NO336565B1 - Anordning ved trykkmåler og fremgangsmåte ved bruk av samme - Google Patents

Description

ANORDNING VED TRYKKMÅLER OG FREMGANGSMÅTE VED BRUK AV SAMME

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved en trykkmåler til bruk i en underjordisk brønn. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en trykkmåler som genererer et akustisk signal i et brønnlegeme som svar på at trykket i brønnen overstiger en satt grenseverdi. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte ved bruk av trykkmåleren.

Ved utarbeiding og komplettering av en underjordisk brønn, for eksempel av den art som benyttes innen petroleumsutvinning, er det pålagt ansvarshavende strenge krav til sikkerhet. Det er viktig å beskytte personell, de omkringliggende omgivelsene samt bore- og produksjonsutstyr fra formasjonene det gjøres inngrep i. Store trykk- og temperaturforskjeller kan gjøre arbeidet med brønnen utfordrende. Brønnbarrierer er sløyfer med én eller flere samarbeidende brønnbarriereelementer som forhindrer fluider i å strømme uønsket fra formasjonen, enten inn i en annen formasjon eller opp til overflaten. I henhold til NORSOK standard D-010 («Well integrity in drilling and well operations») kreves én barrieresløyfe i en brønn hvor det er fare for ukontrollerte krysstrømmer mellom formasjonssonene i brønnen, mens det kreves to barrieresløyfe r i brønner der det er fare for ukontrollerte utblåsninger fra brønnen og til omgivelsene. Intakte barrieresløyfe r er en forutsetning for at arbeidet skal kunne utføres i henhold til standarden og med ingen eller minimal risiko for uønskede hendelser. Ulike former for plugger kan være viktige brønnbarriereelementer i både primær- og sekundærbar-rieresløyfer. I praksis etableres ofte to plugger i en avstand fra hverandre i brønnen. Det er ønskelig, og i flere land lovpålagt, å overvåke integriteten til begge pluggene. I praksis overvåkes kun trykket over den øverste pluggen, slik at en uønsket trykkøk-ning i rommet mellom de to pluggene på grunn av en svikt i den nederste pluggen ikke vil fanges opp. Man vil altså kunne ha mistet et barriereelement uten at dette tilkjennegis på overflaten. Ofte vil barriereplugger installeres fordi det er planlagt ar-beid over den øverste pluggen i brønnen. Det kan derfor være utfordrende å få instal-lert komponenter som kan overvåke trykket mellom de to barrierepluggene. Det er heller ikke ønskelig å benytte utstyr, for eksempel kabelgjennomføringer, som kan innvirke på funksjonaliteten til den øverste barrierepluggen.

Relevant bakgrunnsteknikk er blant annet beskrevet i patentskriftene WO 92/06278 Al og GB 2236782 A.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en anordning ved trykkmåler til bruk i en underjordisk brønn, hvor trykkmåleren omfatter: - en trykkføler i det minste innrettet til å kunne avføle om et trykk i brønnen befinner seg under eller over en gitt grenseverdi; og - en signalgiver innrettet til å kunne generere et akustisk signal i et brønnlegeme i brønnen som svar på at avfølt trykk fra trykkføleren overstiger nevnte grenseverdi, kjennetegnet ved: - at signalgiveren er en slaginnretning; - at trykkføleren er en mekanisk trykkføler innrettet til å kunne brytes når det avfølte trykket overstiger nevnte grenseverdi; og

at trykkmåleren ytterligere omfatter:

- et undertrykkskammer hvori slaginnretningen er anbragt; og

- et stempel innrettet til å kunne frigjøres når den mekaniske trykkføleren brytes og å kunne drives av en trykkforskjell mellom brønnen og undertrykkskammeret slik at slaginnretningen genererer det akustiske signalet i brønnlegemet.

Brønnlegemet kan være et rørlegeme, for eksempel et stålrør som strekker seg opp til toppen av brønnhullet, eller brønnlegemet kan være en komponent som er festet, direkte eller indirekte, til rørlegemet. Akustiske signaler forplanter seg med stor hastig-het i stål og andre metaller og metallegeringer, og ved å benytte et rørlegeme som strekker seg helt opp til toppen av brønnhullet, vil det akustiske signalet kunne trans-porteres ut av brønnen uten behov for ledninger, kabler og liknende.

I én utførelsesform kan trykkmåleren ytterligere omfatte en sensor innrettet til å kunne avlese akustiske signaler, og hvor sensoren er tilknyttet en styringsenhet omfattende en akustisk signalomformer. Sensoren vil kunne festes ved et rørlegemes øvre parti ved toppen av brønnhullet, men plasseringen begrenses ikke dertil. Sensoren kan videre kobles til en styringsenhet omfattende en akustisk signalomformer innrettet til å kunne omforme de akustiske signalene til avlesbare data. Sensoren kan kobles til styringsenheten ved hjelp av for så vidt kjente kommunikasjonsmetoder, det være seg via ledninger/kabler eller trådløst.

Slaginnretningen vil kunne benyttes til å generere det akustiske signalet ved hjelp av banking mot nevnte brønnlegeme. Det vil dermed kunne benyttes en relativt enkel mekanisk innretning for å generere det akustiske signalet.

Undertrykkskammeret hvori signalgiveren er anbragt kan, når trykkføleren avføleret trykk under nevnte grenseverdi, være fluidmessig isolert fra brønnen. Dette vil ha den fordel at signalgiveren vil kunne holdes adskilt fra resten av brønnen. I tillegg vil det kunne opprettholdes en trykkdifferanse mellom undertrykkskammeret og resten av brønnen. Med undertrykkskammer menes kammer som er i undertrykk i forhold til den omkringliggende brønnen. Undertrykkskammeret kan for eksempel være under vakuum eller atmosfærisk trykk.

I en første utførelsesform kan den mekaniske trykkføleren være en skjærbolt. Skjærbolten vil utgjøre en svært enkel mekanisk trykkføler uten behov for krafttilførsel eller tilkobling til andre fjerntliggende komponenter. Ved at skjærbolten brytes når trykket i brønnen overstiger grenseverdien, vil undertrykkskammeret kunne settes i fluidkommunikasjon med den omkringliggende brønnen. Trykkføleren kan også være en trykk-følsom membran innrettet til å brytes ved nevnte grenseverdi. Fordelene er de samme for skjærbolten. Alternativt vil det også kunne benyttes en trykkfølsom ventil, for eksempel en overtrykksventil som utløses ved nevnte grenseverdi.

Det beskrives også en utførelsesform der trykkføleren er en elektrisk trykksensor, det vil si en trykksensor som omformer avfølt trykk til et elektrisk signal. Denne vil for eksempel kunne drives ved hjelp av en batterienhet eller en nedihulls generator. Bat-terienheten eller generatoren kan også benyttes for å drive signalgiveren til å generere det akustiske signalet som svar på at trykkføleren avføler et trykk som overstiger nevnte grenseverdi.

Ved at stempelet frigjøres når trykkføleren avføler et trykk over nevnte grenseverdi og ved at stemplet settes i bevegelse av trykkdifferansen vil stemplet påvirke signalgiveren til å generere det akustiske signalet. Det kan for eksempel skje ved at oven-nevnte mekaniske trykkføler, som kan være en skjærbolt, står i inngrep med stempelet ved et avfølt trykk under nevnte grenseverdi. Ved at stempelet utsettes for et trykk over nevnte grenseverdi, brytes den mekaniske trykkføleren, og stempelet frigjøres. Stempelet, som når står fritt til å bevege seg, drives oppover i undertrykkskammeret på grunn av trykkdifferansen mellom brønnen og undertrykkskammeret. Stempelet kan således benyttes til å drive signalgiveren, som kan være en slaginnretning, til å generere det akustiske signalet, for eksempel ved at en slaginnretning hamrer mot et brønnlegeme. I andre utførelsesformer vil den samme trykkdifferansen benyttes til å generere et akustisk signal uten hamring, for eksempel ved at fluidstrømmen genererer et akustisk signal via et fløyte-/lurliknende instrument.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for trykkmåling i en underjordisk brønn, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - å anbringe en slaginnretning i et undertrykkskammer i brønnen; - ved hjelp av en mekanisk trykkføler å avføle om trykket i brønnen befinner seg under eller over en gitt grenseverdi; - å la den mekaniske trykkføleren brytes når trykket overstiger nevnte grenseverdi; - når den mekaniske trykkføleren brytes å la et stempel drive oppover i undertrykkskammeret på grunn av en trykkdifferanse mellom brønnen og undertrykkskammeret slik at slaginnretningen avgir et akustisk signal i et brønnlegeme i brønnen.

Det beskrives også en utførelsesform der fremgangsmåten ytterligere omfatter å avlese det genererte akustiske signalet ved hjelp av en sensor koblet til en styringsenhet omfattende en akustisk signalomformer.

I et tredje aspekt vedrører oppfinnelsen anvendelse av en trykkmåler i henhold til ovenstående beskrivelse for å overvåke trykket mellom to i avstand fra hverandre anbragte barriereelementer i en underjordisk brønn.

Det beskrives også en underjordisk brønn omfattende en trykkmåler i henhold til ovenstående beskrivelse

Til slutt beskrives det også et barriereelement for en underjordisk brønn forsynt med en trykkmåler i henhold til ovenstående beskrivelse.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser sett fra siden en underjordisk brønn omfattende en anordning i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser sett fra siden og i større målestokk enn på figur 1 en anordning i

henhold til en første utførelsesform av oppfinnelsen;

Fig. 3 viser sett fra siden et forstørret parti av anordningen på figur 2; og

Fig. 4 viser sett fra siden en anordning i henhold til en andre utførelsesform av

den foreliggende oppfinnelse.

I det følgende angir henvisningstallet 1 en trykkmåler i henhold til oppfinnelsen. Figurene er vist forenklede og skjematiske. Like henvisningstall angir like eller tilsvarende elementer.

Figur 1 viser en underjordisk petroleumsbrønn 2 hvori en trykkmåler 1 i henhold til

oppfinnelsen er anbragt. Brønnen 2 er midlertidig avstengt ved hjelp av to plugger 23, 25 i form av pakningselementer. Pakningselementene 23, 25, som kan være av for så vidt kjente typer, utgjør to barriereelementer i en brønnbarriere som skal forhindre en uønsket strøm av fluider ut av brønnen 2. Trykkmåleren 1 er festet til det øvre pakningselementet 23, og befinner seg således i et rom mellom de to pakningselementene 23, 25 i brønnen 2. Avstanden mellom de to pakningselementene 23, 25 kan være flere kilometer. Trykkmåleren 1 kan være festet til det øvre pakningselementet 23 ved hjelp av ikke vist gjengeforbindelser eller ved hjelp av andre for så vidt kjente løs-ninger. Trykkmåleren 1 kan i en alternativ utførelsesform være integrert i pakningselementet 23.

Det henvises nå til figurene 2 og 3, hvor figur 2 viser en første utførelsesform av en trykkføler 1 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, mens figur 3 viser et forstørret parti av trykkmåleren 1 fra figur 2. Trykkmåleren 1 omfatter et hus 12 inneholdende et undertrykkskammer 11 som er fluidmessig forseglet fra den omkringliggende brøn-nen 2 ved at et stempel 17 står i inngrep med en innvending vegg 121 i huset 12. Tetningen mellom stempelet 17 og huset 12 kan ytterligere forbedres ved hjelp av ikke viste tetningselementer av for så vidt kjent typer. Som definert i ovenstående beskrivelse er begrepet «undertrykk» i undertrykkskammer 11 ment å skulle beskrive den relative trykkforskjellen mellom undertrykkskammeret 11 og den omkringliggende brønnen 2. Stempelet 17 holdes på plass ved hjelp av en flerhet mekaniske trykkfølere 13 i form av skjærbolter. Skjærboltene 13 er utformet til å tåle trykkdifferanser mellom undertrykkskammeret 11 og den omkringliggende brønnen 2 opp til en forhånds-definert grense. Ved en trykkøkning i brønnen 1 mellom de to pakningselementene 23, 25 som overstiger nevnte forhåndsdefinerte grense brytes skjærboltene 13. Stempelet 17 frigjøres således og presses oppover i undertrykkskammeret 11 av trykkdifferansen. Som det kan sees best på figur 3, er stempelet 17 i sitt øvre parti utformet med et hulrom 171 inneholdende en trykkfjær 18 som via en mellomplate 181 presser mot en svingarm 19 dreibar omkring en aksling 191 festet til stempelet 17. Huset 12 er utformet med innvendige skuldre 122, hvor skuldrene 122 er forbundet til hverandre via ramper 123 som skråner radielt innover fra en skulder 122 og med en brå av-slutning ved en overliggende skulder 122. En signalgiver 15 i form av en slaginnretning erforskyvbar i en radiell boring 173 i stempelet 17, hvor den radielle boringen 173 også gjennomløper hulrommet 171 ovenfor trykkfjæren 18. Slaginnretningen 15 er utformet med en skrå endeflate 151 passende komplementært til rampene 123. Videre er slaginnretningen 15 utformet med en sentral, aksielt gjennomgående utsparing 152, hvor en første ende 192 av svingarmen 19 står i inngrep slaginnretningen 15 på innsiden av utsparingen 152. Når stempelet 17 forskyves aksialt oppover i undertrykkskammeret 1 presses slaginnretningens 15 skrå endeflate 151 mot en første rampe 123 og forskyves således radielt innover. Slaginnretningens 15 radielle bevegelse bevirker at svingarmen 19 dreies om akslingen 191 slik at en andre ende 193 av svingarmen 19 komprimerer trykkfjæren 18 ytterligere. Idet slaginnretningen 15, ved stempelets 17 aksielle forskyvning i undertrykkskammeret 11, når en overliggende skulder 121, får den komprimerte fjæren 18 utløp for sin potensielle energi, slik at slaginnretningen 15, via mellomplaten 181 og svingarmen 19, bankes mot huset 12 over skulderen 122. Dette hendelsesforløpet gjentar seg et antall ganger som tilsvarer antall skuldre 122 i huset 12. Slaginnretningens 15 banking genererer et akustisk signal i huset 12. Det akustiske signalet brer seg videre til et rørlegeme 21 via pakningselementet 23. Rørlegemet 21, som typisk vil være tilveiebragt i stål, leder det akustiske signalet opp til en overflate, hvor en akustisk signalsensor 3, koblet til rørlegemet 21 avleser de genererte akustiske signalene. De avleste signalene sendes videre til en styringsenhet 5 omfattende en akustisk signalomformer 51 innrettet til å kunne om-danne de akustiske signalene til et lett lesbart signal. Det akustiske signalet som genereres ved hjelp av denne første utførelsesformen vil kunne danne et unikt og lett gjenkjennbart akustisk signal. Styringsenheten 5 kan for eksempel være koblet til en ikke vist alarmanordning som utløses ved registrering av det gjenkjennbare akustiske signalet, som da vil være en indikasjon på en uønsket trykkøkning i brønnen 2 i rommet mellom de to pakningselementene 23, 25. Dette kan for eksempel være en indikasjon på at det nedre pakningselementet 25 har sviktet. Henvisningstallet 125 angir en utsparing for tilkobling av trykkføleren 1 til et brønnlegeme, for eksempel et pak-ningselement 23. Utsparingen 125 vil kunne være utformet med ikke viste gjengeforbindelser.

Figur 4 viser en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Trykkmåleren 1 omfatter en trykkføler 13' som er en elektrisk trykksensor, og som kan være av for så vidt kjent type. Den elektriske trykksensoren 13' står i fluidkommunikasjon med den omkringliggende brønnen 2, og er således innrettet til å kunne avføle trykket i brøn- nen 2. Den elektriske trykksensoren 13' styres av en elektronisk styringsenhet 14 via ledninger 141, hvor styringsenheten 14 henter strøm fra en batterienhet 16 via ledninger 161. Dersom den elektriske trykksensoren 13 avføler et trykk som overstiger nevnte grenseverdi, vil den elektriske styringsenheten 14, via ledninger 142, aktivere en signalgiver 15', som utgjøres av en slaginnretning, via kjerne 143 omspunnet av en magnetspole 144 som styres av styringsenheten 14. Slaginnretningen 15' er således innrettet til å kunne generere et akustisk signal i et brønnlegeme, her i form av et hus 12'. Huset 12' er vist enkeltstående, men vil i en brukssituasjon være festet, direkte eller indirekte, til et rørlegeme 21 i en brønn 2 slik at det genererte akustiske signalet vil kunne forplante seg opp til overflaten. Den elektriske trykksensoren 13' i denne utførelsesformen vil kunne gi et mer nyansert bilde av trykksituasjonen i brønnen 2, og ulike akustiske signaler vil kunne genereres som svar på ulike avfølte trykknivåer.

Claims (7)

1. Anordning ved trykkmåler (1) til bruk i en underjordisk brønn (2), hvor trykkmåleren (1) omfatter: - en trykkføler (13) i det minste innrettet til å kunne avføle om et trykk i brønnen (2) befinner seg under eller over en gitt grenseverdi; og - en signalgiver (15) innrettet til å kunne generere et akustisk signal i et brønnlegeme (12) i brønnen (2) som svar på at avfølt trykk fra trykkføleren (13) overstiger nevnte grenseverdi,karakterisert vedat signalgiveren er en slaginnretning (15); at trykkføleren (13) er en mekanisk trykkføler innrettet til å kunne brytes når det avfølte trykket overstiger nevnte grenseverdi; og at trykkmåleren (1) ytterligere omfatter: - et undertrykkskammer (11) hvori slaginnretningen (15) er anbragt; og - et stempel (17) innrettet til å kunne frigjøres når den mekaniske trykkføle-ren brytes og å kunne drives av en trykkforskjell mellom brønnen (2) og undertrykkskammeret (11) slik at slaginnretningen (15) genererer det akustiske signalet i brønnlegemet (2).

2. Anordning i henhold til krav 1, hvor trykkmåleren (1) ytterligere omfatteren sensor (3) innrettet til å kunne avlese akustiske signaler, og hvor sensoren (3) er tilknyttet en styringsenhet (5) omfattende en akustisk signalomformer (51).

3. Anordning i henhold til krav 1 eller 2, hvor den mekaniske trykkføleren (13) er en skjærbolt.

4. Fremgangsmåte for trykkmåling i en underjordisk brønn (2),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - å anbringe en slaginnretning (15) i et undertrykkskammer (11) i brønnen; - ved hjelp av en mekanisk trykkføler (13) å avføle om trykket i brønnen (2) befinner seg under eller over en gitt grenseverdi; - å la den mekaniske trykkføleren (13) brytes når trykket overstiger nevnte grenseverdi; - når den mekaniske trykkføleren brytes å la et stempel (17) drive oppover i undertrykkskammeret (11) på grunn av en trykkdifferanse mellom brønnen (2) og undertrykkskammeret (11) slik at slaginnretningen avgir et akustisk signal i et brønnlegeme (12) i brønnen (2).

5. Anvendelse av en trykkmåler (1) i henhold til krav 1 for å overvåke trykket mellom to i avstand fra hverandre anbragte barriereelementer (23, 25) i en underjordisk brønn (2).

6. Underjordisk brønn (2) omfattende en trykkmåler (1) i henhold til krav 1.

7. Barriereelement (23) for underjordisk brønn (2) forsynt med en trykkmåler (1) i henhold til krav 1.