NO329509B1 - Hydraulisk borste for bruk ved nedhulls operasjoner - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører et brønnverktøy (1) for rengjøring av innsiden av fôringsrør og ventiler, spesielt for fjerning av skall, der verktøyet (1) omfatter hovedlegeme (9) omfattende et drivorgan (11), en kraftforsyning (5), en hydraulisk pumpe (13) samt en gripemekanisme (8). Oppfinnelsen er særpreget ved at verktøyet (1) videre omfatter et børstehode (10) omfattende radielt ekspanderende børsteorganer (16), idet verktøyet (1) ved hjelp av drivorganet (11) er innrettet til å spenne hovedlegemet (9) fast til innsiden av et fôringsrør (2) ved hjelp av gripemekanismen (8), rotere børstehodet (19) samt ekspandere børsteorganene (16) til ønsket ytre diameter.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et brønnverktøy for rengjøring av innsiden av foringsrør og ventiler.

Ved olje- og gassproduksjon bores brønnhull som helt eller delvis forsynes med foringsrør. I tillegg anordnes som regel én eller flere ventiler, for eksempel en brønnsikringsventil eller såkalt DSV-ventil (Downhole Safety Valve), for å sikre brønnkontroll dersom ufortsette hendelser som skulle oppstå i brønnen. En DSV-ventil er som regel "fail-safe", det vil si at den lukker seg automatisk dersom bestemte parameterverdier stiger eller faller ut av forhåndsbestemte intervaller. Imidlertid vil det over noen tid alltid dannes et belegg som kalles skall (scale) på innsiden av foringsrøret og DSV-ventilen. Skall kan inneholde rester av sement som brukes når et foringsrør settes fast i et borehull. Vann som føres med produksjonsstrømmen kan også inneholde barium- og kalsiumioner, som kan forbindes til mineraler og avleires i belegg eller skall av for eksempel bariumsulfat og kalsiumkarbonat. I tillegg kan produksjonsstrømmen inneholde betydelige mengder voks, som, eventuelt sammen med f eks bariumsulfat og kalsiumkarbonat, kan danne lagdelte skall, dvs et belegg av avleiringer som kan være svært vanskelig å fjerne.

Dette belegget av avleiringer vil kunne påvirke DSV-ventilens funksjon, noe som anses for å være uakseptabelt. Dersom DSV-ventilen ikke kan opereres på en sikker måte, må brønnen enten stenges/oppgis eller så må den rekompletteres (kompletteringen må trekkes, og ny brønn med ny DSV-ventil må installeres). I begge tilfeller er det tale om svært store økonomiske tap.

Kjente fremgangsmåter for å fjerne skall omfatter bruk av løsemidler og/eller mekanisk skraping. Bruk av løsemidler medfører renseproblemer og kostnader både til løsemidler og rensing. For fjerning av sementskall i foringsrør og hardere avleiringer av mineraler som bariumsulfat og kalsiumkarbonat brukes ofte fresing og/eller honing. Mekanisk skraping ved hjelp av børster er også vanlig.

Fra norsk patent NO 320906 B1 er det kjent et apparat for å rengjøre innsiden av et foringsrør for skall. Roterende rengjøringselementer er skråstilt i forhold til sin rotasjonsakse, og oscillerer derved aksialt mot rørets innervegg når de roteres. Derved unngås langsom frem- og tilbakebevegelse fra tidligere kjent teknikk. Dette apparatet festes i et rør, f eks en borestreng, som både tilfører væske til å drive rotasjon og oscillasjon og tilveiebringer den nødvendig mekaniske reaksjonskraft som kreves når skall skal skrapes av.

Andre rengjøringsverktøy for innkobling i en rørstreng er beskrevet i NO 316915 B1, NO 172427 C, US 4.501.322, US 5.947.203 og US 7.255.164 B2. Disse patentene beskriver også bruk av væske tilført gjennom rørstrengen i kombinasjon med børste/skrapefunksjonen.

Bruk av en rørstreng ved fjerning av skall kan være komplisert, og dermed tids- og kostnadskrevende.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et verktøy som kan rengjøre innsiden av foringsrør og ventiler på en enkel og kostnadseffektiv måte.

Det er også et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et verktøy som kan rengjøre innsiden av foringsrør og ventiler ved hjelp av en vaier (såkalt "slickline", som er en vaier på typisk ca. 3mm (0,125") som anvendes for å vinsje utstyr og verktøy ned i en brønn) eller e-line (vaier omfattende elektrisk kabel).

Disse og andre formål oppnås ved en anordning som er særpreget ved de trekk som er angitt i den karakteriserende delen av de vedføyde selvstendige krav. Ytterligere fordelaktige trekk og utførelser er angitt i de uselvstendige krav.

I det følgende gis en detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse under henvisning til de vedføyde tegninger, der: Fig. 1 viser et brønnverktøy for rengjøring av innsiden av foringsrør og ventiler ifølge én utførelse av foreliggende oppfinnelse, idet gripemekanismen og børsteorganene befinner seg i en tilbaketrukket tilstand, Fig. 2 viser brønnverktøyet ifølge fig. 1, idet gripemekanismen og børsteorganene befinner seg i en aktivert, utragende tilstand, og Fig. 3 viser et brønnverktøy ifølge fig. 1 og 2 mens det befinner seg i et foringsrør, idet gripemekanismen og børsteorganene befinner seg i en aktivert, utragende tilstand og henholdsvis griper inn med en nippel-profil og DSV-ventilen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et brønnverktøy 1 for rengjøring av innsiden av foringsrør 2 og ventiler 3 som kan kjøres på en vaier 4 eller e-line. Dersom det kjøres på en vaier 4, må det forsynes med en batteripakke 5 som kan forsyne det med kraft under operasjonen. Kjøring ved hjelp av vaier 4 anses for å være den minst kostnadskrevende brønnintervensjonsmetoden som eksisterer i dag. Dersom verktøyet 1 kjøres på en e-line, kan kraft tilføres fra overflaten og batteripakken kan sløyfes.

Ifølge én utførelse av foreliggende oppfinnelse kjøres verktøyet 1 på en standard 3mm (0,125") vaier 4, idet det festes til vaieren ved hjelp av en vaierholder 6 (såkalt "rope socket") 6 og så anbringes i sluserøret. Sluserøret trykktestes, hvorpå juletreet åpnes og verktøyet kan senkes ned i brønnen til det når DSV-ventilen 3. DSV-ventilen 3 er normal anordnet ca. 50 meter under havbunnen, idet den i åpen tilstand danner et gjennomgående løp som ikke obstruerer tilgangen videre ned i brønnen. I overkant av DSV-ventilen 3 befinner det seg en utsparing som gjerne kalles en "nippel-profil". Nippelprofilen danner et inngrepspunkt i foringsrøret 2 som verktøyet 1 ifølge foreliggende oppfinnelse kan gripe tak i. Verktøyet 1 senkes ned gjennom DSV-ventilen 3, hvorpå den trekkes sakte oppover inntil en radielt virkende gripemekanisme 8 anordnet på verktøyet smetter inn i nippel-profilen . Vektøyet bevirkes til å gripe/spenne seg fast i nippel-profilen ved hjelp av en gripemekanisme 8 i form av for eksempel klo-organer 8 som aktiviseres ved for eksempel en rykkebevegelse. Man kan også finne og aktivisere klo-organene 8 ved å anvende optiske, magnetiske, profildetekterende, radioaktive eller tilsvarende avfølingsorganer. Når verktøyet 1 er posisjonert og har spent seg fast riktig i forhold til DSV-ventilen 3, er verktøyet rede til å påbegynne og utføre rengjøringsoperasjonen.

Verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter ifølge én utførelse et hovedlegeme 9 samt et børstehode 10. Hovedlegemet 9 omfatter ifølge en utførelse batteripakken 5, et drivorgan 11 samt et aktiviseringsorgan 12. Drivorganet 11 omfatter en elektrisk motor 17 som er innrettet til å dreie børstehodet 10 via en hydraulisk pumpe 13 og et girsystem 18. Drivorganet 11 drives av batteripakken 5 eller alternativt fra overflaten via en elektrisk kabel. Den hydrauliske pumpen 13 står i kommunikasjon med et hydraulisk system 14 blant annet omfattende et hydraulisk kammer/reservoar 15, idet det hydrauliske systemet 14 anvendes for å spenne verktøyet fast i brønnløpet og videre bevirker til at børsteorganer 16 på børstehodet 10 bevirkes til å ekspandere ut mot brønnløpets/DSV-ventilens 3 innside, slik at børsteorganene 16 kommer til anlegg mot brønnløpets/DSV-ventilens 3 innside. Når drivorganet 11 roterer børstehodet 10 og børsteorganene 16 på børstehodet 10 ligger an mot brønnløpets/DSV-ventilens 3 innside, vil avleiringene fjernes raskt og effektivt.

Det forstås at børsteorganene 16 kan omfatte børster av forskjellige slag og utforming. I stedet for børster kan det eventuelt anvendes et hone- eller

freseverktøy. Honeverktøyet kan for eksempel anvendes for å sikre at et brønnløp er tilstrekkelig rengjort for setting av plugger eller for honing av nipler. Tilsvarende kan et freseverktøy anvendes for å sikre at brønnløpet er tilstrekkelig sirkulært, for utfresing av et vindu, eller for utfresing av obstruksjoner i brønnløpet som man ønsker fjernet.

Verktøyet 1 ifølge foreliggende oppfinnelse kan for eksempel aktiveres ved at man foretar en "overpull" på vaieren. En sensor eller ventil vil registrere den ekstra lasten som overpull-kraften utgjør, idet elektromotoren 17 dermed bevirkes til å starte. Elektromotoren 17 driver som nevnt en hydraulisk pumpe 13, idet den hydrauliske pumpen 13 sørger for at trykket i det hydrauliske system 14 øker til ønsket hydraulisk systemtrykk. Når ønsket hydraulisk systemtrykk er oppnådd, kan trykk åpnes mot klo-organene 8 for ytterligere fastspenning av verktøyets hovedlegeme 9 til nippel-profilen i brønnløpet 2, idet dette ytterligere vil bidra til at verktøyet 1 sitter godt fast og kan motstå de reaktive torsjonskrafter som oppstår når børstehodet 10 roterer. Samtidig kan børstehodet 10 bevirkes til å rotere ved hjelp av systemtrykket samtidig som børsteorganene 16 som er anbrakt på børstehodet 10 bevirkes til å ekspandere ut mot brønnløpets innside. Børsteorganene 16 er anordnet på stempelorganer som bevirker til at børsteorganene 16 ekspanderer radielt utover mot brønnløpets innside. I en utførelse vil systemtrykket avgjøre hvor langt ut børsteorganene 16 tillates å ekspandere, slik at disse ekspanderes kontrollert ut til en forhåndsdefinert ytre diameter (OD), dvs. tilpasses brønnløpets indre diameter (ID). Alternativt kan børsteorganenes 16 ytre diameter stilles inn på forhånd ved hjelp av mekaniske innstillings-/stopporganer.

Ifølge én utførelse av foreliggende oppfinnelse kan man forsyne foreliggende brønnverktøy med innretninger som gir mulighet for å redusere ekspansjons-kraften på børsteorganene 16 når rotasjonsmotstanden blir for stor, for eksempel når rotasjonshastigheten blir for lav eller når strømforbruket blir for høyt. En mulig måte å oppnå dette på, er å anvende en elektrohydraulisk logikkmodul 19 som registrerer motordata og som på grunnlag av disse registreringer regulerer det hydraulisk trykk til børsteorganene 16 til et nivå som er nødvendig for å opprettholde den ønskede rotasjonshastigheten. Den elektrohydrauliske modulen kan for eksempel være innrettet slik at den dumper pumpestrømning tilbake til kammer/reservoar 15 ved hjelp av en varierende og tilpasset restriksjon for dermed å regulere differensialtrykket til børsteorganene 16.

Verktøyet 1 kan være anordnet slik at det opererer sekvensielt, for eksempel ved at systemtrykket først bevirker til at klo-organene 8 spenner seg godt fast, deretter bevirkes børstehodet 10 til å rotere og tilslutt ekspanderes børsteorganene 16 radielt utover til ønsket ytre diameter. Det forstås at andre sekvensielle rekkefølger kan også velges.

Ifølge en annen utførelse kan børstehodet 10 være teleskopisk anordnet slik at verktøyets 1 rengjøringsfunksjon kan utføres over en større lengde av brønnløpets innside.

Ifølge en ytterligere annen utførelse kan verktøyets 1 være anordnet slik at elektromotoren 17 direkte roterer børstehodet 10, det vil si at elektromotoren 17 bevirker børstehodet 10 til å rotere uten å ta omveien om en hydraulisk pumpe 13. Elektromotoren 17 vil i tillegg drive en hydraulisk pumpe 13 som genererer et systemtrykk tilstrekkelig til å bevirke til at klo-organene 8 spenner seg godt fast i nippel-profilen samt ekspanderer børsteorganene 16 radielt utover til ønsket ytre diameter.

Fig. 1 viser verktøyet 1 ifølge én utførelse, idet klo-organene 8 og børsteorganene 16 har felles trykklinje fra den elektrohydrauliske logikkmodul 19, idet et strekk i verktøyet 1 gir impuls til den elektrohydrauliske logikkmodul 19 fra aktiviseringsorganet 12, hvorpå børstehodet 10 aktiviseres og børsteorganene 16 ekspanderer. Børstehodet 10 roterer så lenge den elektriske motor 17 er i drift. Børsteorganenes 16 ekspansjon styres så av den elektrohydrauliske logikkmodul 19 som beskrevet ovenfor.

Claims (7)

1. Brønnverktøy (1) for rengjøring av innsiden av foringsrør og ventiler, spesielt for fjerning av mineralavleiringer, der verktøyet (1) omfatter et hovedlegeme (9) omfattende et drivorgan (11), en kraftforsyning (5), en hydraulisk pumpe (13) samt en gripemekanisme (8), karakterisert ved at verktøyet (1) videre omfatter et børstehode (10) omfattende radielt ekspanderende børsteorganer (16), idet verktøyet (1) ved hjelp av drivorganet (11) er innrettet til å spenne hovedlegemet (9) fast til innsiden av et foringsrør (2) ved hjelp av gripemekanismen (8), rotere børstehodet (19) samt ekspandere børsteorganene (16) til ønsket ytre diameter.

2. Brønnverktøy (1) ifølge krav 1, der drivorganet (11) driver en hydraulisk pumpe (13) som genererer et systemtrykk, der systemtrykket anvendes for å aktivisere gripemekanismen (8), rotere børstehodet (19) samt ekspandere børsteorganene (16) til ønsket ytre diameter.

3. Brønnverktøy (1) ifølge krav 1, der drivorganet (11) er innrettet til å direkte rotere børstehodet (10) som omfatter de radielt ekspanderende børsteorganer (16), idet drivorganet (11) ytterligere driver en hydraulisk pumpe (13) som genererer et systemtrykk, der systemtrykket anvendes for å aktivisere gripemekanismen (8) samt ekspandere børsteorganene (16) til ønsket ytre diameter.

4. Brønnverktøy (1) ifølge ethvert av de foregående krav, der drivorganet (11) omfatter en elektrisk motor.

5. Brønnverktøy (1) ifølge ethvert av de foregående krav, der kraftforsyningen (5) omfatter en batteripakke.

6. Brønnverktøy (1) ifølge ethvert av de foregående krav, der kraftforsyningen (5) omfatter en strømkabel (4) fra overflaten.

7. Brønnverktøy (1) ifølge ethvert av de foregående krav, der gripemekanismen (8) omfatter radielt ekspanderende klo-organer, idet gripemekanismen (8) er innrettet til å ekspandere radielt ved hjelp av et hydraulisk trykk som er generert av en hydraulisk pumpe.