NO324283B1 - Nedihulls instrumentert broplugg - Google Patents

Description

Denne søknaden krever tilgodeseelse av en tidligere innleveringsdato fra U.S. Provisional Application Serial Number 60/198,605, innlevert 19. April 2000, som i sin helhet innlemmes her som referanse.

Rø rf ørte uttrekkbare broplugger utgjøren anordning for midlertidig å plugge igjen utvalgte seksjoner av en brønn, uten at det er behov for å trekke ut produksjonsrørene. Det at en unngår å måtte trekke ut produksjonsrørene reduserer dramatisk kostnadene ved å plugge igjen spesifikke seksjoner av en brønn. Forskjellige seksjoner av en brønn kan måtte plugges igjen, for eksempel på grunn av vanninntrengning, gassproduksjon osv. Uttrekkbare broplugger settes også inn for å plugge igjen visse seksjoner av en brønn for å identifisere forskjellige fluider som strømmer inn i brønnen ved det stedet eller ovenfor det stedet fra grunnere soner nede i borehullet. Slike broplugger inkluderer vanligvis en nedre ventil som frembringer en tetting, som blinder av en stamme-seksjon (eng: section of mandrel) slik at et pakningselement, også inneholdt i den uttrekkbare bropluggen, kan pumpes opp. Pakningselementet gir en igjenplugging av de utvalgte seksjonene i brønnen. Konstruksjon og anvendelse av en konvensjonell broplugg betraktes som kjent for fagfolk på området. Slike broplugger er kommersielt tilgjengelig fra mange kilder, inklusive Baker Oil Tools, Houston, Texas (produktnumre 340-10 og 330-72).

Fra US 5 868 201 fremgår det et nedihulls oppumpbart pakningselement med trykksensorer for måling av elementtrykk. Det fremgår videre en mikroprosessorbasert anordning for overvåkning av trykk tilknyttet oppblåsning av nedihullsverktøy.

De ovennevnte ulempene ved tidligere teknikk løses, eller reduseres, med dét intelligente bropluggsystemet ifølge oppfinnelsen, og som omfatter en nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg. Bropluggen omfatter et oppumpbart element, en sensormodul tilkoplet nevnte oppumpbare element, og en trykkomformer kalibrert for å måle ett blant, ringromstrykk opphulls for elementet og ringromstrykk nedihulls for elementet. Trykkomformeren er en rekke trykkomformere, hver kalibrert for å måle ett blant elementtrykk, ringromstrykk opphulls fra elementet og ringromstrykk nedihulls fra elementet, og trykkomformeren er forbundet med en trykk-kanal frembrakt i nevnte uttrekkbare broplugg, som terminerer ved et aksesspunkt til et ønsket trykk.

Foreliggende oppfinnelse benytter seg av de åpenbare fordelene ved konvensjonelle uttrekkbare broplugger og frembringer videre en fremgangsmåte og anordning for nøyaktig å velge oppumpingstrykket for en uttrekkbar broplugg og verifikasjon av det valget. Anordningen ifølge oppfinnelsén er en rø rf ørt broplugg med nedihullsinstrumentering og anvender et elektrisk lednings-utkjøringsverktøy så som det beskrevet i den samtidig verserende søknaden U.S. Serial NO. 60/123 306, innlevert 5. Mårs 1999, som i sin helhet innlemmes her som referanse. Anordningen omfatter videre mange seksjoner av en uttrekkbar broplugg og mange nedihulls sensorer. Sensorene anbringes i verk-tøyet fortrinnsvis i en sensormodul som er en del av den uttrekkbare broplugg-anordningen. Sensormodulen er plassert i forskjellige seksjoner av verktøyet i forskjellige utførelsesformer som beskrives i det følgende. Verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse måler fortrinnsvis elementets oppumpingstrykk, temperaturen inne i pakningen og ringromstemperaturen, i tillegg til trykket opphulls fra (ovenfor) og nedihulls fra (nedenfor) pakningen. Disse brønn-parametrene kan anvendes for å sikre en god setting av det oppumpbare elementet og med det sikre at bropluggen fungerer etter hensikten. Oppfinnelsen frembringer store fordeler fremfor tidligere teknikk av mange grunner, inklusive det at temperaturen til oppumpingsfluidet nesten alltid er lavere enn temperaturen nedihulls. Dersom en pakning er fullt oppumpet med relativt kaldere fluid, kan den termiske ekspansjonen av dette fluidet etter fylling sprenge elementet. Dette kan være problematisk og bør fortrinnsvis unngås. Foreliggende oppfinnelse frembringer anordninger for å unngå en slik tilstand <p>g vil også gi en høy grad av sikkerhet for at det oppumpbare elémentet er pumpet opp på en skikkelig måte hver gang bropluggen anvendes.

Det er også viktig å merke seg at en av hovedårsakene med målingen av trykket nedenfor bropluggen er å bestemme hvor godt brønnen responderer på pluggen. Dette er en viktig fordel ved foreliggende oppfinnelse som ikke hittil har vært tilgjengelig; sammenlikning av trykket ovenfor pluggen med trykket nedenfor pluggen, hvilket gir informasjon om hvorvidt en sone effektivt er lukket av og hvorvidt pakningen har oppnådd en god tetting. Lekkasjer gjennom foringsrøret eller gjennom sprekker i formasjonen osv., vil identifiseres ved sammenlikning av trykket ovenfor og nedenfor. Sammenlikningen angitt ovenfor gir dessuten informasjon om hvorvidt trykket nedenfor en plugg påvirkes nega-tivt av andre brønner i et tilfelle hvor produksjonsbrønner og injeksjonsbrønner opererer i det samme feltet. Ved å overvåke både trykket ovenfor pluggen, trykket nedenfor pluggen og element-oppumpingstrykket kan en videre verifisere at beregningene av oppumpingstrykket for elementet som anvendes ikke overstiges. Figurene 1-5 er en langstrakt skisse av et tverrsnitt i en første utførelses-form av oppfinnelsen; og Figurene 6-10 er en langstrakt skisse av et tverrsnitt i en andre utførelsesform av oppfinnelsen.

Med henvisning til figurene 1-5, illustreres en første utførelsesf orm av oppfinnelsen. Fagfolk på området vil forstå at figurene 1 og 2 og figurene 4 og 5 viser deler av den bropluggen i henhold til oppfinnelsen som er identiske med en broplugg ifølge tidligere teknikk som er kommersielt tilgjengelig fra Baker Oil Tools, Houston, Texas, under produktnumrene 340-10 og 330-72. Siden disse delene er meget godt kjent innen teknikken, er det ikke nødvendig med en detaljert beskrivelse av disse for å oppnå full forståelse av oppfinnelsen. For orientering og klarhets skyld; fagfolk på området vil gjenkjenne den øvre ventilmuffen 12, ventilskaftet 14 og den balanserende stammen (eng: equalizing mandrel) 16 i figur 1.1 figur 2 vil bufferhuset 18 og dets tilhørende komponenter bli gjenkjent.

Nå med henvisning til figur 3, illustreres sensormodulen 30 ifølge oppfinnelsen. Sensormodulen 30 er viktig for den ønskede funksjonaliteten ifølge foreliggende oppfinnelse siden den huser alle strøm-, telemetri- og sensor-anordninger. Modul 30 er hovedsakelig "innskutt" i det konvensjonelle verktøyet i den posisjonen, i denne utførelsesf ormen, som er illustrert i figurene 1-5. Der hvor bufferhuset 18 ville vært tilkoplet (eng: collet sub) 20 i et verktøy ifølge tidligere teknikk, er sensormodulen 30 tilkoplet innimellom. Det er viktig å merke seg at (eng: collet sub) 20 er modifisert i oppfinnelsen slik at den har trykk-kanaler som muliggjør målingen som er ønskelig ifølge oppfinnelsen. Slippstøttehuset (eng: Poppet housing) 22 er også modifisert, også dette for å frembringe en trykk-kanal for den ønskede målingen ifølge oppfinnelsen. Trykket måles på baksiden av slippstøtten for å oppnå et nøyaktig elementtrykk. Balanseringen av verktøyet i denne utførelsesformen, med henvisning til figurene 4 og 5, er konvensjonell. Fagfolk på området vil kjenne igjen fjærhuset 24 som er forbundet med slippstøttehuset 22 og elementet 26 som er forbundet til fjærhuset 24. Lederen 28 er vist ved nedihullsenden av verktøyet til høyre i figur 5.

Igjen med henvisning til figur 3, diskuteres nå detaljene ved oppfinnelsen. Ved boksgjengene (eng: box thread) 32 i bufferhuset 18, er opphullsenden av sensormodulen 30 utstyrt med boitgjenger (eng: pin thread) 34. Boltgjengene 34 er skåret i en stamme (eng: mandrel) 36 i sensormodul 30. Stammen 36 er i sin nedihullsende festet ved boltgjengene 38 til (eng: collet sub) 20 via boksgjengene 40. Stammen 36 er gjort trykkisolerende mellom produksjonsrør-trykket og det ytre borehullstrykket ved hjelp av o-ringer 42 og 44 henholdsvis ved opphulls og nedihulls endene av denne. Siden følsomt elektronisk utstyr må innføres i nedihullsmiljøet i dette verktøyet, er det nødvendig å skape et forseglet kammer som kan være atmosfærisk eller fylt med hydraulikkfluid. Kammeret er nummerert 46 og er utformet annulært mellom stammen 36 og muffehuset 48. Muffehuset 48 deler en o-ring med stammen 36 ved 42 og er utstyrt med en ytterligere o-ring 50 ved en ytre flate av (eng: collect sub) 20. Kammeret 46 er fylt, ifølge oppfinnelsen, med en sender 52 låst i en ønsket posisjon som vist ved låsering 54 som er skrudd med gjenger til stamme 36 ved gjengene 56. Sender 52, fortrinnsvis eh piezokjeramisk omformer, er tilkoplet via kontakter (ikke vist) til en elektrisk kontrollmodul med signalmottaker 60 som er tilkoplet batteripakken 58. Kontrollmodulen regulerer strømmen til sender 52, mottaker 60 og trykkomformerne. Typisk sendes en sinus- eller kvadratisk bølge til senderen for å skape enten et puls- eller et frekvensakustikk-utgangs-signal. Det skal bemerkes at det kan anvendes mange forskjellige kontroll-moduler 60 eller én enkelt annulær en. Det er foretrukket å anvende mange moduler 60 for å redusere produksjonskostnadene. Konstruksjon av annulære kretskort for moduler er kostbart. Den ene eller de flere modulene 60 er forbundet til trykkomformere 62 og 64 som overvåker trykket på forskjellige plasser via trykk-kanaler som vist. Trykkomformer 64 er "plombert" til elementtrykket via kanal 66. Referansenummer 66 er gjentatt mange ganger i figuren for å indikere hvor banen går. En forstår at pluggen 68 er plassert der for å lukke ringromstrykket fra kanalen 66. Pluggen er nødvendig som en følge av produksjonsprosessen med å lage trykk-kanalen 66 til elementtrykket.

For trykkomformeren 62 er det en trykk-kanal 70 som er åpen for ringromstrykket ved port 72. Denne omformeren vil måle ringromstrykket ovenfor elementet 26 (figur 5). Forskjeller mellom trykket der og trykket nedenfor elementet gir informasjon om settingen av element 26. Trykket nedenfor ringrommet måles med et tilsvarende sett av komponenter som ikke er vist i denne figuren, men vil forstås av fagfolk på området når de ser det illustrerte settet med komponenter.

Verktøyet som beskrevet kan opereres på mange måter. En måte er en kontinuerlig datastrøm modus hvor senderen ifølge oppfinnelsen overfører akustiske (radiobølge, elektromagnetisk bølge, vibrasjoner eller annet) data hele tiden. Etter behov eller ønske sendes en mottaker ned i hullét for å samle inn det akustiske (radiobølge, elektromagnetisk bølge, vibrasjoner eller annet) signalet og sende data opphulls. Det skal bemerkes at i tilfeller hvor det er fysisk mulig at signalet selv kan nå overflaten, kan en mottaker plasseres på overflaten. I en annen operasjonsmodus ifølge oppfinnelsen lagres data nedihulls inntil verktøyet mottar et signal om å sende. Dette signalet kan genereres ved overflaten og sendes nedihulls eller genereres nedihulls med en mottaker som sendes ned i hullet for det formålet og for å hente opp dataene som fri-gjøres.

I en annen utførelsesf orm av oppfinnelsen, med henvisning til figurene 6-10, er sensormodulen konfigurert på en annen måte og er anbrakt i en posisjon inne i den ellers konvensjonelle (bortsett fra trykk-kanalene) bropluggen. Strøm og kommunikasjon frembringes av en induktiv kopler induksjonsrulle (eng: inductive coupler coil) som diskuteres nedenfor. I denne utførelsesf ormen er det den opphullsenden av verktøyet som er mest modifisert i forhold til sin konvensjonelle motpart. For klarhets skyld er konvensjonelle komponenter så som øvre ventilmuffe 80, låsesegmenter 82, ekstensjonsfjær 84 og likevekts-stammen 16 nummerert. Alle andre nedihullskomponenter av verktøyet er konvensjonelle bortsett fra trykk-kanalene som merket i hver av figurene. Trykk-kanaler er nummerert ved mange steder i figurene for å gi fagfolk på området en forståelse av den nøyaktige plasseringen av disse.

Med fokus på sensormodulen 90 i denne utførelsesf ormen av oppfinnelsen, har et sensorhus 92 en opphullsprofil 94 som skal virke som en fiskehals (eng: fishing neck) som funksjonerer som kjent innen teknikken. En vil forstå at i broplugger ifølge tidligere teknikk ville fiskehalsen bli skrudd direkte til balanseringsstammen 16. Ifølge foreliggende oppfinnelse er imidlertid balanseringsstammen 16 gjenget forbundet med en (eng: porting sub) 95 som er gjenget forbundet til sensorhuset 92 ved gjengene 96 og den indre støpe-formen 98 ved gjengene 100. Forbindelsen til (eng: porting sub) 95, som angitt, er forseglet med o-ringer 102.

Det skapes et kammer 104 mellom den indre stammen 98 og sensorhuset 92 som er forseglet i opphullsenden med o-ring 106 mot en (eng: i.d.) i sensorhuset 92. Inne i kammer 104 er det plassert elektronisk utstyr tilsvarende den første diskuterte utførelsesf ormen. Minst én kontrollmodul 108 er forbundet til trykkomformere 110 og 112. Trykkomformer 110 er tilkoplet trykk-kanal 114 som leder til ringromstrykket nedihulls fra elementet 26. Plugg 118 er nød-vendig, som en følge av produksjonsprosessen, for å forhindre at ringromstrykket ovenfor elementet 26 registreres. Trykkomformer 112 måler tilsvarende trykket i ringrommet opphulls fra elementet 26 gjennom trykk-kanalen 120, som har forbindelse til ringromstrykket via port 122.

I denne utførelsesf ormen strømforsynes de elektroniske komponentene nummerert ovenfor med en induktiv kopler induksjonsrulle 124. Energien vil således frembringes fra overflaten eller en annen fjernliggende kraftkilde. Siden batterier ikke er den begrensende faktoren for levetiden til dette verktøyet når det gjelder måling av parametrene som kan leses av elektronikken inne i dette, kan avlesninger foretas når som helst, selv mange år etter installasjon av verk-tøyet ganske enkelt ved å tilføre strøm via en ekstra induksjonsrulle (ikke vist). Sensorene som strømforsynes på denne måten kan da kommunisere med et fjerntliggende sted eller lagre data for senere avlesning gjennom den induktive kobleren som i en slik utførelsesf orm anvendes som en kommunikasjonslink til et fjerntliggende sted. I én utførelsesf orm vil ikke den induktive kobleren tilføre strøm i det hele tatt, men i stedet kun virke som en kommunikasjonskanal og vil tjene til å ekstrahere data fra bropluggen, uavhengig av om dataene lagres eller avleses aktivt.

I nok en annen utførelsesf orm av oppfinnelsen, er overføringen av data fullstendig utelatt. Mer spesifikt anvendes en batteripakke for å strømforsyne verktøyet og dataene lagres i kontrollmodulen. Denne aktiviteten fortsetter så lenge batteripakken leverer strøm. Datalagringen kan videre foregå kontinuerlig eller i tidsintervaller. Senere, når bropluggen trekkes ut av brønnen, kan de lagrede dataene lastes ned for gjennomgang og/eller analyse. En vil forstå at andre sensorer for parametere så som gammastråling, temperaturstrøm og andre element- eller formasjonsparametere kan legges til enhver utførelsesf orm av oppfinnelsen.

Selv om foretrukne utførelsesf ormer er vist og beskrevet, kan det foretas forskjellige modifikasjoner og erstatninger i disse uten at en går utover tanken bak og rekkevidden til oppfinnelsen. Det skal derfor forstås at foreliggende oppfinnelse er beskrevet i form av illustrasjoner og ikke begrensninger.

Claims (15)

1. En nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg, karakterisert ved at den omfatter et oppumpbart element (26); en sensormodul (30, 90) tilkoplet nevnte oppumpbare element (26); og en trykkomformer (64,110,112) kalibrert for å måle ett blant, ringromstrykk opphulls for elementet (26) og ringromstrykk nedihulls for elementet (26); nevnte trykkomformer (64,110,112) er en rekke trykkomformere (64,110, 112), hver kalibrert for å måle ett blant elementtrykk, ringromstrykk opphulls fra elementet (26) og ringromstrykk nedihulls fra elementet (26); og nevnte trykkomformer (64,110,112) er forbundet til en trykk-kanal (66, 70, 114,120), frembrakt i nevnte uttrekkbare broplugg, som terminerer ved et aksesspunkt til et ønsket trykk.

2. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte trykkomformer (64,110,112) er i trykkmålende kommunikasjon med direkte elementtrykk i nevnte element.

3. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte broplugg videre omfatter en kontrollmodul (108) som er operativt forbundet til nevnte sensormodul (30, 90).

4. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte kontrollmodul (108) lagrer data som mottas fra nevnte minst ene trykkomformer (64,110,112).

5. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte sensormodul (30, 90) videre inkluderer en sender (52) som er operativt forbundet til nevnte trykkomformer (64,110,112), idet nevnte sender (52) har mulighet for å utføre overføringer.

6. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte sender (52) overfører akustisk.

7. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 6, karakterisert ved at nevnte sender (52) overfører med radiotransmisjon.

8. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte sender (52) overfører med elektromagnetisk transmisjon.

9. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte kontrollmodul (108) kontinuerlig frigjør nevnte lagrede data til en sender (52) som er forbundet til denne.

10. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte kontrollmodul (108) på kommando frigjør nevnte lagrede data til en sender (52) som er forbundet til denne.

11. Nedihulls parametermålende, uttrekkbar broplugg ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte kontrollmodul (108) i tidsintervaller frigjør nevnte lagrede data til en sender (52) som er forbundet til denne.

12. Nedihulls parametermålende broplugg ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en sensor som måler minst ringromstrykk opphulls fra elementet og/eller ringromstrykk nedhulls for elementet; og en sender (52) som kan overføre informasjon fra nevnte sensor til en fjerntliggende lokasjon.

13. Nedihulls parametermålende broplugg ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte plugg videre omfatter ytterligere sensorer for elementet og/eller formasjonen.

14. Nedihulls parametermålende broplugg ifølge krav 13, karakterisert ved at nevnte sensorer måler minst ett blant temperatur, strømningshastighet, trykk, gammastråling, radiobølger, elektromagnetiske bølger eller en kombinasjon med minst én av de foregående.

15. Nedihulls parametermålende broplugg ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter en sensor som avføler minst en parameter for elementet; og en sender (52) i stand til å sende informasjon fra sensoren til et fjerntliggende sted idet nevnte sender overfører enten akustisk, med radiobølger, med elektromagnetiske bølger eller med vibrasjoner.