NO335465B1 - Multiposisjonsapparat til et verktøy - Google Patents

Abstract

En indekseringsmekanisme er lagt frem som kan plassere et verktøy i et mangfold av posisjoner mens det er nede i brønnen under påvirkning av store statiske og dynamiske krefter. I den foretrukne applikasjon kontrollerer mekanismen en bevegelig hylse på en strupeventil nede i brønnen. Den inneholder et indekseringstrekk som omfatter en pin som kan beveges i en mengde av slisser. Et stempel, tvunget til å bevege seg på langs, griper og roterer en indekshylse for å få pinnen til å gå videre til det neste J-sliss spor. En separat knast på stempelet griper et radialt motstykke på indekshylsen for å overta slagkreftene og posisjonerer ventilen istedenfor å tillate at pinnen støtter seg mot enden av slissen.

Description

OPPFINNELSENS SAKSOMRÅDE

Oppfinnelsens saksområde er posisjoneringssystemer generelt og spesielt anvendt på justerbare strupeventiler nede i brønnen.

OPPFINNELSENS BAKGRUNNEN

Skyvehylser har vært brukt i brønn-kompletteringer i en årrekke for å kontrollere flyten (strømningen) til brønner. Disse hylser har normalt bare to posisjoner: de er enten helt åpent eller helt stengt og er ikke justerbar mellom disse to ytre posisjoner. Disse hylser har utviklet seg i løpet av tiden fra å kreve dyr manuell inngrep til å være fjern-styrt. Det neste utviklingstrinnet til disse hylsene krever at flytarealet til disse hylsene er justerbart. Disse verktøy er nå generisk sett på som brønnstrupeventiler. Å ha evnen til å justere flytarealet betyr at operatørene kan kontrollere flyten til fluidene og gasser til og fra reservoaret. Den primære grunn for dette kravet er å maksimere effektiviteten til hydrokarbonutvinning fra reservoaret og minimere risikoene og kostnader av å produsere disse hydrokarboner.

Indekseringsmekanismen til å posisjonere strupeventilen i forskjellige posisjoner kan være utsatt for meget store krefter, større enn opprinnelig forutsett dersom de bevegelige delene blir mye vanskeligere å bevege pga at de har vært utsatt for brønn-fluider og -betingelser over en lengre periode. Ofte ble tilgjengelig hydraulisk trykk ved brønnhodet brukt med en innebygd margin til å være i stand til å bevege de bevegelige delene til tross for motstand fra binding eller partikler i veien som gjør den nødvendige bevegelsen atskillig mer vanskelig. Disse design tenderer til å overbe-laste de bevegelige delene under normal operasjon i den tidlige driftsfasen når det ikke finnes så mye motstand mot bevegelse mellom de bevegelige delene. Disse veldig høye kreftene kan forårsake at delene feiler som resulterer i at en ikke lenger kan manipulere strupingen til den ønskede posisjon.

US 4273190 A omtaler et apparat og en fremgangsmåte for gruspakking av flere soner med en enkelt tur av operasjonsstrengen i en brønn uten å indusere bevegelse over fluidsoner, og uten å forstyrre sonen som pakkes i reverserende sirkulasjon.

US 4101157 A omtaler et verktøy for oppfisking av en gjenstand fra et borehull. Verk-tøyet anvender et rørformet legeme med en øvre og nedre del, fingre montert inn i legemet for å bevege seg mellom en åpnet posisjon og en lukket posisjon, og en fjær montert i legemet for å bruke fingrene mot den nedre ende av legemet.

Det ble laget apparater til å konvertere aksial bevegelse nede i brønnen til rotasjonsbevegelse før. Dette verktøy var kompleks og involverte en tannet sperrehake som virker sammen med en heliks på et avlangt ledd. Dette er vist i US-patent 5,584,342. Apparatet ble brukt til å fjerne smuss fra røret. Mer spesifikk rettet mot håndtering av strupeventiler som krever flere posisjoner finnes US-patentene 5,826,661 og 6,119,783, som bruker en sekvens av trykksetting og -fjerning i forbindelse med holdekiler som tillater bevegelse i en forhåndsbestemt størrelse hver gang trykket blir satt på og sluppet. Dette design innebar kompliserte bevegelser og små fjærbelast-ede deler, som ville ha vært av marginal nytte i håndteringen med store differensielle trykk, som kunne forårsake at deler blir slått sammen på en måte som kunne øde-legge dem eller få dem til hekte seg sammen. Andre design berørte konfigurasjonen til de stasjonære og bevegelige portene som illustrert i US-patent 6,371,208. Den kommersielle utførselsformen til dette spesifikke design brukte en skrittmotor, som opererte et tannstangdrev til å oppnå variabel posisjonering for en brønnstrupeventil. Systemet er veldig kompleks og dyrt å fremstille og operere. Men J-slisser har vært brukt lenge i forskjellige brønnverktøy. I en J-sliss går pinnen i et slisset spor og kommer til å ligge an i endene til individuelle slisser slik at de relative posisjoner til de to delene kan bestemmes. Egenartene til kjent J-sliss-teknikk begrenset deres anvendelse på lette oppgaver med liten sannsynlighet at pinnen ville slå med stor kraft mot enden av slissen, hvor den kunne bli skadd eller slått av. En uttrekkbar flytkon-troller modell TREC-TI fra Schlumberger bruker et indekseringssystem, som er avhengig av posisjonen til en sperrehake og en indekspin til å definere flere posisjoner til en brønnstrupeventil.

Det som trengs er et design som innehar enkelthet mens det er i stand å tåle store krefter forårsaket av anvendelse av høyt differensielt trykk og den sterke påvirkning som nødvendigvis brukes i slike operasjoner. Den foreliggende oppfinnelsen tillater slik krevende funksjon vha separasjon av skiftemekanismen fra den endelige posisjoneringsmekanisme. Disse og andre fordeler til den foreliggende oppfinnelsen vil bli lettere forstått av fagpersonen ved å gjennomgå beskrivelsen av den foretrukne utførelsesform og kravene som følger nedenfor.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et multiposisjonsapparat til et verktøy, kjennetegnet ved at det omfatter: en hylse med en langsgående akse;

et stempel, nevnte stempel er opererbart forbundet til nevnte hylse gjennom et indekselement for å rotere nevnte stempel og nevnte hylse i forhold til hverandre; nevnte stempel og hylse omfatter videre en av en knast og et flertall av stoppeinnretninger langsgående adskilt fra nevnte indekselement for selektiv lastbærende kontakt i et flertall av langsgående adskilte posisjoner mellom nevnte stempel og nevnte hylse.

Foretrukne utførelsesformer av multiposisjonsapparatet er videre utdypet i kravene 2 til og med 20.

En indekseringsmekanisme som kan plassere et verktøy i et mangfold av posisjoner mens det er nede i brønnen under påvirkning av store belastninger er omtalt. I en anvendelse kontrollerer mekanismen en bevegelig hylse på en strupeventil nede i brønnen. Den inneholder et indekseringstrekk som omfatter en pin (bolt) som kan beveges i en serie med slisser. Et stempel begrenset til å flytte seg langsgående griper og roterer en indekshylse for å få pinnen til å gå videre til det neste J-sliss spor. En separat knast på stempelet griper et radialt motstykke på indekshylsen for å overta de store kreftene og posisjonerer ventilen istedenfor å tillate pinnen å støtte seg mot enden av slissen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 er et snittperspektiv av indekseringsmekanismen i en første posisjon.

Figur 2 er perspektivet til figur 1 med indekseringsmekanisme i en annen posisjon som viser et større overlapp mellom de bevegelige og de stasjonære åpninger. Figur 3 er en kombinasjon av snitt og utrullet innvendig perspektiv til innretningen; og Figur 4 er et snitt som viser funksjonen til strupeventilen som bruker en serie med faste og bevegelige overlappende åpninger.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRSELSFORMEN

Fagmannen vil forstå at en justerbar strupeventil fungerer vha relativ forskyvning mellom bevegelige og faste åpninger slik at munningens størrelse til strupefunksjonen varierer. Et større overlapp betyr økt flytareal og lavere trykkfall over ventilen. Åpningene 10, hvorav en vises i figur 1, som er fast, er generelt plassert på en hylse 12. Hylsen 12 er fast montert i et hus, som ikke vises, til hvilket innløp og utløp er koblet. Et stempel 14 er montert tilstøtende hylse 12 og fortrinnsvis konsentrisk med denne og som har en serie med flyttbare åpninger 16, hvorav én vises i figur 1. Stempel 14 kan drives mekanisk eller hydraulisk og kan være forspent mot tett kontakt mellom knast 22 og en tilsvarende skuIderflate rund omkretsen så som 26 eller 28.1 posisjon til figur 1 har åpningene 16 flyttet til en delvis overlappende posisjon med åpningene 10, hvor de stiplede linjene indikerer forskyvningen mellom de bevegelige og stasjonære åpningene.

Stempel 14 er en rørformet konstruksjon som er begrenset til bare å kunne bevege seg i lengderetning. På sin ytre flate 18 finnes en pin 20 og en knast 22.1 den foretrukne utførselsformen er pin 20 langsgående i flukt med knast 22 selv om en slik utretting ikke er obligatorisk. Formen til knast 22 kan varieres selv om det foretrekkes at den har en lang side 24 for kontakt med skulderflaten rund omkretsen, så som 26 og 28 som befinner seg på den innvendige flaten 30 til indekseringshylsen 32. Andre former for stoppinnretninger enn en omløpende skulder er også vurdert. Indekshylse 32 er fortrinnsvis montert over stempel 14 slike at pin 20 til å begynne med er lagt ut i ett av et flertall av parallelle spor hvorav spor 34 og 36 er vist i figur 1. Indekshylsen er holdt tilbake slik at den kan rotere rundt sin sentral akse men kan ikke forflytte seg. Når stempel 14 flyttes av hvilken som helst av et mangfold av forskjellige krefter, om-settes dette til en bevegelse av pin 20 i en gitt sliss, så som f eks 34. Eventuelt griper pin 20 inn i den stigende flaten 38 på indekshylse 32. Siden stempelet 14 er forhindret å rotere rundt sin sentrale akse, roterer indekshylse 32, som er i stand til dette, når pin 20 går inn i sliss 40. Deretter, når stempel 14 drives i motsatt retning, griper pin 20 nå den skrånende flaten 42 mellom slissene 34 og 36 for å tvinge indekshylsen til å rotere i samme retning som før for å rette opp sliss 36 med pin 20. Som et resultat av rotasjonene til indekshylsen 32 har den omløpende skulderflaten 28 rotert slik at den ligger i flukt den lange siden 24 til knast 22. Siden flate 28 er høyere enn flate 26 kan stempel 14 gå videre opp før flate 24 griper og reduserer på denne måten overlappet mellom åpningene 10 og 16. Posisjonen er bestemt av koblingen av knast 22 med flaten 28 eller andre som er fordelt i en ring på en måte, at å presse stempelet 14 frem og tilbake mange nok ganger skal gjøre at strupeventilen kan gå fra helt stengt til helt åpent og tilbake i et antall av trinn bestemt av antall slisser så som 34 eller 36 og de virkelige posisjonene ville være bestemt av plasseringen av den omløpende skulderflaten så som 26 og 28. Stoppinnretningen som tar slagbelastningen til hver mellomliggende posisjon er knasten 22 som treffer motsvarende skulderflate og ikke pinnen 20 som møter enden til en sliss så som 34. Ulik en typisk J-sliss av tidligere konstruksjoner blir høyden til de individuelle slissene uvesentlig for den endelige plassering av delene i forhold til hverandre. Som vist i det utrullede indre perspektiv til figur 3, er slisstoppene 44 identisk i høyden men dette er ikke nødvendig. Dette fordi det er møtet til knast 22 med en tilhørende skulder så som 28 på indekshylsen 32 som holder pinnen fra å støtte seg mot slisstoppen 44 eller til og med fra å komme i kontakt med den i det hele tatt avhengig av delenes dimensjonering. I grunn tjener pin og sliss det formålet å endre opprettingen mellom knast 22 og neste skulder i flukt så som 28. Når de får kontakt og opptar kreftene, er den nye posisjon til strupingen definert. Den store belastningen blir ikke tatt av pin 20 som kolliderer med enden av sliss 44. Dette tillater at ventilen lukker trinnvis og deretter åpner trinnvis. Trinnstørrel-sene kan være like eller forskjellige.

Fagpersonen vil forstå at indeksmekanismen er enkel og pålitelig ved at det brukes en mekanisme som omsetter en langsgående bevegelse i en rotasjonsbevegelse. Andre mekanismer enn en J-sliss er vurdert til å omforme en lineær bevegelse til rotasjon så lenge de midlertidige posisjonene er bestemt av en annen mekanisme som er sterk nok til å oppta de store kreftene til hver midlertidig posisjon. I den foretrukne utførelsesformen er J-slissen blitt brukt for å posisjonere en separat knast 22 mot en serie med skuldre, så som 28, mens pin 20 unngår kollisjonen med slisstoppen 44.

Mens den foretrukne applikasjon er til en brønnstrupeventil kan andre verktøy an-vende den foreliggende oppfinnelsen. Mekanismen kan flytte glidehylser eller andre ventiler uansett om de brukes på overflaten eller nede i brønnen. Den kan brukes til å operere brønnlåser eller som en avlastningsinnretning på et verktøy eller flere verk-tøy, som ville ha fordeler av den inkrementene bevegelsen som beskrevet og mer spesifikk der hvor kreftene er signifikant og indeksmekanismen trenger å være mindre grov men allikevel pålitelig i drift. Store slagbelastninger og store krefter forårsaket av trykkdifferanser på over 69MPa (10,000 PSI) er undersøkt.

Plasseringen av pinnen 20 og slissen, så som 34 og 36 kan bli byttet slik at pin 20 er på indekshylsen 32 som er begrenset til en skyvebevegelse, mens stempel 14 kan rotere. Knasten 22 kan være på indekshylsen 32 og stoppinnretningene kan være på den ytre flaten til stempel 14. Åpningene 16 kunne da være på indekshylsen 32. Bevegelsen til pin 20 i figur 3 er i overensstemmelse med en rotasjonspreferanse på indekshylsen 32 som vist skjematisk med pil 48. Denne helningen kan bli snudd som indikert skjematisk med pil 46. Retningen til preferansen kan bli manipulert fra overflaten og vil styre om åpningene 10 og 16 flytter trinnvis mot å være overlappende eller ikke. På denne måten trenger en ventil som er halvveis åpen ikke gå til full åpen før den kan stenges. Den samme resiproke bevegelsen til stempel 14 tillater at ventilen går mot åpen eller stengt som styrt fra overflaten.

Claims (20)

1. Multiposisjonsapparat til et verktøy, karakterisert vedat det omfatter: en hylse (12) med en langsgående akse; et stempel (14), nevnte stempel (14) er opererbart forbundet til nevnte hylse (12) gjennom et indekselement (32) for å rotere nevnte stempel (14) og nevnte hylse (12) i forhold til hverandre; nevnte stempel (14) og hylse (12) omfatter videre en av en knast (22) og et flertall av stoppeinnretninger (26, 28) langsgående adskilt fra nevnte indekselement (32) for selektiv lastbærende kontakt i et flertall av langsgående adskilte posisjoner mellom nevnte stempel (14) og nevnte hylse (12).

2. Multiposisjonsapparat ifølge krav 1, karakterisert vedat: én av nevnte stempel (14) og nevnte hylse (12) er begrenset til translasjon og den andre er begrenset til rotasjon.

3. Multiposisjonsapparat ifølge krav 1, karakterisert vedat: nevnte indekselement (32) er forhindret fra belastning ved tidligere inngrep av nevnte knast (22) mot én av nevnte alternative stoppeinnretninger (26, 28).

4. Multiposisjonsapparat ifølge krav 1, karakterisert vedat: nevnte indekselement (32) omfatter en J-slissammenstilling.

5. Multiposisjonsapparat ifølge krav 1, karakterisert vedat: nevnte knast (22) er i stand til å absorbere støt når den treffer en stoppeinnretning (26, 28) skapt ved differensialtrykk over 69 MPa.

6. Multiposisjonsapparat ifølge krav 1, karakterisert vedat: nevnte knast (22) er generelt rektangulært formet og nevnte stoppeinnretninger (26, 28) omfatter en rekke av skuldre i et trappetrinnarrangement.

7. Multiposisjonsapparat ifølge krav 4, karakterisert vedat det omfatter: nevnte J-slissammenstilling omfatter en pin (20) som er bevegbar i en rekke av for- bunnede slisser (34, 36) og hvori en ende i hver av nevnte slisser (34, 36) ikke danner den endelige posisjon for nevnte pin (20) i denne sliss (34, 36).

8. Multiposisjonsapparat ifølge krav 7, karakterisert vedat: nevnte knast som opptar én av nevnte stoppeinnretninger (26, 28) forhindrer nevnte pin (20) fra å oppta en ende av en respektiv sliss (34, 36.)

9. Multiposisjonsapparat ifølge krav 8, karakterisert vedat: nevnte pin (20) er tvunget til lineær bevegelse mens nevnte sammenkoplede slisser (34, 36) er tvunget til å rotere.

10. Multiposisjonsapparat ifølge krav 9, karakterisert vedat: nevnte slisser (34, 36) omfatter mellomliggende skrånende flater slik at når de kommer i kontakt med nevnte pin (20) som er begrenset til lineær bevegelse, fører dette til en roterende bevegelse av nevnte slisser (34, 36) som er tvunget til å rotere.

11. Multiposisjonsapparat ifølge krav 9, karakterisert vedat: rotasjon av nevnte slisser (34, 36) bevirker innretningen av en annen stoppeinn retning (26, 28) med nevnte knast (22).

12. Multiposisjonsapparat ifølge krav 11, karakterisert vedat det videre omfatter: et hus montert rundt nevnte hylse (12); et fluidinnløp og -utløp i nevnte hus; en av nevnte stempel (14) og nevnte hylse (12) omfatter videre en åpning (10, 16) som er i stand til å bevege seg mot innretning og feilinnretning med én av nevnte fluidinnløp og -utløp i nevnte hus bestemt av hvilken stoppeinnretning (26, 28) som er i inngrep med nevnte knast (22).

13. Multiposisjonsapparat ifølge krav 12, karakterisert vedat: nevnte knast (22) og nevnte åpning (10,16) er på nevnte stempel (14) og nevnte slisser (34, 36) og nevnte stoppeinnretninger (26, 28) er på nevnte hylse (12).

14. Multiposisjonsapparat ifølge krav 12, karakterisert vedat: nevnte knast (22) og nevnte åpning (10,16) er på nevnte hylse (12) og nevnte slisser (34, 36) og nevnte stoppeinnretninger (26, 28) er på nevnte stempel (14).

15. Multiposisjonsapparat ifølge krav 12, karakterisert vedat: nevnte åpning (10, 16) er flyttet i innretning og så ikke-innretning fra én av nevnte fluidinnløp og -utløp i inkrementene trinn definert ved inngrep av nevnte knast (22) med den neste stoppeinnretning (26, 28) i sekvens den ene eller andre retning.

16. Multiposisjonsapparat ifølge krav 15, karakterisert vedat: nevnte åpning (10,16) er flyttet i innretning og så ikke-innretning fra én av nevnte fluidinnløp og -utløp i inkrementene trinn definert ved inngrep av nevnte knast (22) med den neste stoppeinnretning (26, 28) i sekvens i én retning.

17. Multiposisjonsapparat ifølge krav 8, karakterisert vedat: nevnte knast (22) er generelt rektangulært formet og nevnte stoppeinnretning (26, 28) omfatter en rekke av skuldre i et trappetrinnarrangement.

18. Multiposisjonsapparat ifølge krav 17, karakterisert vedat: nevnte hylse (12) er montert konsentrisk over nevnte stempel (14).

19. Multiposisjonsapparat ifølge krav 18, karakterisert vedat: nevnte stempel (14) er drevet hydraulisk.

20. Multiposisjonsapparat ifølge krav 18, karakterisert vedat: nevnte stempel (14) er drevet mekanisk.