NO331508B1 - Utvidbart tetningsapparat, fremgangsmate for isolasjon av en bronnboring og en tetningssammenstilling - Google Patents

Abstract

Den aktuelle oppfinnelsen er generelt relatert til et tetningsapparat for isolasjon av et brønnbor. l et aspekt forsyner den aktuelle oppfinnelsen et utvidbart tetningsapparat som har et utvidbart rør og et tetningselement anordnet rundt røret. Et kammer for tilbakeholdelse av væske er definert mellom tetningselementet og røret. Tetningsapparatet inkluderer også et selvisolerende lag anordnet i kammeret, hvor det selvisolerende laget er tilpasset og innrettet for å regulere væskestrøm gjennom kammeret. Væske forsynt til kammeret kan blåse opp tetningselementet, som derved presser tetningselementet i kontakt med brønnboret. Når trykket i røret frigjøres, bevirker trykket i kammeret det selvisolerende laget til å lukke seg for derved å opprettholde trykket i kammeret.

Description

BAKGRUNNSOPPLYSNINGER FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens bruksområde

Foreliggende oppfinnelse er relatert til et tetningsapparat. Spesielt er den foreliggende oppfinnelsen relatert til et utvidbart tetningsapparat. Mer spesielt er den foreliggende oppfinnelsen relatert til et utvidbart tetningsapparat for isolering av seksjoner i et borehull.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for isolasjon av en brønnboring og også en tetningssammenstilling.

Relatert beskrivelse

Et eksempel på kjent teknikk innen fagområdet for foreliggende oppfinnelse, og som anses for å være den nærmestliggende kjente teknikk er representert ved dokument US 4,545,433.

I olje- og gassutvinning og -produksjonsindustri bores borehull gjennom steinformasjoner for å få tilgang til hydrokarbonbærende formasjoner slik at hyd-rokarbonene kan bli ført opp til overflaten. I løpet av boring av et typisk borehull som kan være flere tusen meter i lengde, støter en på mange forskjellige steinformasjoner.

I løpet av boreoperasjonen kan en støte på steinformasjoner som har problematiske fysiske egenskaper, f.eks. høy permeabilitet. Disse formasjonene kan forårsake forskjellige problemer, slik som å tillate uønsket vann eller gasser å komme inn i brønnboringen; krysstrøm mellom høye og lave trykksoner; og væs-keoverføring mellom en høyt permeabel formasjon og tilgrensende formasjoner. I tilfeller hvor en subnormal eller formasjon med overtrykk er forseglet, kan permea-biliteten av formasjonen være slik at høytrykksvæsker trenger seg igjennom enten oppover eller nedover, og derved går inn i brønnboringen igjen et annet sted.

Skade på steinformasjoner i løpet av boring av et borehull kan også forårsake problemer for boreoperasjonen. Skade på formasjonen kan være forår-saket av de trykksatte borevæskene som brukes i boreoperasjonen. I disse situa-sjonene kan borevæsker forsvinne i formasjonen. Tap av borevæsker kan forårsake at boreoperasjonen må stoppes for å kunne utføre tiltak for å stabilisere steinformasjonen. Tap av borevæsker er uønsket fordi borevæsker er typisk sett kostbare. I mange tilfeller blir borevæsker resirkulert og rengjort for bruk i etter-følgende boreprosedyrer for derved å spare på utgiftene. Tap av store mengder borevæske er derfor uakseptabelt.

En metode for å overvinne disse problemene involverer kledning av brønnboringen med en foring. Dette krever generelt suspendering av foringen fra brønnhodet og å sementere foringen på plass, noe som derved forsegler og isolerer den skadede formasjonen. Imidlertid er kjøring og sementering av ytterligere foringsstrenger en tidkrevende og kostbar operasjon.

Videre, på grunn av installasjonen av foringen, har brønnboret som er boret under foringen en mindre diameter enn seksjonene ovenfor den. Når brønnbo-ringen fortsetter å utvides og foringsstrengene er lagt til, fortsetter innerdiameteren av brønnboret å minske. Fordi boreoperasjoner er nøye planlagt, kan problematiske formasjoner som oppstår uventet forårsake at innerdiameteren av brønnboret blir altfor begrenset når ytterligere foringsstrenger installeres. Selv om dette kan innkalkuleres i planleggingen, er det generelt uønsket, og flere slike hendelser kan forårsake reduksjon i en endelig borediameter, noe som derved påvirker den frem-tidige produksjonen av hydrokarboner fra brønnen.

Alternativt kan oppblåsbare tetninger brukes til å forsegle en del av et borehull. Typisk sett bruker den oppblåsbare tetningen en oppblåsbar elastomerisk blære for å lage et væskesegl innenfor det omliggende brønnboret eller foringen. Blæren kan oppblåses ved injisering av væske under trykk inn i blæren. På denne måten er blæren blåst opp til kontakt med brønnboret. Typisk sett er trykket i blæren økt til det som er større enn hulromtrykket av formasjonen. Med hensyn til dette er en netto forseglingsbelastning laget, noe som derved forsegler brønnboret.

Mens den oppblåsbare tetningen er en gjennomførbar metode for forsegling av et brønnbor, er det potensielle problemer assosiert med dens applikasjon. For eksempel, igangsettingen av den oppblåsbare tetningen utføres gjennom et komplekst ventilsystem som muligens ikke fungerer riktig. I likhet med foringsstrengene reduserer den også den oppblåsbare tetningen innerdiameter til brønnboringen, noe som derved potensielt begrenser produksjonskapasiteten til brønnboringen.

Mer nylig har en utvidbar rørformet teknologi blitt utviklet for å installere foringsstrenger uten vesentlig reduksjon av innerdiameteren på brønnboringen. Generelt muliggjør utvidbar teknologi at et rør av mindre diameter kan få passere gjennom rør av større diameter, for deretter å bli utvidet til en større diameter. Med hensyn til dette tillater utvidbar teknologi dannelsen av en rørformet streng som har en hovedsakelig konstant innerdiameter, ellers kjent som en monobor. Således har monobor-brønner en hovedsakelig uniform gjennomgående boring fra overflateforingen til produksjonssonene.

En monoborbrønn resulterer i at hver progressive borehulldel blir foret uten en reduksjon i foringsstørrelse. Monoborbrønnen tilbyr fordelen av å kunne begynne med en mye mindre overflateforing, men likevel ende opp med en ønskelig produksjonsforingstørrelse. Videre gir monoborbrønnen en mer økono-misk og effektiv måte å fullføre en brønn på. Fordi topphullstørrelser er redusert, er mindre borevæsker påkrevd og mindre borkaks dannes som må rengjøres og håndteres. En mindre overflateforingstørrelse forenkler også brønnhodeutformin-gen så vel som utformingen av sikkerhetsbeskyttere og løftere. I tillegg vil kjøring av utvidbare foringer i stedet for lange foringsstrenger resultere i verdifulle tidsbe-sparelser.

Utvidbar rørformet teknologi har nylig blitt anvendt i forbindelse med forede hulltetninger. Det har blitt oppdaget at utvidbare pakninger kan utvides på stedet for på den måten å forstørre innerdiameteren. Dette vil videre forstørre banen gjennom hvilket både væske og brønnhullsverktøy kan bevege seg frem og tilbake. Utvidbare pakninger blir utvidet gjennom bruk av en kjegleformet formkjerne eller ved et utvidelsesverktøy med utvidbare, væskebetjente ledd som er anordnet på et legeme eller kjørt inn i brønnboret på en rørformet streng. I løpet av utvidelsesoperasjonen utvides veggene til den utvidbare pakningen utover deres elastiske grense. Den utvidbare pakningen kan bli utvidet mot en eksisterende foring for å henge en foringsstreng eller forsegle et ringformet område. Følgelig tillater utvidbare pakninger bruken av større diameter produksjonsrør, fordi den konvensjonelle slurings- og forseglingsmekanismen elimineres.

En utvidbar pakning er typisk sett kjørt inn i brønnboret med en løpende sammenstilling anordnet ved en ende av en borestreng. Den løpende sammenstillingen inkluderer vanligvis et utvidelsesverktøy, et svingledd og et senkeverk- tøy. Utvidelsesverktøyet er anordnet ved den nedre enden av borestrengen. Deretter anordnes svingleddet mellom utvidelsesverktøyet og senkeverktøyet for å tillate utvidelsesverktøyet å rotere mens senkeverktøyet forblir stasjonært. Endelig plasseres senkeverktøyet under svingleddet, ved den nedre enden av den løp-ende sammenstillingen. Senkeverktøyet er mekanisk koplet til den utvidbare pakningen gjennom en mekanisk holdeinnretning.

Etter at den utvidbare pakningen er senket til et forhåndsbestemt punkt i brønnen, er den utvidbare pakningen klar til å bli utvidet i kontakt med brønnboret eller foringen. Følgelig aktiveres utvidelsesverktøyet når en hydraulisk isola-sjonsanordning, så som en ball, sirkuleres ned i en festeflate i utvidelsesverktøyet. Deretter er væske pumpet fra overflaten av brønnboret ned borestrengen inn i utvidelsesverktøyet. Når væsketrykket bygges opp til et forhåndsbestemt nivå, aktiveres utvidelsesverktøyet, for derved å starte utvidelsesoperasjonen. I løpet av utvidelsesoperasjonen tillater svingleddet utvidelsesverktøyet å rotere mens pakningen og senkeverktøyet forblir stasjonært. Etter at den utvidbare pakningen har blitt utvidet mot brønnboret eller foringen, deaktiveres den løpende sammenstillingen og fjernes fra brønnen.

Mens utvidbare rør i en brønnboring tilbyr tydelige fordeler, er det problemer assosiert med bruk av teknologien for å lage en pakning gjennom utvidelsen av et rør inn i en brønnboring eller et annet rør. For eksempel, en utvidbar pakning uten gripestruktur på den ytre overflaten, har en redusert kapasitet til å bære vekten til hele pakningen. Dette på grunn av den reduserte friksjonen på den ytre overflaten av den utvidbare pakningen. Det er også mulig at den utvidbare pakningen ikke vil utvides tilstrekkelig til at den kontakter brønnboret og danner en tetning. Men først og fremst kan utvidelsen av den utvidbare pakningen i et åpent hull brønnbor resultere i en ineffektiv tetning mellom den utvidbare tetningen og det omliggende brønnboret.

Det er derfor et behov for en pakning som lager en effektiv tetning ved å bruke trykk mot en foret brønnbor eller et åpent hull-brønnbor. Det er et videre behov for en tetning som ikke vil redusere diameteren på brønnboret. Det er nok et videre behov for en tetning som vil utvides tilstrekkelig for å danne et segl med brønnboret.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et utvidbart tetningsapparat, omfattende: et utvidbart rør; et tetningselement anordnet rundt røret; kjennetegnet ved et kammer dannet mellom tetningselementet og røret; og et strømningsstyringslag anbrakt i kammeret, hvori strømningsstyringslaget er tilpasset og anordnet for å regulere fluidstrømning inn i kammeret.

Foretrukne utførelsesformer av tetningsapparatet er videre utdypet i kravene 2 til og med 14.

Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse med en fremgangsmåte for isolasjon av en brønnboring, omfattende: kjøring av et utvidbart tetningsapparat inn i brønnboringen, tetningsapparatet har: et rørformet legeme; en eller flere tetningselementer anbrakt rundt det rørformede legemet; og kjennetegnet ved at et strømningstyringslag anbringes i et kammer dannet mellom det rørformede legemet og det ene eller flere tetningselementer; hvori strømningsstyringslaget tilpasses og anordnes for å regulere fluidstrømning inn i kammeret; tetningsapparatet utvides; og den ene eller flere tetningselementer oppblåses.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 16 til og med 25.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås også ved tetningssammenstilling, omfattende: et utvidbart rør; en første tetningsdel anbrakt ved en første ende av røret; og en andre tetningsdel anbrakt ved en andre ende av røret, hvori hver av de første og andre tetningsdeler innbefatter: en utvidbar formkjerne; et tetningselement anbrakt rundt formkjernen, kjennetegnet ved et kammer dannet mellom tetningselementet og formkjernen; og et strømningsstyringslag anbrakt i kammeret, hvori strømningsstyringslaget er tilpasset og anordnet for å regulere fluidstrømning inn i kammeret.

Foretrukne utførelsesformer av tetningssammenstillingen er videre utdypet i kravene 27 til og med 31.

Et tetningsapparat for isolasjon av et brønnbor er omtalt. Et tetningselement anordnet rundt røret er også omtalt. Et kammer for tilbakeholdelse av væske er definert mellom tetningselementet og røret. Tetningsapparatet omfatter også et selvisolerende lag anordnet i kammeret, hvor det selvisolerende laget er tilpasset og innrettet for å regulere væskestrøm gjennom kammeret. Væske forsynt til kammeret kan blåse opp tetningselementet, som derved presser tetningselementet i kontakt med brønnboret. Trykket i kammeret forårsaker at det selvisolerende laget stenges av, og derved beholdes trykket i kammeret.

En fremgangsmåte for isolering av brønnboringen er videre omtalt. Fremgangsmåten inkluderer kjøring av et tetningselement inn i brønnboret. Tetningsapparatet har en rørformet kropp; et tetningselement anordnet rundt den rørformede kroppen; et selvisolerende lag anordnet mellom den rørformede kroppen og tetningselementet. Fremgangsmåten omfatter videre utvidelse av tetningsapparatet og oppblåsing av tetningselementet. Fortrinnsvis er trykket i det oppblåsbare tetningselementet større enn hulromtrykket til formasjonen.

Fremgangsmåten kan også omfatte forsyning av væske inn i et kammer definert av den rørformede kroppen og tetningselementet for å utvide tetningsapparatet. Væsken kan være regulert for å lage en trykkdifferensial mellom kammeret og den rørformede kroppen. Trykkdifferensialen forårsaker at det selvisolerende silrøret lukkes, og derved beholder trykket som er nødvendig for å blåse opp tetningselementet.

En tetningssammenstilling er videre omtalt. Tetningssammenstillingen omfatter et utvidbart rør og et tetningsledd anordnet ved hver ende av røret. Tetningsleddene kan unnvike en del av brønnboret for å isolere den delen fra andre deler av brønnboret.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å vise hvordan de ovenstående egenskapene for den foreliggende oppfinnelsen og andre egenskaper planlagt og hevdet her er oppnådd, og kan forstås i detalj, er en mer nøyaktig beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, gitt ved referanse til utførelsene som er illustrert i de vedlagte tegningene. Det bemerkes imidlertid at de vedlagte tegningene er kun typiske utførelser av denne oppfinnelsen og bør derfor ikke anses som en begrensning av bruksområdet for oppfinnelsen, idet oppfinnelsen kan inkludere andre og like effektive utførelser. Figur 1 er et skjematisk tverrsnittsoverblikk av en delvis fullført brønnboring. Figur 2 er et skjematisk overblikk av en tetningssammenstilling i henhold til aspekter for den foreliggende oppfinnelsen anordnet i brønnboret av Figur 1. Tetningssammenstillingen er vist i en ikke-utvidet konfigurasjon. Figur 3 er et delvis tverrsnittsoverblikk av en utførelse av tetningsleddet for den foreliggende oppfinnelsen. Tetningsleddet er vist i uaktivert konfigurasjon. Figur 4 er et skjematisk overblikk av tetningssammenstillingen av Figur 2 i utvidet, uoppblåst konfigurasjon. Figur 5 er et delvis tverrsnittsoverblikk av tetningsleddet av Figur 3 i løpet av oppblåsing. Figur 6 er et skjematisk overblikk at tetningssammenstillingen av Figur 2 i utvidet, oppblåsbar konfigurasjon. Figur 7 er et delvis tverrsnittsoverblikk av tetningsleddet av Figur 3 i aktivert konfigurasjon. Figur 8 er et delvis tverrsnittsoverblikk av en annen utførelse av tetningsleddet for den aktuelle oppfinnelsen. Tetningsleddet er vist i uaktivert konfigurasjon. Figur 9 er et delvis tverrsnittsoverblikk av tetningsleddet av Figur 8 i løpet av oppblåsing. Figur 10 er et delvis tverrsnittsoverblikk at tetningsleddet av Figur 8 i aktivert konfigurasjon. Figur 11 er et delvis tverrsnittsoverblikk av en annen utførelse av tetningsleddet for den aktuelle oppfinnelsen. Tetningsleddet er vist i uaktivert konfigurasjon. Figur 12 er et skjematisk overblikk av en annen utførelse av tetningssammenstillingen for den foreliggende oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSEN

Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en delvis fullført brønnboring 10. Brønnboringen 10 er innledningsvis boret til en første dybde 12 og kan logges for å bestemme visse geologisk karakteristiske egenskaper av steinformasjonene i

området rundt brønnboringen 10. Som vist har en foring 14 blitt installert i en øvre del 18 av brønnboret 10 og sementert 16 på plass. Deretter er brønnboringen 10 utvidet ved å drille en mindre diameter brønnboring-del 20 under foringen 14 gjennom flere steinformasjoner illustrert ved 22-26.

I dette eksempelet, i løpet av boring av brønnboring-del 20, viste steinformasjonen 24 seg uventet å være høyt gjennomtrengelige og borevæsker ble tapt i formasjonen 24. Tap av borevæsker kan påvises ved tap av sirkulasjon og en senking i boresjaktvolum av borevæske. Som et resultat har boreoperasjonene blitt innstilt.

For å forhindre videre tap av borevæsker i formasjonen 24 og fortsette fullførelse av brønnen, plasseres en tetningssammenstilling 50, i henhold til aspekter for den aktuelle oppfinnelsen, i brønnboret 10 som illustrert i Figur 2. Tetningssammenstillingen 50 inkluderer et første tetningsledd 100A og et andre tetningsledd 100B anordnet ved hver ende av et utvidbart rør 110.1 denne utførelsen er konstruksjonen til tetningsleddene 100A, 100B ganske like hverandre. Det forstås at det utvidbare røret 110 kan inkludere et eller flere rør koplet sammen. I tillegg kan det utvidbare røret 110 inkludere et passende utvidbart rør for brønnbor-operasjoner, inkludert utvidbare solide rør, utvidbare slissede rør, og utvidbare sil-rør.

Innledningsvis er brønnboret 10 etterboret for å danne en større borediameter 42 før tetningssammenstillingen 50 installeres som illustrert i Figur 2. Deretter er tetningssammenstillingen 50 plassert i brønnboret 10 for å isolere steinformasjonen 24. Mer nøyaktig er tetningssammenstillingen 50 plassert slik at tetningsleddene 100A, 100B unnviker formasjonen 24 for å blokkeres. Tetningssammenstillingen 50 er kjørt inn i brønnboret 10 på en øvre streng av utvidbart solide rør 48 tilpasset og innrettet for å plassere tetningssammenstillingen 50 i en etterboret del 42. Den øvre strengen 48 er suspendert fra foringen 14 ved en utvidbar avstandsstykkepakning 49. En nedre rørstreng 51 kan være koplet til tetningssammenstillingen 50 for å forenkle andre brønnhullsoperasjoner.

Figur 3 beskriver et seksjonsoverblikk av et tetningsledd 100 som egner seg for bruk med tetningssammenstillingen 50 i henhold til aspektet for foreliggende oppfinnelse. Tetningsleddet 100 inkluderer en utvidbar formkjerne 115 og et oppblåsbart tetningselement 120 montert på formkjernen 115. Tetningselementet 120 kan tilvirkes av ethvert passende utvidbart materiale, inkludert et elastomerisk materiale slik som en svellingselastomer eller et gummimateriale slik som naturgummi. Et kammer 125 er definert mellom tetningselementet 120 og formkjernen 115. Én eller flere porter 117 kan dannes i formkjernen 115 for å forsyne væske- overføring mellom boret 118 av formkjernen 115 og kammeret 125. Væske forsynt til kammeret 125 kan tjene til å blåse opp tetningselementet 120. En rekke forsterkningsribber 127 er anordnet ved hver ende av tetningselementet 120 for å gi støtte for tetningselementet 120 etter oppblåsing. Ribbene 127 kan være lagd av metall, kompositt, karbonfiber eller andre passende materialer som er kjent av en person med ordinær ferdighet i bransjen. Figur 3 beskriver tetningsleddet 100 i innkjørt, uoppblåst posisjon.

I et aspekt kan tetningsleddet 100 inkludere en selvisolerende mekanisme for å opprettholde tetningselementet 120 i en oppblåsbar tilstand. I en utførelse kan en gjennomtrengelig membran være anordnet mellom formkjernen 115 og tetningselementet 120. Membranen 130 kan tilvirkes av teflon eller et elastomerisk materiale slik som gummi. Den gjennomtrengelige membranen 130 kan inkludere en eller flere åpninger 135 for væskeoverføring.

Et selvisolerende silrør 140 kan være anordnet rundt den gjennomtrengelige membranen 130. Det selvisolerende silrøret 140 er tilpasset og innrettet for å opprettholde trykket i kammeret 125 etter at tetningselementet 120 er oppblåst. Silrøret 140 inkluderer en eller flere slisser 142 for væskeoverføring. Hver av slissene 142 er forsynt med strømningsstyreorgan 143 for å regulere strømmen av væsken derigjennom. Et eksempel på et strømningsstyreorgan 143 inkluderer en klaff 143 koplet til silrøret 140 ved en ende og usikret til en annen ende som vist i Figur 3. Fortrinnsvis er klaffen 143 plassert innvendig i kammeret 125 og er av tilstrekkelig størrelse for å dekke eller avlukke den respektive slissen 142. Klaffene 143 aktiveres ved en trykkdifferensial mellom boringen 118 og kammeret 125.1 løpet av oppblåsing kan klaffen 143 vendes bort fra slissen 142 for å tillate væske å strømme inn i kammeret 125, som derved blåser opp tetningselementet 120. Vekselvis kan klaffen 143 vendes mot slissen 142 for å forsegle kammeret 125, som derved isolerer trykket i kammeret 125.1 en utførelse kan det selvisolerende silrøret 140 være lagd av metall. I en annen utførelse kan et tetningsmateriale være anordnet rundt perimeteren av klaffen 143 for å forenkle lukning av slissen 142.

I bruk er tetningssammenstillingen 50 dannet ved tilkopling av et tetningsledd 100A, 100B ved hver ende av et utvidbart rør 110. Tetningssammenstillingen 50 er anordnet i brønnboret som vist i Figur 2. Deretter er et utvidelsesverktøy utplassert for å utvide tetningssammenstillingen 50. Utvidelsen av tetningssammenstillingen 50 bringer tetningsleddene 100A, 100B nærmere til veggen 42 av brønnboret (eller i kontakt med veggen 42), som illustrert i Figur 4. Spesielt er de utvidbare formkjernene 115 utvidet til en større intern diameter, som derved forårsaker en tilsvarende utvidelse av tetningselementene 100A, 100B. Det er forstått av tetningselementene 100A, 100B kan utvides inn i kontakt med brønnbor-veggen uten å fravike fra aspektene for den aktuelle oppfinnelsen.

Ethvert passende utvidelsesverktøy kjent av en person med ordinær

erfaring i bransjen kan brukes for å utvide tetningssammenstillingen 50. Et eksemplarisk utvidelsesverktøy er offentliggjort i Simpson, U.S. Patent Nr. 6 457 532, ut-stedt 1. oktober 2002, og patentet er innlemmet her som en referanse i sin helhet.

I en utførelse kan utvidelsesverktøyet inkludere et roterende utvidelsesverktøy som beveges utover mot den indre overflaten av tetningssammenstillingen 50. Ut-videlsesverktøyet omfatter et legeme som er hult og generelt rørformet med kop-linger og for tilkopling til andre komponenter av en brønnborsammenstilling. Kop-lingene er av redusert diameter sammenlignet med den ytre diameteren av den langsgående sentrale kroppsdelen av utvidelsesverktøyet. Den sentrale kroppsdelen av utvidelsesverktøyet har tre fordypninger som hver holder en respektiv rulle. Hver av de gjensidig identiske rullene er noe sylindrisk og krum. Hver av rullene er montert ved hjelp av en aksel ved hver ende av den respektive rullen og akslene er montert i skyvbare stempel. Rullene er innrettet for rotasjon om en respektiv roterende aksel som er parallell til den langsgående aksen av det utvidbare verktøyet og radialt forkastet derfra ved 120-graders gjensidige periferiseparasjo-ner rundt den sentrale kroppen. Stemplene er forseglet ved hver fordypning og er radialt utvidbare deri. Den indre enden av hvert stempel er blottlagt for trykket av væske innen kjernen av verktøyet via radiale perforasjoner i kjernen. På denne måten kan trykksatte væsker forsynt fra overflaten av brønnen igangsette stemplene og forårsake dem til å utvides utover, hvorved rullene kontakter den indre veggen av tetningssammenstillingen 50 for å bli utvidet. Andre eksempler på ut-videlsesverktøy inkluderer en kjegleformet formkjerne som kan bli aksialt forskyvet for å utvide tetningssammenstillingen 50. Utvidelsesverktøyet blir hentet tilbake ved fullførelsen av utvidelsen.

Tetningsleddene 100A, 100B kan nå bli oppblåst for å forsegle brønn-boringen 10. En væske fra overflaten er forsynt til kammerne 125 av tetningsleddene 100A, 100B for å blåse opp tetningselementene 120. Fortrinnsvis er væsken inert til brønnen og borevæskene. Et oppblåsbart verktøy kan brukes for å forsyne væsken under trykk til kammerne 125. Væsken er innledningsvis presset gjennom portene 117 av formkjernen 115 og deretter gjennom åpningene 135 av den gjennomtrengelige membranen. Deretter strømmer væsken forbi slissene 142 til det selvisolerende silrøret 140 og går inn i kammeret 125, og blåser derved opp kammeret 125. Figur 5 illustrerer forseglingen 100 i løpet av oppblåsingsproses-sen. Som vist forårsaker de trykksatte væskene at klaffen 143 vendes bort fra slissen 142, som derved åpner slissen 142 for væskeoverføring. Følgelig er tetningselementet 120 utvidet i kontakt med brønnboret 10. Med hensyn til dette er en stor trykkaktivert forseglingsbelastning generert mellom tetningsleddet 100 og brønnboret 10 for å forsyne den ønskede soneisolasjonen.

Etter at tetningsleddene 100A, 100B har blitt tilstrekkelig oppblåst, er den trykksatte væsken utløst. Figur 6 illustrerer tetningssammenstillingen 50 etter oppblåsing. Som et resultat er en trykkdifferensial lagd mellom kammeret 125 og boret 118 av formkjernen 115. Spesielt har kammeret 125 et høyere trykk enn det hydrostatiske trykket i formkjernen 115. Idet væsken i kammeret 125 prøver å jevne ut trykkene ved å strømme ut av kammeret 125 mot formkjernen 115, lukkes det selvisolerende silrøret 140 og trykket i kammeret 125 er påført mot den gjennomtrengelige membranen 130, som illustrert i Figur 7. Spesielt forårsaker de trykksatte væskene atfelgbåndet 143 vendes mot slissen 142, som derved lukker slissen 142 for væskeoverføring. Videre forårsaker trykket i kammeret 125 at sil-røret 140 blir presset mot membranen 130 for å videre lukke slissene 142. Med hensyn til dette er trykket innfanget i kammeret 125 for å opprettholde den aktiverte forseglingsbelastningen. På denne måten kan tetningssammenstillingen 50 bli aktivert for å tilveiebringe soneisolasjon.

I et annet aspekt kan en isolasjonsplugg 160 settes inn i portene 117 av formkjernen 115 før innkjøring, som illustrert i Figur 3. Isolasjonspluggene 160 kan forhindre for tidlig oppblåsing av tetningselementet 127. Fortrinnsvis inkluderer isolasjonspluggene 160 en hul innerflate. I løpet av utvidelse kan utvidelsesverk-tøyet bryte isolasjonspluggene 160, som derved åpner portene 117 for væske- overføring. På denne måten kan forseglingene 100 bli tilpasset for å forhindre for tidlig oppblåsing.

Figur 8 illustrerer en annen utførelse av et tetningsorgan 800 passende for bruk med tetningssammenstillingen 50 i henhold til aspekter for den aktuelle oppfinnelsen. Tetningsorganet 800 inkluderer en utvidbar formkjerne 815 og et oppblåsbart tetningselement 820 montert på formkjernen 815. Tetningselementet 820 kan være lagd av ethvert passende utvidbart materiale, inkludert et elastomerisk materiale slik som en svellingselastomer eller et gummimateriale slik som naturgummi. Et kammer 825 er definert mellom tetningselementet 820 og formkjernen 815. En eller flere porter 817 kan dannes i formkjernen 815 for å forsyne væs-keoverføring mellom boret 818 av formkjernen 815 og kammeret 825. Væske forsynt til kammeret 825 kan tjene til å blåse opp tetningselementet 820. En rekke forsterkningsribber 827 er anordnet ved hver ende av tetningselementet 820 for å gi støtte for tetningselementet 820 etter oppblåsing. Figur 8 viser tetningsleddet 800 i innkjørt, uoppblåst posisjon.

Tetningsleddet 800 er forsynt med et selvisolerende lag 840 anordnet rundt formkjernen 815. Det selvisolerende laget 840 inkluderer en rekke med strømningsstyreorgan 843 for å regulere væskestrømmen gjennom portene 817. Et eksemplarisk strømningsstyreorgan 843 inkluderer en klaff 843 sikret ved en ende av formkjernen og usikret ved en annen ende, som vist i Figur 8. Serien med klaffer 843 er plassert på innsiden av kammeret 825 og er tilpasset og innrettet for å blokkere væskeoverføring gjennom portene 817.1 en utførelse vil de sikrede endene av tilgrensende klaffer 843, 843A unnvike en port 817. Den frie enden av hver klaff 843 kontakter eller ligger mot en sikret ende av den tilgrensende klaffen 843A. Fortrinnsvis overlappes klaffene 843, 843A tilstrekkelig slik at de tilgrensende klaffene 843, 843A forblir i kontakt etter utvidelse. Den frie enden kan dek-kes eller impregneres med et tetningsmateriale 850 som tillater et segl å dannes mellom de tilgrensende klaffene 843, 843A. Klaffene 843 er igangsatt ved en trykkdifferensial mellom boringen 818 og kammeret 825.1 løpet av oppblåsing kan klaffen 843 vendes bort fra porten 817 for å tillate væske å strømme inn i kammeret 825, som derved blåser opp tetningselementet 820. Når trykket i boret 818 er utløst kan klaffen 843 vendes vekselvis mot porten 817 for å forsegle kammeret 825, som derved isolerer trykket i kammeret 825.

I bruk er tetningssammenstillingen 50 innledningsvis utvidet til en større diameter. Som det er vist, ekspanderer tetningssammenstilling 50 mot en foring 805 i en brønnboring 10. Deretter blåses tetningsorganene 800 opp for derved å tette av brønnboringen 10. Et fluid fra overflaten tilføres til kammerne 825 av tetningsorganene 800 for å blåse opp tetningselementene 820. I utgangspunktet tvinges fluidet gjennom portene 817 av formkjernen 815 og strømmer forbi klaffene 843 inn i kammeret 825, som vist i Figur 9. Som det er vist bevirker det trykksatte fluidet klaffen 843 til å bøye seg unna fra den nabobeliggende klaffen 843A, for derved å åpne porten 817 for fluidkommunikasjon. Trykksatt fluid i kammeret 825 bevirker til å ekspandere tetningselementet 820 slik at det derved kommer i kontakt med brønnboringen 10. I denne sammenheng genereres en stortyrkk-energisert forseglingsbelastning mellom tetningsorganet 820 og brønnboringen 10 for derved å tilveiebringe den ønskede soneisolasjonen.

Etter at tetningsorganene 800 har blitt tilstrekkelig oppblåst, er den trykksatte væsken utløst. Figur 10 viser tetningsorganet 800 etter oppblåsing. Som et resultat dannes en trykkdifferensial mellom kammeret 825 og boringen 818 av formkjernen 815. Spesielt har kammeret 825 et høyere trykk enn det hydrostatiske trykket i formkjernen 815. Idet væsken i kammeret 825 prøver å jevne ut trykkene ved å strømme ut av kammeret 825 mot boringen 818, forårsaker de trykksatte væskene at de usikrede endene av klaffen 843 kontakter den tilgrensende klaffen 843, som derved lukker porten 817 for væskeoverføring. Med hensyn til dette fanger det selvisolerende laget 840 trykket i kammeret 825 for å opprettholde den aktiverte forseglingsbelastningen. På denne måten kan tetningssammenstillingen 50 bli igangsatt for å forsyne soneisolasjon.

Selv om strømningsstyreorganene 143, 843 i utførelsene ovenfor er innrettet aksialt langs formkjernen 115, 815 er det forstått at strømningsstyreorganene også kan innrettes radialt rundt formkjernen som illustrert i Figur 11. Figur 11 viser et tverrsnittsoverblikk av en utførelse av tetningsorganet 900 i hvilket strømnings-styreorganene 943 er innrettet radialt rundt formkjernen 915. Serien med strøm-ningsstyreorganer 943 overlapper hverandre for å regulere væskestrømmen gjennom portene 917 i formkjernen 915.

I et annet aspekt kan en kornet fyllmasse av et fast materiale være forsynt i kammeret. Et eksempel på at fyllmassemateriale kan inkludere en blanding av bentonitt (absorberende aluminiumsilikatleire) og en tørr, pulverisert, vannopp-løselig polymer slik som polyakrylamid, som offentliggjort i U.S. Patent Nr. 3 909 421, hvor patentet er innlemmet her for referanse. Fyllingsmassemateriale kan reagere med væsken forsynt til kammeret for å danne en viskøs, væskefast blanding som ikke kan passere gjennom det selvisolerende silrøret. I tillegg øker fyllmassematerialet i størrelse idet det absorberer væske. Således kan påført trykk bli avspent så snart tetningsleddet har blitt oppblåst. Idet blandingen stivner over en tidsperiode, er trykket i det oppblåste kammeret tilbakeholdt, noe som derved opprettholder forseglingsbelastningen mot brønnboringen.

Når fyllmassen er en bentonitt/polyakrylamid-blanding, er vann brukt som reaktant væske. Når blandet med vann i brønnboret dannes en leire, og den vannoppløselige polymeren flokkulerer og størkner leiren i form av en mye sterk-ere og stivere sementlignende plugg. Forskjellige fyllmassematerialer, slik som de offentliggjort i U.S. Patent nr. 4 633 950, 4 503 170, 4 475 594, 4 445 576, 4 442 241 og 4 391 925 som er herved innlemmet som en referanse, er også passende for bruk uten avvik fra aspektene for den aktuelle oppfinnelsen.

Det har blitt observert at forseglingsbelastningen kan endre seg over tid. Dette tap av forseglingsbelastning kan motvirkes på flere måter. Først, et tetningselement som er lagd av svellingelastomer eller naturgummi har en tendens til å utvides idet det absorberer hydrokarboner eller andre væsker over en tidsperiode. Denne videre utvidelsen av tetningselementet forsterker forseglingsbelastningen mot brønnboringen over tid. For det andre; i situasjoner hvor tetningsorganet er innstilt i en ustabil formasjon, slik som en ustabil formasjon som har en tendens til å kollapse innover over tid, vil den spente formasjonen bruke en trykkraft mot tetningselementet for derved å motvirke reduksjonen av forseglingsbelastningen, som derved opprettholder forseglingsbelastningen mot formasjonen. For det tredje; tetningsorganet kan bli oppblåst til et trykk som overstiger formasjonens hulromtrykk. Dette overtrykket opprettholder en effektiv tetningspenning over tid. For det fjerde; de relativt høye temperaturene som er erfart i brønnboring har en tendens til å forårsake at tetningsorganet sveller.

I et annet aspekt kan tetningssammenstillingen 50 være plassert i brønn-boringen på en måte for å unngå eller minimere restriksjon av brønnboringen. Sammenstillingen 50 kan være selvhengende ved utvidelse av tetningsleddene 100 i kontakt med brønnboret. Alternativt kan en utvidbar forankring brukes for å plassere eller henge sammenstillingen 50 i brønnboret.

I et annet aspekt kan tetningssammenstillingen 750 innrettes og konstru-eres for å isolere mer enn en sone. Figur 12 er et skjematisk overblikk over en tetningssammenstilling 750 lagd for å isolere hhv. et stort antall produserende og ikke-produserende soner 701, 702. Tetningssammenstillingen 750 kan inkludere et første og andre tetningsorgan 700A, 700B plassert for å isolere produksjonssonen 701. Et utvidbart sand-silrør 720 som kopler tetningsorganene 700A, 700B tillater gjenvinning av hydrokarboner fra produksjonssonen 701. Tetningssammenstillingen 750 kan videre inkludere utvidbare, solide rør 730 som er plassert langs ikke-produserende soner 702. Som vist samarbeider et solid rør 730 med de andre og tredje tetningsorganene 700B, 700C for å isolere den ikke-produserende sonen 702. Videre er migrasjon av væsker fra den ikke-produserende sonen 702 langs brønnboringen til produksjonssone 701 forhindret. På denne måten gir aspekter for den forliggende oppfinnelsen en tetningssammenstilling 750 for styring av flere soner.

I et annet aspekt kan portene, slissene og kanalene i tetningsleddene være av enhver passende form, annen en rund. For eksempel, deler av formkjernen kan være slisset eller på andre måter perforert, og en utvidelse kan danne en dia-mant-form eller ha åpninger med andre utforminger.

Mens det foregående er rettet mot utførelser for den aktuelle oppfinnelsen, kan andre og videre utførelser for oppfinnelsen planlegges uten å fravike fra det grunnleggende bruksområdet derav, og bruksområdet er bestemt ved patent-kravene som følger.

Claims (31)

1. Utvidbart tetningsapparat (1), omfattende: et utvidbart rør (110); et tetningselement (120) anordnet rundt røret (110); karakterisert vedet kammer (125 ) dannet mellom tetningselementet (120) og røret (110); og et strømningsstyringslag (140) anbrakt i kammeret (125), hvori strømningsstyringslaget (140) er tilpasset og anordnet for å regulere fluidstrømning inn i kammeret (125).

2. Tetningsapparat (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat strømningsstyringanordningen (140) er aktuerbar ved et trykkdifferensial.

3. Tetningsapparat (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat strømningsstyringslaget (140) omfatter en eller flere strømningsstyringsorganer (843).

4. Tetningsapparat (100) ifølge krav 3, karakterisert vedat en eller flere strømningsstyringsorganer (843) er aktuerbare ved et trykkdifferensial.

5. Tetningsapparat (100) ifølge krav 3, karakterisert vedat røret (110) innbefatter en eller flere porter (817) for fluidkommunikasjon mellom kammeret (125) og en boring (118) i røret (110).

6. Tetningsapparat (100) ifølge krav 5, karakterisert vedat en eller flere strømningsstyringsorganer (843) regulerer fluidstrømning gjennom den ene eller flere porter (817).

7. Tetningsapparat (100) ifølge krav 3, karakterisert vedat i det minste en av den ene eller flere strømningsstyringsorganer (843) overlapper et annet strømningsstyringsorgan (843A).

8. Tetningsapparat (100) ifølge krav 7, karakterisert vedat et tetningsmateriale (850) er anbrakt mellom overlappende strømningsstyringsorganer (843).

9. Tetningsapparat (100) ifølge krav 3, karakterisert vedat en eller flere strømningsstyringsorganer (843) er sikret ved en ende og usikret ved en annen ende.

10. Tetningsapparat (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningselementet (120) omfatter et oppblåsbart element (820).

11. Tetningsapparat (100) ifølge krav 10, karakterisert vedat tetningselementet (120) er presset utover ved forsyning av fluid til kammeret (125).

12. Tetningsapparat (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat det videre omfatter et flertall av forsterkningsribber (127).

13. Tetningsapparat (100) ifølge krav 1, karakterisert vedat det videre omfatter en gjennomtrengelig membran (130) anordnet mellom formkjernen (720) og strømningsstyringslaget (140).

14. Tetningsapparat (100) ifølge krav 13, karakterisert vedat strømningsstyringslaget (140) er presset i kontakt med membranen (130).

15. Fremgangsmåte for isolasjon av en brønnboring (10), omfattende: kjøring av et utvidbart tetningsapparat (100) inn i brønnboringen (10), tetningsapparatet (100) har: et rørformet legeme (115); en eller flere tetningselementer (120) anbrakt rundt det rørformede legemet (115); ogkarakterisert vedat et strømningstyringslag (140) anbringes i et kammer (125) dannet mellom det rørformede legemet (115) og det ene eller flere tetningselementer (120); hvori strømningsstyringslaget tilpasses og anordnes for å regulere fluidstrømning inn i kammeret; tetningsapparatet (100) utvides; og den ene eller flere tetningselementer (120) oppblåses.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedat den videre omfatter forskyving av fluid inn i et kammer (125) dannet ved det rørformede legeme (115) og det ene eller flere tetningselementer (120) for å blåse opp tetningsapparatet (100).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert vedat den videre omfatter å lage et trykkdifferensial mellom kammeret (125) og en boring av det rørformede legeme (115).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert vedat et trykk i kammeret (125) er større enn et trykk i det rørformede legeme (115).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert vedat den videre omfatter lukking av strømningsstyringslaget (140) for å holde igjen trykket i kammeret (125).

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert vedat strømningsstyringslaget (140) presses mot en membran anordnet i kammeret (125).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedat den videre omfatter å holde igjen et trykk i kammeret (125).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert vedat den videre omfatter å presse strømningsstyringslaget (140) mot en membran anbrakt i kammeret (125).

23. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedat tetningsapparatet (100) videre omfatter et fyllmassemateriale.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedat den videre omfatter å øke en diameter av brønnboringen (10).

25. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedat flere enn en sone isoleres.

26. Tetningssammenstilling (750), omfattende: et utvidbart rør (115); en første tetningsdel (700A) anbrakt ved en første ende av røret (115); og en andre tetningsdel (700B) anbrakt ved en andre ende av røret (115), hvori hver av de første og andre tetningsdeler (700A, 700B) innbefatter: en utvidbar formkjerne (720, 730); et tetningselement (120) anbrakt rundt formkjernen (720, 730),karakterisert vedet kammer (125) dannet mellom tetningselementet (120) og formkjernen (720, 730); og et strømningsstyringslag (140) anbrakt i kammeret (125), hvori strømningsstyringslaget (140) er tilpasset og anordnet for å regulere fluidstrømning inn i kammeret (125).

27. Tetningssammenstilling (750) ifølge krav 26, karakterisert vedat den videre omfatter et fyllmassemateriale anordnet i kammeret (125).

28. Tetningssammenstilling (750) ifølge krav 26, karakterisert vedat strømningsstyringslaget (140) innbefatter i det minste et strømningsstyringsorgan (843).

29. Tetningssammenstilling (750) ifølge krav 28, karakterisert vedat det i det minste ene strømningsstyringsorgan (843) er sikret til en ende og usikret til en andre ende.

30. Tetningssammenstilling (750) ifølge krav 29, karakterisert vedat strømningsstyringslaget (140) er aktivert av et trykkdifferensial.

31. Tetningssammenstilling (750) ifølge krav 26, karakterisert vedat det omfatter en gjennomtrengelig membran (130).