NO336416B1

NO336416B1 - Ekspanderbar nedihulls plugg

Info

Publication number: NO336416B1
Application number: NO20131592A
Authority: NO
Inventors: Manish Kothari; John M Corben; Mark C Duhon; Simon L Farrant
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-08-17
Also published as: NO337074B1; CA2410844C; BR0111151B1; US7455104B2; NO20025695D0; GB2379686B; AU2001266645A1; NO334913B1; US20020056553A1; GB2379686A; WO2001092687A2; WO2001092687A3; BR0111151A; NO20141425L; NO20131592L; NO20025695L; CA2410844A1; GB0225344D0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår ekspanderbare elementer for å utføre forskjellige operasjoner.

Mange forskjellige operasjoner kan utføres i en brønnboring. For eksempel kan det avfyres perforeringsapparater for å skape perforeringer i en ønsket formasjon for produksjon av brønnfluider til overflaten. Forskjellige soner i en brønnboring kan forsegles med pakninger. Det kan settes plugger ved ønskede dyp for å isolere andeler av en brønnboring. En foringsrør-tettingsdel kan anvendes for å tette igjen åpninger i et foringsrør eller en annen type forlengningsrør. Det kan installeres sandfiltre for å kontrollere produksjonen av sand. I tillegg til kompletteringsutstyr kan andre verktøy for anvendelse i brønnboringer omfatte boreutstyr, loggeutstyr og så videre.

Verktøyene for å utføre de forskjellige operasjonene kan omfatte mange forskjellige typer elementer. For eksempel kan verktøyene omfatte eksplosiver, pakningselementer, ekspanderbare elementer, produksjonsrør, foringsrør og så videre. Operasjon, translasjon, aktivering, eller også forstørring av slike elementer kan oppnås på en rekke forskjellige måter. For eksempel kan det anvendes mekanismer som aktiveres elektrisk, av fluidtrykk, mekanisk og av eksplosiver. Selv om forbedringer innenfor nedihulls-teknologien har tilveiebragt mer pålitelige og hensiktsmessige mekanismer for å operere, translatere, aktivere eller utføre andre operasjoner med eller på elementer nedihulls er det fortsatt behov for ytterligere forbedringer av slike mekanismer.

US 6474414 B1 beskriver at en smeltet metallplugg som ekspanderer ved størkning kan brukes til å danne en trykkresistent tetning i et rør slik som dem som brukt i utvinning og produksjon av olje og gass.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ekspanderbar nedihulls plugg for anvendelse i en brønnboring for å utføre en forutbestemt nedihulls oppgave, kjennetegnet ved at den ekspanderbare nedihulls pluggen omfatter: et atmosfærisk kammer;

et stempel;

et kammer tilveiebrakt inne i stempelet;

et flytbart element lokalisert i det minste delvis inne i en muffe dannet av et ekspanderbart materiale, hvori det flytbare elementet er lokalisert mellom stempelet og det atmosfæriske kammeret; og

en drivladning lokalisert i kammeret hvori når drivladningen aktiveres bringes stempelet til å bevege seg og deformere det flytbare elementet, og hvori det flytbare elementet deformerer det ekspanderbare materialet når stempelet beveger seg.

Ytterligere utførelsesformer av den ekspanderbare nedihulls pluggen i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives en anordning for anvendelse i en brønnboring som omfatter et element som er laget av et superplastisk materiale for å utføre en forbestemt operasjon nedihulls.

Det beskrives videre en anordning som omfatter et flytbart element og et deformerbart element som er konstruert for å ekspanderes ved å flyte det flytbare elementet.

Det beskrives videre en fremgangsmåte for å installere en rørformig struktur i en brønnboring innføring av den rørformige strukturen med redusert diameter i brønnboringen, og aktivering av et oppvarmingselement for å varme opp i hvert fall en andel av den rørformige strukturen slik at den rørformige strukturen blir sterkt deformerbar mens den opprettholder sin strukturelle integritet. Diameteren til den rørformige strukturen ekspanderes.

Andre særtrekk og utførelsesformer vil fremgå av den etterfølgende beskrivelsen, av figurene og av patentkravene. Figur 1 illustrerer en utførelsesform av et pluggverktøy i innføringsstillingen.

Figur 2 illustrerer pluggverktøyet i figur 1 i satt stilling.

Figurene 3 og 4 illustrerer en frigjøringsmekanisme i pluggverktøyet i figur 1, i henhold til én utførelsesform. Figurene 5-7 illustrerer et rør-fiskeverktøy i henhold til én utførelsesform.

Figur 8 illustrerer en pakning ifølge én utførelsesform.

Figur 9 illustrerer en ekspanderbar foringsrørenhet henhold til én utførelsesform. Figur 10 illustrerer en ekspanderbar filterenhet henhold til én utførelsesform. Figur 11 illustrerer en rørforgreningspunkt-tetningsenhet i henhold til en utførelsesform for anvendelse i et forgreningspunkt til en sidegren Figur 12 illustrerer en verktøystreng som omfatter en støtdemper henhold til én utførelsesform. Figur 13 illustrerer en frigjørbar konnektorenhet henhold til én utførelsesform. Figur 14 illustrerer en fjernbar plugg i henhold til én utførelsesform. Figur 15 er et tverrsnitt av en rettet sprengladning henhold til én utførelsesform. Figur 16 illustrerer en verktøystreng som omfatter en svak konnektor i henhold til én utførelsesform.

I den følgende beskrivelsen beskrives en rekke detaljer for å gi en forståelse av foreliggende oppfinnelse. Fagmannen vil imidlertid forstå at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene og at en rekke varianter og modifikasjoner av de beskrevne utførelsesformene kan være mulige. For eksempel, selv om de beskrevne utførelsesformene omfatter utstyr for anvendelse under nedihulls-applikasjoner kan ytterligere utførelsesformer omfatte utstyr for overflateapplikasjoner.

Betegnelser som "opp" og "ned"; "øvre" og "nedre"; "oppover" og "nedover"; og andre liknende betegnelser som angir relative posisjoner ovenfor eller nedenfor et gitt punkt eller element, anvendes i denne beskrivelsen for å tydeliggjøre enkelte utførelsesformer av oppfinnelsen. Når de anvendes om utstyr og fremgangsmåter for anvendelse i brønner som er skrå eller horisontale kan imidlertid slike betegnelser henvise til en "venstre mot høyre" eller "høyre mot venstre" -relasjon eller en annen relasjon etter hva som passer.

I henhold til noen utførelsesformer av oppfinnelsen anvendes verktøy som inneholder et ekspanderbar! element for å utføre forskjellige operasjoner eller oppgaver. For eksempel kan det ekspanderbare elementet anvendes for å tilveiebringe en tetning, en plugg, en pakning, en plastringsdel, et ekspanderbar! produksjonsrør eller foringsrør, en forankring, et røroppheng, og så videre. I én utførelsesform omfatter det ekspanderbare elementet et sterkt deformerbart materiale som i én utførelsesform er laget av et superplastisk materiale. Et superplastisk materiale kan utsettes for stor forlengelse eller deformasjon uten å danne sprekker eller bryte. Det superplastiske materialet kan være et metall (så som aluminium, titan, magnesium eller andre lette materialer, eller et annet hensiktsmessig materiale. Noen superplastiske materialer kan utvise superplastiske egenskaper ved omtrent 95% til 100% av materialets smeltetemperatur. Andre superplastiske materialer kan utvise superplastiske egenskaper ved andre temperaturområder, for eksempel større enn omtrent 50% av smeltetemperaturen. Avhengig av den aktuelle anvendelsen kan det valgte superplastiske materialet være ett som utviser superplastiske egenskaper i et ønsket temperaturområde. I ytterligere utførelsesformer kan det anvendes andre sterkt deformerbare materialer som innehar de ønskede deformasjonsegenskaper ved en valgt temperatur mens de opprettholder sin strukturelle integritet (for eksempel uten å bryte eller danne sprekker).

Et superplastisk materiale er et polykrystallint faststoff med evne til å gjennomgå store uniforme tøyninger før brudd. For deformasjon under enakset strekk indikerer vanligvis en forlengelse før brudd som overstiger 200% superplastisitet. For å inneha superplastisk oppførsel må et materiale kunne prosesseres til en fin like-akset kornstruktur som holder seg stabil under deformasjon. Kornstørrelsen til superplastiske materialer gjøres så liten som mulig, normalt i området fra 2 til 10 mikrometer, selv om materialer med større kornstørrelse også kan utvise superplastisitet.

Med henvisning til figur 1 omfatter en ekspanderbar plugg 10 i én utførelsesform et "flytbart" element 12 og et ekspanderbar! element 14 som i hvert fall delvis er laget av et superplastisk materiale. Det flytbare elementet 12 er initielt i fast form inne i et hus 16 av den ekspanderbare pluggen 10. Når det varmes opp går det flytbare elementet 12 over i en smeltet eller væskeformig tilstand. Det ekspanderbare elementet 14 er i form av en muffe som er festet til huset 16 i den øvre og den nedre enden av muffen 14.

I én utførelsesform kan det flytbare elementet 12 omfatte et eutektisk eller lettsmeltelig materiale. I andre utførelsesformer kan det flytbare elementet 12 omfatte et loddemetall, en lettsmeltelig legering, eller en klisjélegering (eng. blocking alloy). En lettsmeltelig legering er en sammensetning med lav smeltetemperatur som inneholder vismut, bly, tinn, kadmium eller indium. En klisjélegering er en legering med lav smeltetemperatur og høy renhet. Det eutektiske materialet, loddetinnet, den lettsmeltelige legeringen og klisjélegeringen gjennomgår volumekspansjon når de går over fra en smeltet eller væskeformig tilstand til en fastformig tilstand. Et eutektisk materiale smelter og fastner i alminnelighet ved samme temperatur. På den annen side kan noen av de andre typene materialer ha en første temperatur ved hvilken de går over fra en fastformig tilstand til en smeltet eller væskeformig tilstand og en andre temperatur ved hvilken de går over fra en smeltet eller væskeformig tilstand til en fastformig tilstand. Den første temperaturen er i alminnelighet høyere enn den andre temperaturen. Som følge av de gunstige egenskapene til vismut kan mange av de legeringene som utgjør det flytbare elementet 12 som kan anvendes for en rekke applikasjoner omfatte vismut sammen med andre elementer. Det flytbare elementet 12 kan også være laget av vismut alene. Mulige flytbare materialer er listet i det vedlagte tillegg A.

Det flytbare elementet 12 har en forbestemt temperatur ved hvilken det går over fra den fastformige til den smeltede eller væskeformige tilstanden. For å aktivere pluggen 10 økes temperaturen i det flytbare elementet 12 til ovenfor denne forbestemte temperaturen. For at det flytbare elementet 12 skal kunne samvirke med det ekspanderbare elementet 14 er det ekspanderbare elementet 14 laget av et superplastisk materiale som utviser superplastiske egenskaper ved omtrent samme temperatur som den forbestemte flytetemperaturen til det flytbare elementet 12. Dette gjør at det flytbare elementet 12 kan fortrenges for å deformere den superplastiske muffen 14 og danne den ønskelige pluggen inne i et foringsrør, et forlengningsrør, et produksjonsrør eller en rørdel 40.

Som videre vist i figur 1 omfatter den ekspanderbare pluggen 10 en hette 100 som definerer et atmosfærisk kammer 18 gjennom hvilket det forløper elektriske kabler 20. De elektriske kablene 20 er gjennom en forseglet adapter 22 forbundet til en tennsats 24. Adapteren 22 tilveiebringer en forseglet vei gjennom en skillevegg i den ekspanderbare pluggen 10. Tennsatsen 24 er tilveiebragt med en O-ringtetning for å isolere det atmosfæriske kammeret 18. Det er også festet en temperaturføler 46 gjennom skilleveggen for å måle temperaturen til det flytbare elementet 12. En konnektor 42 som er festet til temperaturføleren 46 kan være forbundet med elektriske kabler (ikke vist) som forløper til overflaten, slik at en operatør ved brønnoverflaten kan overvåke temperaturen til det flytbare elementet 12.

I den illustrerte utførelsesformen er tennsatsen 24 plassert i den øvre andelen av et rør 26 som kan være laget av metall, for eksempel stål. Nedenfor tennsatsen 24 er det tilveiebragt en drivladning 28 som kan antennes av tennsatsen 24. Drivladningen 28 forløper langs lengden til røret 26 og inn i et kammer 30 som er tilveiebragt inne i et kraftforsyningsstempel 32.

Kraftforsyningsstempelet 32 kan beveges inne i huset 16 av den ekspanderbare pluggen 10 i respons på trykk som genereres i kammeret 30. Kraftforsyningsstempelet 32 kan beveges oppover for å anvende trykk mot det flytbare elementet 12. Den nedre enden av huset 16 terminerer i en trekkpluggbunn (eng. bull plugg bottom) 34. Når det er i fastformig tilstand sperrer det flytbare elementet 12 for bevegelse av kraftforsyningsstempelet 32.

Det er tilveiebragt et tetningselement 42 på den utvendige overflaten av den superplastiske muffen 14. Tetningselementet 42, som kan være laget av en elastomer, er konstruert for inngrep med den innvendige veggen i foringsrøret, forlengningsrøret, produksjonsrøret eller rørdelen 40 for å isolere brønnboringen ovenfor og nedenfor den ekspanderbare pluggen 10.

Under operasjon, for å sette den ekspanderbare pluggen 10, kan det utføres en innledende undersøkelse med et undersøkelsesverktøy (ikke vist) for å bestemme temperaturen og trykket i brønnboringen ved det ønskede dypet. Når temperaturen og trykket er bestemt kan undersøkelsesverktøyet trekkes ut av hullet og den ekspanderbare pluggen 10 innføres i brønnboringen. Når den ekspanderbare pluggen 10 er innført til et ønsket dyp gis den en viss tid til å bringes til temperaturlikevekt med temperaturen i brønnboringen. Setningsprosessen startes da ved å avfyre tennsatsen 24, som initierer drivladningen 28 til å generere varme og gass i kammeret 30. Trykkøkningen i kammeret 30 skaper et trykkdifferensial over kraftforsyningsstempelet 32, hvis andre side er under atmosfærisk trykk. På grunn av den økte varmen smeltes det ekspanderbare elementet 12. Som følge av dette forsvinner motstanden mot bevegelse av kraftforsyningsstempelet 32, slik at gasstrykket i kammeret 30 skyver kraftforsyningsstempelet 32 oppover. Det smeltede elementet 12 beveges og ekspanderes for å deformere muffen 14, som på grunn av den økte temperaturen nå innehar superplastiske egenskaper. Som fremgår best av figur 2 deformeres muffen 14 radielt utover av kraften som anvendes av kraftforsyningsstempelet 32 slik at pakningselementet 42 presses mot den innvendige veggen i foringsrøret 40.

Ved det maksimale bevegelsesutslaget engasjerer kraftforsyningsstempelet 32 en sperreinnretning (ikke vist) som holder stempelet i sin øvre stilling som vist i figur 2. En andel av det flytbare elementet 12 befinner seg fortsatt ovenfor kraftforsyningsstempelet 32. Ved denne tiden har drivladningen 28 brent ut, slik at temperaturen i den ekspanderbare pluggen 10 begynner å avta. Temperaturen til det flytbare elementet 12, som overvåkes av temperaturføleren 46, kommuniseres til overflaten. En operatør ved overflaten venter inntil temperaturen i den ekspanderbare pluggen 10 stabiliserer seg.

Under faseendringen der det flytbare elementet 12 avkjøles og går over fra en smeltet eller væskeformig tilstand til en fastformig tilstand øker volumet til elementet 12. Denne volumekspansjonen skaper en radielt virkende kraft som øker kraften som anvendes mot pakningselementet 42 som er i kontakt med den innvendige veggen i foringsrøret, forlengningsrøret, produksjonsrøret eller rørdelen 40.

Volumøkningen til det flytbare elementet 12 som er lokalisert ovenfor kraftforsyningsstempelet 32 inne i hetten 100 skaper også en radiell kraft mot den innvendige veggen i hetten 100. Som beskrives ytterligere nedenfor i forbindelse med figurene 3 og 4 forårsaker denne utoverrettede radielle kraften som virker mot hetten 100 at hetten 100 frigjøres fra resten av den ekspanderbare pluggen 10. Dette gjør at hetten 100 og føringsstrukturen som er festet til hetten 100 kan hentes ut av brønnen etter at pluggen 10 er satt.

Figurene 3 og 4 illustrerer frigjøringsmekanismen til den ekspanderbare pluggen 10. Den øvre hetten 100 er festet til en krage 102. Kragen 102 omfatter en utspringende andel 104 som er brakt i inngrep i et spor i huset 16. Kragen 104 holdes i inngrep i sporet 106 ved hjelp av en bristering 108, som kan være laget av keramisk eller annet passelig skjørt materiale.

Når det flytbare elementet 12 i den øvre andelen av huset 16 avkjøles og går over fra en smeltet eller væskeformig tilstand til en fastformig tilstand øker elementets volum og skaper en utoverrettet radiell kraft mot den innvendige veggen i huset 16. Anvendelse av en tilstrekkelig stor kraft skyver huset 16 og kragen 102 radielt utover slik at bristeringen 108 svikter. Når bristeringen 108 svikter kan kragen 102 frigjøres fra sporet 106 slik at det øvre hodet av den ekspanderbare pluggen 10 kan tilbakehentes til brønnoverflaten mens pluggen 10 som utgjøres av det flytbare elementet 12 og den superplastiske muffen 14 forblir nedihulls.

Ifølge noen utførelsesformer av oppfinnelsen, for å oppnå et materiale som innehar superplastiske egenskaper, kan materialet utsettes for en ekstruderingsprosess. Med ekstrudering menes en prosess der det skapes store plastiske deformasjoner i materialet uten å endre materialets størrelse eller generelle form. I én utførelsesform føres det ønskede materialet, som i dette tilfellet kan være en muffe, gjennom to kryssende kanaler med kun litt større dimensjoner. Vinkelen kan velges mellom 0 og 90° for å skape en variabel tøyning. Når materialet passerer svingen mellom de kryssende kanalene utsettes materialet for skjærdeformasjon. Ekstrudering gjør at materialets kornstørrelse reduseres til størrelsesorden mikron eller mindre for å øke materialets elastisitet. Ett eksempel på et materiale som kan utsettes for ekstruderingsprosessen for å oppnå superelastiske egenskaper er AZ91, som omfatteren blanding av magnesium, aluminium og sink. Formelen for AZ91 er 90Mg9AI1Z. I tillegg til at kornstørrelsen reduseres blir den også mer uniform eter ekstruderingsprosessen, slik at et prosessert metall kan deformeres og flyte uten at det splittes eller danner sprekker som følge av spenningskonsentrasjoner.

Som vist i figurene 5-7 er en annen anvendelse av et sterkt deformerbart materiale så som et superelastisk materiale for nedihulls fiskeoperasjoner. Som vist i figur 5 skal et produksjonsrør eller rørelement 200 tilbakehentes til brønnoverflaten. Et fiskeverktøy, som kan føres med kabel, glatt vaier eller kveilrør 202, føres innover i den innvendige boringen i produksjonsrøret eller rørdelen 200. Føringsstrukturen 202 er festet til et kabelhode 204, som i sin tur er koplet til et fiskehode 206 som er festet til et tennhode 208. En lunte 210 forløper fra tennhodet 208 og inn i en muffe 212, som kan være perforert. Muffen 212 kan være laget av en sterkt ekspanderbar metallegering som utviser superplastisk oppførsel ved forhøyet temperatur.

Det er tilveiebragt en intern innsenkning (eng. upset) 214 i den innvendige veggen av produksjonrøret eller rørdelen 200. Under operasjon føres fiskeverktøyet inn i den innvendige boringen i produksjonrøret eller rørdelen 200 til en posisjon ved den interne innsenkningen 214, som vist i figur 5. Tennhodet 208 aktiveres deretter for å antenne lunten 212. Varme og trykk som genereres av antenningen av lunten 210 forårsaker at muffen 212 ekspanderer. En del av muffen 212 ekspanderer inn i innsenkningen 214 og styrker inngrepet mellom muffen 212 og produksjonrøret eller rørdelen 200. Når muffen 212 er ekspandert til inngrep med produksjonrøret eller rørdelen 200 frigjøres kabelhodet 204 fra fiskehodet 206 og heves av føringsstrukturen 202, som vist i figur 6.

Deretter, som vist i figur 7, føres en arbeidsstreng som omfatter en stinger 220 inn i brønnboringen. Stingeren 220 føres inn i boringen i produksjonrøret eller rørdelen 200 for inngrep med fiskehodet 206. Når den er bragt i inngrep kan arbeidsstrengen heves for å heve hele enheten inklusive fiskeverktøyet og produksjonrøret eller rørdelen 200.

Figur 8 viser en pakning 300 ifølge én utførelsesform. Pakningen 300 inkluderer en forankringskile eller -element 302 og et tetningselement 304 som kan være laget av et elastomert materiale. Både tetningselementet 304 og forankringselementet 302 kan translateres radielt til inngrep med en innvendig vegg i et foringsrør eller forlengningsrør 310. Dette isolerer et ringrom som dannes mellom et innvendig produksjonrør eller rørelement 306 i pakningen 300 og foringsrøret 310. Strømning gjennom pakningen 300 er imidlertid fortsatt mulig gjennom en innvendig boring 308 i produksjonrøret eller rørdelen 306.

Forankringselementet 302 er festet på utsiden av en sterkt deformerbar muffe 312, og tetningselementet 304 er tilveiebragt på utsiden av en sterkt deformerbar muffe 314. Hver av de sterkt deformerbare muffene 312 og 314 kan være laget av et superplastisk materiale som utviser superplastisk oppførsel i et forbestemt temperaturområde. De sterkt deformerbare muffene er festet til huset 316 av pakningen 308.

Det dannes et rom inne i huset 316 av pakningen 300 der det kan være plassert et flytbart element 318. Det flytbare elementet, som initielt er i fast form, er i den illustrerte utførelsesformen i kontakt med den innvendige overflaten til begge de deformerbare muffene 312 og 314. Et ringromsformig rør 320 forløper i det området som dannes inne i huset 316 av pakningen 300. En drivladning 322 (eller flere drivladninger) kan være plassert inne i det ringromsformige røret 300.

Drivladningen 322 forløper inn i et ringrom 324 som er definert inne i et stempel 326. Stempelet 326 kan beveges oppover ved anvendelse av trykk inne i kammeret 324 når det flytbare elementet 318 har gått over fra en fastformig til en smeltet eller væskeformig tilstand.

I en aktueringsmekanisme som er tilsvarende den til pluggen 10 i figurene 1 og 2 kan drivladningen 322 antennes for å generere varme for å smelte det flytbare elementet 318 og for å skape et høytrykk inne i kammeret 324. Når det flytbare elementet 318 smelter vil trykket inne i kammeret 324 skyve kraftforsyningsstempelet 326 oppover for å ekspandere de sterkt deformerbare muffene 312 og 314, som presser forankringselementene 302 og tetningselementet 304 til kontakt med den innvendige veggen i foringsrøret 310.

Når drivladningen 322 er brent ut begynner temperaturen til det flytbare elementet 318 å avta, noe som gjør at det flytbare elementet 318 går over fra den smeltede eller væskeformige tilstanden til den fastformige tilstanden. Overgangen tilbake til den fastformige tilstanden forårsaker at volumet til det flytbare elementet 318 øker, slik at det anvendes en økt radiell kraft mot de sterkt deformerbare muffene 312 og 314, noe som styrker inngrepet til forankringselementet 302 og tetningselementet 304 mot den innvendige veggen i foringsrøret 310 ytterligere.

Når den er satt isolerer pakningen 300 ringrommet mellom rørdelen eller rørledningen og foringsrøret 310. Rørdelen eller produksjonsrøret kan være anbrakt konsentrisk i foringsrøret 310, og kan omfatte produksjonsrør eller injeksjonsrør.

I en annen anvendelse kan et verktøy med en tilsvarende konstruksjon som den til pakningen 300 anvendes som et reparasjonsverktøy (eng. patching tool). Et reparasjonsverktøy brukes til å reparere eller lappe sammen andeler av et foringsrør eller forlengningsrør som kan være skadet eller som kan være perforert tidligere. I ett eksempel kan en formasjon som tidligere produserte hydrokarboner begynne å produsere vann eller andre uønskede fluider. Når dette skjer kan et reparasjonsverktøy anvendes for å tette perforeringene som er dannet i foringsrøret eller forlengningsrøret for å hindre ytterligere produksjon av fluider fra formasjonen.

For å realisere et slikt reparasjonsverktøy i henhold til noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan verktøyet 300, vist i figur 8, modifiseres på en slik måte at det omfatter en plastringsdel i stedet for forankringselementet 302 og tetningselementet 304. Plastringsdelen kan være laget av en elastomer tilsvarende den til tetningselementet 304 i figur 8. For å tilveiebringe et større dekningsareal kan imidlertid plastringsdelen være laget av et større materialstykke. Plastringsdelen kan plasseres på den utvendige overflaten av en sterkt deformerbar muffe, som kan være laget av et superplastisk materiale. Reparasjonsverktøyet kan omfatte en innvendig boring mye tilsvarende den innvendige boringen 308 som er vist i figur 8 for å muliggjøre strømning av fluid også etter at plastringsdelen er satt i brønnboringen.

En annen utførelsesform kan omfatte et reparasjonsverktøy som anvendes i åpne hull heller enn i huller som er tilveiebragt med foringsrør eller forlengningsrør. Et slikt reparasjonsverktøy kan omfatte en plastringsdel som er laget av metall eller et annet dertil egnet materiale som kan presses i kontakt med den innvendige veggen i det åpne hullet.

Figur 9 viser en ekspanderbar foringsrør- eller forlengningsrørenhet 400. Den ekspanderbare foringsrør- eller forlengningsrørenheten omfatter et foringsrør eller forlengningsrør 402 som er laget av et sterkt deformerbart materiale, som kan være et superplastisk materiale. Foringsrøret eller forlengningsrøret 402 kan innføres i en brønnboring med en diameter som er mindre enn den innvendige diameteren i borehullet. For å øke diameteren til foringsrøret eller forlengningsrøret 402 kan det føres inn et ekspanderingsverktøy 404 i den innvendige boringen i foringsrøret eller forlengningsrøret 402. Den utvendige diameteren til ekspanderingsverktøyet 404 svarer til den ønskede innvendige diameteren til foringsrøret eller forlengningsrøret 402. Ekspanderingsverktøyet 404 kan føres nedover ved hjelp av en føringsstruktur 408. For å tilveiebringe strukturell stivhet kan føringsstrukturen 408 være et rør eller en rørformig struktur.

Det sterkt deformerbare foringsrøret eller forlengningsrøret 402 utviser superplastisk oppførsel i etforbestemt temperaturområde. For å lette ekspansjonen av foringsrøret eller forlengningsrøret 402 inneholder således ekspanderingsverktøyet 404 et oppvarmingselement, som kan omfatte bestandige varmeelementer 406, for å varme opp det vedsidenliggende foringsrøret eller forlengningsrøret 402 til en ønsket temperatur. Når ekspanderingsverktøyet 404 varmer opp det vedsidenliggende foringsrøret eller forlengningsrøret 402 til en tilstrekkelig høy temperatur blir således foringsrøret eller forlengningsrøret 402 superplastisk, slik at ekspansjonsprosessen forløper enklere. Videre, som følge av den superplastiske oppførselen til foringsrøret eller forlengningsrøret 402, reduseres sannsynligheten for brudd av eller sprekkdannelse i foringsrøret eller forlengningsrøret 402.

En tilsvarende prosess kan anvendes for å ekspandere en rørledning eller en rørformig struktur som er laget av et superplastisk materiale eller et annet sterkt deformerbart materiale som har stor deformasjonsevne ved en elevert temperatur mens det beholder sin strukturelle integritet.

I en annen utførelsesform, i stedet for å føre ekspanderingsverktøyet 404 nedover, kan ekspanderingsverktøyet 404 posisjoneres i den nedre enden av foringsrøret eller forlengningsrøret 402 og føres inn i brønnboringen sammen med foringsrøret eller forlengningsrøret 402. For å utføre ekspansjonsprosessen kan ekspanderingsverktøyet 404 heves gjennom den innvendige boringen i foringsrøret eller forlengningsrøret 402 for å ekspandere foringsrøret eller forlengningsrøret 402.

Figur 10 viser en ekspanderbar filterenhet 500. Filterenheten 500 kan omfatte et filter 502 som for eksempel anvendes for sandkontroll. Et filter 502 omfatter typisk et mønster av åpninger som skaper de ønskede strømningsforholdene slik at sanden stenges ute mens de ønskede hydrokarbonene produseres inn i brønnboringen.

I utførelsesformen i figur 10 er filteret 502 laget av et sterkt deformerbart materiale, eksempelvis et superplastisk materiale. Filterenheten 500 kan være installert inne i en brønnboring med et ekspanderingsverktøy 504 posisjonert nedenfor det ekspanderbare filteret 502. Når filterenheten 500 befinner seg ved et ønsket dyp kan det sendes et elektrisk signal gjennom en elektrisk kabel som forløper inne i føringsstrukturen 506 for å varme opp bestandige varmeelementer 508. Dette gjør at ekspanderingsverktøyet 504 varmer opp den vedsidenliggende andelen av det ekspanderbare filteret 502 til en temperatur der filteret 502 oppfører seg superplastisk. Dette gjør at ekspanderingsverktøyet 504 kan trekkes opp for å øke diameteren til filteret 502, noe som kan bringe det i kontakt med den innvendige veggen i et åpent hull. Ved å bringe sandfilteret 502 nærmere den innvendige veggen i et åpent hull kan det tilveiebringes en bedret sandkontroll. Videre kan en ved å anvende et superplastisk materiale som varmes opp for å muliggjøre ekspansjon av filteret 502 også redusere sannsynligheten for å skade filteret 502 under ekspansjonsprosessen på grunn av den overlegne strukturelle integriteten til superplastiske materialer.

Figur 11 viser en avviksbrønn-forgreningsenhet 600. Avviksbrønn-forgreningsenheten 600 omfatter en rørdel 602 som er laget av et sterkt deformerbart materiale og som kan være innført gjennom et vindu 604 som er frest ut gjennom veggen til et foringsrør eller forlengningsrør 606 for å eksponere huved-brønnboringen 608 for en sidegrensboring 610.

Konvensjonelt har produksjonsrør vært innført gjennom slike utfreste åpninger i et foringsrør og inn i en sidegrensboring. Produksjonsrøret har typisk en diameter som er mindre enn sidegrensboringen. Det kan være anbragt sement i ringrommet rundt produksjonsrøret som er innført i sidegrensboringen; det skapes imidlertid ikke alltid en optimal forsegling. Ifølge noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan den sterkt deformerbare rørdelen eller rørledningen 602 være laget av et superplastisk materiale som utviser superplastisk oppførsel ved en ønsket forhøyet temperatur. Rørdelen eller rørledningen 602 som initielt har en redusert diameter innføres gjennom vinduet 604 i foringsrøret eller forlengningsrøret 606 og inn i sidegrensboringen 610. Når det er korrekt posisjonert kan et ekspanderingsverktøy 612 innføres på en føringsstruktur614 i den innvendige boringen i rørdelen eller rørledningen 602. Ekspanderingsverktøyet 612 varmes opp til en forhøyet temperatur for å varme opp rørdelen eller rørledningen 602 til en temperatur der rørdelen eller rørledningen 602 utviser superplastisk oppførsel. Dette forenkler ekspansjonen av produksjonsrøret eller rørdelen 602 i vesentlig grad, samtidig som den strukturelle integriteten til rørdelen eller rørledningen 602 opprettholdes som følge av egenskapene til superplastiske materialer. Når rørdelen eller rørledningen 602 i sidegrensboringen 610 er ekspandert til kontakt med den innvendige overflaten i sidegrensboringen 610 kan det tilveiebringes en adekvat forsegling ved forgreningspunktet mellom hoved-brønnboringen 608 og sidegrensboringen 610.

Figur 12 viser en annen utførelsesform der et sterkt deformerbart materiale kan utgjøre en del av en støtdemper 702 i en verktøystreng 704. Verktøystrengen 704 kan omfatte en første komponent 706 og en andre komponent 708. Det kan være ønskelig å beskytte den første komponenten 706 (som kan være et gyroskop eller annet følsomt utstyr) mot sjokk eller støt som skapes av den andre komponenten 708 (som kan være en eksplosiv anordning, så som et perforeringsapparat). Støtdemperen 702 omfatter et oppvarmingselement 710 som bringes til en forhøyet temperatur for å gjøre at et materiale i støtdemperen 702 blir sterkt deformerbart, i én utførelsesform superplastisk.

Under operasjon føres således verktøystrengen 704 inn til et ønsket dyp der den andre komponenten 708 skal aktiveres. For eksempel, dersom den andre komponenten 708 er et perforeringsapparat, kan det da utføres en perforeringsoperasjon ved det ønskede dypet for å skape åpninger i det omkringliggende foringsrøret og formasjonen. Før aktivering av perforeringsapparatet 708 aktiveres oppvarmingselementet 710, for eksempel av et elektrisk signal som tilveiebringes via en kabel 712. Dette gjør at et superplastisk materiale i støtdemperen 702 oppnår superplastiske egenskaper, hvilket tilveiebringer bedre støtdempningsegenskaper som beskytter de sensitive komponentene 706 mot sjokk som skapes når perforeringsapparatet 708 aktiveres.

I en annen utførelsesform, som vist i figur 13, omfatter en frigjøringsmekanisme 800 en konnektorstruktur 802 som i hvert fall delvis kan være laget av et sterkt deformerbart materiale, for eksempel et superplastisk materiale. Konnektorstrukturen 802 omfatter en utspringende andel 804 som er konstruert for inngrep med en annen struktur 806. Styrken til konnektorstrukturen 802 ved en lavere temperatur er tilstrekkelig til å opprettholde forbindelsen mellom konnektorstrukturen 802 og strukturen 806, til tross for nærvær av en fjær 808 som anvender en radielt utoverrettet kraft mot de innvendige veggene i konnektorstrukturen 802. Når en ønsker å frigjøre konnektorstrukturen 802 fra strukturen 806 kan et bestandig oppvarmingselement 810 aktiveres for å varme opp konnektorstrukturen 802. Dersom konnektorstrukturen 802 omfatter et superplastisk materiale kan oppvarming av materialet til en forhøyet temperatur forårsake at konnektorstrukturen 802 utviser superplastisk oppførsel. Som følge av dette blir kraften som anvendes av fjæren 808 tilstrekkelig stor til å skyve konnektorstrukturen 802 fra hverandre for å frigjøre strukturen 806.

Figur 14 viser en fjernbar isoleringsplugg 900 i henhold til én utførelsesform. Som vist i figur 14 er den fjernbare pluggen 900 konstruert for anvendelse i den nedre enden av en rørledning 914, som for eksempel kan være et produksjonsrør, som er posisjonert inne i et foringsrør eller forlengningsrør 910. Det kan være tilveiebragt første og andre O-ringtetninger 916 og 918 rundt pluggen 900 for å isolere den ene siden av pluggen 900 fra den andre siden i boringen i produksjonsrøret 914. En pakning 912 er tilveiebragt mellom produksjonsrøret 914 og foringsrøret eller forlengningsrøret 910 for å isolere et ringrom 908. Fluidtrykk i ringrommet 908 kan kommuniseres gjennom en port 906 til en aktueringsmekanisme 904. Aktueringsmekanismen 904 er assosiert med en lokal varmekilde 902, som kan være en eksoterm varmekilde.

Pluggen 900 kan være laget av et materiale som er sterkt deformerbart når dets temperatur heves til en forhøyet nivå. I ett eksempel omfatter et slikt sterkt deformerbart materiale superplastisk materiale. For å fjerne pluggen 900 anvendes et fluidtrykk i ringrommet 908 som kommuniseres gjennom porten 906 til aktueringsmekanismen 904. Dette aktiverer den eksoterme varmekilden 902, som varmer opp pluggen 900 til en forbestemt temperatur. Når dette skjer begynner pluggen 900 å utvise superplastisk oppførsel, noe som gjør at det eleverte fluidtrykket som kommuniseres gjennom porten 906 deformerer pluggen 900 radielt innover. Deformasjon av pluggen 900 i form av en radiell komprimering gjør at pluggen 900 kan falle gjennom produksjonsrøret 914 til den nedre enden av brønnboringen. Det kan således anvendes en isoleringsplugg som kan fjernes med en intervensjonsfri teknikk.

Som vist i figur 15 omfatter en rettet ladning 1000 en kledning 1002 som er laget av et sterkt deformerbart materiale, som kan være et superplastisk materiale. Kledningen 1002 plasseres inntil en eksplosiv ladning 1004, som er inneholdt i en beholder 1006. En detonasjonsbølge som forplantes gjennom en lunte 1008 kommuniseres gjennom en drivladning 1010 til den eksplosive ladningen 1004. Detonasjon av den eksplosive ladningen 1004 forårsaker at kledningen 1002 kollapser i en perforeringsstråle som kan skape perforeringer i det omkringliggende foringsrøret eller forlengningsrøret og formasjonen.

Som vist i figur 16 omfatter et verktøy 1100 ifølge en annen utførelsesform en svak konnektor 1104 som i hvert fall delvis er laget av et sterkt deformerbart materiale så som et superplastisk materiale. Den svake konnektoren 1104 er koplet til en adapter 1105, som i sin tur er koplet til en føringsstruktur 1102. Den svake konnektoren 1104 er koplet til en streng av perforeringsapparater 1106, 1108, og så videre.

Den svake konnektoren 1104 er tilveiebragt i tilfelle perforeringsstrengen 1100 settes fast mens den føres inn i eller fjernes fra brønnboringen. Konvensjonelt tilveiebringes et svakt punkt for å muliggjøre tilbakehenting av i hvert fall en del av den innførte verktøystrengen dersom den settes fast. Når det svake punktet svikter faller perforeringsapparatene (eller andre verktøy) til bunnen av brønnboringen mens føringsstrukturen kan tilbakehentes fra overflaten. Slike svake punkter kan imidlertid også svikte under perforeringsoperasjoner som følge av sjokket som genereres av perforeringsapparatene.

Ved å anvende en svak konnektor 1104 som er laget av et sterkt deformerbart materiale kan det oppnås en overlegen strukturell integritet slik at perforeringsstrengen ikke svikter når perforeringsapparatene avfyres. Under operasjon aktiveres et varmeelement 1107 i den svake konnektoren 1104 for å varme opp den svake konnektoren 1104 slik at den utviser superplastisitet. Perforeringsapparatene 1106 og 1108 blir deretter avfyrt, noe som kan forårsake et sjokk som vil kunne deformere eller bøye den svake konnektoren 1104 uten å bryte den. Som følge av dette kan hele perforeringsstrengen tilbakehentes til overflaten, hvorpå noen komponenter kan gjenbrukes.

Claims

1. Ekspanderbar nedihulls plugg (10) for anvendelse i en brønnboring for å utføre en forutbestemt nedihulls oppgave,karakterisert vedat den ekspanderbare nedihulls pluggen omfatter: et atmosfærisk kammer (18); et stempel (32); et kammer (30) tilveiebrakt inne i stempelet; et flytbart element (12) lokalisert i det minste delvis inne i en muffe dannet av et ekspanderbart materiale (14), hvori det flytbare elementet er lokalisert mellom stempelet (32) og det atmosfæriske kammeret (18); og en drivladning (28) lokalisert i kammeret hvori når drivladningen aktiveres bringes stempelet (32) til å bevege seg og deformere det flytbare elementet, og hvori det flytbare elementet deformerer det ekspanderbare materialet når stempelet beveger seg.

2. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, der det flytbare elementet (12) omfatter et eutektisk materiale.

3. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, der det flytbare elementet (12) er valgt fra gruppen bestående av et eutektisk materiale, en smeltelegering, en klisjélegering, loddemetall og et materiale som inneholder vismut.

4. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, der det flytbare elementet (12) inneholder vismut.

5. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 4, der det flytbare elementet (12) omfatter en vismutlegering.

6. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, der muffen (14) omfatter et superplastisk materiale.

7. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 6, der det flytbare elementet (12) smelter ved en temperatur som ligger nær en temperatur ved hvilken det superplastiske materialet utviser superplastisk oppførsel.

8. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, videre omfattende et tetningselement (43), der muffen (14) er konstruert for å bringe tetningselementet (43) i inngrep med en nedihulls-struktur.

9. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 8, omfattende en pakning (300).

10. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 8, omfattende en plastringsdel (302 og 304).

11. Ekspanderbar nedihulls plugg ifølge krav 1, videre omfattende et forankringselement (304), der muffen (314) er konstruert for å bringe forankringselementet i inngrep med en annen struktur (310).