NO335526B1

NO335526B1 - Sonde for anbringelse av en sensor på innsiden av en brønnforing

Info

Publication number: NO335526B1
Application number: NO20031971A
Authority: NO
Inventors: Svein Audun Håheim; Robert Hughes Jones; Paul Steven Jaques; Will Wason
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2014-12-22
Also published as: US20050252652A1; WO2003027717A1; NO20031971D0; US20040194956A1; US6981550B2; US20080149330A1; EP1370891A1; EP1370891B1; GB0122929D0; US7694735B2; NO20031971L

Abstract

En sonde og et apparat for anbringelsen av denne mot innsiden av et brønnforingsrør er beskrevet, sonden omfatter et elastisk C-formet element (22) og i det minste en sensor (23).

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår et apparat for anbringelse av en sensor mot et brønnforingsrør, idet nevnte apparat omfatter en sonde omfattende et utvidbart og/eller elastisk C-formet element og i det minste en sensor, idet elementet er kompressibelt for å bringe dets ender nærmere hverandre.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for anbringelse av en sonde mot et brønnforingsrør.

Som sonder kan man nevne seismiske eller mikroseismiske sonder.

Konstruksjoner for permanent installering av en sonde mot en innervegg til et rør, slik som foringsrøret til en fluidutvinningsbrønn, er kjent. Slike konstruksjoner er f.eks. beskrevet i US patenter Nr. 5 092 423, 5 181 565, 5 200 581, 5 111 903, 6 289 985 og 6 173 804. De første fire patentene beskriver anordninger hvor sonden beveges fra en tilbaketrukket posisjon i en medbringer til en posisjon som presser mot veggen, men i alle tilfeller forblir sonden mekanisk koblet til medbringeren. Det siste patentet beskriver en konstruksjon som inkluderer et fleksibelt element som bærer en sonde, hvilket element er holdt i en sammenpresset tilstand for å tillate sammenstillingen å senkes inn i et brønnforingsrør. Idet sammenstillingen har blitt anbrakt i brønnen slik det kreves, tillates det fleksible, elastiske elementet å utvides for å frigjøre en låsemekanisme som holder elementet i dets sammenpressede tilstand. Samtidig er det sørget for mekanisk isolasjon av det fleksible elementet, og dermed sonden. Fremgangsmåten for frigjøring av låsen er å påføre et overtrykk inne i brønnforingsrøret, noe som får en hydraulisk støter til å frigjøre den. Denne fremgangsmåten å tilskynde installasjonen av denne mekaniske klemmingen av sonden mot brønnforingsrøret har flere ulemper. Å trykksette området mellom produksjonsrøret og brønnforingsrøret er ikke en prosess foretrukket av produksjonsbrønninstallerere. Andre anordninger, slik som tetninger, kan også installeres, og moderne praksis er å "blåse opp" slike anordninger ved hjelp av å trykksette produksjonsrøret, og dermed hydraulisk forbinde pakningssettemekanismen med produksjonsrøret, eller å sørge for en separat hydraulisk tilførsel for å "blåse dem opp". Denne fremgangsmåten å utplassere en sonde i et brønnforingsrør anvender videre en mekanisme for å bevirke frigjøringen av det sammenpressede fleksible elementet ved en bryterlignende virkning. Dermed er det ingen kontroll av anbringelsen av sonden mot foringsrøret etter frigjøring, og dermed påføres sonden et for kraftig støt.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen er det i ett aspekt sørget for et apparat for anbringelse av en sensor mot et brønnforingsrør, idet nevnte apparat omfatter: en sonde omfattende et utvidbart og/eller elastisk C-formet element og i det minste en sensor, idet elementet er kompressibelt for å bringe dets ender nærmere hverandre;

som er kjennetegnet ved at apparatet i tillegg omfatter:

a) midler for å bære og lokalisere sonden på innsiden av brønnen før anbringelse, og b) midler for opphevbar sammenpressing av det C-formede elementet for å tillate posisjonering av sonden på innsiden av brønnen og etterfølgende

anbringelse.

I henhold til et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er det sørget for en fremgangsmåte for anbringelse av en sonde mot et brønnforingsrør, hvor nevnte fremgangsmåte omfatter: a) sørge for et apparat i henhold til første aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen,

b) komprimere det C-formede elementet,

c) posisjonering av sonden ved det ønskede stedet på innsiden av brønnen, og

d) frigjøring av det C-formede elementet for derved å sikre sonden på stedet.

Eksempler på oppfinnelsen anvender en sonde, i form av en utvidbar "C"-formet

ringklemme, som benyttes i en fremgangsmåte hvori sonden føres inn i en produksjonsbrønn ved sammenpressing av sonden rundt en produksjonsrørlengde eller andre bærere, og hvorved anbringelse og mekanisk isolasjon av sonden fra

bæreren enkelt kan oppnås ved å frigjøre den sammenpressede mekanismen. Foretrukne eksempler på oppfinnelsen anvender trykket påført produksjonsrøret for installasjonen av andre anordninger, slik som tetninger, eller anvender en eksisterende hydraulisk tilførsel, typisk en kun anvendt for installering, inne i en produksjonsbrønn, for å bevirke klemming av en sonde mot brønnforingsrøret. Ved å anvende slike beleilige hydrauliske kilder, i kombinasjon med en egnet anbringelsesmekanisme kan sonden anbringes under kontroll for å unngå det mekaniske støtet som kan oppstå ved anvendelsen av noen eksisterende konstruksjoner.

Den foreliggende oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved eksempel, med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 illustrerer skjematisk og ikke i skala, en mekanisme for klemming av en

sonde til et brønnforingsrør, i en "belastet" tilstand, før klemming,

Fig. 2, 3 og 4 illustrerer alternativer til det som er vist i fig. 1,

Fig. 5 illustrerer en klemring, som huser seismiske sensorer og danner en sonde,

Fig. 6 viser mekanismen i fig. 1 anbrakt mot foringsrørveggen,

Fig. 7 er et snitt av en C-formet sonde i henhold til en ytterligere utforming av den

foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 8 er et delsnitt tatt langs linjen X-X i fig. 7 i retning som vist,

Fig. 9 er frontsnitt av et apparat for anbringelse av sonden i fig. 7,

Fig. 10 er et delsnitt tatt langs linjen Z-Z i fig. 9 i retning som vist,

Fig. 11 er et delsnitt tatt langs linjen Y-Y i fig. 9 i retning som vist,

Fig. 12 er et frontsnitt av en krave som danner en del av apparatet i fig. 9, og

Fig. 13 er et delsnitt tatt langs linjen W-W i fig. 12 i retning som vist.

Med henvisning til fig. 1, ligger brønnfluidproduksjonsrør 1 inne i et brønnforingsrør 2. En sammenstilling av en klemmemekanisme omfatter en sylinder 3 med hydrauliske eller gasstøtere 4, integrert med en øvre sylinder 5 med konisk ende, med støterutgangs-aksler 6 forbundet til en nedre sylinder 7 med konisk ende, sylindrene 5 og 7 holder en utbyttbar, elastisk "C"-formet klemring 8 rundt røret 1. Hver støter 4 er en boring i sylinderen 5 med et stempel 11 forbundet til den respektive utgangsakselen 6. Sylindrene 5 og 7 holder hver en respektiv sikringsring 17, sikringsringene 17 er montert i ribber i sylinderen 3 i en sammenpresset tilstand. Hver av støterne 4 mates med enten hydraulisk fluid eller gass fra en trykksatt kilde for å operere klemmemekanismen.

I illustrasjonen vist som fig. 1 er den hydrauliske fluid- eller gasskilden som er trykksatt for å operere klemmemekanismen tilført via rør 9 fra produksjonsrøret 1.

Alternativt, vist i fig. 2, kan den hydrauliske fluid- eller gasskilden være den samme som mater pakninger i brønnen, som er trykksatt ved installasjon for å pumpe opp deres omkretsutvidbare seksjoner for å tette mot brønnens foringsrør. I fig. 2 er en pakning 10 forbundet hydraulisk (eller via gass) til produksjonsrøret 1 ført gjennom dets senter, via en åpning (ikke vist) i rørveggen innenfor pakningen, det er utløp fra pakningen 10 til rørene 9 for å mate støterne 4.

Som et ytterligere alternativ, som vist i fig. 3, kan klemmemekanismen være operert av en separat hydraulisk eller gassmater via rør 12, trykksatt ved installasjon.

Som et annet alternativ som vist i fig. 4, kan tetningen 10 være "oppblåst" ved en separat hydraulisk eller gasstilførsel via et tilkoblet rør 13 for å mate klemmemekanismen via rør 9.

Siden operasjonsmodusen er identisk for alle fremgangsmåter for hydrauliske eller gassmatetilførseler angitt ovenfor, vil fig. 1, 5 og 6 anvendes for å beskrive ytterligere detaljer i operasjonen av klemmemekanismen til hvert av eksemplene ovenfor.

Fig. 5 viser "C"-formet ringklemme 8, med andre ord sonden, i sin ekspanderte tilstand. Ringklemmen 8 huser så mange seismiske (f.eks. mikroseismiske) sensorer 14 som er nødvendig for å danne sonden og hver rundtgående ende av ringen er avskrådd som vist ved 15. Denne ringen 8 holdes i en sammenpresset tilstand av de avskrådde endene av sylindrene 5 og 7 som er tvunget sammen av kompresjonsfjærer 18 som virker mellom endene til sylindrene 5 og 7 og ringene 19 festet til endene av sylinderen 3.

Fremgangsmåten for installering av sonden er som følger:

Klemmemekanismen "belastes" ved kompresjon av den "C"-formede ringklemmen 8 for å føre dens ender nærmere sammen, og holder denne i den komprimerte tilstanden mellom sylindrene 5 og 7 med de avskrådde endene. Samtidig holdes også sikringsringene 17 i den komprimerte tilstanden av sylindrene 5 og 7. Den "belastede" klemmemekanismen senkes, sammen med andre elementer som også kan installeres samtidig, slik som pakninger, ned i brønnen med produksjonsrøret 1 ført gjennom midten, inntil det er i den nødvendige posisjonen som vist i fig. 1. Hydraulisk eller gasstrykk påføres deretter, hvorved de hydrauliske støterne 4 tvinger sylindrene 5 og 7 fra hverandre, mot den ytterligere kompresjonen avfjærene 18. Dette frigjør den "C"-formede ringklemmen 8, som huser de seismiske sensorene og danner sonden, som dermed ekspanderer for å gripe tett mot innsiden av brønnforingsrøret 2. At sylindrene 5 og 7 tvinges fra hverandre fører også til frigjøringen av sikringsringen 17. Frigjøring av sikringsringen 17 forhindrer sylindrene 5 og 7 å tvinges tilbake sammen hvis kilden av hydraulisk eller gasstrykk fjernes etter installasjon. Denne anbrakte tilstanden er illustrert i fig. 6.

En gradvis økning av kildetrykket vil få støterne 4 til å bevege sylindrene 5 og 7

sakte. Siden endene til klemringen 8 og sylindrene 5 og 7 er avskrådd/avfaset, vil den sakte bevegelsen av sylindrene 5 og 7 tillate klemringen 8 å ekspandere sakte inntil den ligger an mot den indre overflaten til foringsrøret 2 i brønnen. Dermed er anbringelsen av sonden forsiktig og under kontroll gjennom kontrollen av trykkøkningen av den hydrauliske eller gasskilden, og derved unngås mekanisk støt. Sonden er dermed sikret til foringsrøret og er også mekanisk isolert fra produksjonsrøret.

Samtidig som denne anbringelsen skjer, anbringes resten av pakningene, hvis montert og kraftsatt av samme kilde.

Under anbringelsen av sonden (eller sondene) kan dens eller deres vinkelposisjon(er) rundt produksjonsrøret 1 måtte justeres. Dermed kan rørene 9 (eller rørene 9 og 12) måtte inkludere et fleksibelt element og klemmekanismen vil måtte innbefatte trekk i dets utforming slik som landenipler, for å tillate anvendelsen av orienteringsverktøy, og orienteringsmålere, for å bevirke justering av rotasjonsvinkelen før anbringelse. Slike trekk er avhengig av utformingsdetaljer og er dermed ikke vist i figurene.

Eksemplene ovenfor angir en fremgangsmåte for anbringelse av klemmekanismen som er ment å være permanent. Imidlertid er en ytterligere fordel med trekket med "avfaset kant" for oppfinnelsen at fjerning av klemmekanismen etter anbringelse er mulig. Dette er spesielt nyttig hvis klemmekanismen er anbrakt ved uhell eller i en ukorrekt posisjon under installering. Med henvisning til fig. 6, kan fjerning av klemmekanismen utføres ved enkelt å bevege røret 1, noe som får sylindrene 5 og 7 til å dra sonden langs foringsrøret. Dermed kan klemmekanismen, komplett med klemringen 8 som danner sonden fjernes, evt. med en viss kraft.

I tillegg til eller som et alternativ til anvending av fluidtrykk for å aktivere klemmekanismen, er det mulig å anvende et vaierlineverktøy for å aktivere mekanismen. Dette kan kreves hvis det av en eller annen grunn ikke er mulig å trykksette røret 1. Fremgangsmåten vil være å bringe den eller hver klemmekanisme til dens korrekte posisjon i brønnen og deretter føre inn et vaierlineverktøy gjennom røret som vil gå i inngrep med en spesiell lås. Trekking i vaierlineverktøyet vil frigjøre låsen og dermed aktivere klemmekanismen.

En ytterligere utforming av en C-formet sonde og et apparat for dens anbringelse vil nå bli beskrevet med henvisning til fig. 7 til 13. Denne sonden 21 vist i fig. 7 og 8 omfatter et ekspanderbart, elastisk C-formet fjærelement 22 som bærer en sensorbeholder 23 på enden av en arm og en uvirksom beholder 24 med lignende størrelse på enden av den andre armen. Hver av beholderne 23 og 24 er montert i en respektiv beholdersadel 25, 26, via hvilken de er festet til endene til C- fjærelementet 22. Hver beholdersadel er også utstyrt med et anker 27, 28 anbrakt på den motsatte siden av sadelen i forhold til den som er festet til C-fjærelementet 22. Totaldiameteren til sonden er slik at kompresjon av C-fjærelementet, ved å presse endene av fjærelementet mot hverandre, er nødvendig før sonden kan innføres i et foringsrør i hvilket den skal anbringes.

Sensorbeholderen 23 omfatter fire seismiske sensorer (ikke vist) huset i et sylindrisk aluminiumhylster med sensorakser innrettet i 109,47 grader med hverandre. Hylsteret er igjen innført i en sylindrisk ståltrykkbeholder 29, og den åpne enden er utstyrt med en kapsel 30. Ledninger fra sensorene er ført, langs riller maskinert i utsiden av hylsteret, inn i kapselen 30, og ut gjennom en høytrykksrørforbindelse 31. Den uvirksomme beholderen 24 inneholder ingen sensorer og er festet til C-fjærelementet kun for balanse og symmetri.

Med henvisning til fig. 9 og 10, omfatter apparatet for anbringelse av sonden en lengde av produksjonsrør 32, typisk 1500 mm i lengde og hanngjenget i begge ender for innføring i produksjonsrøret i en brønn og som er utstyrt med sondefeste- og anbringelsesmekanisme. Denne mekanismen omfatter en sondebærende hylse 33 som er roterbart montert på produksjonsrøret, og en sondelåseplugg 34 drevet av et stempel 36 i en hydraulisk sylinder 35 montert på produksjonsrøret 32 over den bærende hylsen 33. Låsepluggen 34 er gaffelformet på enden, med to avfasede tinder, og er styrbart koblet til den bærende hylsen 33 ved hjelp av en kamtapp 37 på pluggen 34, hvilken tapp 37 passer inn i en kamrille 38 maskinert på den ytre overflaten til hylsen 33.

Støttekraven 33 er vist mere detaljert i fig. 12 og 13, og som kan sees i disse figurene er i tillegg til kamrillen 38 den sondebærende hylsen 33 utstyrt med et par av nedre knaster 39 og øvre knaster 40 for å holde sonden. Bunnenden til kamrillen er lukket og er posisjonert mellom og rett ovenfor det øvre paret av knaster. Derfra forløper rillen oppover, i starten vertikalt og deretter buet mot siden og opp. Den øvre enden av rillen er åpen.

Med ny henvisning til fig. 9 og 10, for å feste sonden 21 til produksjonsrørlengden 32 er sonden posisjonert rundt bærehylsen 33 med stempelet 36 ført fullstendig ut, slik at gaffelenden til låsepluggen 34 klemmer sondeankrene 27, 28 sammen, derved sammenpresses C-fjærelementet 22 rundt bærehylsen. I denne posisjonen er kamtappen 37 til låsepluggen 34 ved bunnenden til kamrillen 38 i bærehylsen, med den virkning at det øvre og nedre paret av knaster 39, 40 på hylsen er posisjonert henholdsvis over og under sensorbeholderen 25 og den uvirksomme beholderen 26. Sonden er derved fastholdt mot både lateral- og rotasjonsbevegelse relativt til produksjonsrørlengden 32.

Etter å ha fastgjort sonden 21 til og rundt produksjonsrørlengden 32, kan sonden og rørsammenstillingen deretter innføres i et brønnforingsrør 42, idet totaldiameteren til den sammenpressede C-fjærsonden er mindre enn for foringsrøret, som vist i fig. 11. Med en gang den er innført i brønnforingsrøret, overføres signaler fra sonden til overflaten via en koblingsboks 41 montert på produksjonsrøret og til hvilken ledningene inne i høytrykksrøret 31 fra sensorbeholderen 23 er koblet.

Etter å ha posisjonert sammenstillingen av sonden 21 og produksjonsrøret 32 på innsiden av foringsrøret, utføres anbringelse av sonden 21 ved trykksetting av den hydrauliske sylinderen 35 slik at stempelet 36 og låsepluggen 34 trekkes tilbake. Idet låsepluggen 34 trekkes tilbake, sikrer avfasningen på pluggtindene at klemmeeffekten til pluggen på sondeankrene 27, 28 gradvis opphører. Dermed, ved å regulere hastigheten med hvilken stempelet trekkes tilbake, kan ekspansjonsraten til C-fjærelementet 22 reguleres, for å forhindre at sonden treffer foringsrøret 42 med overdreven kraft.

Når kamtappen 37 på låsepluggen 34 kommer til begynnelsen av den siderettede buede delen av kamrillen 38 har låsepluggen fullstendig frigjort sondeankrene 37, 38, slik at det nå ekspanderte C-fjærelementet 22 fastklemmer sonden 21 på plass mot innerveggen til foringsrøret 42. Idet pluggen 34 fortsetter å trekkes tilbake, fører bevegelsen av kamtappen 37 langs den buede delen av kamrillen 38 til at bærehylsen 33 roteres rundt produksjonsrøret 32, som igjen får det øvre og nedre paret av knaster 39, 40 ut av kontakt med sensorbeholderen 23 og den uvirksomme beholderen 24. Fullstendig mekanisk isolasjon av sonden fra produksjonsrøret er derved oppnådd.

Claims

1. Apparat for anbringelse av en sensor mot et brønnforingsrør, idet nevnte apparat omfatter: en sonde omfattende et utvidbart og/eller elastisk C-formet element og i det minste en sensor, idet elementet er kompressibelt for å bringe dets ender nærmere hverandre;karakterisert vedat apparatet i tillegg omfatter: a) midler for å bære og lokalisere sonden på innsiden av brønnen før anbringelse, og b) midler for opphevbar sammenpressing av det C-formede elementet for å tillate posisjonering av sonden på innsiden av brønnen og etterfølgende anbringelse.

2. Apparat i henhold til kravl, hvorved sonden er for installasjon i et brønnforingsrør og hvori nevnte C-formede elementet er klembart mot innerveggen til brønnforingsrøret.

3. Apparat i henhold til krav 1 eller 2, hvori den eller hver sensor omfatter en seismisk eller mikroseismisk sensor.

4. Apparat i henhold til krav 1, hvori midlene for opphevbar sammenpressing av det C-formede elementet omfatter et verktøy med en overflate som samvirker med en overflate til det C-formede elementet for å holde det C-formede elementet i en sammenpresset tilstand.

5. Apparat i henhold til krav 4, hvori de samvirkende overflatene er formet slik at komprimering og dekomprimering av det C-formede elementet kan utføres på en kontrollert gradvis måte.

6. Apparat i henhold til krav 5, hvori det C-formede elementet har en skråkant ved en omkrets og verktøyet har en skråflate som virker mot nevnte skråkant for å holde det C-formede elementet i en sammenpresset tilstand.

7. Apparat i henhold til krav 5, hvori det C-formede elementet omfatter en eller flere ankerdeler og verktøyet omfatter en eller flere plugger tilpasset å gå i inngrep med nevnte ankerdel eller -deler.

8. Apparat i henhold til ethvert av kravene 1-7, idet apparatet benytter eller kan benytte fluidtrykk hentet fra produksjonsrør eller en separat trykkilde for å bevirke anbringelse av sonden.

9. Apparat i henhold til ethvert av kravene 1 - 8, hvilket er slik at anbringelse av nevnte sonde er reversibel slik at nevnte sonde kan fjernes.

10. Apparat i henhold til krav 9, hvori komprimeringsmiddelet ytterligere er tilpasset for å komprimere og dermed hente tilbake nevnte sonde etter at den er anbrakt.

11. Apparat i henhold til ethvert av kravene 1-10, hvori midler for bæring av sonden før anbringelse omfatter produksjonsrør for innføring eller innført i brønnforingsrøret.

12. Apparat i henhold til krav 11, hvori sonden er i det minste delvis båret, i sin komprimerte tilstand, av en eller flere knaster tilknyttet produksjonsrøret.

13. Apparat i henhold til krav 12, hvori apparatet ytterligere omfatter midler for løsgjøring av knasten eller knastene fra sonden etter at sonden har blitt anbrakt mot brønnforingsrøret.

14. Apparat i henhold til krav 13, hvori knasten eller knastene er anbrakt på en hylse montert på produksjonsrøret, frigjøring av knastene fra sonden bevirkes ved rotasjon av hylsen rundt røret.

15. Apparat i henhold til krav 13 eller 14, hvor middelet for opphevbar sammenpressing av det C-formede elementet er ytterligere tilpasset, etter frigjøringen av det C-formede elementet og påfølgende anbringelse av sonden, til å frigjøre knastene fra sonden.

16. Fremgangsmåte for anbringelse av en sonde mot et brønnforingsrør, hvor nevnte fremgangsmåte omfatter: a) sørge for et apparat i henhold til ethvert av kravene 1 til 4, b) komprimering av det C-formede elementet, c) posisjonering av sonden ved det ønskede stedet på innsiden av brønnen, og d) frigjøring av det C-formede elementet for derved å sikre sonden på plass.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 16, hvor fluidtrykk hentet enten fra produksjonsrør eller en separat trykkilde anvendes for å anbringe sonden.

19. Fremgangsmåte i henhold til krav 18, hvori slikt fluidtrykk anvendes og reguleres gradvis for å anbringe nevnte sonde gradvis.