NO336228B1

NO336228B1 - Anordning og fremgangsmåte for regulering av nedihullsstrømning

Info

Publication number: NO336228B1
Application number: NO20042442A
Authority: NO
Inventors: Michael A Carmody; Steven L Jennings; Michael W Norris; Jr Edward J Zisk; Don A Hopmann; Terry R Bussear
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2015-06-22
Also published as: AU2002352612B2; US20030127232A1; BR0214105B1; WO2003042498A1; NO20042442L; US7104331B2; GB2399114B; GB2399114A; GB0410633D0; CA2466761A1; BR0214105A; CA2466761C

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse gjelder generelt fremgangsmåte for styring av olje- og gassproduserende brønner. Nærmere bestemt gjelder den utstyr for optisk posisjonsavføling for derved å fastlegge posisjonen av bevegelige elementer i brønnproduksjonsutstyr.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Styring av olje- og gassproduserende brønner utgjør en stadig pågående omsorg for petroleumsindustrien, hvilket delvis har sin årsak i de enorme finansielle utgifter som inngår, så vel som de risikoer som har sammenheng med miljøforhold og sikkerhetsspørsmål. Styring av produksjonsbrønner er blitt særlig viktig og mer komplisert i betraktning av industriens omfattende erkjennelse av at brønner med flere grener (hvilket vil si fleravgrenede brønner) omfatter diskrete produksjonssoner som produserer fluid inn i enten en felles eller spesielt tilordnet produksjons-rørledning. I begge tilfeller foreligger det et behov for å styre soneproduksjonen, opprette isolasjon mellom spesifikke soner og på annen måte overvåke hver sone i en bestemt brønn. Strømningsregulerende innretninger, slik som glidemuffeventiler, pakninger, nedhulls sikkerhetsventiler, nedhulls strupninger og nedhulls verktøy-stoppende utstyr blir vanligvis brukt til å regulere strømning mellom produksjons-rørledningen og foringsringrommet. Slike innretninger brukes for soneisolasjon, selektiv produksjon, strømningsavstengning, blandet produksjon og transient-utprøvning.

Disse verktøyer er vanligvis drevet av hydraulisk utstyr eller elektriske motorer som driver et legeme aksialt i forhold til et verktøyhus. Hydraulisk drift kan utføres ved hjelp av et forskyvningsverktøy som senkes inn i verktøyet på en ledningskabel ved å kjøre inn hydrauliske ledninger fra overflaten ned til nedhullsverktøyet. Elektriske motordrevne enheter kan anvendes i programmerte ferdigstillingsutstyr som styres f ra jordoverflaten, eller ved å bruke nedhullsregulatorer.

Overflateregulatorer er ofte ledningsforbundet med nedhullssensorer som overfører informasjon til jordoverflaten, slik som angående trykk, temperatur og strømning. Ved flere produksjonssoner sammenblandet i en enkelt borebrønn, vil det være vanskelig å bestemme driften og adferden for de enkelte nedhullsverktøyer bare ved hjelp av målinger fra jordoverflaten. Det kan også være ønskelig å kjenne de bevegelige enheters posisjon, så vel som glidemuffens stilling i en glidemuffeventil for derved bedre å kunne styre strømningen fra de forskjellige soner. Opprinnelig er glidemuffene drevet til enten en fullt åpen eller en fullstendig lukket stilling. Overflatestyrte hydrauliske glidemuffer, slik som i Baker Oil Tools Product Family H81134 frembringer variabel posisjonsstyring av muffen, hvilket muliggjør kontinuerlig strømningsstyring av den sone som er av interesse. For å kunne effektivt utnytte denne reguleringsmulighet, behøves imidlertid sensorutstyr for å bestemme muffens posisjon. Posisjonsdata blir så behandlet på jordoverflaten av det data-maskinutstyrte reguleringsutstyr og brukes så for regulering av produksjonsbrønnen. Lignende posisjonsdata vil da forbedre effektiv strømningsstyring av de øvrige nedhullsverktøyer som er nevnt. For kritiske verktøyer, slik som nedhulls sikkerhetsventiler, er i tillegg anvisning av posisjon eller innstilling for ventilen ønskelig for å sikre at ventilen arbeider korrekt.

US 6,333,700 B1 vedrører et apparat og en fremgangsmåte for styring, identifisering og betjening av nedihulls brønnutstyr og prosesser.

Det foreligger således et behov for en posisjonsavfølende anordning som kan overvåke nedhullsverktøyers driftskonfigurasjon ved å måle posisjonen av et bevegelig legeme over et stort forskyvningsområde.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Fremgangsmåter og apparater i henhold til foreliggende oppfinnelse er i stand til å overvinne de ovenfor angitte ulemper ved tidligere kjent teknikk ved å frembringe en pålitelig fremgangsmåte for avføling av et bevegelig elements posisjon i et nedhullsverktøy, og som da omfatter, men ikke er begrenset til, en glidemuffe-produksjonsventil, en sikkerhetsventil og en nedhullsstrupning.

Foreliggende oppfinnelse gjelder et apparat og en fremgangsmåte for å bruke optiske sensorer for å bestemme posisjonen for et bevegelig strømningsregulerende legeme i et nedhulls strømningsstyrende verktøy, slik som en glidemuffe-produksjonsventil, sikkerhetsventil eller lignende. I en foretrukket utførelse frem-bringes i henhold til oppfinnelsen utstyr for å regulere en nedhullsstrømning, og omfatter da en strømningsstyrende innretning inne i en rørledningsstreng i en brønn. Denne strømningsstyrende innretning har et første legeme i inngrep med rør-ledningsstrengen og et annet legeme bevegelig i forhold til det første legeme, og som fungerer i samvirke med det første legeme for å regulere nedhullsstrømningen ved hjelp av en strømningsstyrende innretning. En optisk posisjonsavfølende anordning gjør tjeneste i samvirke med det første legeme og det andre legeme for det formål å detektere en posisjon for det andre legeme i forhold til det første legeme og for å generere minst ett signal i denne sammenheng. En regulator mottar det minst ene signal og bestemmer, i samsvar med programmerte instruksjoner, posisjons-innstillingen av det andre legeme i forhold til det første legeme, og styrer nedhulls-strømningen som respons på dette.

Det er frembrakt en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen for et bevegelig strømningsstyrende legeme i et reguleringsverktøy for brønnstrømning, hvor denne fremgangsmåte omfatter avføling av posisjonen av det strømnings-styrende legeme ved bruk av et optisk posisjonsavfølende utstyr samt generering av et signal som har sammenheng med det strømningsstyrende legemets posisjon. Dette signal overføres til en regulator. Det strømningsregulerende legemets posisjon bestemmes i samsvar med programmerte instruksjoner.

Eksempler på de mer viktige særtrekk ved oppfinnelsen har således her blitt sammenfattet ganske bredt for det formål at den detaljerte beskrivelse av disse i det følgende vil bli bedre forstått, og for det formål at disse bidrag til teknikkens stilling vil kunne erkjennes. Det finnes naturligvis også ytterligere særtrekk ved oppfinnelsen, og som vil bli beskrevet i det følgende, og som er blitt brukt til gjenstand for de etter-følgende patentkrav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det henvises til den følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser, sett i sammenheng med de vedføyde tegninger, hvorpå like elementer er blitt gitt samme henvisningstall, og hvorpå: fig. 1 er en skjematisk skisse som viser en flersonet ferdigstilling av optisk posisjonsavfølende utstyr i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er en skjematisk skisse av et parti av en glidemuffeventil med fiberoptiske sensorer i samsvar med en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 3a-3d angir et skjematisk diagram for et Bragg-gitterverk anordnet i en optisk fiber i henhold til en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 er en skjematisk skisse av en glidemuffeventil med to ventilposisjoner for en fiberoptisk posisjonssensor som utnytter Bragg-gitterverk i samsvar med en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 5 er en skjematisk fremstilling av en glidemuffeventil for en flerposisjons fiberoptisk posisjonssensor som bruker Bragg-gitterverk i henhold til en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 6 er en skjematisk skisse som viser en alternativ glidemuffeventil for en flerposisjons fiberoptisk posisjonsavfølende sensor som utnytter Bragg-gitterverk i samsvar med en utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser en skjematisk skisse av et annet utførelsesalternativ for en glidemuffeventil som utnyttes av en flerposisjons fiberoptisk posisjonsavfølende sensor ved bruk av Bragg-gitterverk i samsvar med en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 8 er et skjematisk diagram for en glidemuffeventil for en flerposisjons fiberoptisk posisjonsavføler som bruker refleksjonsteknikker i forbindelse med et optisk tidsdomene og i henhold til en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 9 er en skjematisk skisse av en alternativ glidemuffeventil for en flerposisjons fiberoptisk posisjonsavføler som bruker refleksjonsteknikker i forbindelse med et optisk tidsdomene i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 10 er en skjematisk skisse av et brønnstyringsverktøy med optisk sensorutstyr og i samsvar med en viss utførelse i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 11 angir et skjematisk og foretrukket markeringsmønster for posisjons-bestemmelse i henhold til en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 12 viser skjematisk et foretrukket gitterverk i henhold til en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse, og

fig. 13 er en skjematisk skisse som viser en optisk/magnetisk teknikk for fiberoptisk posisjonsavføling ved en teknikk i samsvar med en viss utførelse av foreliggende oppfinnelse.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Som det vil være kjent, kan en gitt brønn være delt opp i flere separate soner, hvilket er påkrevd for å isolere spesifikke områder av brønnen for det formål å produsere valgte fluider, hindre utblåsninger og hindre vanninntak. Særlig betydningsfulle særtrekk ved brønnproduksjon er utboringen og ferdigstillingen av laterale brønner eller forgrenede slike brønner, og som strekker seg utover fra en bestemt primær borebrønn. Disse laterale grener eller avgreningsbrønner kan da ferdigstilles på en slik måte at hver lateral brønngren utgjør en separat sone og kan isoleres for å oppnå utvalgt produksjon.

Under henvisning til fig. 1, vil det innses at en brønn 1 kan omfatte tre soner, nemlig sone A, sone B og sone C. Hver av disse soner A, B og C er blitt ferdigstilt på kjent måte.

I sonen A er en oppslisset lineær ferdigstilling angitt ved 69 og i tilslutning med en pakningssone 71. I sone B er en åpenhullsferdigstilling vist med en rekke pakninger 71, samt en glidemuffe 75, som også kalles en glidemuffeventil. I sone C er atter en avbrutt hullferdigstilling vist sammen med en rekke pakninger 71, en glidemuffe 75 og perforeringshull 81. Pakningene 71 avtetter da ringrommet mellom bore-brønnene og glidemuffen 75, slik at formasjonsfluid derved begrenses til å strømme bare gjennom en åpen glidemuffe 75. Ferdigstillingsstrengen 38 er forbundet ved jordoverflaten til brønnhodet 13.

I en foretrukket utførelse blir et hydraulisk fluid matet frem til hver glidemuffe 75 gjennom en hydraulisk rørledningsbunt (ikke vist), som da kjøres ned i ringrommet mellom borebrønnsveggen 1 og rørledningsstrengen 38. Hver av pakningene 71 er tilpasset for å tillate passasje av de hydrauliske ledninger samtidig som det opprettes en fluidavtetning. Likeledes er minst en optisk fiber 15 kjørt ned i ringrommet frem til hver av de glidende muffer 75. De optiske fibere kan kjøres inn inne i en separat bunt eller de kan inkluderes i vedkommende bunn ved hjelp av hydrauliske ledninger. Den optiske fiber 15 avsluttes på jordoverflaten i den optiske anordning 17, som da inneholder den optiske kilde og analyseutstyr, slik det vil bli beskrevet. I en viss foretrukket utførelse omfatter den optiske anordning 17 en lyskilde og en spektral-analysator (se fig. 4-7). I en annen foretrukket utførelse omfatter den optiske anordning 17 et optisk tidsdomene-reflektometer (se fig. 8-9). Den optiske anordning 17 avgir på sin utgangsside et kondisjonert signal til en regulator 100 som da utnytter den mottatte informasjon til å styre brønnen. Regulatoren 100 inneholderen mikroprosessor og kretser som danner grenser mot den optiske anordning 17 samt for å styre det optiske utstyr 109 i henhold til programmerte instruksjoner som går ut på posisjonsinnstilling av glidemuffene og andre strømningsregulerende innretninger etter ønske i de flere produksjonssoner, for derved å oppnå de ønskede strømninger. Slike andre innretninger omfatter da, men er på ingen måte begrenset til, nedhulls sikkerhetsventiler, nedhullsstrupninger og nedhulls verktøystopp-anordninger, og er da beskrevet i US-patent nr. 5.868.102, som er tildelt innehaveren av denne søknad, og tas derved inn her som referanse.

Det vil erkjennes av fagkyndige på området at i en annen foretrukket utførelse kan en programstyrt brønnreguleringsanordning regulere strømningsregulerende innretninger, slik som glidemuffen 75. I et slikt utstyr blir strømregulerings-innretningene effektforsynt av en nedhulls elektromekanisk drivenhet (ikke vist) og det optiske utstyr 17 kan da inneholdes i en nedhulls regulator (ikke vist). En slik nedhulls styreanordning er beskrevet i US-patent nr. 5.975.204, som er overdratt til innehaveren av denne søknad, og tas herved inn her som referanse.

Fig. 2 viser skjematisk et snitt gjennom en glidemuffe-ventilsammenstilling, som vanligvis omtales som en glidemuffe 75. Huset 110 er festet til en øvre ende av produksjonsstrengen (ikke vist). Som tidligere angitt i fig. 1, er produksjonsstrengen avtettet overfor borebrønnen på oversiden og undersiden av glidemuffen ved hjelp av pakninger 71. I denne foretrukne utførelse har huset 110 flere slisser 135 anordnet rundt et parti av huset 110. En strømningsstyrende enhet eller glidespole 155 er

anordnet inne i huset 110 og er utstyrt med flere slisseformede åpninger 120. Spolen 155 har elastomeriske tetninger 125 anordnet for å avtette strømning av formasjons-fluider 145 når spolen 155 befinner seg i den viste lukkede stilling. Spolen 155 drives av en overflatestyrt hydraulisk drevet forskyvningsmekanisme (ikke vist). Slike hydrauliske forskyvningsinnretninger er vanlige i nedhullsverktøyer og vil da ikke bli ytterligere omtalt. Alternativt kan spolen 155 være drevet av en elektromagnetisk drivenhet (ikke vist).

Huset 110 har et indre langstrakt spor 130. Anordnet i den langstrakte sliss 130 befinner det seg en optisk fiber 15 og mikrobøyningselementer 31 og 32. Denne optiske fiber 15 har Bragg-gitterverk skrevet inn på fiberen 15 i posisjoner av interesse. Virkemåten for disse Bragg-gitterverk og mikrobøyningselementene vil bli omtalt nedenfor. Den optiske fiber 15 og mikrobøyningselementene 31, 32 er innlagt i sporet 130 ved bruk av egnet elastomerisk materiale eller epoksymateriale. Det tildekkede spor er forent med den indre diameter av huset 110, slik at avtetningene 125 frembringer en fluidtetning overfor huset 110. Mikrobøyingselementene 31 og 32 frembringer en mikrobøyning på den optiske fiber 15 når disse elementer er aktivert. Denne mikrobøyning frembringer da et optisk tap i et visst punkt av mikrobøyningen, og som kan detekteres ved bruk av optiske teknikker, slik det vil bli nærmere omtalt nedenfor. Mikrobøyningselementene kan være mekanisk eller magnetisk aktiverbare enheter. Mekaniske mikrobøyningselementer er kjent innenfor det område som angår fiberoptiske sensorer og vil da ikke bli nærmere omtalt her. En type magnetisk aktiverbare mikrobøyningselementer vil bli omtalt senere. Elementene 31, 32 aktiveres ved inngrep med et ytre legeme, som også betegnes som et drivorgan 30 og som er festet på et forut fastlagt sted på utsiden av spolen 155. Det ytre legeme 30 kan utgjøres av en sammenhengende ringformet ribbe, eller alternativt, av et festeelement av knappetype for feste til spolen 155. I en foretrukket utførelse vil det ytre legeme 30 bare komme i inngrep med et mikrobøyningselement av gangen. I en annen foretrukket utførelse strekker det ytre element 30 seg i lengderetningen langs spolen 155 på en slik måte at dette legeme 30 fortsetter å være i inngrep med det av mikrobøyningselementene som det tidligere har kommet i inngrep med, etter hvert som spolen 155 beveges fra den lukkede stilling til åpen stilling. Det vil erkjennes at det kan anordnes like mange mikrobøyningselementer langs den optiske fiber 15 som det finnes posisjoner av interesse for spolen 155.

I en annen foretrukket utførelse blir optiske tidsdomene-refleksjonsteknikker brukt for å bestemme mikrobøyningens plassering. Optiske tidsdomene-refleksjonsteknikker vil bli nærmere omtalt nedenfor.

Det skal nå henvises til fig. 2 og 4, hvor det er angitt at en optisk fiber 15 er innleiret i huset 110 med mikrobøyningselementer 31 og 32 plassert i visse posisjoner langs fiberen 15, og som da tilsvarer posisjoner av interesse for spolen 155. En Bragg-gitterverk er skrevet inn på fiberen 15 nær inntil hvert av mikro-bøyningselementene 31 og 32 ved bruk av teknikker som er kjent innenfor fagområdet. En fagkyndig person vil erkjenne hvorledes Bragg-nettverket eller - gitteret brukes som et sensorelement. Hvert Bragg-fibergitter utgjør et smalbåndet refleksjonsfilter som er permanent påført den optiske fiber. Filteret er opprettet ved å påføre gitteravmerkninger som danner en periodisk modulering av fiberkjernens brytningsindeks. Teknikker for indeksmodulering er kjent innenfor fagområdet. Den reflekterte bølgelengde er bestemt av den indre avstand mellom gitterelementene, slik det generelt vil fremgå av fig. 3a-3d. Lys blir da delvis reflektert fra hvert gitter, med maksimal refleksjon når hver partiell refleksjon befinner seg i fase med sine naborefleksjoner. Dette finner sted ved Bragg-bølgelengden, Wb=2nd, hvor da n er den midlere brytningsindeks for gitteret og d er gitteravstanden. I henhold til denne oppfinnelse har hvert gitter en forut bestemt gitteravstand og hvert gitter vil derfor reflektere en forut bestemt lysbølgelengde som vil være særegen for vedkommende gitter. Slike gitre er kommersielt tilgjengelige. Ved bruk av en annen forutbestemt bølgelengde for hvert gitter, kan det reflekterte lys spektral-analyseres for å bestemme bølgelengden og amplituden for det reflekterte signal ut i fra hvert gitter langs den optiske fiber.

Vanligvis blir mikrobøyningselementene styrt av en ytre enhet, som da kan være et ringformet bånd, eller alternativt, en trykknapp, nemlig på glidespolen 155 etter hvert som den passerer hvert mikrobøyningselement. Når mikrobøynings-elementet påvirkes, påfører det en bøyning på det optiske fiber 15, og frembringer derved et optisk effekttap på den optiske fiber 15 på bøyningspunktet. Ved å analysere amplitude og bølgelengde for det reflekterte lys fra de forskjellige markeringsgitre, kan det påvirkede mikrobøyningselements posisjon fastlegges.

Fig. 2 og 4 viser en foretrukket utførelse av en to-posisjonssensor for å bestemme om en glidemuffe er åpnet eller lukket. Et optisk fiber 15 er anordnet i et rørformet hus 110 som inneholder glidespole 155 og ytre enhet 30. Mikrobøynings-elementet 31 er plassert et sted langs den optiske fiber 15 og er posisjonsinnstilt til å angi en grense for vandringen av spolen 155 når den kommer i inngrep med den ytre enhet 30. Denne ytre enhet 30 er dimensjonert for bare å komme i inngrep med en eneste mikrobøyningssensor av gangen. På lignende måte er mikrobøynings-elementet 32 plassert for å angi den andre grense for bevegelse av spolen 155.

Bragg-gitteret 20 og 21 er skrevet inn på den optiske fiber 15 nær inntil mikro-bøyningselementet 31. Bragg-gitteret 20 er plassert mellom lyskilden 10 og mikro-bøyningselementet 31, og gjør tjeneste som en basislinje-referanse for å angi den optiske basislinje-effektrefleksjon uten påvirkninger fra mikrobøyningselementene. Gitteret 21 er skrevet inn på den optiske fiber 15 like nedstrøms for mikrobøynings-elementet 31. Slik disse uttrykk anvendes her, gjelder betegnelsen oppstrøms for retningen mot lyskilden 10, mens betegnelsen nedstrøms gjelder retningen bort fra lyskilden 10. Gitteret 22 er anordnet nær inntil og nedstrøms for mikrobøynings-elementet 32. Fiberenden 25 på den optiske fiber 15 er avsluttet på anti-reflekterende måte for derved å hindre interferens med de reflekterende bølge-lengder fra Bragg-gitteret. Fiberen 25 kan være avskåret i en viss vinkel, slik at ende-flaten ikke forløper vinkelrett på fiberaksen. Alternativt kan fiberenden 25 være belagt med et materiale som passer sammen med fiberens bøyningsindeks, slik at lys tillates å strømme ut fra fiberen uten bakrefleksjon. Lys reflektert fra gitrene vandrer tilbake mot lyskilden 10 og utgjør inngangssignal til en spektral-analysator 11 gjennom en fiberkopler 12. Spektral-analysatoren 11 bestemmer den reflekterte optiske effekt samt bølgelengden av de reflekterte signaler.

Fremdeles under henvisning til fig. 4, vil det kunne innses at den ytre enhet 30 er i inngrep med mikrobøyningselementet 32 og derved frembringer en bøyning på den optiske fiber 15 på vedkommende sted. Bøyningen på det sted hvor elementet 32 befinner seg, forårsaker et tap fra den optiske effekt som overføres i nedstrøms-retningen av elementet 32. I drift overfører kilden 10 et bredbåndet lyssignal nedover den optiske fiber 15. Dette signal er reflektert av gitteret 20 ved bølgelengde 20w og effektnivå 20p, slik at det derved opprettes en basislinje for sammenligning med de nedstrømsrettede gitterrefleksjoner. Da mikrobøyningselementet 31 ikke har satt i gang lysvandringer med relativt uforandret nivå frem til gitteret 21, hvorfra da bølge-lengden 21 w er reflektert ved effektnivå 21 p. I fig. 4 vil effektnivåene 20p og 21 p være hovedsakelig like. Lyssignalet fortsetter nedover den optiske fiber 15 og støter da på det aktiverte mikrobøyningselement 32, som bringer det svekkede lyssignal til å overføres nedstrøms til gitteret 22. Dette gitter 22 reflekterer bølgelengden 22w med nedsatt effektnivå 22p, i forhold til effektnivåene 20p og 21 p. De reflekterte signaler blir analysert av spektral-analysen 11 og de resulterende signaler er vist i fig. 4, hvor inngreps-effektnivået 22p fra gitteret 22 er målbart mindre enn effektnivåene

20p og 21 p fra de forskjellige gitre 20 og 21. De relative effektnivåer og bølgelengder sendes til en behandlingsenhet 100 som ut i fra de programmerte instruksjoner og de forut fastlagte beliggenheter av mikrobøyningselementene og deres gitre, bestemmer posisjonen av spolen 155.

Fig. 5 viser en foretrukket utførelse for å bestemme flere posisjonsinnstillinger for en glidespole. Denne utførelse er av samme art som de to posisjonssystemer. Som vist i fig. 5, er mikrobøyningselementene 31, 32, 33 og 34 uten tilordnede gitre, henholdsvis 21, 22, 23 og 24, som hver har en særegen forut bestemt bølgelengde 21w-24w, er anordnet på forut bestemte steder av interesse langs den optiske fiber 15. Det bør bemerkes at et større eller færre antall par av mikrobøyningselementer og gitre kunne vært plassert langs den optiske fiber 15.

Bragg-gitteret 20 er plassert oppstrøms for elementet 31 og tjener da som en basislinje-referanse for den reflekterte effekt. Som vist i fig. 5 er den ytre enhet på glidespolen 155 i inngrep med mikrobøyningselementet 33, slik at derved den optiske fiber 15 bøyes på dette sted. Som tidligere angitt frembringer bøyningen av den optiske fiber 15 ved hjelp av mikrobøyningselementet 33, et tap av optisk effekt for overføring nedstrøms for elementet 33. Som vist i fig. 5, er derfor forholdene slik at den optiske effekt 23p og 24p som reflekteres fra gitrene 23 og 24 som ligger nedstrøms for elementet 33, er målbart lavere enn de effektnivåer 20p, 21 p og 22p målt oppstrøms for elementet 33. De reflekterte signaler blir analysert ved hjelp av spektral-analysatoren 11 og de resulterende effektnivåer med forut fastlagte bølge-lengder blir sendt til en behandlingsenhet som da bestemmer plasseringen av glidespolen 155 ut i fra de forut bestemte plasseringer av mikrobøyningselementene og gitrene.

Fig. 6 viser en annen foretrukket utførelse for å bestemme flere posisjoner for en glidemuffe. I denne foretrukne utførelse er flere mikrobøyningselementer 31, 32, 33 og 34 anordnet i forut fastlagte posisjoner av interesse langs den optiske fiber 15. Hvert mikrobøyningselement er anordnet for å påføre en særegen mikrobøyning på den optiske fiber 15. Hvert mikrobøyningselement har derfor et tilordnet særegent optisk effekttap. Referansegitteret 20 med bølgelengde 20w er plassert langs den optiske fiber 15 oppstrøms for mikrobøyningselementene. Gitteret 24 befinner seg nedstrøms for mikrobøyningselementene.

Som vist i fig. 6, er glidespolens ytre enhet 30 i inngrep med mikrobøynings-elementet 33. Dette element 33 påfører en særegen mikrobøyning på den optiske fiber 15, hvilket da fører til en særegen målbar effektoverføring som detekteres ved å måle den reflekterte effekt fra gitteret 24 ved bølgelengden 24w, slik som vist ved det reflekterte signal 24r i fig. 6. Amplituden av signalet 24r tilsvarer den særegne karakteristiske overføring i samsvar med elementet 33. Det bør bemerkes at skjønt de særegne effektnivåer som er vist for hvert mikrobøyningselement avtar monotont, er dette på ingen måte en betingelse. Det er nemlig bare nødvendig at hvert mikro-bøyningselement medfører et overføringstap som er særegent og målbart.

Fig. 7 viser en annen foretrukket utførelse for å bestemme flere posisjoner for en glidemuffe. Hvert mikrobøyningselement 131, 132, 133 og 134 frembringer da ett og samme optiske tap på den optiske fiber 15, når det er påført ved hjelp av spolens ytre enhet 30. Spolens ytre enhet 30 er innrettet for å fortsette å danne inngrep med hvert mikrobøyningselement etter at muffen har passert vedkommende element. Slik som vist i fig. 7, befinner muffens ytre element 30 seg i inngrep med mikrobøynings-elementet 133, og fortsetter å være i inngrep med elementet 134. Hvert inngreps-element nedsetter ensartet den optiske effekt som overføres nedover den optiske fiber 15 og senker således den optiske effekt som reflekteres av gitteret 24 og avføles av analysatoren 11. Det detekterte effektnivå overføres til prosessoren 100, som da bestemmer muffeplasseringen ut i fra de forut fastlagte posisjoner for mikro-bøyningselementene 131,132, 133, 134 og forutbestemmer da ett og samme tap gjennom hvert av de påvirkede mikrobøyningselementer. Det vil erkjennes at et større eller færre antall mikrobøyningselementer kan utnyttes, alt etter antallet glide-spoleposisjoner som det er av interesse å detektere.

Fig. 8 viser en foretrukket utførelse av en fiberoptisk glidemuffe som utgjør posisjonsindikator og bruker optiske refleksjonsteknikker i tidsdomenet for å måle flukttiden for et optisk signal når det reflekteres fra en mikrobøyning på en optisk fiber. Det fysiske arrangement er av samme art som de tidligere beskrevne posisjonsindikatorer, men intet Bragg-gitter brukes nå for å karakterisere det reflekterte signal. Som vist er mikrobøyningselementene 31, 32, 33 og 34 anordnet langs en optisk fiber 15 på forut bestemte steder av interesse, og da med elementet 33 i inngrep og aktivert ved hjelp av spolens ytre element 30. Elementet 33 frembringer en mikrobøyning på den optiske fiber 15. Som det vil være kjent innenfor fagområdet, vil mikrobøyningen på det optiske fiber 15 opprette et refleksjonspunkt for lys som vandrer langs den optiske fiber 15. Et optisk tidsdomene-reflektometer (OTDR) 90 genererer et lyssignal som vandrer nedover den optiske fiber 15 og en viss andel av dette lyssignal blir så reflektert fra den mikrobøyning som er opprettet ved elementet 33. Dette reflekterte signal avføles ved OTDR 90, og den tid det tar for signalet å nå frem til mikrobøyen og returnere, blir målt. Flukttiden og de forut bestemte optiske egenskaper av den optiske fiber 15, utgjør inngang til prosessoren 100, som da bestemmer i samsvar med programmerte instruksjoner, hvilket mikro-bøyningselement som er blitt aktivert. Optiske tidsdomene-reflektometere er kommersielt tilgjengelige og brukes i utstrakt grad for å bestemme posisjonen av anomaliteter på fiberoptiske overføringsledninger. Fig. 9 viser en annen foretrukket utførelse som bruker en fiberoptisk teknikk for å bestemme en glidemuffes posisjon. En optisk fiber 15 bringes direkte i inngrep med spolens ytre enhet 30, som da frembringer en optisk mikrobøyning 91 på den optiske fiber 15. Mikrobøyningen 91 forårsaker en direkte refleksjon av lys som vandrer nedover den optiske fiber 15. OTDR 90 genererer et lyssignal som vandrer nedover den optiske fiber 15 og blir delvis reflektert av en mikrobøyning 91. Det reflekterte signal detekteres av OTDR 90 og flukttiden til refleksjonspunktet på mikrobøyningen 91 og tilbake er fastlagt. Flukttiden og de forut bestemte signal-egenskaper for den optiske fiber 15 utgjør inngang til prosessoren 100 som da fastlegger plasseringen av mikrobøyningen 91 langs den optiske fiber 15. Fig. 10 viser en annen foretrukket utførelse som utnytter en optisk kodings-teknikk for å bestemme posisjonen for en glidemuffeventil. Kodeleseren 220 er anordnet i huset 200 på en slik måte at den kan avsøke ytterflatene på strømnings-reguleringsenheten eller spolen 210, etter hvert som denne spole 210 beveges aksialt i forhold til huset 200. Et forut fastlagt mønster av posisjonskodingsmarkeringer 215 er anordnet på ytterflaten av spolen 210, og detekteres så av leseren 220 etter hvert som spolen 210 beveges. Signaler fra leseren 220 blir over-ført til overflateprosessoren 100 for å bestemme posisjonen av spolen 210. Fig. 11 viser et foretrukket mønster av lineære kodingsmaskeringer 230-235 som er aksialt anordnet på utsiden av spolen 210. Markeringer 230-235 kan påføres utsiden av spolen 210 ved maskineringsteknikker, fotoetsingsteknikker eller fototrykk-teknikker som er felles når det gjelder å fremstille kunstverk. Markeringer 230-235 kan være posisjonsinnstilt fra utsiden av spolen 210, inntrykninger på jordoverflaten eller er hovedsakelig i nivå med jordoverflaten. Disse markeringer 230-235 kan være belagt med reflekterende materiale eller påført maling for å forbedre den deteksjon som utføres av leseren 220. Markeringene 230-235 er posisjonsinnstilt for å kunne passere gjennom avsøkningsbetraktningen på leseren 220 etter hvert som spolen 210 beveges aksialt. Overlappingen av markeringene 230-235 fører da til diskrete posisjonsavlesninger241-250, slik som angitt i fig. 11. Det skal erkjennes at forskjellige antall av og overlappende markeringsmønstre kan føre til forskjellige antall diskrete posisjoner. Posisjonen av spolen 210 kan da bestemmes til å ligge inne i oppløsningen for det kodemønster som brukes. Fig. 12 viser en annen foretrukket utførelse ved bruk av en optisk kodings-teknikk for å bestemme glidemuffeventilens posisjon. Et optisk fiber 325 er anordnet på utsiden av spolen 310. Avstanden "L" mellom nærliggende gitterlinjer forandres med den aksiale lokasjon langs spolen 310. En optisk kilde 315 belyser gitrene 325, og refleksjonsmønsteret avleses av optiske detektorer 320 som er montert i veggen av huset 300. Den optiske kilde 315 og den optiske detektor 320 kan faktisk integreres til å danne en enkelt modul, eller kan alternativt utgjøres av separate moduler. Variasjoner i avstanden L kan være kontinuerlige eller alternativt være

diskrete seksjoner (ikke vist) av spolen 310 og kan da ha spesielle mellomroms-avstander (ikke vist).

Fig. 13 viser en annen foretrukket utførelse som bruker en optisk/magnetisk teknikk for å bestemme posisjonen av en glidemuffeventil. Ved bruk av en fysisk konfigurasjon, slik som vist i fig. 2, blir magnetisk påvirkbare elementer 420, 421, 422, 423 og 424 plassert i forut bestemte posisjoner, samt befinner seg i inngrep med den optiske fiber 415. En magnet 430, slik som en magnet med sjeldne jord-arter, er montert på glidemuffespolen 155. Magnetisk påvirkbare mikrobøynings-elementer 420-424 er utført i magnetostriktive materialer, slik at disse elementer 420-424 da frembringer en mikrobøyning på den optiske fiber 415, når et element er rettet inn med magneten 430.1 en viss utførelse er hvert av elementene 420-424

dimensjonert for å frembringe en særegen mikrobøyning og således en like særegen optisk refleksjon av hvert av elementene 420-424, og som detekteres ved å måle det reflekterte effektsignal, skjønt elementene 420-424 kan være innrettet for å frembringe en hovedsakelig uniform optisk refleksjon fra hvert element. Det reflekterte signal overføres til prosessoren 100, som da bestemmer spoleplasseringen ut i fra den foretrukne posisjon av elementene 420-424 samt den særegne refleksjon som har sammenheng med hvert element. De magnetisk påvirkbare elementer 420-424 kan brukes som mikrobøyningselementer for samtlige teknikker som er beskrevet i fig. 4-9 ved bruk av Bragg-gitter eller et tidsdomene-reflektometer.

Det vil erkjennes at de beskrevne fiberoptiske posisjonsavfølingsteknikker vil kunne inngå også i andre nedhullsverktøyer, hvor posisjons- eller nærhets-sensorer påkrevet for å angi den aksiale bevegelse av en viss enhet i forhold til en annen enhet, hvor da denne aksiale bevegelse muliggjør styring av brønnen. Disse verktøyer kan omfatte, men er ikke begrenset til, oppblåsnings/utblåsnings-verktøyer for pakkere, en fjernstyrt verktøystopper, en fjernstyrt fluid/gass-styreinnretning, en nedhulls sikkerhetsventil, samt en drivenhet for variabel struping. Disse verktøy er beskrevet i US-patent 5.868.201, som tidligere er tatt inn her som referanse.

Den forutgående beskrivelse er rettet på spesielle utførelser av foreliggende

oppfinnelse for det formål å anskueliggjøre og forklare. Det vil imidlertid fremgå for en fagkyndig på området at mange modifikasjoner og forandringer av de ovenfor angitte utførelser vil være mulig. Det er tilsiktet at de etterfølgende patentkrav skal tolkes til å omfatte alle slike modifikasjoner og forandringer.

Claims

1. Anordning for å regulere nedhullsstrømning, omfattende: a. en strømningsregulerende innretning i en rørledningsstreng (38) i en brønn (1), hvor den strømningsregulerende innretning haren første enhet (110) i inngrep med rørledningsstrengen (38) og en andre enhet (155) som er bevegelig i forhold til den første enhet (110) og gjør tjeneste i samvirke med den første enhet (110) for å regulere nedhullsstrømningen gjennom den strømningsstyrende innretning, b. en drivenhet for å drive den andre enhet (155), c. optisk posisjonsavfølende utstyr som virker i samarbeide med den første enhet (110) og den andre enhet (155) for å detektere en posisjon for den andre enhet (155) i forhold til den første enhet (110), samt for å generere minst ett signal i sammenheng med dette, hvor det optiske posisjonsavfølende utstyr omfatter: i. en optisk fiber (15) anordnet i den første enhet (110), ii. en lyskilde (10) for å føre inn et bredbåndet lyssignal inn på den optiske fiber (15), iii. flere optiske elementer (20, 21) som er anordnet langs den optiske fiber (15) i forutbestemte posisjoner for å reflektere i det minste en del av det bred-båndede lyssignal, hvor hvert av de optiske elementene (20, 21) reflekterer et optisk signal med en forutbestemt optisk bølgelengde som er forskjellig fra enhver bølgelengde for de øvrige elementer (20, 21), iv. flere tilsvarende mikrobøyningselementer (31, 32) anordnet nær inntil de optiske elementene (20, 21) og som samarbeider med den andre enhet (155) for det formål å forandre en optisk overføringsegenskap for den optiske fiber (15) når den andre enhet (155) aktiverer minst ett av mikrobøynings-elementene (31, 32), og v. en spektral-analysator (11) for å detektere minst én optisk overførings-egenskap av interesse for de reflekterte optiske signaler og for å generere minst ett analysatorsignal som respons på denne, og d. en regulator (100) som mottar minst ett signal og fastlegger, i samsvar med programmerte instruksjoner, den andre enhets (155) posisjon i forhold til den første enhet (110), og styrer den angitte drivenhet til å posisjonsinnstille den andre enhet (155) i en forutbestemt posisjon for å styre nedhullsstyringen.

2. Anordning som angitt i krav 1, omfattende: i. krets for å danne grensesnitt med og styre det optiske avfølende utstyr, ii. krets for å danne grensesnitt med og styre den angitte drivenhet, og iii. en mikroprosessor for å fungere i samsvar med programmerte instruksjoner.

3. Anordning som angitt i krav 1, hvor de flere mikrobøyningselementer (31, 32) er anordnet for å aktiveres mekanisk.

4. Anordning som angitt i krav 1, hvor de flere mikrobøyningselementer (31, 32) er anordnet for å aktiveres magnetisk.

5. Anordning som angitt i krav 1, hvor minst en optisk overføringsegenskap av interesse for det vedkommende optiske signal er minst én av: (i) optisk effekt i det reflekterte optiske signal, (ii) bølgelengde av det reflekterte optiske signal, og (iii) flukttid for det angitte optiske signal.

6. Anordning som angitt i krav 1, hvor brønnen (1) er én av: (i) en produksjons-lønn og (ii) en injeksjonsbrønn.

7. Anordning som angitt i krav 1, hvor det optiske posisjonsavfølende utstyr omfatter: i. et forutbestemt mønster av posisjonskodingsmarkeringer (215) anordnet på en overflate av den andre enhet (210), hvor dette mønster er innrettet for å frembringe en posisjonsanvisning for den andre enhet (210), og ii. en optisk sensor anordnet i den første enhet (200) for å avføle mønsters posisjonskodingsmarkeringer (215) og for å generere et signal i samsvar med disse.

8. Anordning som angitt i krav 7, hvor regulatoren (100) omfatter: i. kretser for å danne grensesnitt med og styre den optiske sensor, ii. kretser for å danne grensesnitt med og styre den angitte drivenhet, og iii. en mikroprosessor for å fungere i samsvar med programmerte instruksjoner.

9. Anordning som angitt i krav 1, hvor det optiske posisjonsavfølende utstyr omfatter: i. et optisk gitter (325) anordnet på en overflate av den andre enhet (310), hvor dette gitter (325) omfatter et mønster av linjer, slik at avstanden mellom nærliggende linjer har sammenheng med den aksiale beliggenhet langs den vedkommende strømningsregulerende enhet, og ii. en optisk sensor anordnet på den første enhet (300) for å avføle det vedkommende gittermønster og generere et signal som har sammenheng med dette.

10. Anordning som angitt i krav 9, hvor regulatoren (100) omfatter: i. kretser for å danne grensesnitt med og styre den optiske sensor,

11. kretser for å danne grensesnitt med og styre drivenheten, og iii. en mikroprosessor for å fungere i samsvar med programmerte instruksjoner.

11. Anordningsom angitt i krav 1, hvor de flere optiske elementer (20, 21) utgjør Bragg-gitter.

12. Anordning som angitt i krav 1, hvor drivenheten utgjøres av minst én av: (i) en hydraulisk drivenhet og (ii) en elektromekanisk drivenhet.

13. Anordning som angitt i krav 1, hvor regulatoren (100) er plassert enten på (i) et overflatested eller (ii) på et sted nede i borehullet.

14. Fremgangsmåte for å styre en nedhullsstrømning, omfattende: a. utplassering av en strømningsregulerende innretning i en rørledningsstreng (38) i en brønn (1), hvor den strømningsregulerende innretning har en første enhet (110) i inngrep med rørledningsstrengen (38) og en andre enhet (155) som er bevegelig i forhold til den første enhet (110) og samvirker med den første enhet (110) for det formål å styre nedhullsstrømmen gjennom den angitte strømningsreguleringsinnretning, b. optisk avføling av den andre enhets (155) posisjon i forhold til den første enhet (110) og for å generere minst ett signal i samsvar med dette ved bruk av et optisk posisjonsavfølende utstyr som virker i samarbeide med den første enhet (110) og den andre enhet (155), hvor det optiske posisjonsavfølende utstyr omfatter: i. en optisk fiber (15) anordnet i den første enhet (110), ii. en lyskilde (10) for å føre inn et bredbåndet lyssignal inn på den optiske fiber (15), iii. flere optiske elementer (20, 21) som er anordnet langs den optiske fiber (15) i forutbestemte posisjoner for å reflektere i det minste en del av det bred-båndede lyssignal, hvor hvert av de optiske elementene (20, 21) reflekterer et optisk signal med en forutbestemt optisk bølgelengde som er forskjellig fra enhver bølgelengde for de øvrige elementer (20, 21), iv. flere tilsvarende mikrobøyningselementer (31, 32) anordnet nær inntil de optiske elementene (20, 21) og som samarbeider med den andre enhet (155) for det formål å forandre en optisk overføringsegenskap for den optiske fiber (15) når den andre enhet (155) aktiverer minst ett av mikrobøynings-elementene (31, 32), og v. en spektral-analysator (11) for å detektere minst én optisk overførings-egenskap av interesse for de reflekterte optiske signaler og for å generere minst ett analysatorsignal som respons på denne, og c. bruk av en regulator (100) for å motta det minst ene signal og for å fastlegge, i samsvar med programmerte instruksjoner, den andre enhets (155) posisjon i forhold til den første enhet (110), samt for å styre en drivenhet til å posisjonsinnstille den andre enhet (155) til en forutbestemt posisjon for å styre nedhulls-strømningen.