utvider seg fordi verktøyet 10 er utsatt for en varmevirkning, for eksempel når damp som benyttes i tertiære utvinningsoperasjoner, blir ført inn gjennom røret eller det oppstår oppvarming på stedet når en brønn er avstengt. Denne oppvarmingseffekt forårsaker økt fluidtrykk inne i fluidkammeret 34 og passasjen 34A. Som vist på fig. 5, får denne økning i fluidtrykk stempelet 28 til å bevege seg nedover i forhold til hylsen 22 og glideovergangsstykket 24 til posisjon E og påvirker fjæren 38 til å trykkes sammen. Denne økning i fluidtrykk omformes til lagret energi i fjæren 38 og virker til å holde fluidtrykket i verktøyet 10 på i det vesentlige samme nivå som når verktøyet ble aktivert innled-ningsvis .

Det skal forstås at en fjær som har hvilket som helst antall uforminger kan brukes i det termiske kompenseringsapparatet 20. Fortrinnsvis blir det brukt en rekke på ti par motsatte sett med stablede tallerkenfjærskiver som har en lengde på omtrent 15-23 cm (6"-9") til et verktøy slik som et gruspak-ningsverktøy som er omtrent 5,5 cm (2 1/8") i diameter, hvilket skal kjøres gjennom en innsnevring med en diameter på 5,9 cm (2,31") i et 7,3 cm (2 7/8") produksjonsrør. Disse dimen-sjoner er funnet egnet for å kompensere for temperatursving-ninger på ±8,3-11,1 °C (±15-20 °F). For verktøyer som utsettes for større svingninger, for eksempel ±41,7-55,6 °C (±75-100 °F), ville det brukes en lengre fjærmekanisme. Alterna-tivt kan det brukes én eller flere metalliske spiralfjærer eller skiver. Når kraft-/energilagringsmekanismer som fjærene av tallerkenfjærskiver i apparatet 20 brukes, er de kombiner-te verktøyer som er sammensatt av apparatet 10 og apparatet 20, i stand til å opprettholde relativt konstant oppblåsingstrykk inne i verktøyet 10 og derved opprettholde fungerende ytelse under omstendigheter hvor tradisjonelle verktøyer som det oppblåsbare verktøy 10, ville svikte. Fagfolk på området vil være i stand til å beregne den dekomprimerende kraft eller ekspansjonskraft som kreves for en egnet fjær og andre nødvendige parametrer.

Claims (17)

1. Termisk kompenseringsapparat (20) for opprettholdelse av et relativt konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy (10), hvor nevnte apparat (20) omfatter: et legeme med en lengdeakse (22), hvilket legeme er tilpasset for å koples til brønnverktøyet (10); en spindel (32) i legemet, hvilken spindel er bevegelig langs lengdeaksen i forhold til legemet; og, karakterisert ved at apparatet (20) omfatter en enkelt trykkfjær (38), idet ett parti av nevnte trykkfjær er fiksert i forhold til spindelen (32) og at trykkfjæren (38) omfatter en serie stablede tallerkenfjærskiver.

2. Termisk kompenseringsapparat (20) som angitt i krav 1, idet brønnverktøyet (10) er av den type som omfatter en blære som selektivt kan ekspanderes ved innføring av trykksatt aktiveringsfluid for å aktivere nevnte verktøy (10) på et sted i en brønn, karakterisert ved at nevnte apparat (20) videre omfatter: et fluidkammer (34) plassert mellom legemet og spindelen (32), hvilket fluidkammer står i forbindelse med aktiveringsfluid som brukes for å aktivere verktøyet (10); og et stempel (28) som er plassert mellom fluidkammeret (34) og trykkfjæren (38) og er bevegelig som reaksjon på trykkendringer i aktiveringsfluidet, idet stempelet (28) er tilpasset slik at økninger i fluidtrykk vil være til-bøyelig til å bevege stempelet og lagre energi i fjæren (38), og reduksjoner i fluidtrykk vil være tilbøyelig til å få fjæren til å frigjøre energi og bevege stempelet (28) for å bevirke endringer i størrelsen på fluidkammeret (34) og opprettholde et relativt konstant trykk i aktiveringsfluidet når fluidet utsettes for trykkvariasjoner.

3. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at legemet omfatter en ytre hylse (22), og nevnte stempel (28) er anbrakt kon-sentrisk i forhold til nevnte hylse (22) og er teleskopisk bevegelig i forhold til nevnte hylse for å overføre energi til eller fra nevnte trykkfjær (38) ved aktivering av nevnte brønnverktøy (10), og deretter ved termisk utvidelse eller sammentrekking av aktiveringsfluidet .

4. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at den energi som er lagret i trykkfjæren (38), er lik trykket inne i fluidkammeret (34) ved aktivering av nevnte verktøy (10).

5. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at den energi som er lagret i trykkfjæren (38) etter aktivering av nevnte verktøy (10), kan økes i forhold til termisk utvidelse av aktiveringsfluid inne i nevnte fluidkammer (34) ved en verdi i det vesentlige lik aktiveringstrykket i nevnte aktiveringsfluid.

6. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 2 til 5, karakterisert ved at energien lagret i trykkfjæren (38) etter aktivering av nevnte verktøy (10), kan reduseres i forhold til den termiske sammentrekking av aktiveringsfluidet i nevnte fluidkammer (34), og lagret energi kan anvendes inne i nevnte fluidkammer (34) for å holde trykket i nevnte fluidkammer i det vesentlige likt aktiveringstrykket i aktiveringsfluidet .

7. Termisk kompenseringsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 2 til 6, karakterisert ved at nevnte stempel (28) er montert teleskopisk på nevnte spindel (32).

8. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte stempel (28) er plassert mellom utsiden av nevnte spindel (32) og innsiden av nevnte hylse (22).

9. Termisk kompenseringsapparat som angitt krav 8, karakterisert ved at det angis et differen-sialtrykkareal over nevnte hylse (22) og nevnte stempel (28), og nevnte differensialareal er utsatt for hydro-statisk brønntrykk på settedybden for nevnte verktøy (10) .

10. Termisk kompenseringsapparat (20) som angitt i krav 1, karakterisert ved at brønnverktøyet (10) er av den type som reagerer på en aktiveringsfluidkilde for å manipulere nevnte verktøy (10) på et sted inne i en brønn til i det minste den ene av en setteposisjon og en forankringsposisjon, hvor nevnte apparat (20) videre omfatter: et fluidkammer (34) inne i nevnte legeme for å huse et i det vesentlige ukomprimerbart fluid til manipulering av nevnte verktøy (10) til i det minste én av nevnte posisjoner; fluidkammeret (34) er innrettet til å kunne ekspanderes og trekkes sammen som reaksjon på manipulering av nevnte verktøy (10) og deretter som reaksjon på temperaturvariasjoner i nevnte fluid i nevnte fluidkammer (34); idet trykkfjæren (38) inngår i en energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) som reagerer på trykkendringer i fluidkammeret (34) for å ekspandere eller trekke sammen fluidkammeret som reaksjon på trykkvariasjoner i fluidet for å holde fluidet på et relativt konstant trykk.

11. Termisk kompenseringsapparat som angitt i krav 10, karakterisert ved at energimengden som lagres i nevnte energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) ved manipulering av nevnte verktøy (10) til i det minste den ene av nevnte posisjoner, er i det vesentlige likeverdig med trykket i nevnte aktiveringsfluid inne i nevnte fluidkammer (34).

12. Termisk kompenseringsapparat som angitt i hvilket som helst av krav 10 eller 11, karakterisert ved at det videre omfatter et stempel (28) som er bevegelig for å lagre eller frigjøre energi i nevnte energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) som reaksjon på endringer i trykket i nevnte fluid forårsaket av temperaturvariasj oner.

13. Termisk kompenseringsapparat som angitt i hvilket som helst av krav 10, 11 eller 12, karakterisert ved at lagring eller frigjøring av energi i nevnte energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) som reaksjon på trykkendringer i fluidet holder fluidtrykk i nevnte fluidkammer (34) omtrent likt det trykk i nevnte aktiveringsfluid som er nødvendig for å manipulere nevnte verktøy (10) til i det minste én av nevnte posisjoner.

14. Fremgangsmåte for å opprettholde et relativt konstant fluidtrykk inne i et underjordisk brønnverktøy (10) av den type som reagerer på en aktiveringsfluidkilde for å manipulere nevnte verktøy (10) på et sted i en brønn til i det minste én av en tettende og en forankrende posisjon, idet fremgangsmåten omfatter trinnene: ekspandering og sammentrekking av et fluidkammer (34) som inneholder nevnte aktiveringsfluid, som reaksjon på manipulering av nevnte verktøy (10) og deretter som reaksjon på termiske variasjoner i nevnte fluid i nevnte fluidkammer (34); og lagring eller frigjøring av energi i en energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) som reagerer på trykkendringer i fluidkammeret (34) for å ekspandere eller trekke sammen fluidkammeret (34) som reaksjon på trykkvariasjoner i fluidet for å holde fluidet på et relativt konstant trykk, karakterisert ved at energilageret og frigjøringsmekanis-men (38) omfatter en enkelt trykkfjær som omfatter en serie av stablede tallerkenfjærskiver (28).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet å holde energimengden som er lagret i nevnte energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) ved manipulering av nevnte verktøy (10) til i det minste én av nevnte posisjoner, i det vesentlige likeverdig med trykket i nevnte aktive-ringsf luid inne i nevnte fluidkammer (34).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15, karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet å bevege et stempel (28) for å lagre eller fri-gjøre energi i nevnte energilagrings- og frigjøringsme-kanisme (38) som reaksjon på endringer i trykket i nevnte fluid forårsaket av temperaturvariasjoner.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, 15 eller 16, karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet å holde lagrings- og frigjøringsenergien ved nevnte energilagrings- og frigjøringsmekanisme (38) som reaksjon på trykkendringer i fluidet, omtrent lik det trykk i nevnte aktiveringsfluid som er nødvendig for å manipulere nevnte verktøy (10) til i det minste én av nevnte posisjoner.