NO325229B1 - Snorkelanordning for stromningsstyring - Google Patents

Abstract

Oppfinnelse vedrører nedihulls strømningsstyringsanordninger (12, 14, 16, 32) med en felles styreledning (18, 20, 22) som trykkilde. Bruk av en snorkelinnretning (10) som strekker seg til en annen sone i brønnen, virker som trykkregulator for strømningsstyringsanordningen (12, 14, 16, 32) og tilveiebringer et referans-etrykk for drift av strømningsstyringsanordningen (12, 14, 16, 32) slik at trykkutligningen og trykk-justeringer av brønntrykket kan utføres automatisk.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører nedihulls strømningsstyrings-anordninger, og særlig nedihulls strømningsstyringsanordninger som bruker en felles styreledning som en trykkilde for operasjon.

Ved kjøring av intelligente kompletteringer inn i underjordiske brønner, er det ofte begrensninger på antall styreledningspenetrasjoner som kan gjøres ved brønnhodet, produksjonsrørhengeren, eller, i enkelte tilfeller, produksjons-pakningen.

Intelligente kompletteringer bruker forskjellige midler til å regulere strøm-ningsstyringsanordninger som er plassert nede i hullet for å styre produksjon fra forskjellige soner. Slike strømningsstyringsanordninger, for eksempel ventiler, kan typisk være fullt åpne, delvis åpne (strupet) eller fullstendig stengt. Bruk av en flerhet av slike ventiler gjør det mulig for en operatør å selektivt motta eller begrense produksjon fra forskjellige soner. En enkel versjon av en slik strømnings-styringsanordning vil typisk ha to styreledninger, en som virker på hver side av et stempel. Når flere ventiler av denne type kjøres inn i hullet, blir det antall av styreledninger som er påkrevd et problem. For eksempel vil tre ventiler kreve seks styreledninger.

Det eksisterer også strømningsstyringsanordninger med en enkelt styreledning som er avhengig av energi som er lagret i nedihulls anordningen, så som en ladning av komprimert gass (eksempelvis nitrogenfjær) eller en mekanisk fjær som virker sammen med enten ringromstrykket eller produksjonsrørtrykket. Siden nedihulls betingelser kan forandres over tid, er valget av fjæren eller nitrogen-ladningen kritisk, og dette kan begrense den operasjonelle ramme for strømnings-styringsanordningen. Forskjellige multipleksingssystemer har blitt anvendt, men disse krever typisk et komplekst system av ventiler for å gjøre det mulig for trykk på forskjellige nivåer å gå til en eller en annen ventil. En felles returledning har blitt foreslått for enkle ventiler av typen med to posisjoner (det vil si åpne/stenge ventiler), men operasjonen kan være vanskelig, ettersom man nøye må vurdere tilstanden til hver ventil for å bestemme den korrekte trykksekvens som skal på-føres på de forskjellige styreledninger ved overflaten.

Fra CA 2.509.928 fremgår det en anordning og fremgangsmåte for å detek-tere aktivering av en strømningsstyringsanordning i en brønn. Strømningsstyrings-anordningen har en åpen, en lukket, og minst én mellomliggende posisjon. Videre omfatter anordningen et kammer og et bevegelig element for aktivering av strøm-ningsstyringsanordningen.

Fra EP 0199 503 B1 fremgår det et verktøy for testing av formasjoner og for anvendelse i en brønn.

Fra US 3.109.376 fremgår det en fremgangsmåte og anordning for produksjon av olje fra flere lag i én enkel brønn.

Fra US 4.879.900, og 4.745.802 fremgår det en anordning med et hydrau-lisk system i et formasjonstesteverktøy. Anordningen benytter en snorkel som strekker seg fra formasjonstesteren for å innhente en trykktest og samler prøver fra en formasjon av interesse.

Den foreliggende oppfinnelse sørger for operasjon av en nedihulls strøm-ningsstyringsanordning ved bruk av en snorkel.

Fordeler og andre trekk ved oppfinnelsen vil klart fremgå av den følgende beskrivelse, tegningene og kravene.

Kort beskrivelse av tegningene:

Figur 1 viser et skjematisk riss av en snorkelanordning som er tilvirket i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et skjematisk riss av en alternativ utførelse av snorkelanordningen på figur 1. Figur 3 viser et skjematisk riss av en strømningsstyringsanordning som brukes i utførelsen av snorkelanordningen på figur 2. Figur 1 viser en snorkelanordning 10 som brukes til å operere et sett av ventiler, så som multiposisjonshydraulikkventiler 12,14,16 i en brønn. Ventilene kan også være på/av-ventiler. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til å brukes på ventiler. For eksempel kan strømningsstyringsanordningen være en stru-per. Hver ventil 12,14,16 har en styreledning, henholdsvis 18, 20,22, og en in-dekser 23 for å flytte ventilen til hver av sine forskjellige tilstandsposisjoner. En snorkel 24 er forbundet til hver ventil 12,14,16. Snorkelen 24 er fortrinnsvis et rør med liten diameter, så som det som vanligvis brukes i en styreledning. Snorkelen 24 kan kjøres til overflaten, men avsluttes fortrinnsvis med sin øvre ende 26 rett

over en produksjonspakning 28. Hvis den øvre ende 26 av snorkelen 24 avsluttes ved et nivå i brønnen, kan en kompensator 30 være forbundet til den øvre ende 26 for å hindre sammenblanding av brønnboringens fluider med rent hydraulikkfluid. Kompensatoren 30 tillater at fluidtrykk i ringrommet overføres til hydraulikkfluidet i

snorkelen 24 uten sammenblanding. Selv om den er vist forbundet ved den øvre ende 26, kan kompensatoren 30 være lokalisert hvor som helst i snorkelen 24.

I operasjon bruker for eksempel ventilen 12 indekseren 23 til å flytte frem ventilens tilstand (eksempelvis fra delvis åpen til fullt åpen) én posisjon hver gang tilstrekkelig trykk påføres på styreledningen 18. Indekseren 23 beveges av et stempel (ikke vist) som drives av hydraulikktrykk. For ytterligere å flytte frem til— standsposisjonen til ventilen, blir trykket i styreledningen 18 senket, og trykk til-føres til baksiden av stemplet for å tilbakestille indekseren 23. Tilbakestillings-kraften kan forsterkes av en fjærkraft, hvilket er kjent innen teknikken. Trykk kan deretter igjen påføres på styreledningen 18, hvilket driver stemplet og dermed flyt-ter indekseren 23 og ventilens tilstand frem. Ventilene 14,16 opererer tilsvarende via styreledninger 20 henholdsvis 22.

Snorkelen 24 er i fluidkommunikasjon med baksiden av stemplet i hver ventil 12,14,16. Hydraulikktrykk i snorkelen 24 tilveiebringer en returkråft på hvert stempel. Hvis snorkelen 24 avsluttes med sin øvre ende i et nivå i brønnen, tjener fluidtrykket i brønnen på dette bestemte nivået som en kilde for det hydraulikktrykk som påføres på baksiden av hvert stempel. Trykket på hvert bestemte nivå kan være det omgivende hydrostatiske trykk, eller det kan modifiseres ved å forandre ringromstrykket ved overflaten ved bruk av konvensjonelle metoder. Fluidtrykket i snorkelen 24 etablerer et referansetrykk som nedihulls verktøy kan opereres mot.

I utførelsen på figur 1 vises tre nedihulls strømningsstyringsanordninger. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til tre, og kan brukes med så få som én.

På figur 2 vises en alternativ utførelse som bruker en snorkelanordning 10.

I denne utførelse er en første strømningsstyringsanordning 32 lokalisert i en høy-trykks produksjonssone 34, og en andre strømningsstyringsanordning 36 er lokalisert i en lavtrykks produksjonssone 38. Strømnihgsstyringsanordningene 32, 36 styrer selektivt innstrømmingen av formasjonsfluider inn i et produksjonsrør 40, men snorkelanordningen 10 er ikke begrenset til disse anordninger, og kan brukes i sikkerhetsventiler og gassløftventiler, så vel som andre anordninger.

Fordi høytrykksproduksjonssonen 34 er ved et høyere trykk enn lavtrykksproduksjonssonen 38, må formasjonsfluider fra høytrykksproduksjonsso-nen 34 strupes tilbake, slik at de kan innføres i produksjonsrøret 40 hovedsakelig ved det samme trykk som i lavtrykksproduksjonssonen 38. Utjevning av trykket reduserer muligheten for krysstrøm mellom formasjonene. Selv om kun to produksjonssoner er omtalt i dette eksempel, kan andre produksjonssoner være til stede, og omfanget av den foreliggende oppfinnelse inkluderer disse ytterligere soner.

Figur 3 viser en første strømningsstyringsanordning 32 med en propor-sjonalregulator 42 for å justere strømningsarealet basert på differansetrykket mellom høytrykksproduksjonssonen 34 og lavtrykks produksjonssonen 38. Propor-sjonalreguiatoren 42 bruker arealdifferanse og fjæren 45 til å justere strømnings-arealet inn i produksjonsrøret 40 via strømningsstyringsanordningen 32.

Proporsjonalregulatoren 42 kan anta mange former. I det eksempel som er vist på figur 3, virker trykk fra høytrykkssonen 34 på en første side av et stempel 44. En annen side av stempelet 44 påvirkes av en kombinasjon av trykk fra lavtrykksproduksjonssonen 38 og en fjærkraft. Fjærkraften kan for eksempel være fra en mekanisk fjær 45 eller en gassladning. Forskyvning av stemplet 44 forand-rer posisjonen tii regulatoren 42, hvilket forårsaker at strømningsstyrings-anordningen 32 dekker eller avdekker strømningsåpninger inn i produksjonsrøret 40, hvilket minker eller øker strømmen. Avhengig av den bestemte design av strømningsåpningene og den fjær som er valgt, kan strømningsstyringsanordn-ingen 32 oppføre seg lineært eller ikke-lineært i forhold til fluidstrøm (og tilsvarende, trykkfall) som en funksjon av stemplets forskyvning.

Trykket fra lavtrykksproduksjonssonen 38 kommuniseres til den andre side av stemplet 44 ved hjelp av snorkelrøret 24. Snorkelen 24 kjøres gjennom en iso-lasjonspakning 46 som separerer sonene 34, 38. Posisjonen til regulatoren 42 er sålede basert på differansetrykket mellom høytrykksproduksjonssonen 34 og lavtrykksproduksjonssonen 38. Hvis formasjonstrykkene skulle forandres over tid, vil regulatoren 42 automatisk justere for å kompensere for dette og for å opprett-holde trykkbalansen.

Strøm fra lavtrykksproduksjonssonen 38 kommer inn i produksjonsrøret 40 via en andre strømningsstyringsanordning 36. En andre strømningsstyrings-anordning 36 kan være en hvilken som helst av forskjellige konvensjonelle anordninger, så som glidehylser, rør med spalter eller perforert rør.

Som i utførelsen på figur 1, kan en kompensator 30 være forbundet til snorkelen 24 for å isolere formasjonsfluider fra fluid inne i snorkelen 24 i utførelsen på figur 2. En trykkoverstyringsanordning for produksjonsrør (ikke vist) kan være ink-ludert for å tillate at strømningsstyringsanordningene 32,36 kjøres inn i brønnen i en åpen eller stengt posisjon, og senere aktiveres ved påføring av trykk i produk-sjonsrøret. Gass- eller vanndetektorer kan også være inkorporert for å løse ut operasjonen av en strømningsstyringsanordning, for å redusere eller eliminere strøm fra en bestemt sone.

Selv om kun noen få eksemplifiserende utførelser av denne oppfinnelsen har blitt beskrevet i detalj ovenfor, vil de som har fagkunnskap innen teknikken lett forstå at mange modifikasjoner er mulige ved de eksemplifiserende utførelser uten i vesentlig grad å avvike fra den nye lære og fordeler ved denne oppfinnelse. Det er følgelig meningen at alle slike modifikasjoner skal inkluderes innenfor omfanget av denne oppfinnelse slik den er definert i de følgende krav.

Claims (15)

1. Snorkelanordning (10) for bruk i en brønn, omfattende en strømningssty-ringsanordning (12,14,16, 32) og en snorkel (24) karakterisert ved at: snorkelen er i fluidkommunikasjon med strømnings-styringsanordningen (12, 14,16, 32) for å tilveiebringe et referansetrykk for drift av strømningsstyringsanordningen (12,14, 16, 32), idet snorkelen (24) strekker seg til en annen sone i brønnen for å tjene som en trykkregulator for strømningsstyrings-anordningen (12,14,16, 32) slik at trykkutlikningen og trykkjusteringer under forandringer i brønntrykket kan utføres automatisk.

2. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 1, hvor snorkelen (24) avsluttes over en pakning (28, 46).

3. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 1, videre omfattende en kompensator (30) som er forbundet til snorkelen (24).

4. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 1, hvor strømningsstyrings-anordningen (12,14,16, 32) har flere tilstandsposisjoner.

5. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 4, videre omfattende en styreledning (18, 20, 22) i fluidkommunikasjon med strømningsstyringsanordningen (12, 14,16, 32), og hvor fluidtrykk i styreledningen (18, 20, 22) og snorkelen (24) opererer til å forandre tilstandsposisjonen for strømningsstyringsanordningen (12,14, 16, 32).

6. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 1, hvori strømningsstyrings-anordningen (12,14,16, 32) omfatter: en flerhet av strømningsstyringsanordninger (12,14,16, 32), idet hver strømningsstyringsanordning (12,14,16, 32) er i fluidkommunikasjon med en særskilt styreledning (18, 20, 22); og snorkelen (24) er i fluidkommunikasjon med hver strømningsstyrings-anordning (12, 14,16, 32).

7. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 6, hvor tilstandsposisjonen for hver strømningsstyringsanordning (12,14,16, 32) forandres ved øking eller minking av trykket i styreledningen (18, 20, 22) over eller undertrykket i snorkelen (24).

8. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 6, hvor trykk i snorkelen (24) påvirkes ved overflaten av brønnen.

9. Snorkelanordning (10) som angitt i krav 6, hvor strømningsstyrings-anordningene (12,14,16, 32) er forbundet til et produksjonsrør (40), og produk-sjonsrøret (40) er forbundet til en pakning (28, 46) som styreledningene (18, 20, 22) og snorkelen (24) passerer gjennom.

10. Fremgangsmåte til å etablere et referansetrykk for et verktøy i en brønn, omfattende posisjonering av en snorkel (24) for å overføre fluidtrykk fra en lokalisering i brønnen til en annen lokalisering i brønnen, karakterisert ved: bruk av snorkelen (24) for å etablere et referansetrykk for drift av verktøyet (12, 14, 16, 32) i brønnen; og bruk av snorkelen (24) som en trykkregulator for verktøyet slik at trykkutlik-ning og trykkjusteringer under forandringer i brønntrykket kan utføres automatisk.

11. Fremgangsmåte i følge krav 10, omfattende føring av snorkelen (24) til et sted på en utside av en brønnpakning (28, 46) i forhold til verktøyet (12,14,16, 32).

12. Fremgangsmåte i følge krav 10, omfattende forbindelse av en kompensator (30) til snorkelen (24) for å hindre blanding av brønnfluid med et fluid i snorkelen (24).

13. Fremgangsmåte i følge krav 10, omfattende forbindelse av en proporsjonal-regulator (42) med snorkelen (24) for å justere verktøyets (12,14,16, 42) strøm-ningsareal.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, videre omfattende påføring av trykk i brønnringrommet fra overflaten for å sette referansetrykket.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, videre omfattende distribuering av referansetrykket via snorkelen (24) til forskjellige verktøy (12,14,16, 32) i brønnen.