NO326258B1 - Ventil for et produksjonsror, og produksjonsror med samme - Google Patents

Abstract

Det omtales en ventil (30) for et produksjonsrør (12) i forbindelse med utvinning av olje og gass, innrettet til automatisk avstengning av væskestrøm inn i produksjonsrøret (12) i tilfelle gassgjennombrudd, hvori ventilen (30) omfatter et ventilsete (32) med minst en sentral innstrømningskanal (34) og en eller flere utstrømningskanaler (36, 38) fra ventilen (30). I væskestrømmens strømningsbane i ventilen (30) er det anordnet en rektangulær avstengningsskive (40) med krumning som samsvarer med produksjonsrørets (12) ytre diameter for å frembringe høyhastighetsstrømning over avstengningsskivens overflate (40a) mot ventilsetet (32), hvorved avstengningsskiven (40) er innrettet til å stenge mot nevnte ventilsete (32) avhengig av det differensialtrykk som oppstår grunnet strømningsmediets viskositet.Oppfinnelsen vedrører også et produksjonsrør omfattende en ventil.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ventil for et produksjonsrør i forbindelse med utvinning av olje og gass, innrettet til automatisk avstengning av væskestrøm inn i produksjonsrøret i tilfelle gassgjennombrudd, hvori ventilen omfatter et ventilsete med minst en sentral innstrømningskanal og en eller flere utstrømnings-kanaler fra ventilen. Oppfinnelsen vedrører også et produksjonsrør omfattende en ventil.

Når et oljeselskap har komplettert en brønn med flere grener, ønsker man å få ut oljen før man skal produsere gassen. Det er ofte tynne oljesoner som ligger oppå et vannspeil og under et gasslag. Både gassgjennombrudd (fra oversiden) og vanngjennombrudd (fra undersiden) er uønsket fordi man først ønsker å få ut mest mulig olje og deretter produsere gassen. Til nå har gassgjennombrudd vært ensbetydende med at denne da fortrenger oljen og den grenen i en multilateral brønn der en får gassgjennombrudd blir typisk stengt av (dette kan gjøres ved grenstyringsventiler) Dette betyr typisk at man taper oljen i hele denne grenen (med unntak av noe olje som kan følge gassen når denne produseres).

En kompletteringsstreng består av mange produksjonsrør, hver på 12 meters lengde, som er skrudd sammen. På produksjonsrørene er det satt på sandfiltre for å hindre at sand kommer inn i oljen/produksjonen. På ulike steder er det satt på ekspansjonspakninger som tetter mot selve formasjonen. Hensikten er å dele borestrengen opp i seksjoner slik at man kan oppfatte hver seksjon som et eget produksjonsmiljø, dvs. hindre at multifluid væske og gass skal kunne trenge fra en seksjon til en annen uten at dette skjer gjennom produksjonsrøret.

Ved å kunne opprettholde produksjon fra enhver del av produksjonsstrengen som ikke er blitt gjenstand for gassgjennombrudd i perioden inntil alle deler av produksjonsstrengen eventuelt blir utsatt for slikt gjennombrudd, er beregnet å tilføre rundt 100 % mer olje fra hver brønn.

Foreliggende ventil skal kun stenge av akkurat der det blir gassgjennombrudd (det enkelte 12 meters produksjonsrør) slik at man kan produsere i resten av strengen og i alle fall i hele den seksjonen som eventuelt blir gjenstand for gassgjennombrudd dersom gassen vandrer på utsiden av strengen. Avstengningen skal i utgangs-punktet skje automatisk, dvs. at ventilen ikke skal kontrolleres fra overflaten. Teknologi kan bygges inn for at den skal kunne fortelle til overflaten at den har blitt stengt på grunn av gassgjennombrudd.

Dagens teknologi innenfor dette området består av sandskjerm, ICD (Inflow Control Device) og et drepefilter (kill filter). Oljen kommer inn i produksjonsrøret via drepefilteret. ICD er en slags støtdemper som fordeler trykket langs produksjonsrøret slik at man skal kunne utjevne produksjonen langs hele strengen og dermed unngå at man produserer tomt ett sted mens trykket er veldig høyt et annet sted langs produksjonsrøret. En slik dempning eller fordeling av trykket er også heldig for å ikke ødelegge sandskjermene og vil også motvirke at selve formasjonen raser inn over produksjonsrøret. Hvis ønskelig kan man beholde ICD som sikring, men foreliggende ventil vil ha en mye bedre ICD-karakteristikk (fordelingsevne), idet den er en mye kraftigere støtdemper/trykkutjevner enn dagens ICD.

Andre løsninger har problemer med dyser som kan tettes eller korrodere, løsninger som skaper hindringer inni produksjonsrøret og løsninger som skaper utette gjennomføringer som samtidig gjør at multifluid væske ikke kan kontrolleres og dermed at hele hensikten med en ventil blir undergravd.

Foreliggende ventil bruker ventil bruker Bernoulli-prinsippet for høyhastighets-strømning over en flate/hindring (skive). Bernoulli-prinsippet brukes i en rekke sammenhenger og viser at en plate/skive blir dratt mot et sete på grunn av det undertrykket som oppstår. Ettersom det ikke vil oppstå fullstendig tetning, vil det lekke ut litt trykk til baksiden av skiven slik at noe gass kommer forbi og ny tiltrekningskraft oppstår slik at tetning gjenoppstår. Dette innebærer at løsningen vil være dynamisk og reagere på konsistensen i den væske og/eller gass som strømmer forbi. Jo mindre viskositet, jo større og mer umiddelbar tetning vil oppstå. Undersøkelser har vist at så og si all gass stoppes ved en ventil som følger Bernoulli-prinsippet. I tillegg har en slik ventil en positiv effekt på vannavstengning slik at produsert vann reduseres samtidig.

Det som kjennetegner foreliggende ventil er at ventilen er ganske flat i sin utførelse slik at den kan plasseres utenpå produksjonsrøret og dermed viderefører en teknologi som leder oljen langs produksjonsrøret før den tillates å slippe inn i det gjennom langsgående spalter - det såkalte killfilter.

En autonom ventil i følge oppfinnelsen vil være dynamisk og opprettholder dermed en gitt karakteristikk for multi-væskestrømning uten å kreve kontroll fra overflaten. Enhver ventil som utsettes for gass, vil umiddelbart stenge i henhold til satt karakteristikk. Gassen må dermed ta en annen vei, eller den er under kontroll. Normalt vil den trenge videre til en annen ventil innen samme sonedelte seksjon slik at denne også stenger. Bruk av soneisolering (ekspanderende pakninger) vil forhindre at gassen strømmer utenfor seksjonen slik at man kan produsere olje fra alle de ventiler som kun er utsatt for olje og/eller vann.

Karakteristikken mot vann er slik at denne også hindres mer enn olje. Man kan sette karakteristikken slik at den tillater mer vann dersom det er ønskelig med vannløft for å bringe oljen til overflaten uten kunstig løft.

Nå all olje har blitt produsert, kan den enkelte rørlengde (joint) åpnes opp slik at gassen kan produseres når dette er ønsket. Denne åpningen skjer ved å åpne en ventil i kammeret foran ventilen som slipper oljen direkte inn i basepipe.

Ventilen i følge oppfinnelsen skaper ikke hindringer inne i produksjonsrøret slik at ringromstrømning går uhindret og intervensjoner kan gjennomføres.

Som eksempler på kjent teknikk skal blant annet følgende dokumenter trekkes frem: WO 2007/027617 A2, US 7,185,706 B2, NO305.376 B1, WO 97/38248 A1, WO 2006/015277 A1, NO 306.127 B1, WO 00/63530 A1 og US 6,786,285 B2.

Det er følgelig et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en autonom ventil som skal stenge av ved gassgjennombrudd i et produksjonsrør.

Overvente formål oppnås med en ventil som angitt i karakteristikken i det selvstendige krav 1, ved at ventilen er utformet med krumning som samsvarer med produksjonsrørets ytre diameter og er plassert utvendig på produksjonsrøret, og at det i væskestrømmens strømningsbane i ventilen er anordnet en rektangulær avstengningsskive med tilsvarende krumning, for å frembringe høyhastig hets-strømning over avstengningsskivens overflate mot ventilsetet, hvorved avstengningsskiven er innrettet til å stenge mot nevnte ventilsete avhengig av det differensialtrykk som oppstår grunnet strømningsmediets viskositet.

Alternative utførelser er kjennetegnet ved de uselvstendige kravene 2-6. Avstengningsskiven kan være anordnet i et rektangulært rom i ventilen, og den minst ene sentrale innstrømningskanalen kan være en åpen utsparing som strekker seg i minst halvparten av rommets lengde. Videre kan den sentrale innstrømningskanalen sin åpne utsparing i bunn være utformet med sidevegger i form av en åpen firkantform, hvorpå sideveggene deretter løper ut i en traktform, og utløpskanalene kan være utformet med en firkantform og er frembrakt på hver side av den sentrale innløps-kanalen.

Ventilen omfatter fortrinnsvis en nedre bukformet ventildel med innoverragende toppfalser, hvor avstengningsskiven rommes i nevnte bukform, og en øvre ventildel med nevnte sete og innstrømningskanal, for plassering over den åpne bukformen, hvorved utstrømningskanalene frembringes mellom de øvre og nedre ventildeler. Ventilen kan være anordnet i et separat ventilhus, eller produksjonsrøret kan utgjøre bunn og en bøssing kan utgjøre topp i ventilhuset.

Ventilen er fortrinnsvis en dynamisk ventil innrettet til å opprettholde en gitt karakteristikk for multi-væskestrømning, uavhengig av ekstern overflatekontroll.

Overnevnte formål oppnås også med et produksjonsrør for utvinning av olje og gass, som angitt i det selvstendige krav 7, omfattende minst en omliggende sandskjerm og en tilstøtende, omliggende innstrømningsanordning innrettet til å kontrollere og å lede fluidstrøm inn i produksjonsrøret, hvori innstrømningsanordningen omfatter et antall kammer, hvor det løper strømningskanaler mellom kamrene, idet et forkammer er innrettet for mottak av strømningsfluid fra sandskjermen, et mellomliggende ventilkammer er innrettet for mottak av strømningsfluid fra forkammeret og til automatisk avstengning av gass videre inn i produksjonsrøret i tilfelle gassgjennombrudd, hvor ventilkammeret omfatter et antall ventiler som angitt ovenfor, og et etterkammer som er innrettet å motta strømningsfluid fra ventilkammeret og til å styre og lede fluidstrøm inn i produksjonsrøret.

Alternative utførelser er kjennetegnet ved de uselvstendige kravene 8-13. Ventilkammeret kan omfatte et antall støtteringer som er festet til produksjonsrøret, hvor et antall av nevnte ventiler er anordnet med innbyrdes avstand på produksjonsrørets ytterside mellom nevnte støtteringer og festet inne i en omliggende bøssing. Nevnte støtteringer kan bestå av to hele ringer som er festet på produksjonsrøret og som er helt tett, innrettet til å lede strømning av væske og å holde på plass ventilene, idet ventilene er montert mellom ringene.

Strømningen kommer foretrukket inn gjennom åpninger i første støttering og strømmer deretter gjennom åpninger i andre støttering, til etterkammeret.

Forkammeret kan videre omfatte en syreplugg innrettet til å åpne for gassproduksjon etter at all olje er produsert, og/eller en enveis-ventil innrettet til å åpne for dreping mot formasjonen. Etterkammeret kan videre være innrettet til å lede væsken inn i produksjonsrøret gjennom et drepefilter.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av de vedlagte figurer, hvori:

Figur 1 viser en prinsippskisse av en kompletteringsstreng.

Figur 2 viser et produksjonsrør i følge oppfinnelsen.

Figur 3 viser en innstrømningsanordning i følge oppfinnelsen.

Figur 4 viser et antall ventiler anordnet rundt et produksjonsrør, i følge oppfinnelsen.

Figur 5 viser et snitt av en ventil i følge oppfinnelsen.

Figur 6 viser et strømningsprinsipp i en ventil i følge oppfinnelsen.

Figur 7a og 7b viser et snitt av øvre og nedre ventildeler til en ventil i følge oppfinnelsen, sett henholdsvis fra venstre side og forfra. Figur 1 viser en kompletteringsstreng i en formasjon for produksjon av olje,

bestående av produksjonsrør 12 som er skrudd sammen. På produksjons-rørene 12 er det satt på sandfiltre 14 for å hindre at sand kommer inn i oljen. På ulike steder er det satt på ekspansjonspakninger 15 som deler borestrengen opp i seksjoner slik at hver seksjon er som et eget produksjonsmiljø, dvs. at gassen ikke skal kunne trenge fra en seksjon til en annen uten at dette skjer gjennom produksjonsrøret.

I figur 2 er det vist et produksjonsrør 12 med en innstrømningsanordning 10 i følge oppfinnelsen. Tilstøtende innstrømningsanordningen 10 er et sandfilter 14 plassert om produksjonsrøret. Innstrømningsanordningen 10 kan omfatte ICD og gass-avstengningsventil, drepefilter eller åpninger, syreplugg 50 samt en enveisventil 52 for å åpne for dreping form formasjonen.

Innstrømningsanordningen 10 kan fremstilles med tre kamre 20, 22, 24. Hvert av kamrene er skilt ved helt tette seksjoner slik at multivæske strømning i utgangs-punktet kun kan strømme gjennom strømningskanalene i anordningen 10. Strømningsretning er fra forkammer 20 til ventilkammer 22 og til etterkammer 24. Væsken kommer inn i forkammer 20 fra undersiden av sandskjermen 14 og strømmer inn i ringrommet mellom sandskjermen 14 og produksjonsrøret 12. Deretter går det gjennom åpninger i en første støttering 19 og inn i selve ventilen 30. Deretter går strømningen fortrinnsvis ut på sidene i noen små mellomkamre 26a, 26b og så gjennom åpninger i andre støttering til etterkammeret 24.1 etterkammeret 24 skal væsken kun ledes inn i produksjonsrøret 12, for eksempel gjennom drepefilteret. Om ønskelig kan en standard kanal-ICD monteres i forkant.

I forkammeret 20 kan plasseres en syreplugg 50 som tillater å åpne for gassproduksjon etter at all olje er produsert. En syrepille kan åpne denne ved at man kjører intervensjon i produksjonsrøret. Hvis ikke syreplugg kan benyttes pga. restriksjoner i grenkryss eller grenstyring, kan benyttes en enveisventil 52 som er tilgjengelig i markedet. Alternativt kan det designes en ny plugg som hekter seg av etter et gitt overtrykk fra innsiden av produksjonsrøret. Ingen av de kjente løsninger som er introdusert, har løst dette problemet. Flere har også dårlige løsninger til drepefilter. Det er nødvendig å kunne drepe brønnen mot både innsiden av produksjonsstrengen og mot formasjonen. Foreliggende ventil vil tillate begge deler. Ventilen tillater nemlig at væske kan strømme begge veier og skulle i teorien gjøre en enveisventil overflødig.

Væsken kommer inn i forkammeret fra undersiden av sandskjermen og strømmer inn i ringrommet mellom sandskjerm og produksjonsrøret. Deretter går det gjennom første støttering og inn i selve ventilen.

Støtteringen/rammen består av eksempelvis to hele ringer 19 som festes på produksjonsrøret 12 og som er helt tett (fortrinnsvis sveist på røret). Disse skal lede strømning av væske og holde på plass ventilene. Ringene kan foretrukket lages i samme materiale som produksjonsrøret (13% krom).

Ventilene 30 monteres inne i rammen (mellom ringene 19) og her kan en plassere så mange ventiler som ønskelig (normalt mellom 1 og 4). Hvis en velger kun 1 eller 2, vil kanskje orientering av røret bli et tema, så det anbefales 3 eller flere. Topp og bunn i kamrene utgjøres dermed av en bøssing 18 (som skrus på) og selve base pipe. Ringene kan gjøres så smale eller brede som ønskes for å oppnå styrke og tetning. På ringene bør det lages gasstette gjenger (som går i inngrep med bøssingen) for å unngå å måtte bruke polymerer. Ettersom ringene fortrinnsvis sveises på, må røret varmebehandles etterpå og derfor søkes polymerer unngått. Strømningen kommer inn gjennom første støttering og går gjennom ventilen 30 og ut i andre og siste støttering. Strømningen går ut på sidene i noen små mellomkamre og så gjennom hull i andre støttering til etterkammeret 24.

I etterkammeret 24 skal væsken kun ledes inn i produksjonsrøret 12, eventuelt gjennom drepefilteret. Inn i produksjonsrøret 12 kan væsken også strømme gjennom hull dersom en ikke ønsker drepefilter.

I figur 5 er det vist en ventil 30 for et produksjonsrør 12, som automatisk kan avstenge væskestrøm inn i produksjonsrøret 12 i tilfelle gassgjennombrudd. Som det fremgår omfatter ventilen 30 omfatter et ventilsete 32 med minst en sentral innstrømningskanal 34 og en eller flere utstrømningskanaler 36, 38 fra ventilen 30. I væskestrømmens strømningsbane i ventilen 30 er det anordnet en rektangulær, hovedsakelig flat avstengningsskive 40, fortrinnsvis med krumning som samsvarer med produksjonsrørets 12 ytre diameter for å frembringe høyhastighetsstrømning over avstengningsskivens overflate 40a mot ventilsetet 32. Skiven kan eventuelt utformes plan, dvs. at den ikke er utformet til å følge produksjonsrøret ytre diameter. Avstengningsskiven 40 vil derved stenge mot ventilsetet 32 avhengig av det differensialtrykk som oppstår grunnet strømningsmediets viskositet, med bakgrunn i Bernoulli-prinsippet som medfører at skiven 40 blir dratt mot setet 32 på grunn av det undertrykket som oppstår.

Avstengningsskiven 32 er anordnet i et hovedsakelig rektangulært rom 42 i ventilen 30, hvor rommet 42 er utformet noe større enn skiven 40. Den sentrale innstrøm-ningskanalen 34 er i det viste eksemplet en åpen utsparing som strekker seg i mesteparten (minst halvparten) av rommets lengde. I bunn er den åpne utsparingen utformet med sidevegger i form av en åpen firkantform 34a, og sideveggene løper ut i en traktform 34b. Videre er fortrinnsvis ventilens utløpskanaler 36, 38 utformet med en firkantform og er frembrakt på hver side av den sentrale innløpskanalen 34.

Ventilen 30 omfatter en nedre bukformet ventildel 44 med innoverragende toppfalser 46, 48, slik at avstengningsskiven 40 rommes i bukformen. Ventilen 30 omfatter videre en øvre ventildel 50 med ventilsetet 32, med innstrømningskanalen 34, for plassering over den åpne bukformen. Utstrømningskanalene 36, 38 frembringes dermed mellom de øvre og nedre ventildeler 44, 50. Ventilen 30 kan være anordnet i et separat ventilhus 28, eller at produksjonsrøret 12 utgjør bunn og bøssingen 18 utgjør topp i ventilhuset.

Claims (13)

1. Ventil (30) for et produksjonsrør (12) i forbindelse med utvinning av olje og gass, innrettet til automatisk avstengning av væskestrøm inn i produksjonsrøret (12) i tilfelle gassgjennombrudd, hvori ventilen (30) omfatter et ventilsete (32) med minst en sentral innstrømningskanal (34) og en eller flere utstrømningskanaler (36, 38) fra ventilen (30), karakterisert ved at ventilen (30) er utformet med krumning som samsvarer med produksjonsrørets (12) ytre diameter og er plassert utvendig på produksjonsrøret, og at det i væskestrømmens strømningsbane i ventilen (30) er anordnet en rektangulær avstengningsskive (40) med tilsvarende krumning, for å frembringe høyhastighetsstrømning over avstengningsskivens overflate (40a) mot ventilsetet (32), hvorved avstengnings-skiven (40) er innrettet til å stenge mot nevnte ventilsete (32) avhengig av det differensialtrykk som oppstår grunnet strømningsmediets viskositet.

2. Ventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved at avstengnings-skiven (40) er anordnet i et rektangulært rom (42) i ventilen (30), og at den minst ene sentrale innstrømningskanalen (34) er en åpen utsparing som strekker seg i minst halvparten av rommets lengde.

3. Ventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at den sentrale innstrømningskanalen (34) sin åpne utsparing i bunn er utformet med sidevegger i form av en åpen firkantform (34a), hvorpå sideveggene deretter løper ut i en traktform (34b), og at utløpskanalene (36, 38) er utformet med en firkantform og er frembrakt på hver side av den sentrale innløpskanalen.

4. Ventil i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at ventilen (30) omfatter en nedre bukformet ventildel (44) med innoverragende toppfalser (46, 48), hvor avstengningsskiven (40) rommes i nevnte bukform, og en øvre ventildel (50) med nevnte sete (32) og innstrømningskanal (34), for plassering over den åpne bukformen, hvorved utstrømningskanalene (36, 38) frembringes mellom de øvre og nedre ventildeler (44, 50).

5. Ventil i samsvar med krav 4, karakterisert ved at ventilen (30) er anordnet i et separat ventilhus (28), eller at produksjonsrøret (12) utgjør bunn og en bøssing (18) utgjør topp i ventilhuset.

6. Ventil i samsvar med krav 2-5, karakterisert ved at ventilen (30) er en dynamisk ventil innrettet til å opprettholde en gitt karakteristikk for multi-væskestrømning, uavhengig av ekstern overflatekontroll.

7. Produksjonsrør (12) for utvinning av olje og gass, omfattende minst en omliggende sandskjerm (14) og minst en tilstøtende, omliggende innstrømnings-anordning (10) innrettet til å kontrollere og å lede fluidstrøm inn i produksjonsrøret, karakterisert ved at innstrømningsanordningen (10) omfatter et antall kammer (20, 22, 24), hvor det løper strømningskanaler (20a, 22a, 22b) mellom kamrene, idet et forkammer (20) er innrettet for mottak av strømningsfluid fra sandskjermen (14), et mellomliggende ventilkammer (22) er innrettet for mottak av strømningsfluid fra forkammeret (20) og til automatisk avstengning av gass videre inn i produksjonsrøret (12) i tilfelle gassgjennombrudd, hvor ventilkammeret (22) omfatter et antall ventiler (30) som angitt i ett eller flere av kravene 1-6, og et etterkammer (24) som er innrettet å motta strømningsfluid fra ventilkammeret (22) og til å styre og lede fluidstrøm inn i produksjonsrøret (12).

8. Produksjonsrør i samsvar med krav 7, karakterisert ved at ventilkammeret (22) omfatter et antall støtteringer (19) som er festet til produksjons-røret, hvor et antall av nevnte ventiler (30) er anordnet med innbyrdes avstand på produksjonsrørets (12) ytterside mellom nevnte støtteringer (19) og festet inne i en omliggende bøssing (18).

9. Produksjonsrør i samsvar med krav 8, karakterisert ved at nevnte støtteringer (19) består av to hele ringer som er festet på produksjonsrøret og som er helt tett, innrettet til å lede strømning av væske og å holde på plass ventilene (30), idet ventilene (30) er montert mellom ringene

10. Produksjonsrør i samsvar med krav 9, karakterisert ved at strømningen kommer inn gjennom åpninger i første støttering og deretter gjennom åpninger i andre støttering til etterkammeret (24).

11. Produksjonsrør i samsvar med krav 7, karakterisert ved at forkammeret omfatter en syreplugg (50) innrettet til å åpne for gassproduksjon etter at all olje er produsert.

12. Produksjonsrør i samsvar med krav 7, karakterisert ved at forkammeret omfatter en enveis-ventil (52) innrettet til å åpne for dreping mot formasjonen.

13 Produksjonsrør i samsvar med krav 7, karakterisert ved at etterkammeret er innrettet til å lede væsken inn i produksjonsrøret gjennom et drepefilter.