NO324777B1 - Elektro-hydraulisk trykksatt nedhulls ventilaktuator - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt hydrokarbon(produserende)brønner og

i særdeleshet hydrokarbon(produserende)brønner som har et kommunikasjonssystem for å levere energi og kommunikasjon til et nedhulls hydraulisk system, hvor det hydrauliske systemet er operativt tilkoplet til en nedhullsinnretning for å betjene nedhullsinnretningen.

Flere fremgangsmåter har blitt oppfunnet for å plassere elektronikk, sensorer, eller kontrollventiler nedhulls langs en produksjonsrørstreng, men alle slike innretninger bruker vanligvis en intern eller ekstern kabel langs produksjonsrørstrengen for å fremskaffe nedhullsenergi og kommunikasjon. Dette er selvfølgelig lite ønskelig og i praksis vanskelig å benytte en kabel langs produksjonsrørstrengen enten integrert til produksjons-rørstrengen eller plassert i ringrommet mellom produksjonsrørstrengen og kledningen. Benyttelse av en kabel introduserer vanskeligheter for borebrønnoperatørene når de samstiller og setter inn produksjonsrørstrengen i et borehull. Videre er kabelen utsatt for korrosjon og mye slitasje på grunn av bevegelse av produksjonsrørstrengen inne i borehullet. Et eksempel med nedhulls kommunikasjonssystem som benytter en kabel er vist i PCT/EP97/01621.

US patent nr. 4 839 644 beskriver en fremgangsmåte og et system for trådsløs toveis kommunikasjon i et foret borehull som har en produksjonsrørstreng. Imidlertid beskriver dette systemet kommunikasjonssystem for å kople elektromagnetisk energi i en TEM modus ved å bruke ringrommet mellom kledningen og røret. Denne induktive kop-lingen krever en hovedsakelig ikke ledende fluid slik som råolje i ringrommet mellom kledningen og røret. Derfor har oppfinnelsen beskrevet i US patent nr. 4 839 644 ikke blitt benyttet som et praktisk system for nedhulls toveis kommunikasjon. Et annet system for nedhulls kommunikasjon som benytter boreslampulstelemetri er beskrevet i US patent nr. 4 648 471 og 5 887 657. Selv om boreslampulstelemetri kan være vellykket ved lave datahastigheter, er den av begrenset nytteverdi når høye datahastigheter er påkrevd eller hvor det er uønsket å ha komplekse boreslampulstelemetriutstyr nedhulls. Andre fremgangsmåter for å kommunisere inne i et borehull er beskrevet i US patentnumrene 4 468 665; 4 578 675; 4 739 325; 5 130 706; 5 467 083; 5 493 288; 5 576 703; 5 574 374; og 5 883 516. Tilsvarende har flere permanente nedhullssensorer og kontrollsystemer blitt beskrevet i US patentnumrene 4 972 704; 5 001 675; 5 134 285; 5 278 758; 5 662 165; 5 730 219; 5 934 371; og 5 941 307.

De relaterte applikasjonene beskriver fremgangsmåter for å fremskaffe elektrisk energi og kommunikasjon til forskjellige nedhuUsinnretninger i hydrokarbonbrønner. Disse fremgangsmåtene bruker enten produksjonsrøret som en tilførsel og kledningen som en retur for energi og kommunikasjonssendingskrets, eller alternativt, kledningen som tilførselen med en formasjonsjord som retur. I begge konfigurasjonene er elektriske tap i sendekretsen variable, avhengig av de spesielle forholdene for en spesiell borebrønn. Energitilførsel langs kledningen med en formasjonsjord som retur er spesielt mottakelig til strømtap. Strømlekkasje inntreffer generelt gjennom ferdigstillingssementen og inn i jordformasjonen. Desto mer ledende sement og jordet formasjon, desto større er strømta-pet når strømmen ledes langs kledningen.

Det finnes derfor et behov for å tilpasse seg energitapet som vil bli erfart når et nedhulls trådløst kommunikasjonssystem blir benyttet. Sidene disse tapene begrenser den tilgjengelige mengden av umiddelbar elektrisk energi, er det også et behov for et system og en fremgangsmåte for å lage energi for senere bruk med nedhullsinnretninger, spesielt høyenergiinnretninger slik som nødventiler eller annet sikkerhetsutstyr. Selv om en løs-ning for nedhullsenergilagringsproblemer kan bli fremskaffet med elektriske lagre slik som kondensatorer, eller kjemiske lagre slik som batterier, gjør den begrensede levetiden av slike innretninger bruken av dem mindre gunstig i en operativ oljeproduserende brønn.

Problemene presentert for å tilpasse energitapene langs en forsendelsesbane og i å fremskaffe en passende kilde for umiddelbar nedhullsenergi er løst med systemene og fremgangsmåtene av foreliggende oppfinnelse slik de er definert med de i kravene anførte trekk. Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utfø-relseseksempler og under henvisning til tegningene, der fig. 1 er en skjematisk tegning av en oljeproduserende brønn som har et trådløst kommunikasjonssystem og et hydraulisk trykksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse, fig. 2 er en skjematisk tegning av en offshore oljeproduserende brønn som har et trådløst kommunikasjonssystem og et hydraulisk trykksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse, fig. 3 er en forstørret skjematisk tegning av en rørstruktur til en petroleums borebrønn, hvor rørstrukturen har en for-størret kapsling som huser et hydraulisk trykksystem i henhold til foreliggende oppfinnelse, fig. 4 er en elektrisk og rørskjematisk tegning av det hydrauliske trykksystemet i fig. 3, fig. 5 er en forstørret skjematisk tegning av en rørstruktur til en oljeproduserende brønn, hvor rørstrukturen har en forstørret kapsling som huser et hydraulisk justeringssys-tem i henhold til en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse, og fig. 6 er en elektrisk og rørskjematisk tegning av det hydrauliske justeringsssystemet av fig. 5.

Som brukt i foreliggende søknad, en "rørstruktur" kan være et enkelt rør, en pro-duksjonsrørstreng, en borebrønnkledning, en pumpestang, en serie av sammenkoplede rør, stenger, skinner, bindeverk, gitter, støtter, en forgrening eller sidegrenseforlengelse av en borebrønn, et nettverk av sammenkoplede rør, eller andre strukturer kjent til en faglært. Den foretrukne utførelsen gjør bruk av oppfinnelsen i sammenheng med en oljebo-rebrønn hvor rørstrukturen omfatter rørformede, metalliske, elektrisk ledende rør eller røstrenger, men oppfinnelsen er ikke begrenset til dette. For foreliggende oppfinnelse må minst en del av rørstrukturen være elektrisk ledende, hvor slik elektriske ledende deler kan være hele rørstrukturen (f.eks. stålrør, kobberrør) eller en del som strekker seg i lengderetningen som er elektrisk ledende kombinert med en annen ikke-ledende del som også strekker seg i lengderetningen. Med andre ord, en elektrisk ledende rørstruktur er en som fremskaffer en elektrisk ledende bane fra et område hvor en energikilde er elektrisk tilkoplet, til et annet område hvor en innretning og/eller elektrisk retur er elektrisk tilkoplet. Rørstrukturen vil vanligvis være konvensjonelt rundt metallrør, men tverrsnittsgeo-metrien av rørstrukturen, eller enhver del derav, kan variere i form (f.eks., rund, rek-tangulær, firkantet, oval) og størrelse (f.eks., lengde, diameter, veggtykkelse) langs enhver del av rørstrukturen.

En "ventil" er enhver innretning som fungerer med å regulere gjennomstrøm-ningen av en fluid. Ventileksempler omfatter, men er ikke begrenset til, belgtype gassløf-teventil og kontrollerbare gassløfteventiler, som hver kan bli benyttet til å regulere gjen-nomstrømningen av løftegasser i en produksjonsrørstreng til en borebrønn. Den interne virkemåten av ventiler kan variere stort, og i foreliggende oppfinnelse er det ikke tiltenkt å begrense de beskrevne ventilene til noen spesiell konfigurasjon, så lenge ventilen fungerer som en gjennomstrømningsregulator. Noen av de forskjellige typene av gjennom-strømningsreguleirngsmekanismene omfatter, men er ikke begrenset til, kuleventilkonfi-gurasjoner, nålventilkonfigurasjoner, og sluseventilkonfigurasj oner. Generelt faller ventiler inn i en av to klasser, reguleringsventiler tiltenkt å regulere en kontinuerlig strøm over et dynamisk område fra helt lukket til fullt åpen, og ventiler tiltenkt til å betjene kun fullt åpen eller fullt lukket, hvor mellomliggende posisjoner er sett på som overganger. Den siste klassen av ventiler kan bli betjent for å beskytte personell eller utstyr gjennom plan-lagt vedlikehold eller modifiseringer, eller kan danne en del av et sikkerhetsnedluknings-system av en borebrønn, i hvilket tilfelle de må være i stand til å fungere raskt og uten lange forberedelser. Underjordiske sikkerhetsventiler er et eksempel av denne typen ventil. Ventiler kan bli montert nedhulls i en borebrønn på mange forskjellige måter, hvor noen omfatter rørtransporterte monteringskonfigurasjoner, sidelommespindelkonfigura-sjon, eller permanent monteringskonfigurasjon slik som å montere ventilen i en forstørret rørkasse.

Uttrykket "modem" er benyttet generelt i søknaden for å referere til enhver kommunikasjonsinnretning for å sende og/eller motta elektrisk kommunikasjonssignaler via en elektrisk leder (f.eks. metall). Derfor er uttrykket ikke begrenset til akronymet for en modulær (innretning som konverterer en stemme eller datasignal inn i en form som kan bli sendt)/demodulert (en innretning som gjenoppretter et opprinnelig signal etter det har blitt modulert en høy frekvensbærer). Uttrykket modem er ikke begrenset til konvensjonell datamodem som konverterer digitale signaler til analoge signaler og vice versa (f.eks. for å sende digitale datasignaler over det analoge telefonnettverket). F.eks., hvis en sensor sender ut målinger i et analogt format, trenger slike målinger kun å bli modulert (f.eks. spredtspektrummodulering) og sendt uten at noe analog digital konvertering er nødvendig. Et annet eksempel, et relé/slavemodem eller kommunikasjonsinnretning trenger kun å identifisere, filtrere, forsterke, og/eller sende på nytt et signal mottatt.

Uttrykket "prosessor" er benyttet i foreliggende søknad for å betegne enhver innretning som er i stand til å utføre aritmetiske og/eller logiske operasjoner. Prosessoren kan valgfritt omfatte en kontrollenhet, en minneenhet, og en aritmetisk og logisk enhet.

Uttrykket "sensor" som benyttet i foreliggende søknad refererer til enhver innretning som oppdager, bestemmer, overvaker, registrerer, eller på annen måte føler den ab-solutte verdi av eller en endring i en fysisk kvantitet. Sensorer som beskrevet i foreliggende søknad kan bli benyttet til å måle temperatur, trykk (både absolutt og differanse), gjennomstrømningsrate, seismiske data, akustiske data, pH-nivå, salinitetsnivåer, ventil-posisjoner, eller nesten enhver annen fysisk datainformasjon.

Som benyttet i foreliggende søknad, betyr "trådsløs" fravær av en konvensjonell, isolert metalltrådleder f.eks. som strekker seg fra en nedhullsinnretning til overflaten. Ved å benytte røret og/eller kledningen som en leder er sett på som trådløst.

Uttrykket "elektronisk modul" i foreliggende søknad refererer til en kontrollinn-retning. Elektroniske moduler kan eksistere i mange konfigurasjoner og kan bli montert nedhulls på mange forskjellige måter. I en monteringskonfigurasjon, er den elektroniske modulen faktisk plassert inne i en ventil og fremskaffer kontroll for betjeningen av en motor inne i ventilen. Elektroniske moduler kan også bli montert eksternt til enhver spesiell ventil. Noen elektroniske moduler vil bli montert inne i sidelommespindler eller for-størrede rørlommer, mens andre kan bli permanent festet til produksjonsrørstrengen. Elektroniske moduler er ofte elektrisk tilkoplet til sensorer og hjelper til med å overføre sensorinformasjon til overflaten av borebrønnen. Det er forståelig at sensorer assosiert med en spesiell elektronikkmodul faktisk kan bli pakket inne i den elektroniske modulen. Ofte er den elektroniske modul nært assosiert med, og kan faktisk inneholde, et modem for å motta, sende, og overføre kommunikasjon fra og til overflaten av borebrønnen. Sig-nalene som er mottatt fra overflaten av den elektroniske modulen er ofte benyttet til å forårsake endringer inne i nedhullskontrollerbare innretninger, slik som ventiler. Signaler sendt eller overført til overflaten av den elektroniske modulen inneholder normalt infor-masjon om nedhulls fysiske tilstander gitt av sensorene.

I henhold til konvensjonell terminologi i oljefeltpraksis, er beskrivelsene øvre, nedre, opphulls, og nedhulls som brukt i søknaden relative og refererer til distanse langs hulldybden fra overflaten, som i avbøyde eller horisontale borebrønner kan eller kan ikke være i overensstemmelse med vertikal avstand målt i henhold til et målepunkt.

Med referanse til fig. 1 i tegningene er en oljeproduserende brønn 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse illustrert. Oljeproduserende brønnen 10 omfatter et borehull 11 som strekker seg fra en overflate 12 inn i produksjonssonen 14 plassert nedhulls. En pro-duksjonsplattform 20 er plassert på overflaten 12 og omfatter et hengelager 22 for å støtte en kledning 24 og en produksjonsrørstreng 26. Kledningen 24 er av en konvensjonell type benyttet i olje og gassindustrien. Kledningen 24 er vanligvis installert i seksjoner og er sementert i borehullet 11 under brønnkompleteringn. Produksjonsrørstrengen 26, også referert til som produksjonsrør, er normalt konvensjonelt og omfatter et mangfold av for-lengede rørformede rørseksjoner sammenføyd med gjengede koplinger på hver ende av rørseksjonene. Produksjonsplattformen 20 omfatter også et gassinnføirngsspjeld 30 som tillater innføring av komprimert gass inn i det ringformede rommet 34 mellom kledningen 24 og produksjonsrørstrengen 26. Utløpsventilen 32 tillater fjerning av olje og gass-bobler fra innsiden av produksjonsrørstrengen 26 under oljeproduksjonen.

Oljeproduserende brønnen 10 omfatter et kommunikasjonssystem 34 for å fremskaffe energi og toveis kommunikasjon nedhulls i borebrønnen 10. Kommunikasjonssystemet 34 omfatter en nedre induksjonsspole 42 som er installert på produksjons-rørstrengen 26 for å virke som en serieimpedans til strømmen av elektrisk strøm. Størrel-sen og materialet av den nedre induksjonsspolen 42 kan bli forandret for å variere serie-impedansverdien. Imidlertid, er den nedre induksjonsspolen 42 laget av et ferromagnetisk materiale. Induksjonsspolen 42 er montert konsentrisk og eksternt til produksjons-rørstrengen 26, og er vanligvis forsterket med epoksy for å motstå hard behandling.

En isolerende rørkopling 40 (også referert til som en elektrisk isoleringskopling) er plassert på produksjonsrørstrengen 26 nær overflaten av borebrønnen. Den isolerende rørkoplingen 40, sammen med nedre induksjonsspolen 42, fremskaffer elektrisk isolasjon for en seksjon av produksjonsrørstrengen 26 plassert mellom den isolerende rørkoplingen 40 og induksjonsspolen 42. Seksjonen av produksjorisrørstrengen 26 mellom den isolerende rørkoplingen 40 og den nedre spole 42 kan bli sett på som en energi og kommunikasjonsbane. Som et alternativ til eller i tillegg til den isolerende rørkoplingen 40, kan en øvre induksjonsspole (ikke vist) bli plassert rundt produksjonsrørstrengen 26 eller et isolerende rørhengelager (ikke vist) kan bli benyttet.

En datamaskin og energikilde 44 som omfatter en energitilførsel 46 og en spredtspektrumkommunikasjonsinnretning 48 (f.eks. modem) er plassert på utsiden av borehullet 11 på overflaten 12. Datamaskinen og energikilden 44 er elektrisk tilkoplet til produksjonsrørstrengen 26 under den isolerende rørkoplingen 40 for å tilføre vekselstrøm til produksjonsrørstrengen 26. En returmatning for strømmen er festet til kledningen 24. Ved betjening er benyttelsen av produksjonsrørstrengen 26 som en elektrisk leder ganske dårlig på grunn av de ofte lange lengdene av produksjonsrørstreng sammen med strøm-men som er tilført. Imidlertid, er spredtspektrumkommunikasjonsteknikker tolerante til forstyrrelser og lave signalnivåer, og kan operere effektivt selv med tap så høye som - lOOdb.

Fremgangsmåten med en elektrisk isolering av en seksjon av produksjons-rørstrengen som illustrert i fig. 1 er ikke den eneste fremgangsmåten å fremskaffe energi og kommunikasjonssignaler nedhulls. I den foretrukne utførelsen på fig. 1, er energi og kommunikasjonssignalet tilført på produksjonsrørstrengen 26 med elektrisk retur av signal fremskaffet av kledningen 24. Istedenfor, kan den elektriske retur bli fremskaffet av en jordet grunn. En elektrisk tilkopling til jordet grunn kan bli fremskaffet ved å sende en metalltråd gjennom kledningen 24 eller ved å tilkople metalltråden til produksjons-rørstrengen under den nedre spolen 42 (hvis den nedre delen av produksjonsrørstrengen var jordet).

En alternativ energi og kommunikasjonsbane kan bli fremskaffet med kledningen 24.1 en konfigurasjon tilsvarende til den benyttet med produksjonsrørstrengen 26, kan en del av kledningen 24 bli elektrisk isolert for å fremskaffe en telemetri ryggrad for å sende energi og kommunikasjonssignaler nedhulls. Hvis induksjonspole er benyttet til å isolere en del av kledningen 24, vil spolen være plassert konsentrisk rundt utsiden av kledningen. Istedenfor å benytte spole med kledningen 24, kunne elektrisk isolerende tilkoplingsele-menter være benyttet tilsvarende til den isolerende rørkoplingen 40.1 utførelser som benytter kledning 24 til å tilføre energi og kommunikasjonssignaler nedhulls, kunne et elektrisk retursignal bli fremskaffet enten via produksjonsrørstrengen 26 eller via en jordet grunn.

En pakning 49 er plassert inne i kledningen 24 under den nedre induksjonsspolen 42. Pakningen 49 er plassert over produksjonssonen 14 og fungerer for å isolere produksjonssonen 14 og for å elektrisk tilkople metallproduksjonsrørstrengen 26 til metallkled-ningen 24. Vanligvis ville den elektriske tilkoplingen mellom produksjonsrørstrengen 26 og kledningen 24 ikke tillate elektriske signaler til å bli sendt eller mottatt opp og ned borehullet 11 ved å bruke produksjonsrørstrengen 26 som en leder og kledningen 24 som en annen leder. Imidlertid, plasseringen av isolerende rørkopling 40 og den nedre induksjonsspolen 42 danner en elektrisk isolert seksjon av produksjonsrørstrengen 26, som fremskaffer et system og fremgangsmåte til å fremskaffe energi og kommunikasjonssignaler opp og ned borehullet 11 til oljeproduserende brønnen 10.

Med referanse til fig. 2 i tegningene, illustrerer denne en offshore oljeproduserende brønn 60. Oljeproduserende brønnen 60 omfatter en hovedproduksjonsplattform 62 på en vannholdig overflate 63 forankret til sjøbunnen 64 med støtteelementene 66. Oljeproduserende brønnen 60 har mange likheter med oljeproduserende brønnen 10 i fig. 1. Borehullet 11 til oljeproduserende brønnen 60 begynner ved sjøbunnen 64. Kledningen 24 er plassert inne i borehullet 11 og rørhengelageret 22 fremskaffer nedhullsstøtte for produksjonsrørstrengen 26. En av hovedforskjellene mellom oljeproduserende brønnen 10 og oljeproduserende brønnen 60 er at produksjonsrørstrengen 26 i oljeproduserende brønnen 60 strekker seg gjennom vann 67 før den når borehullet 11.

Induksjonsspolen 42 er plassert på produksjonsrørstrengen 26 rett over et brønn-hode 68 ved sjøbunnen 64. En isolerende rørkopling (tilsvarende til den isolerende rør-koplingen 40, men ikke vist) er fremskaffet på en del av produksjonsrørstrengen 26 på produksjonsplattformen 62. Vekselstrøm er overført til en seksjon av produksjons-rørstrengen 26 mellom den isolerende rørkoplingen og induksjonsspolen 42 for å tilføre energi og kommunikasjon til brønnhodet 68. En faglært person vil forstå at under norma-le forhold vil en kortslutning inntreffe dersom strøm er sendt gjennom produksjons-rørstrengen 26 fordi produksjonsrørstrengen er omkranset av elektrisk ledende sjøvann. Imidlertid, er korrosjonsbestandig belegg på produksjonsrørstrengen 26 normalt ikke-ledende og kan fremskaffe et elektrisk isolasjons"belegg" rundt produksjonsrørstrengen, som dermed tillater strøm å bli ført selv når produksjonsrørstrengen 26 er nedsenket i vann. I en annen alternativ sammenstilling, kunne energi bli tilført til brønnhodet 68 med en isolert kabel (ikke vist) og deretter ført nedhulls på samme måte som for oljeproduserende brønnen 10. I en slik sammenstilling, ville den isolerende rørkoplingen og induksjonsspolen 42 bli plassert inne i borehullet 11 til oljeproduserende brønnen 60.

Med referanse til fig. 2, men også til figurene 1 og 3 i tegningene, er det fremskaffet et hydraulisk systems 70 for å betjene en nedstrømsinnretning, eller en målinnret-ning (ikke vist). Det hydrauliske systemet 70 er plassert inne i en forstørret kapsling 72 på produksjonsrørstrengen 26. I fig. 3 er nedhullsinnretningen en stengeventil 74. Imidlertid kan et antall av forskjellige nedhullsinnretninger bli betjent av det hydrauliske systemet 70. Stengningsventilen 74 er drevet gradvis av hydraulisk fluid trykksatt av en pumpe 76. En elektrisk motor 78 er tilført energi med vekselstrøm sendt langs pro-duksjonsrørstrengen 26. Motoren 78 er operativt tilkoplet til pumpen 76 for å drive pumpen 76. Den elektriske motor 78 som driver den hydrauliske pumpen 76 forbruker små mengder av energi slik at den kan operere med begrenset energi tilgjengelig på dybden i borebrønnen. Med passende design av den hydrauliske pumpen 76 og andre komponenter i det hydrauliske systemet 70, spesielt med designet av tetninger som minimerer lekka-sjen av hydraulisk fluid i disse komponentene, begrenser ikke den lave mengden av energi tilgjengelig det hydrauliske trykket som kan bli generert, men begrenser istedenfor gjennomstrømningsmengden av den hydrauliske fluid.

I fig. 4 i tegningene er røropplegg og elektriske tilkoplinger for det hydrauliske systemet 70 illustrert i mer detalj. I tillegg til pumpen 76 og motoren 78, omfatter det hydrauliske systemet 70 et fluidreservoar 80, en pilotventil 82, en ventilaktuator 84, og det nødvendige røropplegg og maskinvare for å rute hydraulisk fluid mellom disse komponentene. Reservoaret 80 er hydraulisk tilkoplet til pumpen 76 for tilførsel av hydraulisk fluid til pumpen 76. Pilotventilen 82 er hydraulisk tilkoplet til pumpen 76, aktuatoren 84, og reservoaret 80. Pilotventilen 82 selektivt ruter trykksatt hydraulisk fluid til aktuatoren 84 for å betjene aktuatoren 84. Aktuatoren 84 omfatter et stempel 86 som har en første side 87 og en andre side 88. Stempelet 86 er operativt tilkoplet til ventilen 74 for å åpne og lukke ventilen 74. Ved selektivt å rute trykksatt hydraulisk fluid til forskjellig side av stempelet 86, kan ventilen 74 bli selektivt åpnet eller lukket. F.eks., i en konfigurasjon, kan hydraulisk fluid bli rutet til et kammer rett over første side 87 av stempelet 86. Den trykksatte fluiden vil utøve en kraft på stempelet 86, som forårsaker stempelet 86 til å bevege seg nedover, dermed lukke ventilen 74. Fluid i kammeret tilstøtende den andre siden 88 av stempelet 86 vil bli forflyttet inn i reservoaret 80. I denne konfigurasjonen, kan ventilen 74 bli åpnet ved å justere pilotventilen 82 slik at trykksatt hydraulisk fluid er tilført til kammeret tilstøtende den andre siden 88 av stemplet 86. Den trykksatte fluiden vil utøve en oppovervirkende kraft på stempelet 86, som derved vil flytte stempelet 86 oppover og åpne ventilen 74. Forskjøvet hydraulisk fluid i kammeret tilstøtende frontsi-den 87 vil bli rutet til reservoaret 80.

Som nevnt tidligere, er elektrisk strøm tilført til motoren 78 langs produksjons-rørstrengen 26. Et modem 89 er plassert inne i den forstørrede kapslingen 72 for å motta signaler fra modem 48 ved overflaten 12. Modemet 89 er elektrisk tilkoplet til en regule-ringsenhet90 for å kontrollere betjeningen av motoren 78. Reguleringsenheten90 er også elektrisk tilkoplet til pilotventilen 82 for å kontrollere betjeningen av pilotventilen, som derved forsikrer at ventilen ruter hydraulisk fluid ordentlig fra pumpen 76 til aktuatoren 84 og reservoaret 80.

Ved bruk er elektrisk strøm tilført nedhulls langs produksjonsrørstrengen 26 og er mottatt av modemet 89. Reguleringsenheten90 mottar instruksjoner fra modemet 89 og ruter energi til motoren 78. Reguleringsenheten90 etablerer også innstillingene for pilotventilen 82 slik at hydraulisk fluid er riktig rutet gjennom det hydrauliske systemet 70. Ettersom motoren 78 får energi, driver den pumpen 76 som trekker hydraulisk fluid fra reservoaret 80. Pumpen 76 trykksetter den hydrauliske fluiden, som dytter fluiden inn i pilotventilen 82. Fra pilotventilen 82, er den trykksatte hydrauliske fluiden selektivt rutet til en side av stempelet 86 for å drive aktuatoren 84. Avhengig av hvilken side av stempelet 86 som fluiden er levert, vil ventilen 74 bli åpnet eller lukket. Etterhvert som stempelet 86 beveger seg, er forskjøvet hydraulisk fluid rutet fra aktuatoren 84 til reservoaret 80.

Det hydrauliske systemet 70 kan også omfatte et trykkompensasjonsbunnhull 92 (se fig. 3) for å balansere det statiske trykket til den hydrauliske fluidkretsen mot det statiske trykket til nedhullsfluiden i borebrønnen. Bruk av trykkompensasjon minimerer dif-feransetrykk over enhver roterende eller glidende forsegling mellom den hydrauliske kretsen og borebrønnsfluiden hvis disse forseglingene er til stede i konstruksjonen, og derved minimeres belastningen på slike forseglinger.

Den forstørrede kapslingen 72 er fylt med olje, hvor trykket er balansert med trykket til enhver fluid til stede i ringrommet 31. Ved å åpne en side av trykkompensato-ren 92 til den utvendige av kapslingen 72, kan oljetrykket inne i den forstørrede kapslingen 72 bli likestilt til trykket av fluiden inne i ringrommet 31. Justeringen av det interne trykket i kapslingen tillater mange av komponentene i det hydrauliske systemet 70 til å operere mer effektivt.

I figurene 5 og 6 i tegningene er en alternativ utførelse illustrert for det hydrauliske systemet 70. Komponentene for dette hydrauliske systemet er hovedsakelig tilsvarende til de illustrert i figurene 3 og 4. I denne spesielle utførelsen er imidlertid en akkumulator 96 hydraulisk tilkoplet mellom pumpen 76 og pilotventilen 82 for å samle trykksatt hydraulisk fluid tilført med pumpen 76. Kontrollen av det hydrauliske systemet 70 er identisk til det beskrevet ovenfor, bortsett fra at akkumulatoren 96 er nå benyttet til å tilføre trykksatt hydraulisk fluid til aktuatoren 84. Akkumulatoren 96 tillater umiddelbar hydraulisk betjening til å bli utført periodisk (dvs. rask åpning eller lukking av en ventil). Dette er i kontrast til tidligere utførelse, som benyttet en pumpe til å tilføre hydraulisk fluid til aktuatoren 84 mer gradvis.

Akkumulatoren 96 omfatter et stempel 98 glidende og forseglende plassert inne i huset, hvor stempelet er forspentt i en retning av fjæren 100. En kompensasjonsport 102 er plassert i huset og tillater trykksatt olje inne i den utvidede kapslingen 72 til å utøve en tilleggskraft på stempelet 98 som er kompletterende til kraften utøvd av fjæren 100. Motoren 78 og pumpen 76 lader akkumulatoren 96 til et høyt trykk ved å dytte hydraulisk fluid inn i hovedkammeret 104 mot det forspentde stempelet 98. Når kraften utøvd av den hydrauliske fluiden inne i hovedkammeret 104 tilsvarer kraften til den motsatte side av stempelet 98, stopper pumpen 76, og den hydrauliske fluiden er lagret inne i akkumulatoren 96 inntil den trengs.

Den lagrede, trykksatte hydrauliske fluiden er løslatt under kontroll av pilotventilen 82 for å drive aktuatoren 84 og dermed aktivere hovedventilen 74. På grunn av ener-gien lagret i akkumulatoren 96, kan ventilen 74 bli åpnet og lukket umiddelbart ved mot-tak av en åpne eller lukkekommando. Akkumulatoren 96 har en størrelse som gjør den i stand til minst en fullstendig operasjon (åpning eller lukking) av ventilen 74. Fremgangsmåten til foreliggende oppfinnelse fremskaffer på denne måten en suksessfull betjening av ventiler som trenger høy ikke-stasjonær energi, slik som undervannssikker-hetsventiler.

Det er klart at en variasjon av hydrauliske innretninger kan bli erstattet med stengningsventilen 74, som har blitt beskrevet kun for illustrative formål. Det skal også gjøres klart at kommunikasjonssystemet 34 og det hydrauliske systemet 70 fremskaffet av foreliggende oppfinnelse, selv om plassert på produksjonsrørstrengen 26 i beskrivel-sen ovenfor, kunne vært plassert på kledningen 24 av borebrønnen eller enhver annen rørstruktur assosiert med borebrønnen.

Selv om mange av eksemplene beskrevet heri er applikasjoner av foreliggende oppfinnelse i hydrokarbonbrønner, kan foreliggende oppfinnelse også bli benyttet til andre typer av borebrønner, som omfatter men ikke er begrenset til vannborebrønner og na-turlig gassborebrønner.

En faglært vil kunne se at foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet i mange områder hvor det er et behov for å fremskaffe et kommunikasjonssystem og et hydraulisk system inne i et borehull, borebrønn, eller ethvert annet område som er vanskelig å kom-me til. Videre vil en faglært kunne se at foreliggende oppfinnelse kan bli benyttet i mange områder hvor det allerede eksisterer ledende rørstrukturer og et behov for å rute energi og kommunikasjon til et hydraulisk system plassert nærliggende til rørstrukturen. Et vann-sprinklersystem eller nettverk i en bygning for å slukke branner er et eksempel på en rørstruktur som kan være allerede eksisterende og som kan ha like eller tilsvarende baner som de ønsket for å rute energi og kommunikasjoner til et hydraulisk system. I slik tilfelle kan en annen rørstruktur eller en annen del av den samlede rørstrukturen bli benyttet som den elektriske returveien. Stålstrukturen i en bygning kan også bli benyttet som en rørstruktur og/eller elektrisk retur for sendte energi og kommunikasjonssignaler til et hydraulisk system i henhold til foreliggende oppfinnelse. Armeringsstål i en betongdam eller en gate kan bli benyttet som en rørstruktur og/eller elektrisk retur for å sende energi og kommunikasjonssignaler til et hydraulisk system i henhold til foreliggende oppfinnelse. Transmisjonslinjene og nettverket av rør mellom borebrønner eller over store strek-ninger av land kan bli benyttet som en rørstruktur og/eller elektrisk retur for å sende energi og kommunikasjonssignaler til et hydraulisk system i henhold til foreliggende oppfinnelse. Overflate raffineirngsproduksjonsrørnettverk kan bli benyttet som en rørstruktur og/eller elektrisk retur for sending av energi og kommunikasjonssignaler i henhold til foreliggende oppfinnelse. Som det kan sees er det mange applikasjoner av foreliggende oppfinnelse i mange forskjellige områder eller bruksfelt.

Claims (22)

1. En fremgangsmåte for å betjene en nedhullsinnretning i en oljeproduserende brønn (10) som har et borehull (11) og en rørstruktur (26) plassert inne i borehullet, karakterisert ved å levere en vekselstrøm langs rørstrukturen (26) til en nedhullsplasse-ring, trykksette et hydraulisk fluid ved å benytte vekselstrøm til en nedhuUsplassering, og betjene en nedhullsinnretning (74) ved å benytte trykksatt hydraulisk fluid.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å betjene en motor (78) ved nedhullsplasseringen, og å drive en pumpe (76) med den nevnte motor (78) til å trykksette det hydrauliske fluidet.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at leveringssteget videre omfatter å hemme vekselstrømmen på rørstrukturen (26) for å definere en ledende seksjon, og rute vekselstrømmen langs den ledende seksjonen av rørstrukturen (26).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at steget ved å betjene nedhullsinnretningen (10) videre omfatter å fremskaffe en aktuator (84) operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74) og hydraulisk tilkoplet til pumpen (76), og selektivt drive aktuatoren (84) med det trykksatte fluidet slik at nedhullsinnretningen (74) er aktivert.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at steget ved å selektivt drive videre omfatter å fremskaffe en pilotventil (82) hydraulisk tilkoplet mellom pumpen (78) og aktuatoren (84), og justere pilotventilen (82) til selektivt å drive aktuatoren (84).

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å lagre hydraulisk fluid i et reservoar (80), og trekke hydraulisk fluid fra reservoaret (80).

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å samle trykksatt hydraulisk fluid i en akkumulator (96), og selektivt slippe ut trykksatt hydraulisk fluid fra akkumulatoren (96) for å betjene nedhullsinnretningen (74).

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å samle trykksatt hydraulisk fluid i en akkumulator (96), å fremskaffe en aktuator (84) operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74) og hydraulisk tilkoplet til akkumulatoren (96), og selektivt ut-løse trykksatt fluid fra akkumulatoren (96) ved å drive aktuatoren (84), som derved betjener nedhullsinnretningen (74).

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert ved at steget med å selektivt slippe ut videre omfatter å fremskaffe en pilotventil (82) som er hydraulisk tilkoplet mellom akkumulatoren (96) og aktuatoren (84), og å justere pilotventilen (82) til å selektivt drive aktuatoren (84).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å hemme den veksel-strømmen på rørstrukturen (26), rute den vekselstrømmen langs rørstrukturen (26) til nedhullsplasseringen, å fremskaffe en aktuator (84) operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74) og hydraulisk tilkoplet til en pumpe (78), og selektivt å betjene en pilotventil (82) hydraulisk tilkoplet mellom pumpen (78) og aktuatoren (84) for å drive aktuatoren (84), som derved betjener nedhullsinnretningen (74).

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved at nedhullsinnretningen (74) er en hovedventil og aktuatoren (84) åpner og lukker hovedventilen (74).

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å hemme den veksel-strømmen på rørstrukturen (26), rute den vekselstrømmen langs rørstrukturen (26), samle trykksatt hydraulisk fluid i en akkumulator (96), å fremskaffe en aktuator (84) operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74) og hydraulisk tilkoplet til akkumulatoren (96), og selektivt å betjene en pilotventil (82) hydraulisk tilkoplet mellom akkumulatoren (96) og aktuatoren (84) for å drive aktuatoren (84), som derved betjener nedhullsinnretningen (10).

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved at nedhullsinnretningen (74) er en hovedventil og aktuatoren (84) åpner og lukker hovedventilen (74).

14. En oljeproduserende brønn (10) som har et borehull (11) og en rørstruktur (26) plassert inne i borehullet (11), karakterisert ved et kommunikasjonssystem (44) operativt assosiert med rørstrukturen (26) for å sende et tidsvarierende signal langs rørstrukturen (26), og et hydraulisk system (70) elektrisk tilkoplet til rørstrukturen (26) og konfigurert for tilkopling til en nedhullsinnretning (74), hvor det hydrauliske systemet (70) er konfigurert til å motta energi fra det nevnte tidsvarierende signalet og for å betjene nedhullsinnretningen (74).

15. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at det tidsvarierende signalet omfatter et kommunikasjonssignal for selektivt å betjene nedhullsinnretningen (74).

16. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at kommunikasjonssystemet (44) videre omfatter en impedansinnretning (40,42) plassert rundt rørstrukturen (26) for å definere en ledende del, og hvor vekselstrømmen er sendt langs den ledende delen av rørstrukturen (26).

17. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at nedhullsinnretningen (74) er en nedhullsnødstengningsyentil.

18. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at det hydrauliske systemet (70) videre omfatter en motor (78) for å motta den vekselstrømmen fra rørstrukturen (26), en pumpe (76) for selektivt å trykksette et hydraulisk fluid, hvor pumpen (76) er operativt tilkoplet til og drevet av motoren (78), en aktuator (84) hydraulisk tilkoplet til pumpen (76) og operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74), og hvor det trykksatte hydrauliske fluidet er benyttet til å drive aktuatoren (84), som derved betjener nedhullsinnretningen (74).

19. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at det hydrauliske systemet (70) videre omfatter en motor (78) for å motta den vekselstrømmen fra rørstrukturen (26), en pumpe (76) for selektivt å trykksette et hydraulisk fluid, hvor pumpen (76) er operativt tilkoplet til og drevet av motoren (78), en pilotventil (82) hydraulisk tilkoplet til pumpen (76), en aktuator (84) hydraulisk tilkoplet til pilotventilen (82) og operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74), og hvor pilotventilen (82) selektivt ruter trykksatt hydraulisk fluid til aktuatoren (84), som derved driver aktuatoren (84) og betjener nedhullsinnretningen (70).

20. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 19, karakterisert ved at nedhullsinnretningen (74) er en ventil.

21. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at det hydrauliske systemet (70) videre omfatter en motor (78) for å motta vekselstrøm fra rørstrukturen (26), en pumpe (76) for selektivt å trykksette et hydraulisk fluid, hvor pumpen (76) er operativt tilkoplet til og drevet av motoren (78), en aktuator (84) hydraulisk tilkoplet til pumpen (76) for å samle opp trykksatt hydraulisk fluid, en aktuator (84) hydraulisk tilkoplet til aktuatoren (84) og operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74), og hvor det trykksatte hydrauliske fluidet tilført av akkumulatoren (96) driver aktuatoren (84) som derved betjener nedhullsinnretningen (74).

22. Oljeproduserende brønn (10) i henhold til krav 14, karakterisert ved at det hydrauliske systemet (70) videre omfatter en motor (78) for å motta vekselstrøm fra rørstrukturen (26), en pumpe (76) for selektivt å trykksette et hydraulisk fluid, hvor pumpen (76) er operativt tilkoplet til og drevet av motoren (78), en akkumulator (96) hydraulisk tilkoplet til pumpen (76) for å samle trykksatt hydraulisk fluid, en pilotventil (82) hydraulisk tilkoplet til akkumulatoren (96), en aktuator (84) hydraulisk tilkoplet til pilotventilen (82) og operativt tilkoplet til nedhullsinnretningen (74), og hvor pilotventilen (82) selektivt ruter trykksatt hydraulisk fluid til aktuatoren (84), som derved driver aktuatoren (84) og betjener nedhullsinnretningen (74).