NO326291B1

NO326291B1 - Multi-syklus tommeventil

Info

Publication number: NO326291B1
Application number: NO20034688A
Authority: NO
Inventors: Stephen D Hill; Marc C Oettli; Rogert Bucher; L Michael Mckee; Michael Gay
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2008-11-03
Also published as: CA2447380C; NO20034688D0; NO20034688L; GB0324472D0; CA2447380A1; US20040084190A1; US7090020B2; GB2394735A; GB2394735B

Description

[0001]

[0002] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en fremgangsmåte som involverer et dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy for anvendelse i brønn-boringer for stimulering eller frakturering av pakningsisolerte ringromsintervaller, og mer spesielt dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy som omfatter ventiler som aktiveres for å bevirke tømming inn i brønnen nedenfor dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet av fluider fra en rørstreng for transport og injeksjon, fra dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og fra det ringromsintervallet som blir behandlet. Mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse ventiler som aktiveres av strømning og styres ved indeksering for å oppnå en valgt ventil-posisjon for å besørge behandling av intervaller og for å besørge tømming av behandlingsfluid fra en rørstreng, fra dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og fra ringromsintervallene ved fullførelse av behandling av brønnintervaller og for å hindre strømningsresponderende ventilbevegelse under visse forhold.

[0003] Etter at en brønn er boret, blir forskjellige kompletteringsoperasjoner ut-ført for å muliggjøre produksjon av brønnfluider. Eksempler på slike kompletteringsoperasjoner omfatter installering av foringsrør, produksjonsrør og forskjellige pakninger for å avgrense brønnsoner. En perforeringsstreng blir også ført inn i brønnboringen og avfyrt for å skape perforeringer i det omgivende foringsrøret og for å perforere innover i den omkringliggende formasjonen.

[0004] For ytterligere å øke produktiviteten til en formasjon, kan det bli utført frakturering. Fraktureringsfluid blir typisk pumpet inn i brønnboringen for å sprekke opp formasjonen slik at fluidstrømningsevnen til formasjonen bedres og tilveiebringe økt strømning av fluid inn i brønnboringen. Økning av brønn-produksjonen oppnås også ved kjemisk behandling, så som syrebehandling, ved anvendelse av tilsvarende dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy for brønnbehandling.

[0005] En typisk fraktureringsstreng omfatter en enhet som føres av rør, så som kveilerør eller skjøtet rør, idet enheten omfatter et dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy som har tetningselementer for å avgrense et avtettet ring-romsintervall mellom enheten og brønnforingsrøret inn i hvilket det kan bli pumpet fraktureringsfluider. Brønnforingsrøret i det avpakkede eller isolerte ringromsintervallet blir perforert for kommunikasjon med den omkringliggende formasjonen. Fraktureringsfluidet blir pumpet ned rørledningen og gjennom én eller flere porter i dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet inn i det avpakkede ringromsintervallet.

[0006] Etter at fraktureringsoperasjonen er fullført, rengjøres brønnboringen og kveilerøret ved pumping av fluider ned et ringromsområde mellom kveilerøret og foringsrøret. Fluidene i ringrommet driver etterlatenskaper (omfattende prop-pemidler fra frakturering) og slemning som befinner seg i området ved den frak-turerte formasjonen og i kveilerøret tilbake ut til brønnoverflaten. Denne opp-rensningsoperasjonen er tidkrevende og kostbar med tanke på det nødvendige arbeidet og den tiden en brønnboring er ute av drift. Dersom en ikke trenger å kvitte seg med slemning, unngår en tilbakestrømning til overflaten og således den kompliserte behandlingen av denne. Viktigere er det at, ved pumping ned ringrommet mellom kveilerøret og brønnboringen, sonene ovenfor den behandlede sonen kan bli skadet av denne utrensningsoperasjonen. Videre kan lavtrykkssoner ovenfor den isolerte sonen absorbere store mengder fluider. Slike tap kan kreve opprettholdelse av store volumer av ekstra fluid ved overflaten kun for opprensningsformål. Det er således behov for forbedrede fremgangsmåter og apparater for å rense opp etter at en fraktureringsoperasjon er fullført.

[0007] Tidligere konstruksjoner av brønnbehandlingsverktøy omfattet et brønn-behandlings- og slemningfjerningsverktøy som bare kunne åpnes eller lukkes; og ikke hadde noen mellomposisjoner mellom den åpne og den lukkede posisjonen. Dette verktøyet anvendte et trykkfall over en åpning for å laste en kompresjonsfjær for å lukke ventilen. Når den er lukket, holder et trykkdifferensial mellom rørtrykket og ringrommet i brønnboringen nedenfor den behandlede sonen ventilen lukket. Reduksjon av denne trykkforskjellen over ventilen mulig-gjør åpning av verktøyet. Dette begrenser imidlertid i vesentlig grad anvendbar-heten og anvendelsesområdet for dette verktøyet under krevende brønnforhold. For eksempel, for å anvende denne anordningen i brønner med lave bunnhullstrykk, blir det anvendt en stor fjær. Det kreves imidlertid en høy strømnings-mengde for å lukke verktøyet med denne store fjæren. Dette har vist seg å være et problem av mange årsaker. Denne konstruksjonen tillater heller ikke anvendelse i brønner med bunnhullstrykk som er lavere enn et visst nivå eller fraktureringsgradienter som er lavere enn et visst nivå. [0007.2] GB 2.369.632 A vedrører en fremgangsmåte for å styre nedihulls drift av flersyklus tømmeventilmekanismer for dobbelpaknings-soneisoleringsvertøy ("straddle packer tools"). EP 589.687 B1 vedrører en oppblåsbar tetning for kveilerørsapplikasjoner omfattende en indekseringsmekanisme. US 6.378.612 B1 vedrører et trykkaktivert nedihullsverktøy, så som et om-føringsverktøy, omfattende en tilsvarende indekseringsmekanisme. [0007.3] Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte som ikke eller i mindre grad er beheftet med ovennevnte ulemper. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er særpreget ved de trekk som er angitt i den karakteriserende delen av vedføyde krav 1. Ytterligere fordelaktige trekk og ut-førelsestrinn er angitt i de uselvstendige krav.

[0008] Det er et hovedtrekk ved foreliggende oppfinnelse at den tilveiebringer et nytt dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy som omfatter med mellomrom til— veiebragte pakningselementer for avpakking i et brønnfdringsrør og således isolering av et typisk perforert foringsrørintervall og omfatter en tømmeventil-mekanisme som lukkes i respons til fluidstrømning med en valgt mengde for å muliggjøre behandling av ringromsintervallet og åpnes til sin normale posisjon for utførsel av fluid fra rørledninger for injeksjon av fluid og føring av verktøy, fra dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og fra ringromsintervallet, ned i brønnen nedenfor dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet.

[0009] Det er et annet særtrekk ved foreliggende oppfinnelse at den tilveiebringer et nytt dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy som omfatter strømnings-responderende J-slisse indekseringsmekanismer som muliggjør strømnings-responderende setting av posisjonstyringsmekanismen for dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet i et antall forskjellige arbeidsposisjoner, omfattende en helt åpen posisjon og en lukket posisjon.

[0010] Generelt, i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, omfatter et verktøy for anvendelse i en brønnboring en strømningskanal gjennom hvilken det kan strømme fluid og en ventilenhet som er innrettet for å bli aktivert mellom en åpen og en lukket posisjon i respons til fluidstrømning som overstiger en forbestemt strømningsmengde.

[0011] Kort beskrevet tilveiebringes i henhold til prinsippene ifølge foreliggende oppfinnelse et indekserende strømningsaktivert, differensialtrykk-betjent rørført verktøy for å gjennomføre en ønsket brønnbehandling, så som formasjonsfrakturering, stimulering, kjemisk behandling, injeksjon av proppemiddel-slemning, etc, og for å fjerne behandlingsfluid fra rørledningen, verktøyet og det isolerte ringromsområdet etter at brønnsbehandlingsaktivitet er fullført. Verktøyet blir ført inne i en brønnboring, omfattende meget avvikende eller horisontale brønnboringer, på en rørstreng som omfatter kveilerør eller konvensjonelt skjøtet rør. En tømmeventil og et ventilindekseringsverktøy er forbundet med ned-i-hulls brønnbehandling-dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og anvendes enten for å fjerne det underskylte volumet av slemning som er igjen i kveilerøret etter utplassering av proppemiddelet i en perforert sone eller for å fjerne hele volumet av slemning som er igjen i kveilerøret etter siling/sortering (screen-out). Anordningen kan typisk anvendes i brønner som ikke tillater til— bakesirkulering, men kan også anvendes i brønner som er i stand til å støtte en full fluidsøyle.

[0012] Siden verktøyet er strømningsaktivert, er ikke bevegelse av kveilerøret nødvendig for å skifte anordningen mellom dens arbeidsposisjoner. Aktiver-ingen av verktøyet, strømningsmengden for lukking og trykkdifferensialet for åpning kan reguleres ved valg av åpningsstørrelse, diameteren til lukketetningen og lengden av inngrepet til lukketetningen.

[0013] Anordningen er festet nedenfor anordningen for levering av abrasiv slemning. Mekanismen styres fra overflaten ved hjelp av hydraulisk strømnings-mengde og differensialtrykk. Verktøyet kan tilbakesettes av en kilde i hvilken det er lagret energi, så som en fjær, som er i stand til å returnere verktøyet til en utgangsposisjon. Den første mekanismen er kalt en J-slisse. J-slisse mekanismen er festet til en stamme. J-slisse mekanismen hindrer den primære ventilen (del av stammen) i å lukke i én posisjon og tillater den primære ventilen å lukke i en andre posisjon. Den andre mekanismen er et låsende kraftstempel som er koplet til en høykraft-energilagringsanordning.

[0014] Det indekseringsstyrte tømmeventil-verktøyet muliggjør skylling av underfortrengt slemning fra kveilerøret, uten tilbakesirkulering, nedenfor det nedre elementet. Skylling gjennom kveilerøret er foretrukket fremfor tilbakesirkulering fordi det hindrer dannelse av vannlåser av skyllefluid ved lavenergi-soner ovenfor den øvre pakningen og forebygger eventuelle påfølgende skader i lavenergisonene. I tillegg kan utskylling av et lite volum av underskylt slemning nedenfor verktøyet normalt gjennomføres på betydelig kortere tid enn det tar å tilbakesirkulere hele volumet i overføringsrøret til overflaten. Den flerposisjons, strømningsaktiverte tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset av lave fraktureringsgradienter og er således i stand til trinninn-retting (eng. staging), dvs. operasjon over et perforert intervall, og kan anvendes over hele lengden eller dybden til en brønnboring uten noen krav til endring av komponenter for forskjellige dyp. Tømmeventil-verktøyet kan anvendes ved forskjellige ned-i-hulls forhold, så som dype soner med høye differensialtrykk for åpning og grunne soner med lave differensialtrykk for åpning uten endringer av komponenter. Tømmeventil-verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter et funksjonskonsept som muliggjør lukking av ventilen mot kraften fra en svak fjær og anvendelse av kraften fra en høykraft-fjær for å åpne ventilen. I tillegg anvender foreliggende oppfinnelse en J-slisse type indekseringsmekanisme for å utføre valg av forskjellige driftsposisjoner for verktøyet.

[0015] Dette indekseringsstyrte tømmeventil-verktøyet anvender et indekse-ringssystem som tillater verktøyet å skifte mellom en åpen og en lukket tilstand avhengig av posisjonen til indekseringsmekanismen og trykkdifferensialet over verktøyet.

[0016] For at måten med hvilken de ovenfor angitte trekk, fordeler og mål ved foreliggende oppfinnelse er oppnådd skal bli forstått i detalj, er det gitt en mer spesifikk beskrivelse av oppfinnelsen, som kort oppsummert ovenfor, med henvisning til de foretrukne utførelsesformene av denne som er illustrert i de vedlagte figurene, hvilke figurer er innlemmet som en del av beskrivelsen.

[0017] Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte figurene kun illustrerer en typisk utførelsesform av oppfinnelsen og derfor ikke skal betraktes som begrensende for dens ramme, idet oppfinnelsen kan realiseres i andre like effektive utførelsesformer.

[0018] Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en brønn som omfatter et brønn-foringsrør med perforeringer for kommunikasjon med en undergrunns sone, og viser et områdepakning-brønnvedlikeholdsverktøy i arbeidsposisjon deri, omfattende en tømmeventil i henhold til prinsippene ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0019] Figurene 2-6 er forenklede skjematiske illustrasjoner i tverrsnitt, og viser de forskjellige arbeidsposisjonene til den strømningsresponderende, indekseringsstyrte tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0020] Figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2 er seksjonssnitt i lengderetningen som henholdsvis viser øvre og nedre deler av den strømningsresponderende, indekseringsstyrte tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse, og illustrerer de innbyrdes posisjonene til komponentene av tømmeventilmekan-ismen i den åpne tilstanden til tømmeventilmekanismen; [0021 ] Figurene 8A-1, 8A-2, 8B-1 og 8B-2 til 11A-1,11A-2,11B-1 og 11B-2 er seksjonssnitt i lengderetningen av øvre og nedre deler av den strømnings-responderende indekseringsstyrte tømmeventilmekanismen vist i figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2, og viser den strømningsresponderende, indekseringsstyrte tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse i forskjellige andre arbeidsposisjoner;

[0022] Figur 12A er en isometrisk illustrasjon av en andel av indekseringsmekanismen til det strømningsresponderende, indekseringsstyrte tømmeventil-verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, og viser "utgangsposisjonen" for dennes arbeidssekvens;

[0023] Figur 12B er en isometrisk illustrasjon tilsvarende den i figur 12A, og viser J-slisse indekseringsmekanismen i dens arbeidsposisjon eller -sekvens 2, som hindrer strømningsresponderende lukking av ventilmekanismen;

[0024] Figur 12C er en isometrisk illustrasjon tilsvarende den i figurene 12A og 12B, og viser den åpne posisjonen til ventilmekanismen når J-slisse indekseringsmekanismen befinner seg i arbeidsposisjon 2;

[0025] Figur 13 er en isometrisk illustrasjon av en andel av indekseringsmekanismen for det strømningsresponderende, indekseringsstyrte tømmeventil-verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, og viser J-slisse indekseringsmekanismen i posisjon 3 av sin arbeidssekvens, med J-slisse indekseringsmekanismen øverst i sitt bevegelsesslag og klar til å lukke;

[0026] Figur 14A er en isometrisk illustrasjon som viser en andel av indekseringsmekanismen i "posisjon 4", og illustrerer en indekseringsknast-passasje gjennom J-hylsen som tillater ventilmekanismen å lukke;

[0027] Figur 14B er et tverrsnitt i lengderetningen som videre illustrerer den lukkede posisjon til ventilen i "posisjon 4" av den indekserte styresekvensen;

[0028] Figur 15 er en isometrisk illustrasjon som viser detaljer av sagetann-gjengen i låsekragen av indekseringsmekanismen;

[0029] Figur 16 er en isometrisk illustrasjon av en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, og viser låsekragen av indekseringsmekanismen fungerende som en utragende krage;

[0030] Figur 17 er en isometrisk illustrasjon av en alternativ utførelsesform, viser låsekragen av indekseringsmekanismen fungerende som en buefjær-hylse;

[0031] Figur 18A er et seksjonssnitt i lengderetningen av en andel av tømme-ventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse, og viser en avlastningsventil for overtrykk i dets normale arbeidsposisjon; og

[0032] Figur 18B er et seksjonssnitt i lengderetningen tilsvarende det i figur 18A, og viser overtrykk-avlastningsventilsetet i dets trykkavlastende posisjon etter overtrykk-forårsaket skjæring av dets skjærboltholder.

[0033] I den følgende beskrivelsen er en rekke detaljer beskrevet for å gi en for-ståelse av foreliggende oppfinnelse. Det vil imidlertid forstås av fagmannen at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene, og at en rekke varianter eller modifikasjoner av de beskrevne utførelsesformene kan være mulige. For eksempel, selv om det refereres til en fraktureringsstreng i de beskrevne utførelsesformene, kan andre typer rørførte ned-i-hulls brønnverktøy anvendes i andre utførelsesformer.

[0034] Som anvendt her, blir betegnelsene "opp" og "ned"; "oppover" og nedover"; "oppstrøms" og "nedstrøms"; og andre tilsvarende betegnelser som angir relative posisjoner ovenfor eller nedenfor et gitt punkt eller element anvendt i denne beskrivelsen for klarere å beskrive enkelte utførelsesformer av oppfinnelsen. Når de anvendes om utstyr og fremgangsmåter for anvendelse i brønner som er skrå eller horisontale, kan imidlertid slike betegnelser referere til en venstre-mot-høyre, høyre-mot-venstre eller en annen relasjon etter hva som passer. Betegnelsene "rørledning" eller "kveilerør" er ment å identifisere en hvilken som helst type rørstreng, så som kveilerør eller konvensjonelt skjøtet rør som forløper fra overflaten og anvendes for å føre brønnbehandlingsverktøyet i brønnen og for å forsyne brønnbehandlingsverktøyet med fluid under trykk for en ønsket brønnbehandlingoperasjon. Betegnelsene "frakturering" eller "brønn-behandling" er ment å identifisere et utvalg av brønnbehandlingsoperasjoner, så som formasjonsfrakturering, sprekkpropping, syrebehandling og tilsvarende som blir utført under anvendelse av et ned-i-hulls dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy som omfatter med mellomrom tilveiebragte pakninger for isolering av et foringsrørintervall og for utførelse av brønnbehandlingsaktiviteter i det isolerte foringsrørintervallet.

[0035] Nå med henvisning til figurene, og først til figur 1, er en verktøystreng i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse anbragt i en brønn-boring 10. Brønnboringen 10 er kledd med foringsrør 12 og forløper gjennom en undergrunnsformasjon 18, for eksempel en formasjon fra hvilken det blir pro-dusert petroleumsprodukter. Foringsrøret 12 er perforert ved 19, for eksempel ved detonering av ladninger av perforeringseksplosiver for å danne perforeringer 20 som går gjennom foringsrøret og inn i den omgivende formasjonen. For å utføre en fraktureringsoperasjon, blir et dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy 22 støttet på en rørledning 14 (f.eks. en kontinuerlig rør-ledning så som kveilerør eller skjøtet rør) ført inn i brønnboringen 10 til et dyp ved den perforerte formasjonen 18. Dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet 22 omfatter øvre og nedre tetningselementer (f.eks. pakninger) 28 og 30. Når de er satt, definerer tetningselementene 28 og 30 en avpakket ringromssone eller et foringsrørintervall 32 som omgir huset av dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet 22. Tetningselementene 28 og 30 er tilveiebragt på en portet rørdel 27 som omfatter én eller flere "ut"-porter 24A gjennom hvilke det strømmer fluid for å muliggjøre kommunikasjon av frakturerings- eller andre brønnbehandlingsfluider som pumpes ned kveilerøret 14 til den avpakkede ringromssonen eller foringsrørintervallet 32 og "inn"-porter 24B gjennom hvilke behandlingsfluid fra foringsrørintervallet 32 strømmer inn i verktøyet for tøm-ming gjennom tømmeventilen 26.

[0036] I noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, er en tømmeventil 26 tilveiebragt nedenfor den portede rørdelen 27. Under frakturering eller en annen brønnbehandlingsoperasjon er tømmeventilen 26 i den lukkede posisjonen, slik at fluid som pumpes ned kveilerøret 14 strømmer ut gjennom den ene eller de flere portene 24A i den portede rørdelen 27 og inn i det avpakkede ringromsområdet 32 og fra det avpakkede ringromsområdet strømmer gjennom foringsrørperforeringene inn i den omgivende formasjonen 18. Etter at frakturering eller en annen brønnbehandlingsoperasjon er fullført, blir tømme-ventilen 26 åpnet for å tømme eller drenere ut slemning og etterlatenskaper som er igjen i det avpakkede ringromsområdet 32 og som er til stede i kveile-røret 14. Rent fluid blir pumpet ned kveilerøret 14 og fortrenger slemningen ut porten 24A, ned ringrommet 32, inn gjennom portene 24B og ut gjennom tøm-meventilen 26 til foringsrøret nedenfor tømmeventilen. Tømmeventil-mekanismen er innrettet for å tømme fluid inn i et område av brønnboringen 10 nedenfor verktøystrengen. Ved anvendelse av tømmeventilen 26 i kombinasjon med fluidtilførselen i rørstrengen, kan den nåværende praksisen med å pumpe forholdsvis store mengder fluid ned ringrommet 13 mellom kveilerøret 14 og foringsrøret 12 for opprensning av behandlingsfluid unngås. Den forholdsvis hurtige tømmemekanismen tilveiebringer hurtigere og mer effektive opp-rensningsoperasjoner, hvilket resulterer i minimerte kostnader og økt produktivi-tet i brønnen.

[0037] Videre, ifølge enkelte utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, er tømmeventilen 26 assosiert med en indekserings-type ventilaktiveringsmekanisme som styres av fluidstrømning fra kveilerøret 14 til dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet 22. Ved strømning av fraktureringsfluid forblir tømme-ventilen 26 i den lukkede posisjonen for å hindre kommunikasjon av fraktureringsfluid inn i brønnboringen 10 og for å sikre at fluidtrykket i forings-rørintervallet forblir optimalt for den aktuelle typen behandling. Før strømningen av fraktureringsfluid begynner (for eksempel under innkjøring) og etter at en fraktureringsoperasjon er fullført og strømningen av fraktureringsfluid har opp-hørt, blir imidlertid tømmeventilen 26 åpnet.

[0038] Ved anvendelse av en ventilaktiveringsmekanisme som styres av fluid-strømning heller enn mekanisk manipulering fra brønnens overflate, oppnås en mer hensiktsmessig ventilaktiveringsmekanisme. En ytterligere fordel er at ventilbetjeningen effektivt setter automatisert i den forstand at tømmeventilen automatisk lukkes når fluidstrømning som overstiger en forbestemt mengde blir pumpet og tømmeventilen ellers er åpen.

[0039] Figurene 2-6 viser forenklede skjematiske illustrasjoner av de forskjellige arbeidsposisjonene til den strømningsresponderende, indekserte tømme-ventilmekanismen fra posisjon 1, utgangsposisjonen, med ventilen åpen, til posisjon 5. En må huske på at for enkelhets skyld og for å lette forståelsen av tømmeventilmekanismens arbeidssekvenser eller -posisjoner, J-slisse typen indekseringsmekanisme av tømmeventil-verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse ikke er vist i figurene 2-6. J-slisse typen indekseringsmekanisme er vist i detalj i figurene 7A og 7B til 11A og 11B, og er vist i isometriske og tversnitt-type illustrasjoner i figurene 12 - 14B. Låsekragen av indekseringsmekanismen er vist skjematisk i figurene 2-6, og er vist i detalj i figurene 15 - 17. En overtrykk-utluftingsmekanisme for å sikre åpning av tømmeventilen ved overtrykk inne i verktøyet er vist i figurene 18 og 18A.

[0040] Igjen med henvisning til figurene 2 - 6, er en strømningsresponderende, indekseringsstyrt tømmeventilmekanisme vist generelt ved 26, og omfatter et rørformig ventillegeme 40 som har en øvre endeandel 42 som på en hvilken som helst passende måte er innrettet for montering til et områdepakning-brønnbehandlingsverktøy, av hvilket en andel er vist ved 44. Inne i det rørformige ventillegemet 40 er en rørformig ventilaktiveringsstamme 46 støttet for strømningsresponderende rettlinjet bevegelse, og er tilveiebragt med en øvre endeflens 48 som opprettholder et styrende, men ikke forseglende inngrep med den innvendige sylindriske overflaten 50 i det rørformige ventillegemet 40 og sentrerer den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 inne i det rørformige ventillegemet 40 og således definerer et ringrom 52 mellom den rør-formige stammen og det rørformige ventillegemet. Den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 definerer også en sentral strømningskanal 54 som på en fluidkommuniserende måte krysser én eller flere tversgående passasjer 56 fra hvilke fluid strømmer ut til et internt kammer 58 av ventilmekanismen. Den nedre enden av den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 er tilveiebragt med et ventilelement 60 som har én eller flere tetninger 62 for forsegling mot et ventilsete 64 når ventilelementet beveges til sin lukkede posisjon. Når ventilelementet 60 befinner seg i sin åpne posisjon (posisjon 1), som vist i figur 2, føres fluid under trykk i strømningskanalen 54 inn i det interne kammeret 58 fra den tversgående kanalen 56. Det innvendige kammeret 58 står i kommunikasjon med brønnringromstrykket når ventilelementet befinner seg i sin åpne posisjon.

[0041] Den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 omfatter minst én

strupelement 66 inne i den sentrale strømningskanalen 54 som tilveiebringer en åpning 67 med et tverrsnittsareal (A1) gjennom hvilket fluid må passere når det strømmer fra rørstrengen og dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet gjennom tømmeventilmekanismen 26 og inn i brønnforingsrøret nedenfor tømmeventilen.

[0042] Når det strømmer fluid gjennom den sentrale passasjen 54 gjennom tømmeventilmekanismen, utvikles det et trykkfall over åpningen 67, slik at det skapes et differensialtrykk (Pjnnside - Pringrom) som virker over arealdifferansen (A3-A1) og arealdifferansen (A2-A3).

[0043] Inne i det rørformige ventillegemet 40 er det tilveiebragt et frigjøringsmuffe-element 68 som er innrettet for krage-frigjørende inngrep med et låsekrageelement 70 som er festet til et kraftstempelelement 72 og således kan beveges inne i ringrommet 52 i kraftstempelelementet. Kraftstempelelementet 72 har en ringformet konstruksjon og er tilveiebragt med stempeltetninger 74 og 76 som henholdsvis danner inngrep med den innvendige periferiflaten 50 i ventillegemet og den utvendige periferiflaten 75 av den rørformige stammen 46 og definerer respektive ringromstrykk-responderende stempelflater (A2) og (A3).

[0044] Inne i ringrommet 52, nedenfor kraftstempelet 72, omfatter et dobbelt energilagringssystem, vist generelt ved 77, en første energilagringsanordning 78 som er innrettet inne i ringrommet og etablerer kraftove rf ørende relasjon med kraftstempelelementet 72. Den første energilagringsanordningen 78 er fortrinnsvis i form av en fjærpakke som omfatter flere høykraft tallerkenfjær-elementer 80. En andre energilagringsanordning 82 er tilveiebragt inne i ringrommet 52 nedenfor den første energilagringsanordningen 78, og er adskilt fra den første energilagringsanordningen av et ringformet, kraftoverførende avstandsstykke eller et følgerelement 84. Fortrinnsvis er den andre energilagringsanordningen 82 tilveiebragt i form av en spiralfjær, men den kan hensiktsmessig være i form av en hvilken som helst blant flere mulige energi-lagringsanordninger som er nevnt her. Den nedre enden av spiralfjæren 82 er støttet av en ringformet støtteskulder 81 av et ringformet førings- og støtte-element 83 av ventilhuset 40. Et ringformet tetningselement 85 opprettholder forsegling mot en sylindrisk utvendig overflate 87 av den rørformige ventilaktiveringsstammen 46, og opprettholder således en forseglet relasjon mellom den rørformige stammen og ventillegemet ved relativ bevegelse av den rør-formige stammen inne i ventillegemet. Det sirkulære tverrsnittsarealet (A4) til den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 ved den ringformede tetningselementet 85 representerer en trykkresponderende flate som eksponeres for trykket i brønnringrommet. Et annet sirkulært tverrsnittsareal (A5) defineres av den sirkulære, innvendige ventilseteflaten 64.

[0045] Energilagringsanordningene som for tiden anvendes i tømmeventil-verktøyet og som er vist i figurene er fjærer, men de vil hensiktsmessig kunne være i form av gass- eller nitrogenkammere, litium-batterier, energipulser sendt fra overflaten, etc. I tillegg til det doble energilagringssystemet 77, kan det også tilveiebringes tidsforsinkelseskammere i systemet for å minimere størrelsen til energilagringsanordningen eller for å øke stabiliteten til systemet ved å gjøre at anordningen krever mer tid for aktivering til forbestemte posisjoner. Tidsfor-sinkelseskamrene kan omfatte åpninger, viskositetseffekt-munnstykker (visco-jets), en tetningsenhet på et stempel som sleider fra en trang boring til en åpen eller vid boring, etc.

[0046] Det styrende og ikke-forseglende inngrepet til den øvre endeflensen 48 på den rørformige stammen med den innvendige sylindriske overflaten 50 i ventilhuset 40 muliggjør tilstedeværelse i ringrommet 52 av fluidtrykk fra ovenfor begrenserelementet 66, hvilket fluidtrykk virker mot den trykkresponderende arealdifferansen (A2-A3) på det ringformede, muffe-liknende kraftstempelet 72. Trykkdifferensialet som virker mot arealdifferansen (A3-A1) danner en kraft som beveger stammen nedover og overfører også kraften gjennom en sperreskulder 73 til kraftstempelet 72. Differensialtrykket virker også mot kraftstempelet (A2-A3), og forårsaker en kraft som blir overført av kraftstempelet til høykraft-tallerkenfjærene 78-80. Tallerkenfjærene overfører lasten fra kraftstempelet til den svakere kompresjonsfjæren 82. Det skal bemerkes at når lavkraft-spiralfjæren blir komprimert av den kraftigere tallerkenfjær-pakken, tallerkenfjærene kun undergår minimal kraftresponderende bøyning, om noen.

[0047] Figur 3 er en skjematisk illustrasjon som viser posisjon 2 i tømme-ventilens arbeidssekvens, der pumpetrykk som virker over åpningen 67 etablerer et differensialtrykk som beveger kraftstempelet 72 og låsekrageelementet 70 nedover. Denne nedadgående bevegelsen av kraftstempelet 72 gjør at kraft fra kraftstempelet som virker gjennom den første høykraftenergi-lagringsanordningen 78 forårsaker full komprimering av den lavere-kraft, andre energilagringsanordningen 82. Komprimeringen av den andre energilagringsanordningen 82, som har en lavere lastkapasitet, begrenses av inngrepet til det ringformede avstandsstykket eller følgeren 84 med en ringformet fjærstopper 86 som defineres av den øvre enden av en rørformig stoppermuffe 88.

[0048] Posisjon 3 arbeidssekvensen til den strømningsresponderende, indekserte tømmeventilmekanismen er illustrert i den skjematiske illustrasjonen i figur 4. Straks verktøyet er bragt til posisjon 2, vist i figur 3, reduseres strøm-ningen av fluid. Dette reduserer det strømningsskapte differensialtrykket som virker mot den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 og kraftstempelet 72. Mens trykket fortsetter å avta, skyver lavkraft-spiralfjæren 82 kraftstempelet 72 oppover, som presser den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 oppover (som følge av sin løsbare forbindelse med en interfererende sperregjenge på en kragemekanisme, som er beskrevet mer detaljert nedenfor i forbindelse med figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2 til 11A-1,11A-2,11B-1 og 11B-2). Når den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 befinner seg nær toppen av sin bevegelseslengde, frigjør frigjøringsmuffen 68 låsekragen 70, og avlaster således den strømningsskapte, fjærmotvirkende kraften som virker på den rørformige ventilaktiveringsstammen 46. Spiralfjæren 82 returnerer da kraftstempelet 72 til dets maksimale utslag (posisjon 3) som vist i figur 4. Sperreskulderen 155 mellom kraftstempelet og den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 sikrer at den rørformige ventilaktiveringsstammen også blir returnert til sitt maksimale utslag av fjærkraft som virker på kraftstempelelementet.

[0049] På dette tidspunktet i sin arbeidssyklus er tømmeventil-verktøyet klart til å lukke. Mens fluid blir pumpet gjennom åpningen 67 (arealet Ai), virker det genererte differensialtrykket på de to arealdifferansene (A3-A1 og A2-A3). Kun en forholdsvis lav strømningsmengde gjennom åpningen er nødvendig for å skape en differensialtrykk-kraft på den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 som er tilstrekkelig til å komprimere lavkraft-energilagringsanordningen 82 (i dette tilfellet en spiralfjær). Den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 og kraftstempelet 72 vil da bli beveget nedover sammen omtrent 10 cm av den re-sulterende kraften. En J-muffe komponent av en indekseringsmekanisme, ikke vist i figurene 2-6, men vist ved 120 i figur 8B-1, vil ha rotert på en J-stamme eller indekseringskomponent 119, hvilket gjør at en indekseringsknast 114 på stammen kan passere gjennom en innvendig knast-bevegelsesslisse 134 i J-muffen 120 og forårsaker at tømmeventilmekanismen lukkes (figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2 til 11A-1,11A-2,11B-1 og 11B-2) når den ringformede tetningselementet 262 entrer den innvendige sylindriske seteflaten 260. Med tømmeventilen lukket og foringsrørintervallet isolert, kan frakturering eller en annen brønnbehandlingsoperasjon bli utført og behandlingstrykket kan varieres opp og ned mens tømmeventilen forblir lukket så lenge det opprettholdes et minste differensialtrykk. Straks tømmeventilen er lukket, blokkeres strømningen gjennom åpningen 67 i en strømningsbegrenser 66, og differensialtrykket forårsaket av strømning gjennom åpningen 67 forsvinner. Det eksisterer imidlertid fortsatt et trykkdifferensial mellom Pjnnside og Pringrom- Trykket Pmnside er nå summen av det hydrostatiske trykket forårsaket av søylen av fluid i kveilerøret pluss eventuelt anvendt trykk ved overflaten fra en pumpe. Tømmeventilmekanismen vil forbli i den lukkede posisjonen så lenge det minste trykkdifferensialet som virker på summen av arealdifferansene (A3, A2-A3 og A4-A5) pluss friksjonen er større enn den kraften som er lagret i den første og den andre energilagringsanordningen.

[0050] Både låsekragen 70 og kraftstempelet 72 (referert til her som det låsende kraftstempelet) og den indekserende J-slisse mekanismen 119-120 er innrettet i ringrommet 52 mellom den rørformige ventilaktiveringsstammen 46 og verktøy-huset langs lengden til den rørformige ventilaktiveringsstammen. En svak kompresjonsfjær som utgjør den andre energilagringsanordningen 82 tilveiebringer den minimale kraften som er nødvendig for å aktivere eller skifte indekseringsmekanismen. Tallerkenfjærer (Belleville Washers) som har en høyere lastkapasitet sammenliknet med den svake kompresjonsfjæren, blir anvendt for å tilveiebringe kraft for returbevegelse av det låsende kraftstempelet.

[0051] Tidligere tømmeventil-type verktøy for fjerning av slemning omfattet et system med én fjær som kun hadde to arbeidsposisjoner, enten åpen eller lukket. Tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse kan i tillegg settes i en mellomposisjon. Denne mellomposisjonen øker funksjonaliteten til verktøyet ved å hindre utilsiktet lukking enten som følge av det frittfallende fluidet gjennom kveilerøret eller under skylling av verktøyet. Videre, ettersom verktøyet kan forbli åpent i mellomposisjonen ved strømningsmengder som overstiger den foreskrevne lukkegrensen, kan strømningsmengden økes, hvilket muliggjør en grundig utskylling av dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og kveilerøret.

[0052] Indekseringsmekanismen kan være konstruert for å tilveiebringe en hvilken som helst kombinasjon av åpen/lukket-sykluser. I sin enkleste form har indekseringsmekanismen to posisjoner, én åpen og én lukket. En tredje posisjon kan også anvendes, som vil kunne være enten en åpen eller en lukket syklus. Ytterligere posisjoner kan være tilveiebragt, med hver posisjon som en valgmulighet.

[0053] I tidligere tømmeventil-verktøy er åpne- og lukkemekanismen bundet til samme energikilde. Dersom en fjær med høy kraft er nødvendig for åpning av tømmeventilen i brønner med lave reservoar trykk, må således samme høykraftsfjær lukkes med høy strømningsmengde. Dette er farlig, ettersom lukking ved høy strømningsmengde kan generere et høyt maksimaltrykk som vil kunne ødelegge verktøyets tetningselementer så vel som skade andre verktøy-komponenter. Tømmeventil-verktøyet ifølge oppfinnelsen anvender to fjærer med forskjellig størrelse for å oppnå samme resultat. Denne forskjellen gjør at brukeren kan anvende en lav strømningsmengde for å lukke verktøyet og fortsatt generere en høy frigjøringskraft for å åpne tømmeventilmekanismen mot store hydrostatiske trykk. Dette muliggjør effektiv operasjon av tømmeventil-verktøyet i brønner med lavere bunnhullstrykk.

[0054] I figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2 til 11A-1,11A-2,11B-1 og 11B-2, som er mer detaljerte illustrasjoner av særtrekkene vist i figurene 2-6, viser de langsgående seksjonssnittene multi-syklus tømmeventilmekanismen ifølge foreliggende oppfinnelse generelt ved 90 og illustrerer de forskjellige arbeids-sekvensene for denne, og viser videre den doble J-slisse indekseringsmekanismen som for oversiktens skyld ikke ble vist i de forrige figurene. Når det gjelder figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2, illustrerer figurene 7A-1, 7A-2 den øvre andelen av tømmeventilmekanismen 90 og figurene 7B-1 og 7B-2 viser den nedre delen av tømmeventilmekanismen. En "inn"-komponent er vist ved 92 i figur 7A-1, og er en nedre komponent av et områdepakning-brønnbehandlingsverktøy som definerer en rekke "inn"-porter 94 gjennom hvilke brønnbehandlingsfluid blir kommunisert fra et pakningsisolert, perforert forings-rørintervall til en strømningskanal 96 i "inn"-komponenten, slik at fluid, typisk en slemning som er til stede i rørstrengen og i ringrommet i dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet, kan tømmes ned i brønnforingsrøret nedenfor dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet ved å åpne ventilen i tømmeventil-mekanismen. Et pluggelement 89 blokkerer den sentrale strømningskanalen i "inn"-komponenten ovenfor "inn"-portene 94, og tvinger således strømningen av fluid som kommer inn i verktøyet fra ringromsintervallet til å strømme ut via tømmeventilmekanismen. Den nedre andelen av "inn"-komponenten 92, som vist i figur 7A-2, definerer en pakningsstøtteflate 91 som gir støtte for motsatt vendte skålpakningsenheter 99 og 100 som hindrer oppadgående eller nedadgående strømning i foringsrør-ringrommet ved den nedre enden av dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet. Tetningselementene er sikret av et holderelement 97 som er innrettet ved en filterhuskomponent 98 som er skrudd med gjenger til "inn"-komponenten av dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og tjener også som en komponent av indekseringsmekanismen for tømme-ventilen. Et tømmeventil-hus, vist generelt ved 101 i figur 7B-1, forløper nedover fra filterhuskomponenten 98 og tilveiebringer en beskyttende, trykk-inneholdende eller isolerende innelukking for tømmeventilen og styre-mekanismen for den strømningsresponderende tømmeventilen og omfatter flere koplede hus-komponenter som er beskrevet i detalj nedenfor. Et rørformig konnektorelement 102 er festet med gjenger og forseglet til "inn"-komponenten 92 og er forseglet inne i det nedre pakningshuset 98 og holder et rørelement 104 i hovedsakelig sentrert, distansert relasjon med den rørformige konnektorelementet 102. Det nedre pakningshuset 98 har en rørformig konstruksjon og definerer et innvendig kammer 115. En lang, rørformig ventilaktiveringsstamme, vist generelt ved 105, omfatter flere innbyrdes forbundne rørformige deler eller komponenter og er rettlinjet bevegelig inne i et ventilhus i respons til strømning for å oppnå selektive posisjoner for aktivering av tømmeventilen. Et slisset muffeelement 106 av den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 omfatter flere fluidkommunikasjonsslisser 108 som kommuniserer fluid fra den rør-formige elementet 104 til det interne kammeret 115 og er innrettet mellom den rørformige konnektorelementet 102 og rørelementet 104. Slissene 108 har en bredde som er mindre enn den typiske dimensjonen til et sandkorn og fungerer som et filter for å utestenge alt bortsett fra meget finkornet partikkelmateriale fra fluidet som passerer gjennom slissene og kommer inn i kammeret 115. Den slissede muffeelementet 106 er tilveiebragt med en teleskopisk ende som er innrettet i teleskopisk relasjon med rørelementet 104 og omfatter et ringformet etterlatenskap-fjerner eller avstrykerelement 110 som opprettholder avstrykende eller avtørkende inngrep med rørelementet 104 under rettlinjet bevegelse av den slissede muffeelementet 106 bevirket av den rørformige ventilaktiveringsstammen 105. Den slissede muffeelementet 106 er festet med gjenger til en rørformig indekseringskomponent 119 som også er en del av den rørformige ventilaktiveringsstammen 105. Filterhuskomponenten 98 definerer flere porter 109 som er omgitt av et filter 113 gjennom hvilket omløpsfluid strømmer fra ringrommet nedenfor dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet når fluid fortrenges under posisjonerende bevegelse av verktøyet inne i brønn-foringsrøret. Fluidet fra filteret kommer inn i et ringrom 111 og strømmer ut via portene 109 til et ringrom 93 i filterenheten. Ringrommet 93 står i kommunikasjon med en omløpskanal 95 for å omlede ringromsfluid fra nedenfor områdepakningen, gjennom filterelementet 113, deretter gjennom ringrommet 93 og omløpskanalen 95 og passasjeveieri områdepakningen til ringrommet ovenfor områdepakningen. Et rørformig holderelement 117 er festet med gjenger til filterhuskomponenten 98 og tjener til å holde det nedre filterelementet 113 i sammenstilling med filterhuskomponenten. Filterhuskomponenten 98 og en kragestyringshus-komponent 136 definerer sammen det interne kammeret 115.

[0055] Som vist i figurene 7A-2 og 7B-1, er den rørformige indekseringskomponenten 119 bevegelig i det interne kammeret 115 og er tilveiebragt med en indekseringsknast 114 som er festet til den rørformige indekseringskomponenten 119 med en festebolt 116. Når den rørformige indekseringskomponenten 119 blir beveget rettlinjet, beveges indekseringsknasten 114 inne i det ringformede kammeret 115 og bringes i kontakt med andre strukturer som definerer grensene for oppadgående og nedadgående bevegelse av den rør-formige ventilaktiveringsstammen 105 og således ventilelementet som er festet til denne. Samtidig beveges den slissede muffeelementet 106 rettlinjet i teleskopisk relasjon med rørelementet 104, og den ringformede avstryker- eller tørkeelementet 110 opprettholder sitt avstrykende inngrep med den utvendige sylindriske overflaten til rørelementet, som vist i de forskjellige figurene.

[0056] Filterhuskomponenten 98 definerer en ringformet indekseringsbeholder 160 inne i hvilken en indekseringsmuffe 120 mottas på en roterbar måte og inne i hvilken indekseringsmuffen 120 er fastholdt mot all unntatt minimal rettlinjet bevegelse. Den rørformige indekseringskomponenten 119 definerer en indekseringsslisse 118 i form av en J-slisse, og indekseringsmuffen 120 er innrettet inne i den ringformede indekseringsbeholderen 160 for roterende bevegelse i forhold til den rørformige indekseringskomponenten i området ved J-slissen (Se også figurene 12A, 12B, 12C og 13). Den ringformede indekseringsbeholderen 160 defineres delvis av en ringformet låseskulder 158 som hindrer oppadgående rettlinjet bevegelse av indekseringsmuffen 120 og tillater roterende bevegelse av denne. Nedadgående rettlinjet bevegelse av indekseringsmuffen 120 hindres av en ringformet posisjoneringsflens 156 av et ringformet element 154, som vil bli forklart mer i detalj nedenfor. En slisse-følgerbolt 122 er skrudd inn i den rørformige indekseringsmuffen 120 og omfatter et slisseføigerelement 124 som forløper inn i den indekserende J-slissen 118 av den rørformige indekseringskomponenten 119 og, ved å følge J-slissen, styrer rotasjonsposisjonen til indekseringsmuffen 120 i forhold til indekseringskomponenten 119 i alle tømmeventilmekanismens arbeidsposisjoner. Indekseringsmuffen 120 definerer utvendige flenser 126 og 128 som er slisset som vist ved 130 og 132, som kan sees av figurene 12A, 12B, 12C og 13, for å muliggjøre overføring av fluidtrykk via en strømningsvei utenfor den roterbare indekseringsmuffen 120 og utvendig forden rørformige ventilaktiveringsstammen 105.

[0057] Indekseringsmuffen 120 definerer også en intern knast-bevegelsesslisse 134 dimensjonert for å motta indekseringsknasten 114, som kan sees av figur 9B-1, gitt at indekseringsmuffen 120 er rotert slik at den interne knast-bevegelsesslissen er orientert i flukt med indekseringsknasten 114 og således tillater nedadgående bevegelse av indekseringsknasten 114 gjennom den interne knast-bevegelsesslissen 134 og muliggjør nedadgående bevegelse av den rørformige indekseringskomponenten 119 sammen med andre tilkoplede komponenter av den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 til dens ventil-lukkende posisjon. Den øvre enden av indekseringsmuffen 120 definerer en ringformet stoppeskulder 135 som engasjeres av indekseringsknasten 114 når den interne knast-bevegelsesslissen 134 ikke er rotert for mottak av indekseringsknasten, og tilveiebringer således en stopper som begrenser den nedadgående bevegelsen av indekseringsknasten, den rørformige indekseringskomponenten 119 og således den rørformige ventilaktiveringsstammen 105. Dette særtrekket hindrer strømningsforårsaket lukking av tøm-meventilmekanismen også under forhold der differensialtrykket som virker på den strømningsresponderende ventilaktiveringsmekanismen ellers er tilstrekkelig til å bevirke strømningsresponderende ventillukking. Dette særtrekket hindrer også utilsiktet lukking av tømmeventilen som følge av hastigheten til og trykket i fluid som dumpes fra rørstrengen og foringsrørets ringrom, spesielt når et stort volum av brønnbehandlingsfluid og skyllefluid blir dumpet.

[0058] Til det nedre pakningshuset 98 er det skrudd en rørformig kragestyringshus-komponent 136 som er forseglet til det nedre pakningshuset 98 av et ringformet tetningselement 138 og inneholder en låsekragemekanisme vist generelt ved 137. Den rørformige kragestyringshus-komponenten 136 definerer en rørformig kragestyringsutspringer 140 som har en intern kragestyringsflate 142. En stempel-og-fjærhus-komponent 144 av tømmeventilhuset 101 er skrudd til den rørformige kragestyringshus-komponenten 136 ved en gjenget tilknytning 146 og definerer en intern sylindrisk stempelflate 148 med hvilken det etableres forseglende inngrep av den ringformede stempeltetningen 150 av et kraftstempelelement 152. Kraftstempelelementet 152 er tilveiebragt med en innvendig stempeltetning 153 som opprettholder forsegling av kraftstempelelementet mot en utvendig sylindrisk tetningsflate 149 av et rør-formig element og således definerer den trykkresponderende flaten A3. Kontakten mellom den ringformede stempeltetningen 150 og den innvendige sylindriske stempelflaten 148 definerer den trykkresponderende flaten A2 som er identifisert i figur 2 og beskrevet ovenfor. Et internt stempeltetningselement 153 av kraftstempelelementet 152 definerer den trykkresponderende flaten A3 som er vist i figur 2.

[0059] Internt i den rørformige kragestyringshus-komponenten 136 er det skrudd et ringformet element 154 som omfatter en ringformet posisjoneringsflens 156 som kontaktes av den nedre enden av indekseringsmuffen 120 for å begrense indekseringsmuffen til roterende bevegelse og for å begrense den nedadgående rettlinjede bevegelsen av denne. Den ringformede posisjone-ringsflensen 156 samvirker med en motstående ringformet, innvendig skulder 158 i det nedre pakningshuset 98 for å definere et ringformet kammer 160 inne i hvilket indekseringsmuffen 120 kan rotere mens dens slissefølgerelement 124 beveges inne i den indekserende J-slissen 118.

[0060] Som vist i figur 9B-1, forløper en kragefrigjøringsmuffe 162 nedover fra den ringformede elementet 154 og definerer en konisk kragefrigjøringsende 164 som er posisjonert for frigjørende kontakt med motsvarende koniske skuldre 166 av en rekke langstrakte, fleksible kragefingre 168 som er integrert i en ringformet utvidelse 170 av kraftstempelet 152. Hver av de langstrakte kragefingrene definerer en mellomliggende, krage-fastholdende seksjon 172 som definerer innvendige sagetann-type gjenger 174 som er innrettet for låsende inngrep med utvendige sagetann-type gjenger 176 på et rørformig låsekrageelement 178. Den rørformige låsekrageelementet 178 er festet til den rør-formige indekseringskomponenten 119 ved en gjenget tilknytning 180. De øvre endene av hver av de langstrakte, fleksible kragefingrene 168 definerer hver en utspringer 182 for å styre løsgjøringen av det låste inngrepet med krage-frigjøringsmuffen 162. De øvre endene av hver av de langstrakte, fleksible kragefingrene 168 definerer også utvendige kragestyrende utspringere 188 som er innrettet for styrende inngrep med den innvendige kragestyringsflaten 142 i posisjonene 2 og 4 til tømmeventilmekanismen for å hindre frigjøring av kragefingrene fra sagetanngjengene på låsekrageelementet 178.

[0061] Et langstrakt rørelement 190 er ved sin øvre ende forbundet med låsekrageelementet 178 ved en gjenget tilknytning 192 og ved sin nedre ende forbundet med en rørformig ventilposisjoneringskomponent 194 ved en gjenget tilknytning 196. Minst ett og fortrinnsvis flere strømningsbegrensende elementer 198 er tilveiebragt inne i den langstrakte rørelementet 190 og holdes i en avstand fra hverandre av rørformige avstandselementer 200. De strømnings-begrensende elementene 198 definerer hver åpninger 202 gjennom hvilke fluid må strømme og over hvilke det skapes et trykkdifferensial ved strømning av fluid. Som følge av strømning gjennom åpningene virker det således en nedover rettet, strømningsskapt kraft på den langstrakte rørelementet 190 og kraftstempelet 152 som beveger dem nedover og med det muliggjør bevegelse av tømmeventilmekanismen fra posisjon 1 i figurene 7A-1, 7A-2, 7B-1 og 7B-2 mot posisjon 2 i figurene 8A-1, 8A-2, 8B-1 og 8B-2. Indekseringsknasten 114 bringes i kontakt med indekseringsmuffen 120 og hindrer videre bevegelse av den rørformige ventilaktiveringsstammen 105. Opprettholdelse av strømning gjennom åpningene vil forårsake låsing av sagetanngjengene over hverandre etter hvert som kraftstempelet fortsetter å bevege seg nedover i forhold til ventilaktiveringsstammen 105 til posisjon 2.1 posisjon 2 vil de utvendige krage-styringsutspringene 188 ha blitt beveget til inngrep med den interne kragestyringsflaten 142, og hindrer med det radiell utovergående bevegelse av endene av de langstrakte, fleksible kragefingrene 168. En må huske på at selv med endene til de langstrakte, fleksible kragefingrene 168 fastholdt på denne måten, fleksibiliteten til kragefingrene og sagetanngjengeseksjonenes posisjonering langs kragefingrenes lengde vil tillate relativ låsende bevegelse av sagetanngjengene på kragefingrene og den rørformige låsekrageelementet 172. En må også huske på at det enveis-låsende inngrepet mellom sagetanngjengene vil tillate bevegelse av den rørformige låsekrageelementet 172 nedover i forhold til den rørformige ventilaktiveringsstammen 105, men vil hindre innbyrdes bevegelse i den motsatte retningen dersom ikke sagetanngjengenes inngrep blir løsgjort med kraft.

[0062] Som kan sees av figur 9B-1, er en rørformig fjærføringsmuffe 204 tilveiebragt rundt den langstrakte rørelementet 190 og er festet inne i den nedre enden av kraftstempelet 152 ved en gjenget tilknytning 206 og er således innrettet i en avstand fra den innvendige overflaten av stempel-og-fjærhuset 144 og definerer således et ringformet fjærkammer 208. En første høykraft-energilagringsanordning vist generelt ved 210, bestående av flere tallerkenfjær-elementer 212 med høy kraft, er tilveiebragt inne i fjærkammeret 208 og er innrettet i kraftove rf ørende relasjon med den nedre enden av kraftstempelet 152. Den nedre enden av stabelen av høykraft-tallerkenfjærelementer 212 er innrettet i kraftoverførende inngrep med et ringformet avstandsstykke eller fjær-følgerelement 214. Et fjærposisjoneringselement 216 er innrettet i inngrep med det ringformede avstandsstykket eller fjærfølgerelementet 214 og besørger posisjonering av den øvre enden av en spiralfjær 218, som representerer en andre lavkraft-energilagringsanordning vist generelt ved 220. Som nevnt ovenfor kan energilagringsanordningene 210 og 220, selv om de er vist som fjærer her, være hvilke som helst av flere forskjellige anordninger som er identifisert her.

[0063] Det er ønskelig å begrense komprimeringen av lavkraft-spiralfjæren 218 for å minimere risikoen for skade på fjæren eller de andre komponentene av tømmeventilmekanismen. For å oppnå dette og samtidig beholde både høykraft- og lavkraft-fjæren inne i det ringformede fjærkammeret 208, er et fjærholderhus 222 festet til stempel-og-fjærhuset 144 ved en gjenget tilknytning 224. Fjærholderhus-komponenten 222 definerer en rørformig fjærstopper-utvidelse 226 som definerer en ringformet endeskulder 228 som er innrettet for stoppende inngrep ved fjærposisjoneringselementet 216, som vist i figurene 8B, 9B og 10B, når lavkraft-spiralfjæren 218 er maksimalt sammenpresset. Den nedre enden av spiralfjæren 218 er innrettet i fastholdt og posisjonert inngrep med en ringformet fjærseteflate 230 som definerer den nedre enden av det ringformede fjærkammeret 208. Portene 232 stiller det ringformede fjærkammeret 208 i kommunikasjon med brønnforingsrøret og muliggjør utveksling av fluid for å ta imot fluid som fordrives under bevegelse av de interne komponentene av tømmeventilmekanismen. Det kan være tilveiebragt filtre 234 i portene for å utestenge partikkelmateriale i fluidet inne i foringsrøret.

[0064] Ventilposisjoneringskomponenten 194 er forbundet med den nedre endeandelen av det langstrakte rørformige elementet 190 ved en gjenget tilknytning 196 og er forseglet med hensyn til fjærholderhuset 222 av en ringformet tetning 240. Et ventilelement, vist generelt ved 60 og vist skjematisk i figurene 2-6, omfatter en ventillegemekomponent 242 som er festet til ventilposisjoneringskomponenten 194 av gjengeforbindelsen 244 som nevnt ovenfor. Ventillegemekomponenten 242 definerer en utløpsport 246 som står i fluid-kommunikasjon med strømningskanalen 96 i dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og det strømningsresponderende tømmeventil-verktøyet. Utløpsporten 246 åpner sidelengs og nedover for å oppnå en glatt sideveis styring av det strømmende fluidet, typisk slemning ladet med abrasivt partikkelmateriale, fra strømningskanalen 96 og inn i ventilkammeret 248 på en måte som minimerer erosjonen av ventilens komponenter. Fluidet fra utløps-porten 246 styres sidelengs inn i et ventilkammer 248 som defineres av et sete-støttehus 250 som er festet til fjærholderhuset 222 ved en gjenget tilknytning 252. Et utskiftbart ventilseteelement 254 er festet til fjærholderhuset 222 ved en gjenget tilknytning 256 og definerer en utførselsport 258 fra hvilken dumpet fluid strømmer inn i brønnforingsrøret nedenfor dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet og tømmeventilmekanismen. Ventilseteelementet 254 definerer en innvendig sylindrisk seteflate 260 som engasjeres av et ringformet tetningselement 262 av ventilelementet 60. Ventilseteelementet 254 definerer også en innvendig, konisk ringformet seteflate 264 som engasjeres av en motsvarende konisk, ringformet overflate 266 av et tetningsholderelement 268. Som vist i figur 7B-2, samvirker tetningsholderelementet 268 og en tetnings-holder-pakningsskive 270 for å definere en ringformet tetningsfordypning inne i hvilken den ringformede tetningselementet 262 holdes. Tetningsholderelementet 268 omfatter en gjenget utspringer 272 som er skrudd inn i en sentral passasje i ventillegemekomponenten 242 og definerer en konisk ende 274 som hjelper den sideveis åpnende geometrien til utløpsporten 246 i å oppnå en jevnt endrende retning av fluidstrømningen fra strømningskanalen 96 inn i ventilkammeret 246. Denne jevne strømningsovergangen blir også hjulpet av en utvidelse av strømningskanalen 96 ved 276, som reduserer hastigheten til det strømmende fluidet like oppstrøms utløpsporten 246.

[0065] Figurene 18A og 18B viser en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, der tømmeventilmekanismen er tilveiebragt med et overtrykk-utluftingssystem for å åpne ventilen ved for høyt trykk. Tømmeventilmekanismen har i det vesentlige samme konstruksjon og funksjon som vist og beskrevet i forbindelse med figurene 7A og 7B til 11A og 11B. I henhold til den alternative utførelses-formen fastholdes et ventilseteelement 278 av tømmeventilmekanismen inne i en setestøttehus-komponent 280 av ett eller flere skjærbare elementer 282 som er skrudd inn i setestøttehuset 280 og omfatter skjærtapp-elementer 284 som forløper inn i skjærtapp-mottakere 286 i ventilseteelementet. Med ventilmekanismen i dens lukkede posisjon som vist i figur 18A, der ventilelementet er fullt anlagt i den ringformede seteflaten 260 og forseglet av den ringformede tetningselementet 262, virker trykk inne i ventilkammeret 248 mot ventilen og seteflaten som defineres av et ringformet tetningselement 288. Når trykket inne i ventilkammeret overstiger et forbestemt grensenivå, vil skjærtappene 284 svikte og vil frigjøre seteelementet 278 for trykkresponderende bevegelse til posisjonen vist i figur 18B. I denne løsgjorte stillingen vil de interne seteflåtene i seteelementet 278 være beveget ut av forseglende inngrep med tetningskom-ponentene i ventilelementet 268, og med det åpne tømmeventilmekanismen og frigjøre det trykkoppbygde fluidet for utførsel inn i brønnforingsrøret. Selv om skjærtappens ender vil falle ned i brønnforingsrøret ved utlufting av overtrykk, noe som er vanligvis ikke er et problem, vil seteelementet 278 bli holdt i sammenstilling med setestøttehuset 280 av en intern låseskulder 290 i setestøtte-huset 280, som er innrettet for fastholdende inngrep med en ringformet skulder 292.

Operasjon

[0066] Tømmeventil-verktøyet koples til et dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy og føres inn i brønnforingsrøret på en streng av kveilerør eller skjøtet rør til den sonen som skal behandles. Skyllefluid blir deretter pumpet gjennom verktøyet i en mengde som er tilstrekkelig til å generere et nødvendig trykkfall over en åpning (A0, en serie av åpninger som vist ved 202 eller gjennom strupingen som defineres av den innvendige diameteren til strøm-ningskanalen 112 i ventilaktiveringsstammen selv. Trykkfallet over åpningen skaper et differensialtrykk (Pmnside- Pringrom) som virker over arealdifferansen

(A3-Ai) som defineres av åpningen 202 og den innvendige tetningen 153 i kraftstempelet 152 og arealdifferansen (A2-A3) som defineres av tetningene 150 og 153 av kraftstempelet. Trykkdifferensialet som virker på arealdifferansen (A3-Ai) forårsaker en kraft som beveger ventilaktiveringsstammen 105 nedover og overfører også kraften (via en sperreskulder 155) til kraftstempelet 152. Trykkdifferensialet virker også på den trykkresponderende flaten (A2-A3) av kraftstempelet 152 og genererer en resultantkraft som blir overført til høykraft-energilagringsanordningen 210, som i dette tilfellet defineres av høykraft-tallerkenfjærene 212. Tallerkenfjærene 212 overfører strømningslasten fra den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 og kraftstempelet 152 til lavkraft-energilagringsanordningen 220 som er vist å omfatte en svakere spiral-type kompresjonsfjær 218. Stammen 105 og kraftstempelet 152 beveges nedover og komprimerer spiralfjæren 218 omtrent 5 cm, hvorved en indekseringsknast 114 på den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 er beveget til kontakt med en

ringformet stoppeskulder 135 av den indekserende J-muffen 120 som vist i figur 7B-1, hvilket hindrer ytterligere nedadgående bevegelse av stammen. På dette tidspunkt skal det bemerkes at den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 befinner seg i en mellomposisjon, som kan sees i figur 8B-2, hvor dets ventilelement 60 er åpen og ventilelementet hindres i å lukke som følge av posisjonen til indekseringsmuffen 120. Mens trykket øker, er den rørformige ventilaktiveringsstammen hindret i å bevege seg nedover til en posisjon som lukker ventilen. Ytterligere trykk som virker på kraftstempelet 152 fortsetter å komprimere spiralfjæren 218 omtrent 5 cm videre inntil fjærposisjoneringselementet 216 bringes i kontakt med en fjærstopper 228 av en rørformig fjær-stopperutvidelse 226 (figur 8B). Tallerkenfjærene 212 kan være lett kom-primerte under denne operasjonen, men betydelig differensialtrykk (som resulterer i en bøyningskraft) kan ikke bli dannet med ventilelementet 60 holdt i den åpne posisjonen. Med ventilen holdt åpen uansett strømningsmengde kan det oppnås en effektiv utskylling av brønnbehandlingsslemning.

[0067] Etter omtrent de første 5 cm av kraftstempelets bevegelse i forhold til verktøyhuset aktiveres en låsekragemekanisme, vist generelt ved 137. Låsemekanismen (figurene 7A-1 til 11A-2 og figurene 15-17) er en del av kraftstempelet 152 og anvender en modifisert sagetanngjenge, slik at når kraftstempelet 152 beveges nedover i forhold til den rørformige ventilaktiveringsstammen, de 30-graders sidene av sagetanngjengene på de langstrakte, fleksible kragefingrene og den rørformige låsekragen 178 låses over hverandre. Når kraftstempelet beveges oppover i forhold til den rørformige ventilaktiveringsstammen 105, danner de nær vertikale sidene av sagetanngjengene låsegrep og hindrer innbyrdes bevegelse av kraftstempelet og den rørformige ventilaktiveringsstammen.

[0068] En frigjøringsmuffe 162 er tilveiebragt i verktøyhuset (figur 7B-1), slik at når den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 befinner seg nær maks-punktet for sin bevegelse, den koniske frigjøringsenden 164 av frigjørings-muffen sleider under de fleksible fjærfingrene 168 av låsekragen og frigjør sagetanngjengene på de fleksible fjærfingrene fra sagetanngjengene 176 på den rørformige låsekrageelementet 178. Dette gjør at kraftstempelet 152 kan beveges oppover i forhold til stammen 105 av returkraften fra spiralfjærenergi-lagringsanordningen 218 (figur 7B-2) og således returnere kraftstempelet til dets utgangsposisjon. Et ytterligere særtrekk ved låsekragemekanismen 137 er at under de første 5 cm av bevegelse, kragefingrene fungerer som en cantilever-type krage, hvilket gjør det lett for frigjøringsmuffen 162 å løsgjøre sagetanngjenge-tennene i låsemekanismen (figur 7B-1). Etter omtrent 5 cm ytterligere nedadgående bevegelse av kraftstempelet 152 entrer de øvre endene av kragefingrene 168 en boring med redusert diameter som definerer en sylindrisk kragestyringsflate 142 inne i den rørformige kragestyrings-utspringeren 140 av verktøyhuset. Den sylindriske kragestyringsflaten 142 hindrer utovergående bevegelse av endene av de fleksible kragefingrene (figur 8B-1). Kragefingrene, fastholdt av den sylindriske kragestyringsflaten 142, fungerer nå som en buefjær-type krage som krever større kraft for å oppnå låsegrep mellom sagetanngjengene og således opprettholder gjengenes inngrep på en sikrere måte når kraftstempelet 152 blir beveget oppover og tvinger stammen 105 til bevegelse oppover og således beveger tømmeventilen 60 mot dens åpne tilstand. Selv om en spesifikk type låsende cantilever/buefjær-kragekonstruksjon er anvendt her og representerer den foretrukne utførelses-formen, må en være klar over at andre kragemekanismer og andre løsbare konnektormekanismer kan anvendes innenfor oppfinnelsens ramme og idé.

[0069] Når multi-syklus tømmeventil-verktøyet er skiftet til posisjon 2 (figurene 8B-1 og 8B-2), avtar strømningen gjennom tømmeventil-verktøyet. Dette reduserer differensialtrykket som virker på ventilaktiveringsstammen 105 og kraftstempelet 152. Etter hvert som trykket fortsetter å avta, skyver den svake spiralfjæren 218 av lavkraft-energilagringsanordningen 220 kraftstempelet 152 oppover, som skyver stammen 105 oppover (som følge av de interfererende sperregjengene). Når stammen 105 befinner seg nær sin maksimale bevegelseslengde, frigjør frigjøringsmuffen 162 sagetanngjengene på fjærfingrene fra sagetanngjengene på den rørformige krageelementet 178. Med kragefor-bindelsen frigjort returnerer da spiralfjæren 218 kraftstempelet 152 til toppen av dens bevegelseslengde, posisjon 3 (figur 7B-1). Sperreskulderen 155 mellom kraftstempelet 152 og stammen 105 sikrer at stammen også returneres til toppen av bevegelseslengden.

[0070] Det er viktig å merke seg at under fjærdrevet bevegelse av tømme-ventilen til posisjon 3, som vist i figur 7B-1, J-slisse geometrien 118 av indekseringskomponenten 119 forårsaker at indekseringsmuffen 120 roterer til den ventillukkende posisjonen, idet den orienterer den interne knast-bevegelsesslissen 134 i flukt eller oppstilling med indekseringsknasten 114. Med indekseringsmuffen i denne posisjonen muliggjør påfølgende nedoverrettet kraft på stammen 105, som oppnås ved strømning gjennom åpningen 202, bevegelse av indekseringsknasten gjennom den interne knast-bevegelsesslissen 134, slik at ventilelementet 60 beveges til sin lukkede posisjon med hensyn til ventilsetet.

[0071] Tømmeventil-verktøyet er nå klart til å lukke. Når det pumpes fluid gjennom åpningen 220 (A-i), virker det genererte trykkdifferensialet over de to areal-differansene (A3-A1 og A2-A3). En forholdsvis lav strømningsmengde er nok til å skape en kraft som er tilstrekkelig til å komprimere spiralfjæren av den svake energilagringsanordningen 220. Stammen 105 og kraftstempelet 152 beveges sammen nedover omtrent 10 cm. J-muffe typen indekseringselement 120 vil under denne bevegelsen ha rotert på indekseringskomponenten eller J-stammen 119 slik at indekseringsknasten 114 på stammen 105 kan passere gjennom den interne slissen 134 i den indekserende J-muffen 120, og tillater således den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 å bevege seg nedover til en posisjon som lukker tømmeventilen (figurene 9B-1 og 9B-2). Med den primære tømmeventilen 60 lukket, kan en fraktureringsjobb eller en hvilken som helst annen type brønnbehandling bli utført. Når tømmeventilen 60 er lukket, er strømningen gjennom åpningen 220 blokkert og trykkdifferensialet forårsaket av strømningen gjennom åpningen borte. Det eksisterer imidlertid fortsatt et trykkdifferensial mellom Pmnside og Pringrom- Pinnside er nå summen av det hydrostatiske trykket fra søylen av fluid i kveilerøret pluss eventuelt trykk anvendt ved overflaten fra en pumpe. Tømmeventilmekanismen vil forbli i den lukkede posisjonen så lenge det minste trykkdifferensialet som virker på summen av areal-differansene (A3, A2-A3 og A4-A5) pluss friksjonen er større enn den lagrede kraften i energilagringsanordningene 210 og 220.

[0072] Når ventilelementet 60 lukker (figur 9B-2), virker trykket Pinnside nå på tre arealdifferanser. Det interne trykket utvikler fortsatt en kraft som virker nedover på arealdifferansen (A2-A3) til kraftstempelet 152. Siden det ikke er noen strøm-ning når tømmeventilen 60 er lukket, er det effektive arealet til stammen 105 nå arealet A3som defineres av den interne stempeltetningen 153. Med ventilen lukket virker trykket Pinnside også på arealdifferansen A4-A5. Dersom arealet A5 er større enn arealet A4, peker nettokraften nedover. Dette forholdet vil bidra til å holde ventilen lukket ved lavere differensialtrykk. Dersom arealet A5 er mindre enn arealet A4, peker nettokraften oppover. Dette forholdet vil bidra til å åpne ventilen ved lavere differensialtrykk. Dersom arealet A5 er lik arealet A4, er nettokraften null, og ventilen 60 responderer som den gjorde før lukking.

[0073] Mens tømmeventil-verktøyet er lukket kan den ønskede kveilerørs-operasjonen bli utført med hensyn til det formasjonintervallet som er eksponert via perforeringene i foringsrør-ringrommet mellom områdepakningene. Dette kan være en fraktureringsjobb der proppemiddel som er suspendert i et fluid og danner en slemning blir pumpet inn i en sprekk med høy hastighet. Dette forårsaker en økning av trykket inne i dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet. Etter hvert som trykket øker, øker differensialtrykket som virker på kraftstempelet 152 (A2-A3). Dette resulterer i økte krefter på tallerkenfjærene 212. Etter hvert som tallerkenfjærene 212 bøyer av beveges låsekragen ned stammen via låsekragemekanismen 137 og lagrer energi i talllerkenfjær-stabelen. Så lenge differensialtrykket øker komprimeres tallerkenfjærene 212 ytterligere, og lagrer mer energi. Etter at systemet er maksimalt lagret med energi, vil tallerkenfjærene 212 være i en flat tilstand, og økt trykk vil ikke resultere i ytterligere lagret energi.

[0074] Under enkelte fraktureringsbehandlinger er høyt initielt trykk nødvendig for å initiere sprekken. Etter at sprekken er initiert reduseres trykket som er nødvendig for å utvide sprekken, og trykket Pinnside avtar. I andre tilfeller, hvor det skapes en horisontal sprekk, avtar trykket gjennom hele jobben. I begge disse tilfellene er det viktig at tømmeventilen 60 forblir lukket selv om fraktureringstrykket avtar. Ventilsetet 254 er utformet slik at det oppnås en forbestemt lengde av foreseglende inngrep. Etter hvert som trykket Pinnside avtar, overvinner energien lagret i kraftfjæren 210 den lukkende kraften skapt av differensialtrykket multiplisert med summen av arealene (A3, A2-A3 og A4-A5) pluss friksjon, og kraftstempelet 152 anvender kraft på den rørformige ventilaktiveringsstammen 105 via låsekragemekanismen 137 og stammen 105 begynner å bevege seg oppover. Den oppadgående bevegelsen av stammen 105 beveger tømmeventiltetningen 262 oppover mot den åpnende posisjonen. Etter hvert som kraftstempelet 152 beveges oppover, strekkes tallerkenfjær-stabelen 212 og mengden av lagret energi avtar. På et tidspunkt vil differensialtrykket multiplisert med nettoarealene være lik den reduserte kraften fra tallerkenfjærene 212 og holde ventilen 60 lukket eller stammen 105 vil fortsette til å bevege seg oppover og ventilen vil åpne og differensialtrykket bli utliknet. Ved å styre fjærstivheten til kraftstempelet 152, lengden til tømmeventiltetningens inngrep og verktøyets stempelflater kan verktøyet innrettes for å imøtekomme disse trykkreduksjonene under brønnbehandling.

[0075] Etter at behandlingen er fullført avtar trykket Pinnside til en terskelverdi, og tallerkenfjær-stabelen 212 presser kraftstempelet 152 oppover. Den oppadgående bevegelsen av kraftstempelet overføres til stammen 105 via låsekragemekanismen 137. Etter bevegelse over en forbestemt lengde av den rørformige ventilaktiveringsstammen åpner ventilen 60. Når ventilen åpner, avtar differensialtrykket betydelig, og kraftfjæren 212 strekkes raskt og holder verk-tøyet åpent (figurene 11B-1 og 11B-2). I mange tilfeller er det hydrostatiske trykket fra fluidsøylen i kveilerøret større enn ringromstrykket. I dette tilfellet faller fluid gjennom tømmeventil-åpningen 220 og danner et strømningsskapt differensialtrykk som er tilstrekkelig til å holde den svake spiralfjæren komprimert, men kraftfjæren og låsekragemekanismen for stammen 105 opprettholder ventilens åpne tilstand. Når trykkene er omtrent like, beveger spiralfjæren 218 stammesystemet 105 oppover inntil frigjøringsmuffen 162 frigjør kragen (figur 11B-1) og stammen 105 og kraftstempelet 152 returneres til ut-gangspunktet, posisjon 1 (figurene 7B-1 og 7B-2).

[0076] Med tømmeventil-verktøyet åpent (figurene 8B-1 og 8B-2) kan slemning nå skylles ut av kveilerøret og dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet. Under utskyllingen av kveilerøret og av verktøyrammen forårsaker indekseringsmekanismen at tømmeventil-verktøyet forblir åpent og i en mellomposisjon. Så lenge operatøren holder strømningsmengden over et foreskrevet nivå kan ikke verktøyet bli indeksert, og vil forbli åpent uansett strømningsmengde. Dette er en forbedring i forhold til tidligere tømmeventil-verktøy, ettersom tømmeventil-verktøyet undergår strømningsresponderende lukking av fluidet som dumpes straks en forbestemt strømningsmengde overstiges. Videre, i de tidligere tømmeventil-verktøyene, dersom åpningen blir blokkert, vil det anvendte rå-trykket kunne aktivere verktøyet uansett strømningsmengde. Multi-syklus tøm-meventilen ifølge foreliggende oppfinnelse reduserer dette problemet betydelig. Ettersom den indekserende J-mekanismen har en mellomliggende arbeidsposisjon som gjør at tømmeventil-verktøyet forblir åpent, uansett strømnings-mengden gjennom verktøyet, kan betydelig trykk bli anvendt for å fjerne hindringen om nødvendig.

[0077] Når kveilerøret og dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet er rengjort, reduseres strømningsmengden og verktøyet returnerer til posisjon 3 (figurene 7B-1 og 7B-2) klart til å begynne en annen behandlingssyklus.

[0078] Ofte under en fraktureringsbehandling vil sprekken slutte å ta opp proppemiddel. På dette tidspunkt oversvømmes jobben (screens out) og fraktureringstrykket stiger raskt. Dersom fraktureringsbehandlingen over-svømmes øker også mengden av proppemiddel som må dumpes. En anordning for utlufting av overtrykk (figurene 18A og 18B) kan være innlemmet i tømme-ventil-setet, slik at når differensialtrykket overstiger en forbestemt grense, ventilsetet vil beveges vekk fra tetningen til ventilelementet og således automatisk avlaste overtrykket. Når tømmeventilen åpner, blir også det overskytende proppemiddelet automatisk dumpet gjennom tømmeventilen og inn i brønnforings-røret nedenfor tømmeventilen. Overtrykk-utluftingsventilen vist i figurene 18A og 18B er av en konstruksjon med én enkelt skjærbar utluftingsanordning uten mulighet for tilbakeføring. Om ønsket kan utluftingsventilen være konstruert på en slik måte at etter strømningen av fluid gjennom den avlastede ventilen er redusert, ventilsetet vil returnere til sin opprinnelige posisjon, klar til neste behandlingssyklus.

[0079] I lys av det foregående er det klart at foreliggende oppfinnelse er vel-egnet for å oppnå alle de mål og særtrekk som er nevnt eller beskrevet ovenfor, sammen med andre mål og særtrekk som følger av anordningene beskrevet her. Som vil være åpenbart for fagmannen kan foreliggende oppfinnelse enkelt bli tilvirket i andre spesifikke former uten at en fjerner seg fra dens idéer eller essensielle særtrekk. De beskrevne utførelsesformene skal derfor kun betraktes som illustrerende og ikke begrensende, idet oppfinnelsens ramme defineres av kravene heller enn den foregående beskrivelsen, og alle endringer som faller innenfor kravenes betydning og ekvivalensramme er derfor ment å være omfattet av denne.

Claims

1. Fremgangsmåte for å styre ned-i-hulls drift av en multi-syklus tømmeven-tilmekanisme (26) i et dobbelpaknings-soneisoleringsverktøy (22) inne i et brønnforingsrør (12), der nevnte multi-syklus tømmeventilmekanisme omfatter en ventilaktiveringsstamme (46) som kan beveges inne i et hus og støtter et tømmeventilelement (60) for åpen og lukket posisjonering i forhold til et ventilsete (64) i nevnte hus, en indekseringsmekanisme som styrer lukkende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og et energilagringssystem (77), idet nevnte fremgangsmåte omfatter det trinn å: anbringe dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet (22) og multi-syklus tømmeventilmekanismen i en ønsket posisjon inne i et brønnforingsrør (12) og med nevnte ventilaktiveringsstamme (46) av nevnte tømmeventilmekanisme (26) i en utgangsposisjon med nevnte tømmeventilelement (60) åpent, idet nevnte framgangsmåte er karakterisert ved de trinn å: bevirke strømningsresponderende kondisjonering av nevnte indekseringsmekanisme for lukkende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og nevnte tømmeventilelement (60); bevirke strømningsresponderende tømmeventil-lukkende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og lagre energi i nevnte energilagringssystem (77) under nevnte strømningsresponderende ventil-lukkende bevegelse; med nevnte tømmeventilelement (60) lukket med hensyn til nevnte ventilsete (64), bevirke strømning av fluid gjennom dobbelpaknings-soneisoleringsverktøyet (22) og gjennomføre brønnbehandling; ved fullførelse av brønnbehandling, bevirke, ved hjelp av lagret energi, retur av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) til en mellomliggende, åpen ventil-posisjon som forårsaker tømming av fluid gjennom nevnte tømmeventil-mekanisme (26) inn i brønnforingsrøret (12); og med nevnte energilagringsystem (77), returnere nevnte ventilaktiveringsstamme (46) til nevnte utgangsposisjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der et kraftstempel (72) som har en låsekragemekanisme (70) innrettes i løsbart, kraftoverførende inngrep med nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og nevnte kraftstempel (72) innrettes i energi-overførende relasjon med nevnte energilagringssystem (77), idet nevnte fremgangsmåte omfatter de trinn å: under strømningsresponderende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) i den ventil-lukkende retningen, bringe nevnte låsekragemekanisme (70) i inngrep med nevnte ventilaktiveringsstamme (46); overføre energilagrende kraft fra nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og nevnte kraftstempel (72) til nevnte energilagringssystem (77); og anvende nevnte lagrede energi for å bevirke ventil-åpnende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) mot høye trykkgradienter og returnere nevnte ventilaktiveringsstamme (46) til nevnte utgangsposisjon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der nevnte indekseringsmekanisme defineres av en indekseringskomponent (119) av nevnte ventilaktiveringsstamme (46), idet nevnte indekseringskomponent (119) omfatter en indekseringsslisse (118) og en indekseringsknast (114) og en indekseringsmuffe (120) som er innrettet for rotasjon om nevnte indekseringsslisse (118) og som har et følgerelement i inngrep i nevnte indekseringsslisse (118), og idet nevnte indekseringsmuffe (120) definerer en knast-bevegelsesslisse (134), idet nevnte trinn å bevirke strømningsresponderende kondisjonering av nevnte indekseringsmekanisme omfatter det å: bevirke strømningsresponderende, rettlinjet bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) i en ventil-lukkende retning fra nevnte utgangsposisjon til en indekseringsposisjon; og returnere nevnte ventilaktiveringsstamme (46) fra nevnte indekseringsposisjon og forårsake at nevnte indekseringsslisse (118) roterer nevnte indekseringsmuffe (120) til en posisjon som er i flukt med nevnte knast-bevegelsesslisse (134) med nevnte indekseringsknast (114).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, omfattende det trinn å: bevirke strømningsresponderende, rettlinjet bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) i en ventil-lukkende retning og bevege nevnte indekseringsknast (114) langs nevnte knast-bevegelsesslisse (134) i nevnte indekseringsmuffe (120) og anbringe nevnte tømmeventilelement (60) i ventil-lukkende inngrep med nevnte ventilsete (64).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der nevnte indekseringsmekanisme defineres av en indekseringskomponent (119) av nevnte ventilaktiveringsstamme (46), idet nevnte indekseringskomponent (119) omfatter en indekseringsslisse (118) og en indekseringsknast (114) og en indekseringsmuffe (120) som er innrettet for rotasjon om nevnte indekseringsslisse (118) og som har et følgerelement (124) i inngrep i nevnte indekseringsslisse (118), og idet nevnte indekseringsmuffe (120) definerer en knast-bevegelsesslisse (134), idet nevnte fremgangsmåte omfatter det trinn å: under strømningsresponderende ventilbevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) i den ventil-lukkende retningen, bringe nevnte indekseringsmuffe (120) i inngrep med nevnte indekseringsknast (114) og hindre fullstendig lukking av nevnte tømmeventilmekanisme.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, omfattende det trinn å: indeksere nevnte tømmeventilmekanisme for ventillukking ved å bevirke rotasjon av nevnte indekseringsmuffe (120) til en posisjon som er i flukt med nevnte knast-bevegelsesslisse (134) med nevnte indekseringsknast (114) og bevirke strømningsresponderende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) til en posisjon som bringer nevnte tømmeventilelement til anlegg i nevnte ventilsete (64).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der nevnte energilagringssystem (77) omfatter en høykraft-energilagringsanordning (210) som har tilstrekkelig kraftover-føringskapasitet til å åpne nevnte tømmeventilmekanisme mot store hydrostatiske trykk samt en energilagringsanordning (220) med lavere kraft som har tilstrekkelig kraftoverføringskapasitet til å returnere nevnte ventilaktiveringsstamme til nevnte utgangsposisjon, idet nevnte trinn å lagre energi i nevnte energilagringssystem omfatter det å: etablere kraftoverførende inngrep mellom nevnte låsekragemekanisme (70) og nevnte ventilaktiveringsstamme (46); under strømningsresponderende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) mot ventil-lukkende posisjon, anvende fluidtrykk mot nevnte kraftstempel (72) og lagre energi i nevnte energilagringsanordning (220) med lavere kraft; opprettholde fluidtrykk mot nevnte kraftstempel (72) under brønnbehand-ling; redusere fluidtrykket mot nevnte kraftstempel (72) tilstrekkelig til å mulig-gjøre åpning av nevnte tømmeventil (60) av nevnte første energilagringsanordning (210); og ytterligere redusere fluidtrykket mot nevnte kraftstempel (72), hvilket muliggjør bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) mot nevnte utgangsposisjon av nevnte andre energilagringsanordning (220).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der nevnte låsekragemekanisme (70) omfatter en rørformig kragekomponent som koples til nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og som definerer sagetanngjenger og nevnte kraftstempel omfatter flere kragefingrene (168) som hver omfatter sagetanngjenger innrettet for låsende inngrep med nevnte sagetanngjenger på nevnte rørformige kragekomponent, idet nevnte fremgangsmåte omfatter de trinn å: bevirke trykkresponderende nedadgående bevegelse av nevnte kraftstempel (72), idet strømningsresponderende bevegelse av nevnte ventilaktiveringsstamme (46) begrenses av nevnte indekseringsmuffe (120), hvilket forårsaker låsing av nevnte sagetanngjenger på nevnte flere kragefingre (168) over nevnte sagetanngjenger på nevnte rørformige kragekomponent; og bevirke relativtrykk-responderende posisjonering av nevnte kraftstempel (72) og nevnte ventilaktiveringsstamme (46) og opprettholde ventil-åpnende, kraftoverførende inngrep mellom nevnte kraftstempel (72) og nevnte ventilaktiveringsstamme (46) under nevnte relativtrykk-responderende posisjonering.