NO330060B1

NO330060B1 - Anordning og fremgangsmate for isolasjon av borehull

Info

Publication number: NO330060B1
Application number: NO20020221A
Authority: NO
Inventors: Craig D Johnson; Patrick W Bixenman
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2011-02-14
Also published as: GB0200380D0; CA2366874C; US6695067B2; US20020092658A1; NO20020221D0; GB2371064A; GB2371064B; CA2366874A1; NO20020221L

Description

Oppfinnelsens fagområde

Foreliggende oppfinnelse omhandler utstyr som kan anvendes ved boring og komplettering av borehull i en underjordisk formasjon og for produksjon av fluider fra slike brønner.

Bakgrunnen for oppfinnelsen

Fluider slik som olje, naturgass og vann er fremskaffet fra en underjordisk geologisk formasjon (et "reservoar") ved å bore en brønn som gjennomtrenger den fluidbærende formasjonen. Så snart brønnen er boret til en viss dybde må veggen til borehullet bli understøttet for å hindre kollaps.

I mange anvendelser er det ønskelig å isolere deler av borehullet. Vanligvis anbringes en eller flere pakninger inne i foringsrøret og beveges til en ønsket posisjon inne i borehullet. Pakningen ekspanderes i den ønskede posisjon slik at den danner en grense for fluidstrømning fra et område av borehullet til et annet. Ofte anbringes pakninger med andre rør for å isolere ønskede områder av ringrommet dannet rundt røret.

Det ville være ønskelig å ha en enkel, funksjonell anordning for isolasjon av borehull, hvilken er i stand til å fungere som en pakning og/eller et antall av andre typer av isolasjonsanordninger.

Fra WO 0183943 (A1) fremgår det en fremgangsmåte og anordning for å styre strømningsraten av formasjonsfluider produsert fra en sone i en undergrunnsbrønn. Brønnveggen har åpninger for formasjonsfluidet. Det benyttes en rørformet konstruksjon i røret.

Fra WO 9902818 (A1) fremgår det tettesystem for nedihullsrør omfattende et radielt ekspanderbart slisset, rørformet legeme med et utvendig deformerbart materiale.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for isolasjon av borehull. Anordningen omfatter en pakning eller en tilsvarende ekspanderbar komponent med et isolasjonsområde. Brønnboringens isolasjonsområde omfatter et bistabilt cellelag som er rørformet. En tetning er anbrakt omkring det bistabile cellelaget Det bistabile cellelaget kan ekspanderes i et borehull.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for isolasjon av områder i en brønn med en ekspanderbar komponent. Fremgangsmåten omfatter å plassere en pakning med et lag av bistabile celler i en ønsket posisjon i et borehull, og ekspandere pakningen, idere vedrører oppfinnelsen en

I et aspekt ved foreliggende oppfinnelse kan det være frembrakt en fremgangsmåte for å isolere områder av et borehull fra uønsket fluidstrømning. Fremgangsmåten benytter et ekspanderbart element som kan anbringes i en ønsket posisjon i et borehull og deretter bli ekspandert ut. Ifølge et aspekt ved oppfinnelsen benyttes den ekspanderbare anordningen som en pakning.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil heretter bli beskrevet med å referere til de medfølgende tegningene, hvor like henvisningstall angir like elementer, og;

figur 1A og 1B er illustrasjoner av kreftene som virker for å danne en bistabil struktur;

figur 2A og 2B viser kraft-bøynings kurver for to bistabile strukturer;

figur 3A - 3F illustrerer ekspanderte og sammenklappede tilstander til tre bistabile celler med forskjellige tykkelsesforhold;

figur 4A og 4B illustrerer et bistabilt ekspanderbart rør i dets ekspanderte og sammenklappede tilstand;

figur 4C og 4D illustrerer et bistabilt ekspanderbart rør i dets sammenklappede og ekspanderte tilstand innenfor et brønnhull;

figur 5A og 5B illustrerer et anbringelsesverktøy av typen ekspanderbar pakning;

figur 6A og 6B illustrerer et anbringelsesverktøy av typen mekanisk pakning;

figur 7A - 7D illustrerer et anbringelsesverktøy av typen ekspanderbar svenke;

figur 8A - 8D illustrerer et anbringelsesverktøy av stempeltypen;

figur 9A - 9B illustrerer et anbringelsesverktøy av pluggtypen;

figur 10A - 10B illustrerer et anbringelsesverktøy av kuletypen;

figur 11 er en skisse av et brønnhull som benytter et ekspanderbar bistabilt rør;

figur 12 illustrerer et anbringelsesverktøy som motordrevet radiell valse;

figur 13 illustrerer et anbringelsesverktøy som en hydraulisk drevet radiell valse;

figur 14 er et tverrsnitt av en utførelsesform av pakningen ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 15 er et tverrsnitt av en ytterligere utførelsesform av pakningen ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 16 er et sideriss av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse i en sammentrukket tilstand;

figur 17 er et sideriss av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse i en ekspandert tilstand;

figurene 18 a-c viser skjematisk en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

figur 19 er et perspektivriss av en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

figur 20 viser skjematisk en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

figur 21 viser skjematisk en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

figur 22 viser et tverrsnitt av en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

figur 23 er et tverrsnitt hovedsakelig langs aksen i et system som anvender en anordning for isolasjon av et borehull i overensstemmelse med en utførelses-form av oppfinnelsen; og

figur 24 er et riss i likhet med figur 23 men som viser en ekspanderbar komponent i sin ekspanderte tilstand.

Mens oppfinnelsen er mottakelig for forskjellige modifikasjoner og alternative former, har spesifikke utførelsesformer av denne blitt vist ved bruk av eksempler på tegningene og er herved beskrevne i detalj. Det skal dog være forstått at beskrivelsen heri av spesifikke utførelsesformer ikke er tiltenkt å begrense oppfinnelsen til den beskrevne spesifikke utførelsesformen, men tvert i mot, at hensikten er å dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ide og omfang som den er definert i medfølgende krav.

Detaljert beskrivelse av eksemplifiserte utførelsesformer.

Bistabile anordninger benyttet i foreliggende oppfinnelse kan gjøre seg nytte av fordelene av et prinsipp illustrert i figur 1A og 1B. Figur 1A viser en stang 10 festet i hver ende til en stiv opplagring 12. Hvis stangen 10 blir utsatt for en aksiell kraft begynner den å deformeres som vist i figur 1B. Ettersom den aksielle kraften økes i stangen 10 oppnår den til slutt sin grense for Euler knekking og bøyes til den ene eller den andre av de to stabile posisjonene angitte som 14 og 15. Hvis den knekte stangen nå blir spent fast i den knekte posisjonen, kan en vinkelrett kraft i forhold til den lange aksen få stangen til å bevege seg til en av de stabile posisjonene, men ikke til noen annen posisjon. Når stangen er utsatt for en sidekraft må den bevege seg gjennom en vinkel (3 før den bøyes til sin nye stabile posisjon.

Bistabile systemer erkarakterisert veden kraft-bøyning kurve slik som den som er vist i figur 2A og 2B. Den eksterne anvendte kraften 16 forårsaker stangen 10 på fig. 1B til å bevege seg i retningen X og oppnår et maksimum 18 ved over-gangen til å skifte fra en stabil konfigurasjon til en annen. Ytterligere bøyning krever mindre kraft fordi systemet nå har en negativ fjæringskonstant og når kraften blir null, er bøyningen til den andre stabile posisjonen spontan.

Kraft-bøyning kurven for dette eksemplet er symmetrisk og er illustrert i figur 2A. Ved å innføre enten en forkurving til stangen eller et usymmetrisk tverrsnitt kan kraft-bøyning kurven bli asymmetrisk som vist i figur 2B. I dette systemet er kraften 19 som er nødvendig for å få stangen til å innta en stabil posisjon større enn kraften 20 som er nødvendig for å reversere bøyningen. Kraften 20 må være større enn null for at systemet skal inneha bistabile karakteristiska.

Bistabile strukturer, noen ganger omtalt som en vippeanordninger, har vært benyttet innenfor industrien for anordninger slik som bøyelige plater, over senter klemmer, nedklemsanordninger og hurtiglåser for strekk-kabler (slik som i bak-staget i en seilbåtrigg).

I stedet for å benytte de stødige støttene som viste i Figur 1A - 1B, kan en celle bli konstruert hvor begrensninger er tilveiebrakt med kurvede avstivere forbundet ved hver ende som vist i figur 3A - 3F. Dersom begge avstiverne 21 og 22 har samme tykkelse som vist i figur 3A og 3B, er kraft-bøyning kurven lineær og cellen forlenges når den blir komprimert fra dens åpne posisjon figur 3B til dens lukkede posisjon Figur 3A. Dersom celleavstiverne har forskjellige tykkelser som viste i figur 3C - 3F, har cellen kraft-bøyning karakteristika viste i Figur 2B, og endrer seg ikke i lengden når den beveger seg mellom dens to stabile posisjoner. Et ekspanderbart bistabilt rør kan følgelig bli konstruert slik at mens den radielle dimensjonen ekspanderer, holdes den aksielle lengden konstant. I et eksempel, dersom tykkelsesforholdet er større enn omlag 2:1, motstår den tyngste avstiveren langsgående forandringer. Ved å endre forholdet til tykke-til-tynne avstiverdimen-sjoner, kan kreftene for åpning og lukking endres. Eksempelvis illustrerte figurene 3C og 3D et tykkelsesforhold på omlag 3:1, og figur 3E og 3F illustrerer et tykkelsesforhold på omlag 6:1.

En ekspanderbart bistabilt hullrør, slik som foringsrør, en slange, en kopling, eller rør, kan være konstruert med en rekke av omkretsbistabile sammen-føyde celler 23 som vist i figur 4A og 4B, hvor hver tynne avstiver 21 er forbundet med en tykk avstiver. Den langsgående fleksibiliteten til slike rør kan bli modifisert ved å endre lengden på cellene og med å sammenføye hver rekke med celler med en ettergivende forbindelse. Videre, kraft-bøynings karakteristikkene og den langsgående fleksibiliteten kan også endres med konstruksjonen av cellens utforming. Figur 4A illustrerer et ekspanderbart bistabilt rør 24 i dets ekspanderte konfigurasjon idet figur 4B illustrerer det ekspanderbare bistabile røret 24 i dets sammentrukkede og sammenklappende konfigurasjon. I sammenheng med denne anvendelsen er termen "sammenklappet" benyttet for å identifisere konfigurasjonen til det bistabile elementet eller anordning i den stabile tilstanden med den minste diameteren, den er ikke ment å indikere at elementet eller anordningen er skadet på noen måte. I den sammenklappede tilstanden er det bistabile røret 24 ført beredt inn i et brønnhull 29 som illustrert på figur 4C. Under plassering av det bistabile røret 24 ved en ønsket lokasjon i et brønnhull, den blir ekspandert som illustrert i figur 4D.

Geometrien til de bistabile cellene er slik at tverrsnittet til røret kan ekspanderes i den radielle retningen for å øke den totale diameteren til røret. Ettersom røret ekspanderer radielt deformeres de bistabile cellene elastisk inntil en spesi-fikk geometri er oppnådd. På dette stadiet beveges cellene, f eks kneppes til en endelig ekspandert geometri. Med noen materialer og/eller bistabile cellekonstruk-sjoner, kan tilstrekkelig energi bli frigjort i den elastiske deformasjonen til cellen (idet hver bistabile celle kneppes forbi den spesifikke geometrien) slik at ekspanderende celler er i stand til å igangsette ekspansjon av sammenføyde bistabile celler forbi den kritiske bistabile cellegeometrien. Avhengig av bøyningskurven kan en del eller til og med en hel lengde av et bistabilt ekspanderbart rør bli ekspandert fra et enkelt punkt.

På samme måte dersom radielle komprimerende krefter blir påsatt et ekspandert bistabilt rør, trekker det seg sammen radielt og de bistabile cellene deformeres elastisk inntil en kritisk geometri har blitt oppnådd. På dette stadiet knepper de bistabile cellene til en endelig sammenklappet struktur. På denne måten er ekspansjonen av det bistabile røret reverserbar og gjentagbar. Det bistabile røret kan derfor være et gjenbrukbart verktøy som blir selektivt endret mellom den ekspanderte tilstanden som vist i figur 4A og den sammenklappede tilstanden som vist i figur 4B.

I den sammenklappede tilstanden, som i figur 4B, er det bistabile ekspanderbare røret enkelt å sette inn i brønnhullet og plassert i posisjon. Et anbringel-sesverktøy er så benyttet for å endre konfigurasjonen fra den sammenklappede tilstanden til den ekspanderte tilstanden.

I den ekspanderte tilstanden, som i figur 4A, kan konstruksjonskontroll av de elastiske materialegenskapene til hver bistabile celle være slik at en konstant radiell kraft kan virke på rørveggen til den grensedannende overflaten til brønn-hullet. Materialegenskapene og den geometriske utformingen til de bistabile cellene kan bli konstruert for å oppnå visse ønskede resultater.

Et eksempel på konstruksjon av visse ønskede resultater er en ekspanderbar bistabil rørstreng med mer enn en diameter gjennom lengden til strengen. Dette kan være nyttig i borehull med varierende diametere, enten konstruert på denne måten, eller som et resultat av ikke planlagte hendelser slik som ut-vaskinger av formasjonen eller kilespor i borehullet. Dette kan også være for-delaktig når det er ønskelig å ha en del av den bistabile ekspanderbare anordningen plassert på innsiden av et foret parti av brønnen, mens et annet parti er plassert i et uforet parti av brønnen. Figur 11 illustrerer et eksempel av denne betingelsen. Et brønnhull 40 er boret fra overflaten 42 og omfatter et foret parti 44 og et åpent hullparti 46. En ekspanderbar bistabil anordning 48 bestående av segmentene 50, 52 med forskjellige diametere er plassert i brønnen. Segmentet med en større diameter 50 er benyttet til å stabilisere det åpne hudpartiet 46 av brønnen, mens segmentet som har en redusert diameter 52 er plassert på innsiden av det forede partiet til brønnen.

Bistabile mansjetter eller sammenkoplinger 24A (se figur 4C) kan være konstruert for å tillate partier av det bistabile ekspanderbare røret til å sammen-føyes til en streng med en hensiktsmessig lengde ved å benytte det samme prinsippet som illustrert i figur 4A og 4B. Denne bistabile sammenkoplingen 24A omfatter også en bistabil cellekonstruksjon som tillater den å ekspandere radielt ved anvendelse av den samme mekanismen som for bistabile ekspanderbare rørelementer. Eksempler på bistabile sammenkoplinger har en diameter litt større enn den til de ekspanderbare rørpartiene som er sammenkoplet. Den bistabile sammenkoplingen er så plassert over enden til de to partiene og mekanisk festet til de ekspanderbare rørpartiene. Mekaniske festemidler slik som skruer, nagler eller bånd kan bli benyttet til å sammenføye sammenkoplingen til rørpartiene. Den bistabile sammenkoplingen er typisk konstruert for å inneha en ekspansjons-hastighet som er forenlig med de ekspanderbare rørpartiene, slik at den fortsetter å kople sammen de to partiene etter ekspansjonen av de to segmentene og sammenkoplingen.

Alternativt kan den bistabile sammenkoplingen ha en diameter som er mindre enn de to ekspanderbare sammenkoplede rørpartiene. Deretter føres sammenkoplingen inn på innsiden til endene til rørene og mekanisk festet som beskrevet ovenfor. En annen utførelsesform ville involvere maskinering av endene til rørpartiene på enten deres innvendige eller utvendige overflater for å forme en ringformet utsparring hvor sammenkoplingen er plassert. En sammenkopling konstruert for å passe i utsparringen er plassert i utsparringen. Sammenkoplingen kan deretter bli mekanisk festet til endene som beskrevet ovenfor. På denne måten former sammenkoplingen en relativ jevn sammenføyning med rørpartiene.

En transporteringsanordning 31 transporterer bistabile ekspanderbare rør-lengder og bistabile sammenkoplinger inn i brønnhullet og til den riktige posisjonen. (Se figur 4C og 4D). Transporteringsanordningen kan utnytte en eller flere mekanismer slik som wireline kabel, kveilrør, kveilrør med wirelinerenne, borerør, rør eller foringsrør.

En anbringelsesanordning 33 kan bli innbefattet i den totale sammenstillingen for å ekspandere det bistabile ekspanderbare røret og sammenkoplinger.

(Se figur 4C og 4D). Anbringelsesanordninger kan være av utallige typer slik som oppblåsbare pakningselementer, et mekanisk pakningelement, en ekspanderbar svenke, en stempelanordning, en mekanisk aktuator, en elektrisk solenoid, en plugganordning, dvs en konisk utformet anordning trukket eller presset gjennom røret, en kuleanordning eller en roterende ekspander som skal beskrives nærmere under.

Et oppblåsbart pakningselement er vist på figur 5A og 5B og er en anordning med en oppblåsbar blære, element, eller belg innbefattet inn i det bistabile ekspanderbare rørsystemets bunnhullssammenstilling. I illustrasjonen på figur 5A, er det oppblåsbare pakningselementet 25 plassert på innsiden i hele lengden, eller deler av denne, til den intielle sammenklappede tilstanden til det bistabile røret 24 og hvilken som helst bistabile ekspanderbare sammenkoplinger (ikke vist). Så snart det bistabile ekspanderbare rørsystemet er på den riktige ut-plasseringsdybden, blir det oppblåsbare pakningselementet 25 ekspandert radielt ved å pumpe fluid inn i anordningen som vist på figur 5B. Oppblåsningsfluidet kan bli pumpet fra overflaten gjennom røret eller borerøret, en mekanisk pumpe, eller via en nedihulls elektrisk pumpe som er tilført energi via en wireline kabel. Ettersom det oppblåsbare pakningelementet 25 ekspanderer tvinger det det bistabile ekspanderbare røret 24 til også å ekspandere radielt. Ved en viss ekspansjons-diameter forårsaker det oppblåsbare pakningelementet den bistabile cellen i røret å nå en kritisk geometri hvor den bistabile "kneppe" effekten blir igangsatt, og det bistabile ekspanderbare rørsystemet ekspanderer til sin endelige diameter. Til slutt blir det oppblåsbare pakningelementet 25 deflatert og fjernet fra det anbrakte bistabile ekspanderbare røret 24.

Et mekanisk pakningselement er vist på figur 6A og 6B og er en anordning med et deformerbart plastelement 26 som ekspanderer radielt når det kompri-meres i den aksielle retningen. Kraften for å komprimere elementet kan bli tilveiebrakt gjennom en komprimeringsmekanisme 27, slik som en skruemekanisme, kam, eller et hydraulisk stempel. Det mekaniske pakningelementet bringer de bistabile ekspanderende rørene og sammenkoplingene i stilling på samme måte som de oppblåsbare pakningelementene. Det deformerbare plastelementet 26 tilveiebringer en radiell utoverragende kraft til den indre omkretsen til de bistabile ekspanderbare rørene og sammenkoplingene, hvilket igjen i sin tur tillater dem å ekspandere fra en sammentrukket posisjon (se figur 6A) til en endelig utfoldet diameter (se figur 6B).

En ekspanderbar svenke er vist på figur 7A-7D og innbefatter en rekke av fingre 28 som er arrangerte radielt rundt en konisk trekkdor 30. Figurene 7A og 7C viser henholdsvis side og høydesnitt. Når trekkdoren 30 skyves eller trekkes gjennom fingrene 28 ekspanderer de utover som illustrert i figur 7B og 7D. En ekspanderbar svenke er benyttet på samme måte som et mekanisk pakningselement til å bringe et bistabilt ekspanderbart rør og sammenkopling i stilling.

En anordning av stempeltypen er vist i figur 8A og 8D og omfatter en rekke av stempler 32 som vender radielt utover og benyttes som en mekanisme til å ekspandere de bistabile ekspanderbare rørene og sammenkoplinger. Når de er energisatte utøver stemplene 32 en radielt rettet kraft for å folde ut den bistabile ekspanderbare rørsammenstillingen som for det oppblåsbare pakningselementet. Figur 8A og 8C illustrerer stemplene tilbaketrukne mens figur 8B og 8D viser stemplene med utslag. Stempelanordningen kan være aktuert hydraulisk, mekanisk eller elektrisk.

En aktuator av pluggtypen er illustrert på figur 9A og 9B og omfatter en plugg 34 som skyves eller trekkes gjennom de bistabile ekspanderbare rørene 24 eller sammenkoplingene som vist i figur 9A. Pluggen er dimensjonert for å ekspandere de bistabile cellene forbi deres kritiske punkt hvor de vil kneppe til en endelig ekspandert diameter som vist i figur 9B.

En kuleaktuator er vist på figur 10A og 10B og er i funskjon når en over-dimensjonert kule 36 blir pumpet gjennom midten av de bistabile ekspanderbare rørene 24 og sammenkoplingene. For å hindre fluidtap gjennom cellespaltene er en ekspanderbar elastomer basert foring 38 påført innsiden det bistabile ekspanderbare rørsystemet. Foringen 38 virker som en pakning og tillater kulen 36 å bli hydraulisk pumpet gjennom det bistabile røret 24 og sammenkoplingene. Virkningen av å pumpe kulen gjennom de bistabile ekspanderbare rørene 24 og sammenkoplingene er å ekspandere cellegeometrien utover det kritiske bistabile punktet for å tillate at full ekspansjon kan foretas som vist i figur 10B. Når de bi stabile ekspanderbare rørene og sammenkoplingene er ekspanderte blir den elastomere hylsen 38 og kulen 36 trukket tilbake.

Radielle trommelaktuatorer kan også bli benyttet for å ekspandere de bistabile rørpartiene. Figur 12 illustrerer et motordrevet ekspanderbart radielt trommelverktøy. Verktøyet ombefatter en eller flere sett av armer 58 som er ekspanderte til en bestemt diameter ved hjelp av en mekanisme og et vippepunkt. Ved enden til hvert sett av armer er det en trommel 60. Midtstillere 62 kan bli festet til verktøyet for å lokalisere det riktig innvendig borehullet og det bistabile røret 24. En motor 64 tilveiebringer kraften for å rotere hele sammenstillingen og dermed følgelig dreie trommel(en) i en sirkelbevegelse på innsiden av borehullet. Aksen til trommel(en) er slik at den tillater trommel(en) å rotere fritt når den bringes i kontakt med den innvendige overflaten til røret. Hver trommel kan være konisk utformet i partier for å øke kontaktflaten til trommelflaten til den indre veggen til røret. Trommelene er initielt tilbaketrukket og verktøyet er benyttet på innsiden til det sammenklappende bistabile røret. Verktøyet blir så rotert med hjelp av motoren 64 og tromlene 60 blir beveget utover slik at de får kontakt med den indre overflaten til det bistabile røret. Så snart det er i kontakt med røret er tromlene dreibart opphengslet utover en stor avstand for å tilveiebringe en utoverragende radiell kraft på det bistabile røret. Den utovervirkende bevegelsen til tromlene kan oppnås med en sentrifugalkraft eller en passende aktuator-mekanisme tilkoplet mellom motoren 64 og trommel 60.

Den siste svingeposisjonen er tilpasset til et punkt hvor det bistabile røret kan ekspandere til den endelige diameteren. Verktøyet blir deretter beveget langsgående gjennom det sammenklappede bistabile røret, mens motoren fortsetter å rotere dreiearmene og tromlene. Tromlene følger et helisk forløp 66 på innsiden av det bistabile røret og ekspanderer de bistabile rørene i deres forløp. Så snart det bistabile røret er brakt i stilling stoppes verktøyrotasjonen og trommelen tilbaketrekkes. Verktøyet trekkes dermed tilbake fra det bistabile røret med en transporteringsanordning 68 som også kan benyttes til å innsette verk-tøyet.

Figur 13 illustrerer en hydraulisk drevet radiell trommel anbringelsesanordning. Verktøyet omfatter eller flere tromler 60 som er brakt i kontakt med den indre overflaten til det bistabile røret med hjelp av et hydraulisk stempel 70. Den radielt utovervirkende kraften fra tromlene kan økes til et punkt hvor det bistabile røret ekspanderer til sin endelige diameter. Midtstillere 62 kan festes til verktøyet for å plassere det riktig på innsiden av brønnhullet og det bistabile røret 24. Tromlene 60 er initielt tilbaketrukne og verktøyet blir ført inn i det sammenklappede bistabile røret 24. Tromlene 60 blir deretter brakt i stilling og trykket mot innsiden av veggen til det bistabile røret 24 for å ekspandere et parti av det bistabile røret til dets endelige diameter. Hele verktøyet blir deretter trykket eller trukket langsgående gjennom det bistabile røret 24 som ekspanderer hele den totale lengden til de bistabile cellene 23. Så snart det bistabile røret 24 er brakt i stilling i dets ekspanderte tilstand blir tromlene trukket tilbake og verktøyet trekkes tilbake fra brønnhullet med hjelp av transporteringsanordningen 68 som ble brukt til å innsette det. Ved å endre aksen til tromlene 60 kan verktøyet bli rotert via en motor ettersom det beveger seg langsgående gjennom det bistabile røret 24.

Energi til å drive anbringelsesanordningen kan skaffes fra en eller en kombinasjon av kilder som; elektrisk kraft tilført enten fra overflaten eller lagret i et batteriarrangement sammen med anbringelsesanordningen, hydraulisk kraft skaffet fra overflaten eller fra nedihulls pumper, turbiner eller fluidakkumulatorer, og mekanisk energi skaffet gjennom dertil egnede lenker aktuert med bevegelse anvendt ved overflaten eller lagret nedihulls i slik som en fjærmekanisme.

Det bistabile ekspanderbare rørsystemet er konstruert slik at den interne diameteren til det anbrakte røret er ekspandert for å opprettholde maksimalt tverrsnittsareal langs det ekspanderbare røret. Denne egenskapen tilrettelegger for å konstruere enkelthullsbrønner og tilrettelegger for eliminasjon av problemer forbundet med tradisjonelle brønnhullsforingssystemer hvor foringens utvendige diameter må nedskaleres mange ganger, som begrenser tilgjengeligheten i lange brønnhull.

Det bistabile ekspanderbare rørsystemet kan anvendes i utallige anvendelser slik som en ekspanderbart åpent hull foring hvor det bistabile ekspanderbare røret 24 benyttes til å understøtte en åpenthullformasjon ved å utøve en ekstern radiell kraft på brønnhullets overflate. Idet det bistabile røret 24 blir ekspandert radielt beveger røret seg i kontakt med overflaten som utgjør brønnhullet 29. Disse radielle kreftene hjelper med å stabilisere formasjonene og tillater boring av brønner med færre konvensjonelle foringsstrenger. Åpenhullforingen kan også omfatte et materiale, f eks en innpakning som reduserer hastigheten av fluidtap fra brønnhullet inn i formasjonen. Innpakningen kan være laget fra mange for skjellige materialer som inkluderer ekspanderbare metaller og/eller elastomere materialer. Ved å redusere fluidtapene inn til formasjonen kan kostnadene med borefluider reduseres og risikoen for tap av sirkulasjon og/eller borehullskollaps kan bli minimalisert.

Foringer kan også bli benyttet innen brønnhullsrør for formål slik som korrosjonsbeskyttelse. Et eksempel på et korrosivt miljø er det miljøet som resulterer når karbondioksid brukes for å forbedre oljegjenvinning fra en produserende formasjon. Karbondioksyd (CO2) reagerer lett med hvilket som helst vann (H2O) som er tilstede og former karbonsyre (H2CO3). Andre syrer kan også fremstilles, spesielt dersom svovelkomponenter er tilstede. Rør benyttet til å injisere karbondioksyden så vel som de som benyttes i produserende brønner er utsatte for svært forhøyede korrosjonsrater. Foreliggende oppfinnelse kan benyttes til å plassere beskyttende foringer, f eks bistabile rør 24 innenfor et eksi-sterende rør for å minimalisere de korrosive effektene og for å forlenge levetiden til brønnhullsrør.

Et annet eksempel på et anvendelsesområde involverer bruk av det bistabile ekspanderende røret 24 som en oppblåsbar perforert foring. Den åpne bistabile cellen i det bistabile ekspanderbare røret tillater uhindret strømning fra formasjonen mens den oppnår en struktur for å stabilisere borehullet.

Enda en anvendelse til det bistabile røret 24 er et ekspanderbart sandfilter hvor de bistabile cellene er dimensjonert for å virke som et sandkontrollerende filter. Også, et filtermateriale kan kombineres med det bistabile røret som forklart nedenfor. For eksempel kan det ekspanderbare sandfilteret bli festet til det bistabile ekspanderbare røret. Det ekspanderbare filterelementet kan formes som en innpakning omkring det bistabile røret 24. Det har blitt avdekket at utskytningen av ringkrefter på veggen til borehullet i seg selv hjelper med å stabilisere formasjonen og redusere eller eliminere munningen av sand fra de produserende sonene, til og med dersom ingen ekstra filterelemeneter benyttes.

De overfor beskrevne bistabile ekspanderbare rørene kan utføres på mange forskjellige måter slik som: kutting av passende utformede forløp gjennom veggen til et rundt rør for dermed danne en ekspanderbar bistabil anordning i dets sammenklappede tilstand; kutting av mønstre i et rørformet rør for dermed å danne en ekspanderbar bistabil anordning i dens ekspanderte tilstand og deretter komprimering av anordningen til dens sammenklappende tilstand; kutting av passende forløp gjennom en materialfoil, valsing av materialet til en rørformet utforming og sammenføyning av endene for å forme en ekspanderbar bistabil anordning i dets sammenklappede tilstand; eller kutting av mønstre til en materialfoil, valsing av materialet til en rørform, sammenføyning av tilliggende ender for å forme en ekspanderbar bistabil anordning i den ekspanderte tilstand og deretter komprimering av anordnigen til den sammenklappende tilstand.

Materialene for konstruering av de bistabile ekspanderbare rørene kan inkludere de som typisk benyttes innen gass og oljeindustrien slik som karbonstål. De kan også bli fremstilte av spesiallegeringer (slik som monel, inconel, hastelloy eller wolframbaserte legeringer) dersom anvendelsen krever det.

Konfigurasjonene vist for det bistabile røret 24 er illustrative for virkemåten til en grunnleggende bistabil celle. Andre konfigurasjoner kan være hensikts-messige, men konseptet som foreligger er også gyldig for disse andre geo-metriene.

I fig. 14 og 15 er det illustrert en pakning 80 dannet av bistabile celler. Pakningen 80 har et rør 82 dannet av bistabile celler 83, slik som de som er angitt tidligere. I tillegg har pakningen 80 i det minste en tetning 84 langs i det minste en del av sin lengde. Et eksempel på en tetning 84 kan innbefatte et eller flere lag anbrakt internt, eksternt eller begge deler i forhold til røret 82.1 tillegg kan laget (ene) være blandet med åpningene dannet i cellene.

Fig. 14 illustrerer en utførelsesform med en indre og en ytre tetning 84. fig. 15 illustrerer en pakning 80 med kun en indre tetning 84. Tetningen 84 kan være dannet av et elastomer eller annet materiale. Videre tillater egenskapene til tetningen 84 at denne i det minste tilsvarer ekspansjonsforholdet til røret 82. Folder eller andre utformingskriterier kan benyttes i tetningen 84 for å muliggjøre ekspansjonen.

Et resin eller en katalysator 85 kan også benyttes for å tillate tetningene 84 å herde etter setting. I en alternativ utførelsesform plasseres et resin eller annet strømbart materiale mellom lagene av tetninger 84 (som i fig. 14). Når pakningen 80 er posisjonert i brønnen og ekspandert, kan det strømbare materiale herde eller på annet vis endres for å forbedre tetningsegenskapene til pakningen 80.1 enkelte anvendelser krever herding av resin eller annet materiale oppvarming av materiale av et serviceverktøy. Pakningen 80 kan ekspanderes som beskrevet her, og kan innbefatte et flertall bistabile celler. I en utførelsesform av anvendelse anbringes pakningen 80 i et innføringsverktøy som innbefatter et ekspanderende verktøy. Pakningen 80 er plassert i den ønskede posisjon og ekspandert for å tette mot veggene i foringen eller annet rør. Vanligvis er pakningen 80 forbundet med et rør eller annen ledning som strekker seg nedihulls nedenfor pakningen 80. Pakningen 80 gir en tetning i ringrommet for å forhindre eller begrense fluid-strømning i lengderetningen av brønnen (den vanlige anvendelse av pakninger). Foreliggende oppfinnelse kan også fungere som et brønnanker som innbefatter eller utelater tetninger 84.

I fig. 16 er den alternative utførelsesform illustrert hvor pakningen 80 danner en del av en ledning. I den viste utførelsesform har en brønnledning 90 (slik som et rør) et avsnitt (markert som pakningen 80) som er skåret for å dannet bistabile celler. Pakningsavsnittet 80 har en tetning 84 som tidligere beskrevet. I fig. 16 er det illustrert av et avsnitt av tetningsmateriale 84 er fjernet for å vise de bistabile cellene 83 i det underliggende rør 82.1 fig. 17 er pakningsavsnittet 80 illustrert i sin ekspanderte tilstand. Det skal bemerkes at i vanlig anvendelse ekspanderer ikke brønnledningen 90 hvor det ikke er dannet bistabile celler. Derved er en utførelsesform for å feste brønnledningen til pakningen 80 å danne pakningen 80 som en integrert del av brønnledningen 90 (legg merke til at en sveiset forbindelse likner denne utførelsesformen og er en alternativ fremgangsmåte for å danne forliggende oppfinnelse). Andre fremgangsmåter innbefatter konvensjonelle former for ikke integrert forbindelse.

I alternative utførelsesformer er brønnledningen dannet med et flertall bistabile cellepakninger 80.1 enda ytterligere alternative utførelsesform er et eller flere avsnitt 91 av brønnledningen i tillegg til pakningsavsnittet 80 dannet av bi-stable celler slik at disse andre avsnitt også gjennomgår ekspansjon (se fig. 17). De andre avsnittene kan eller kan ikke være påført et materiale. For eksempel, kan det andre avsnittet være påført en skjerm eller filtermateriale for å gi en brønnsandskjerm.

Med henvisning til fig. 18A-C er en alternativ form av foreliggende oppfinnelse illustrert i et skjematisk delvis tverrsnitt. Den ekspanderbare pakningen er vist i henholdsvis den tilbaketrukne og ekspanderte tilstand, og i delvis sideriss (fig. 18C). Pakningen som er vist innbefatter et grunnrør 82 dannet av tynne avstivere 21 og tykke avstivere 22 som danner bistabile celler 23/83 som tidligere beskrevet. Lameller 92 er forbundet med røret 82 med en kant og strekker seg hovedsakelig i lengderetningen i utførelsesformen vist (se fig. 18C). Særlig er hver lamell 92 forbundet til røret 82 ved den tykke avstivningen 22, og bredden av lamellene er slik at de overlapper i det minste den nærliggende lamell når røret 82 er i den ekspanderte tilstand. Selv om det er illustrert en lamell forbundet med hver av de tykke avstiverne, kan pakningen ha en lamell forbundet med annen-hver tykke avstiver 22 eller i andre utførelser.

Videre kan lamellene strekke seg i en annen retning enn lengderetningen. Lamellene 92 glir over hverandre under ekspansjon slik at utsiden av røret 82 er dekket av de overlappende lamellene 92.

En tetning 84 kan være forbundet med lamellene 92 for å gi tetning for pakningen. Selv om tetningen 84 er vist sammenfoldet i figurene kan denne ha andre kjennetegn som muliggjør dens evne til å ekspandere med lamellene 92 og røret 82. Tetningen 84 kan også ha andre kjennetegn som tidligere nevnt (eksempelvis resin, indre tetning etc).

Det skal bemerkes at selv om den er beskrevet som en pakning, kan foreliggende oppfinnelse benyttes for å gi isolasjon over en lang lengde i motsetning til en tradisjonell pakning eller nedihulls verktøy som hovedsakelig kun tetter en for-holdsvis kort avstand i lengderetningen. Derved kan foreliggende oppfinnelse benyttes på et vis i likhet med en foring for å gi isolasjon over en utstrakt lengde.

I fig. 19 er det illustrert i perspektivriss en pakning 80 (eller isolasjons-anordning) med et flertall lameller 92 forbundet til denne i et overlappende arrangement som tidligere beskrevet. Røret 82 innbefatter endeforlengelser 94 som strekker seg i lengderetningen fra de ytterste cellene. Lamellene 92 kan være forbundet med endeforlengelsene 94, til bestemte avsnitt av de tykke avstiverne 22 og/eller til bestemte tykke avstivere 22.1 en utførelsesform er for eksempel lamellene 92 forbundet med de tykke avstiverne som er oppstilt i lengderetningen med endeforlengelsene 94. Selv om det hovedsakelig er vist at lamellene 92 er forbundet ved en kant så kan lamellene også være forbundet med røret 82 i en posisjon mellom kantene.

I fig. 20 er et ekspanderbart rør (eller ledning) 90 illustrert posisjonert i en brønn 100. Ledningen 90 innbefatter et flertall adskilte pakninger 80 eller ekspanderbare tettanordninger. De ekspanderbare pakningene 80 er i kontakt med borehullsveggen og forhindrer derved strømning i ringrommet. Derfor er ethvert mikroringrom dannet mellom det ekspanderbare røret 90 og brønnen 100 (som kan innbefatte en foring) tettet i lengderetningen for å begrense eller forhindre uønsket strømning. Ledningen 90 kan innbefatte en eller flere slike pakninger 80, etter ønske, for å styre strømningen. Videre kan pakningene 80 være adskilt ved jevne mellomrom eller ved en annet på forhånd bestemt avstand for å styre strømningen i ringrommet etter behov.

I et eksempel, illustrert skjematisk i fig. 21, er individuelle skjøter av røret 90 forbundet med en pakning 80 for å dele inn hver ledningsskjøt fra den nærliggende ledningsskjøt(er). Pakningen 80 kan være en separat forbindelse som vist i fig. 21 eller den kan være dannet som en del av skjøten. Følgelig kan pakningen 80 posisjoneres ved en ende av skjøten 90, i midten av skjøten 90, eller med en hver annen posisjon langs dennes lengde. I en utførelsesform er både ledningen 90 og pakningene 80 i fig. 20 og 21, dannet av bistabile celler.

En ytterligere utførelsesform av en nedihulls anordning er illustrert i fig. 22.1 denne utførelsesformen er et nedihulls verktøy 100 dannet av et indre rør 112 omgitt av et fluidkonserveringslag 114. Et ytre rør 116 er anbrakt for å omgi det fluidkonserverende laget 114.

Indre rør 112, fluidkonserveringslaget 114 og ytre rør 116 er ekspanderbare. For eksempel kan det indre rør 112 innbefatte et flertall bistabile celler 118 for å muliggjøre radielle ekspansjon mot den stabile ekspanderte tilstand. På liknende vis kan det ytre rør 116 innbefatte et flertall bistabile celler 120 også utformet for å muliggjøre ekspansjon av det ytre rør 116 mot den stabile ekspanderte tilstand. Det nøyaktige arrangementet av bistabile celler i det indre rør 112 og det ytre rør 116 er optimalisert i overensstemmelse med ulike rør-diametere og ønskede ekspansjonskarakteristika. Det fluidkonserverende lag 114 kan på den andre side være fremstilt av et flertall materialer som tillater ekspansjon. For eksempel kan laget være dannet av et solid polymer, eksempelvis gummi, plate eller en overlappende metallisk folie som er i stand til å kveiles av ettersom det indre rør 112 og ytre rør 116 ekspanderes. En slik overlappende metallfolie kan dannes fra et flertall individuelle, overlappende plater eller fra en enkel kveilet plate.

I utførelsesformen som er illustrert, roteres det ytre rør 116 noe slik at bistabile celler 120 er ute av fase med bistabile celler 118. Med andre ord overlapper de bistabile cellene i det minste delvis de bistabile cellene 118, som illustrert i fig. 22. Dette arrangementet danner en delvis fast (kvasi fast), fluidtett konstruksjon. Konstruksjonen kan benyttes som en avstemningsanordning for formasjonen, slik som en pakning, eller som en ekspanderbar foringslapp.

Et ytterligere system for inndeling av borehullet i avsnitt er merket som systemet 130 og er illustrert i fig. 23 og 24. Systemet 130 er utformet for å isolere en ringformet strømningsbane 132 anbrakt mellom en sandskjerm 134 eller annen rørformet nedihulls anordning, og en formasjonsvegg 136 som definerer borehullet.

Under operasjon av sandskjermen 134, trekkes fluid fra formasjonsveggen 136 inn i det indre av sandskjermen 134 og produseres langs en hovedproduk-sjons fluidbane 138. Dersom det er uforstyrret kan det også dannes en strøm langs en ringformet strømningsbane 132 mellom sandskjermen 134 og formasjonsveggen 136. Denne strømningen langs borehullsveggen leder potensielt til et flertall problemer, slik som tilstopning av sand eller formasjonssammenbrudd.

Følgelig er en strømningsisolerende anordning 140 anbrakt på sandskjermen 134 med et eller flere ønskede intervaller. Liknende til en pakning, strømningsisolerende anordning 140 isolerer avsnitt 142 av ringrommet mellom sandskjermen 134 og formasjonsveggen 136, hvilket er best illustrert i fig. 24. Isolasjonen blokkerer eller i det minste forhindrer den skadelige strømningen langs den ringformede strømningsbanen 132.1 en utførelsesform kan den strømningsisolerende anordning 140 være anbrakt gjennom sandskjermen 134 ved skjøter eller intervaller som adskiller et ekspanderbart skjermavsnitt fra den neste. I andre utførelsesformer er imidlertid den strømningsisolerende anordning 140 plassert på et flertall ønskede posisjoner langs sandskjermen 134. Med hver av disse posisjonene kan den strømningsisolerende anordning 140 ekspanderes fra en sammentrukket tilstand 144, som illustrert i fig, 23, til en ekspandert tilstand 146 som dannet isolerte avsnitt 142 av ringrommet, som illustrert i fig. 24.

Et eksempel på en strømningsisolerende anordning 140 innbefatter en

ekspanderbar anordning dannet av bistabile celler, som angitt ovenfor, som tillater anordningen å beveges fra sammentrukket tilstand 144 til ekspandert tilstand 146 når en ekspansjonsanordning beveges igjennom sandskjermen 134. Dersom den strømningsisolerende anordning 140 strekker seg radielt innad i strømningsbanen 138 i sin sammentrukkede tilstand 144, så kan ekspansjonsmekanismen tvinge den strømningsisolerende anordning 140 til sin ekspanderte tilstand 146 uten

videre ekspansjon av sandskjermen 134. Alternativt kan både sandskjermen 134 og den strømningsisolerende anordning 140 ekspanderes sammen til den strømningsisolerende anordning 140 er beveget til sin ekspanderte tilstand i nærheten av formasjonsveggen 136. Den strømningsisolerende anordning 140 kan også være dannet av et flertall andre materialer, slik som gummiomslag, utformet for å ekspandere utad og tette borehullet. Uavhengig av den bestemte utforming, så bidrar blokkering av hele eller i det minste en betydelig del av denne uønskede ringrom strømning til lang levetid for produksjonen i et bestemt borehull.

De bestemte utførelsesformer som her er angitt er kun illustrative, ettersom oppfinnelsen kan modifiseres og utøves på forskjellig men ekvivalente vis som er åpenbare for en fagmann på området som er fordel av det som her er angitt. Videre er det ikke tenkt noen begrensninger på detaljene ved konstruksjonen eller utformingen som her er vist, annet enn som beskrevet i kravene nedenfor. Det er derfor åpenbart at de bestemte utførelsesformer som her er angitt kan endres eller modifiseres og alle slike variasjoner er ansett å være innenfor omfanget av det oppfinneriske konsept. Følgelig er beskyttelsen som her ettertraktes definert i kravene nedenfor.

Claims

1. Anordning for isolasjon av borehull, omfattende en pakning (80) eller en tilsvarende ekspanderbar komponent med et isolasjonsområde (82, 90, 140), idet brønnboringens isolasjonsområde (82, 90, 140) er karakterisert vedat: et bistabilt cellelag (82, 90, 140) som er rørformet, og en tetning (84) anbrakt omkring det bistabile cellelaget (82, 90,140), hvori det bistabile cellelaget (82, 90, 140) kan ekspanderes i et borehull.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor det videre innbefatter en sandskjerm (134), hvor den ekspanderbare komponenten (140) er forbundet med sandskjermen (134).

3. Anordning ifølge krav 1, hvor det bistabile cellelaget (82, 90, 140) innbefatter et flertall bistabile celler (23, 83, 118, 120).

4. Anordning ifølge krav 1, hvor det bistabile cellelaget (82, 90, 140) innbefatter et indre lag (112) og et ytre lag (116).

5. Anordning ifølge krav 4, hvor det indre lag (112) og det ytre lag (116) er rørformede.

6. Anordning ifølge krav 5, hvor det indre lag (112) og det ytre lag (116) hver innbefatter et flertall bistabile celler(118,120).

7. Anordning ifølge krav 6, hvor det videre innbefattes et fluid konserverende lag (114) anbrakt mellom det indre lag (112) og det ytre lag (116).

8. Anordning ifølge krav 6, hvor de bistabile cellene (120) i det ytre lag (116) er ute av fase ved de bistabile cellene (118) i det indre lag (112).

9. Anordning ifølge krav 1, hvor det videre innbefattes et flertall overlappende lameller (92) forbundet med det bistabile cellelaget (82, 90, 140).

10. Fremgangsmåte for isolasjon av områder i en brønn med en ekspanderbar komponentkarakterisert ved: å plassere en pakning (80) med et lag (82) av bistabile celler (83) i en ønsket posisjon i et borehull (29); og ekspandere pakningen (80).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor det videre anbringes et tettende lag (84) rundt laget (82) av bistabile celler (83).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor det videre dannes bistabile (83) celler gjennom et lag (82) av metallisk materiale.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor det metalliske materiale videre foldes rundt i en hovedsakelig rørformet utforming.