NO336697B1

NO336697B1 - Method and apparatus for position control of a downhole actuator's working member

Info

Publication number: NO336697B1
Application number: NO20080804A
Authority: NO
Inventors: Arne Motland; Kenneth Grødeland
Original assignee: Altus Intervention As
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2015-10-19
Also published as: NO20080804L; WO2009102218A2; WO2009102218A3

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR POSISJONSSTYRING AV EN NEDIHULLS AKTUATOR SITT ARBEIDSORGAN METHOD AND DEVICE FOR POSITION CONTROL OF A DOWNHOLE ACTUATOR ITS WORKING METAL

Denne oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for posisjonsstyring av en nedihulls aktuator sitt arbeidsorgan. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for posisjonsstyring av en nedihulls aktuator sitt arbeidsorgan hvor aktuatoren er koplet til en griper og anbrakt i et borehull. Aktuatorens arbeidsorgan forskyves ved hjelp av en skrue-mutterforbindelse som drives av en motor. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for å kunne utøve fremgangsmåten. This invention relates to a method for position control of a downhole actuator's working body. More specifically, it concerns a method for position control of a downhole actuator's working body where the actuator is connected to a gripper and placed in a borehole. The actuator's working body is displaced by means of a screw-nut connection which is driven by a motor. The invention also includes a device to be able to carry out the method.

En nedihulls aktuator, ofte betegnet "stroker", anvendes i betydelig utstrekning for kompletterings- og vedlikeholdsoppgaver i et borehull. Typiske oppgaver er setting av plugger, utskifting av ventiler og utførelse av renseoperasjoner. A downhole actuator, often referred to as a "stroker", is used to a considerable extent for completion and maintenance tasks in a borehole. Typical tasks are setting plugs, replacing valves and performing cleaning operations.

Aktuatoren er vanligvis koplet til en griper hvor griperen er innrettet til å kunne spen-nes opp mot borehull- eller rørveggen. En griper-aktuatorsammenbyggning kan være koplet til for eksempel en kabel (wireline) eller til et kveilrør (coiled tubing), men er ofte koplet til en brønntraktor for å kunne forskyves inn i tilnærmet horisontale bore-hullspartier. The actuator is usually connected to a gripper where the gripper is designed to be able to be clamped up against the borehole or pipe wall. A gripper-actuator combination can be connected to, for example, a cable (wireline) or to a coiled tube (coiled tubing), but is often connected to a well tractor in order to be able to be moved into approximately horizontal borehole sections.

Aktuatorens arbeidsorgan, som ofte ligner en stempelstang, er når griperen er festet til brønn- eller rørveggen, innrettet til å kunne forskyves ut eller inn av aktuatoren i borehullets lengderetning. The actuator's working body, which often resembles a piston rod, is, when the gripper is attached to the well or pipe wall, arranged to be moved out or in by the actuator in the borehole's longitudinal direction.

Patentdokument 5,937,945 viser en justerbar gassløfteventil hvor en perforert sleide ved hjelp av en datastyrt forskyvningsinnretning kan regulere strømningsraten for gass. Gassløfteventilen med det omsøkte hjelpeutstyr befinner seg på vanlig måte i en ventil i en sidelomme i et kompletteringsrør. Patent document 5,937,945 shows an adjustable gas lift valve where a perforated slide can regulate the flow rate of gas by means of a computer-controlled displacement device. The gas lift valve with the requested auxiliary equipment is normally located in a valve in a side pocket in a completion pipe.

Patentdokument US 2007/0012435 viser et brønnverktøy for å kunne etablere en trekkekraft eller en dyttekraft i et brønnrør. Brønnverktøyet er forsynt med en kob-lingsenhet for sammenkobling med en wireline Det er ikke avgjørende for brønnverk- tøyets virkemåte at brønnverktøyet er forsynt med en griper. Brønnverktøyet kan brukes som et setteverktøy. I denne utførelsesformen omfatter verktøyet ikke en griper. Brønnverktøyet kan også brukes som et trekkeverktøy. I denne utførelsesformen er brønnverktøyet forsynt med en gripersammenstilling som omfatter et "slip cage", "slips" og en "setting cone". Gripersammenstillingen aktiveres av og betjenes av brønnverktøyets aktuator. Patent document US 2007/0012435 shows a well tool to be able to establish a pulling force or a pushing force in a well pipe. The well tool is equipped with a connection unit for connection with a wireline. It is not essential for the well tool's operation that the well tool is equipped with a gripper. The well tool can be used as a setting tool. In this embodiment, the tool does not include a gripper. The well tool can also be used as a pulling tool. In this embodiment, the well tool is provided with a gripper assembly comprising a "slip cage", "tie" and a "setting cone". The gripper assembly is actuated by and operated by the well tool actuator.

Framgangsmåten ved bruk av brønnverktøyet som et trekkeverktøy, er derfor først å The procedure when using the well tool as a pulling tool is therefore first to

posisjonere verktøyet ved hjelp av en wireline i et i det vesentlige vertikalt rør. Deretter aktiveres aktivatoren og griperanordningens "slips" kommer i inngrep med rørveg-gen slik at brønnverktøyet fastholdes. Aktuatoren er i sitt frie endeparti forsynt med et fiskeverktøy. Etter at trekkeverktøyet er fastgjort ved hjelp av gripeanordningen vil ytterligere aktivering av aktuatoren trekke fiskeverktøyet og utstyret fiskeverktøyet er fastgjort til, opp mot gripeanordningen. Fiskeverktøyet må være i inngrep med utstyret som skal fiskes før gripeanordningen aktiveres. Gripeanordningen kan ikke anvendes når brønnverktøyet skal utøve en kraft ut fra brønnverktøyet for eksempel ved setting av et verktøy. Når aktuatorskruen roteres i motsatt retning medfører det at "slips"ene løsner fra rørveggen slik at verktøyet kan trekkes ut. positioning the tool using a wireline in a substantially vertical pipe. The activator is then activated and the gripper device's "tie" engages with the pipe wall so that the well tool is retained. The actuator is equipped with a fishing tool at its free end. After the pulling tool is attached by means of the gripping device, further activation of the actuator will pull the fishing tool and the equipment to which the fishing tool is attached, up against the gripping device. The fishing tool must be engaged with the equipment to be fished before the gripping device is activated. The gripping device cannot be used when the well tool is to exert a force from the well tool, for example when setting a tool. When the actuator screw is rotated in the opposite direction, the "ties" loosen from the pipe wall so that the tool can be pulled out.

En betydelig ulempe ved aktuatorer ifølge kjent teknikk er at arbeidsorganets relative posisjon i forhold til aktuatoren ikke er kjent. Dette medfører usikkerhet om hvorvidt en utført arbeidsoperasjon er vellykket eller ikke. Det har vist seg at aktuatoren ofte må sendes ned til arbeidsstedet igjen etter at den er trukket opp til overflaten fordi en arbeidsoperasjon var mislykket. Dersom arbeidsorganets relative posisjon hadde vært kjent, kunne arbeidsoperasjonen kanskje vært gjentatt mens aktuatoren var på arbeidsstedet. A significant disadvantage of actuators according to known technology is that the relative position of the working member in relation to the actuator is not known. This leads to uncertainty as to whether a performed work operation is successful or not. It has been found that the actuator often has to be sent back down to the work site after it has been pulled up to the surface because a work operation was unsuccessful. If the relative position of the working body had been known, the work operation could perhaps have been repeated while the actuator was at the workplace.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or reduce at least one of the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte for posisjonsstyring av en nedihulls aktuator sitt arbeidsorgan hvor aktuatoren er koplet til en griper og anbrakt i et borehull hvor aktuatorens arbeidsorgan forskyves ved hjelp av en skrue-mutterforbindelse som drives av en motor, og hvor aktuatoren er forsynt med en teller hvor telleren er innrettet til direkte eller indirekte å kunne måle skruens dreievinkel; og hvor telleren er koplet til en styreenhet hvor styreenheten er innrettet til å kunne motta en settverdi for hvor langt arbeidsorganet skal forskyves, og på grunnlag av settverdien å styre motoren til å dreie i ønsket retning inntil styreenheten på grunnlag av signal fra telleren beregner at settverdien er oppnådd. A method is provided for position control of a downhole actuator's working body where the actuator is connected to a gripper and placed in a borehole where the actuator's working body is displaced by means of a screw-nut connection driven by a motor, and where the actuator is provided with a counter where the counter is arranged to be able to directly or indirectly measure the angle of rotation of the screw; and where the counter is connected to a control unit where the control unit is arranged to be able to receive a set value for how far the working member is to be displaced, and on the basis of the set value to control the motor to rotate in the desired direction until the control unit, on the basis of a signal from the counter, calculates that the set value has been achieved.

Fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter: The procedure is characterized by the fact that it includes:

- å koble griperen til aktuatoren ved motorens motstående side av skruen; - å forskyve aktuatoren til en posisjon i borehullet hvor en arbeidsoperasjon skal utfø-res; - to connect the gripper to the actuator at the motor opposite side of the screw; - to move the actuator to a position in the borehole where a work operation is to be carried out;

- deretter å aktivere griperen til å feste seg til et rør i borehullet; og - then activating the gripper to attach to a pipe in the borehole; and

- deretter å forskyve aktivatorens arbeidsorgan. - then to displace the activator's working body.

Griperen kan posisjoneres mellom aktuatoren og en brønntraktor, og hvor fremgangsmåten ytterligere kan omfatte å forskyve aktuatoren i brønnen med brønntrak-toren. The gripper can be positioned between the actuator and a well tractor, and where the method can further include displacing the actuator in the well with the well tractor.

Det er tilveiebrakt en anordning ved posisjonsstyring av en nedihulls aktuator sitt arbeidsorgan hvor aktuatoren er koplet til en griper og anbrakt i et borehull og hvor aktuatorens arbeidsorgan forskyves ved hjelp av en skrue-mutterforbindelse som drives av en motor, og hvor aktuatoren er forsynt med en teller hvor telleren er innrettet til direkte eller indirekte å kunne måle skruens dreievinkel; og hvor telleren er koplet til en styreenhet hvor styreenheten er innrettet til å kunne motta en settverdi for hvor langt arbeidsorganet skal forskyves, og på grunnlag av settverdien å styre motoren til å dreie i ønsket retning inntil styreenheten på grunnlag av signal fra telleren beregner at settverdien er oppnådd, slik at griperen er koplet til aktuatoren ved motorens motstående side av skruen. A device is provided for position control of a downhole actuator's working body where the actuator is connected to a gripper and placed in a borehole and where the actuator's working body is displaced by means of a screw-nut connection driven by a motor, and where the actuator is provided with a counter where the counter is arranged to directly or indirectly measure the angle of rotation of the screw; and where the counter is connected to a control unit where the control unit is arranged to be able to receive a set value for how far the working member is to be displaced, and on the basis of the set value to control the motor to rotate in the desired direction until the control unit, on the basis of a signal from the counter, calculates that the set value is achieved, so that the gripper is connected to the actuator at the motor opposite side of the screw.

Griperen kan være koblet mellom en brønntraktor og aktuatoren. The gripper can be connected between a well tractor and the actuator.

Styreenhetens display og betjeningsorgan befinner seg på overflaten. De øvrige kom-ponenter tilhørende styreenheten, hvor selve styresystemet er av i og for seg kjent utførelse, kan være anbrakt i tilknytning til aktuatoren eller på overflaten. The control unit's display and controls are located on the surface. The other components belonging to the control unit, where the control system itself is of a known design in and of itself, can be located adjacent to the actuator or on the surface.

En aktuator i overensstemmelse med den innledningsvis beskrevne anordning er vel-kjent for en fagmann og beskrives ikke nærmere. Det kan likevel være verd å merke seg at aktuatorens motor normalt tilføres energi fra overflaten via en kabel og styres av en nedihulls motorstyring som mottar styresignaler fra overflaten. Motorstyringen kan utgjøre en del av griperens eller brønntraktorens styring. An actuator in accordance with the initially described device is well known to a person skilled in the art and is not described in more detail. It may nevertheless be worth noting that the actuator's motor is normally supplied with energy from the surface via a cable and is controlled by a downhole motor controller that receives control signals from the surface. The engine control can form part of the grapple or well tractor's control.

Når aktuatorens arbeidsorgan skal forskyves til en bestemt posisjon relativt aktuatoren, stilles den relative posisjon inn som en settverdi ved hjelp av betjeningsorganet. Arbeidsorganets aktuelle relative posisjon er kjent ved at styreenheten har mot tatt og lagret signaler fra telleren, normalt ved at antall pulser som er mottatt etter at arbeidsorganet var ved et referansepunkt, er kjent. When the actuator's working member is to be moved to a specific position relative to the actuator, the relative position is set as a set value using the operating member. The current relative position of the working body is known by the fact that the control unit has received and stored signals from the counter, normally by knowing the number of pulses received after the working body was at a reference point.

Når startsignal sendes, dreier motoren i ønsket retning mens styreenheten sjekker om ønsket settverdi er oppnådd. Når settverdien er oppnådd, stanser styreenheten motoren. Styreenheter av den art som det er aktuelt å anvende her, vil tilnærmet kontinu-erlig vise arbeidsorganets relative posisjon, og kan også utformes til å kunne avgi signal når settverdien er oppnådd. When the start signal is sent, the motor turns in the desired direction while the control unit checks whether the desired set value has been achieved. When the set value is reached, the control unit stops the motor. Control units of the kind that it is relevant to use here will almost continuously show the relative position of the working body, and can also be designed to be able to emit a signal when the set value has been reached.

En fremgangsmåte og anordning ifølge oppfinnelsen forbedrer, sammenlignet med kjent teknikk, muligheten til å kunne utføre en vellykket nedihulls arbeidsoperasjon. Dette kan medføre en betydelig tidsmessig og økonomisk gevinst. A method and device according to the invention improves, compared to known technology, the possibility of being able to carry out a successful downhole work operation. This can result in a significant time and financial gain.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og utfør-elsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning, hvor: Fig. 1 skjematisk og delvis i snitt viser en aktuator i overensstemmelse med oppfinnelsen. In what follows, an example of a preferred method and embodiment is described which is visualized in the accompanying drawing, where: Fig. 1 schematically and partially in section shows an actuator in accordance with the invention.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en aktuator som er koplet til en griper 2 og en brønntraktor 4, idet aktuatoren 1, griperen 2 og brønntraktoren 4 befinner seg i et rør 6 i et borehull 8. In the drawings, the reference number 1 denotes an actuator which is connected to a gripper 2 and a well tractor 4, the actuator 1, the gripper 2 and the well tractor 4 being located in a pipe 6 in a borehole 8.

Aktuatoren 1 omfatter et aktuatorhus 10 og et langstrakt arbeidsorgan 12 som er innrettet til å kunne forskyves inn og ut av aktuatorhuset 10 sitt frie endeparti hvor arbeidsorganet 12 forløper i en glideføring 14. Arbeidsorganet 12 er forhindret fra å kunne dreie om aktuatorens 1 lengdeakse 16. Arbeidsorganet 12 er ytterst utformet med et gjenget parti 18 for tilkopling av for eksempel et ikke vist verktøy. The actuator 1 comprises an actuator housing 10 and an elongated working member 12 which is arranged to be able to be moved in and out of the actuator housing 10's free end part where the working member 12 runs in a sliding guide 14. The working member 12 is prevented from being able to rotate about the longitudinal axis 16 of the actuator 1. The working member 12 is designed at the end with a threaded part 18 for connection of, for example, a tool not shown.

I sitt motstående endeparti er arbeidsorganet 12 forsynt med en mutter 20. Mutteren 20, som mest fordelaktig utgjøres av en såkalt kulemutter, forløper på en komplemen-tært passende skrue 22. In its opposite end part, the working member 12 is provided with a nut 20. The nut 20, which most advantageously consists of a so-called ball nut, extends onto a complementary suitable screw 22.

Skruen 22 er opplagret i og drives av en elektrisk motor 24 som er anbrakt i og festet til aktuatorhuset 10. Motoren 24 er via en motorkabel 26 koplet til en ikke vist motorstyring av i og for seg kjent utførelse. The screw 22 is stored in and is driven by an electric motor 24 which is placed in and attached to the actuator housing 10. The motor 24 is connected via a motor cable 26 to a motor controller, not shown, of known design in and of itself.

En teller 28 på motoren 24 er koplet til en styreenhet 30 via en tellerkabel 32. Telleren 28 er innrettet til å kunne avgi signal som er avhengig av motorens 24 akslings rotasjonsvinkel. Det kan være anordnet et ikke vist gir mellom motoren 24 og skruen 22. A counter 28 on the motor 24 is connected to a control unit 30 via a counter cable 32. The counter 28 is arranged to be able to emit a signal which is dependent on the angle of rotation of the motor 24's shaft. A gear (not shown) can be arranged between the motor 24 and the screw 22.

Styreenheten 30 kommuniserer via en kabel 34 med et styrepanel 36 som befinner seg på overflaten. Kabelen 34 kan være den samme som tilfører energi til motoren 24, griperen 2 og brønntraktoren 4. The control unit 30 communicates via a cable 34 with a control panel 36 located on the surface. The cable 34 can be the same that supplies energy to the motor 24, the gripper 2 and the well tractor 4.

Styrepanelet 36 omfatter et display 38 og et betjeningsorgan 40 som inkluderer en start/stopp bryter 42. The control panel 36 comprises a display 38 and an operating device 40 which includes a start/stop switch 42.

Når aktuatoren 1 skal anvendes, forskyves aktuatoren 1 i røret 6 ved hjelp av brønn-traktoren 4 til den posisjon i borehullet 8 hvor en arbeidsoperasjon skal utføres. Deretter aktiveres griperen 2 som fester seg til røret 6 for å holde aktuatoren 1 i en bestemt posisjon. When the actuator 1 is to be used, the actuator 1 is moved in the pipe 6 with the help of the well tractor 4 to the position in the borehole 8 where a work operation is to be carried out. The gripper 2 is then activated which attaches to the tube 6 to hold the actuator 1 in a specific position.

Arbeidsorganets 12 posisjon relativt aktuatorhuset 10 vises på displayet 38 og en ny settverdi, gjerne med posisjonstoleranser, for arbeidsorganets 12 relative posisjon inngis til styreenheten 30 ved hjelp av betjeningsorganet 40. The position of the working member 12 relative to the actuator housing 10 is shown on the display 38 and a new set value, preferably with position tolerances, for the relative position of the working member 12 is entered into the control unit 30 using the operating member 40.

Når forskyvingen av arbeidsorganet 12 skal igangsettes, gis signal via start/stopp bry-teren 42 til styreenheten 30 som sender et signal til den ikke viste motorstyring om å starte motoren 24 i ønsket retning. When the displacement of the working member 12 is to be initiated, a signal is given via the start/stop switch 42 to the control unit 30 which sends a signal to the not shown motor control to start the motor 24 in the desired direction.

Motoren 24 dreier mens telleren 28 avgir signal etter hvert som skruen 22 dreier og forskyver arbeidsorganet 12 i retning mot den ønskede posisjon. The motor 24 rotates while the counter 28 emits a signal as the screw 22 rotates and displaces the working member 12 in the direction towards the desired position.

Når styreenheten 30 beregner at ønsket settverdi og derved posisjon er oppnådd, stanses motoren 24. When the control unit 30 calculates that the desired set value and thus position has been achieved, the motor 24 is stopped.

Claims

1. Method for position control of the working member (12) of a downhole actuator (1) where the actuator (1) is connected to a gripper (2) and placed in a borehole (8) where the working member (12) of the actuator (1) is displaced using of a screw-nut connection (20, 22) which is driven by a motor (24), and where the actuator (1) is provided with a counter (28) where the counter (28) is arranged to be able to directly or indirectly measure the screw's (22 ) turning angle; and where the counter (28) is connected to a control unit (30) where the control unit (30) is arranged to be able to receive a set value for how far the working member (12) is to be displaced, and on the basis of the set value to control the motor (24) to turn in the desired direction until the control unit (30) calculates on the basis of a signal from the counter (28) that the set value has been achieved, characterized in that the method includes: - connecting the gripper (2) to the actuator (1) on the opposite side of the motor (24) to the screw (22); - to move the actuator (1) to a position in the borehole (8) where a work operation is to be performed; - then activating the gripper (2) to attach to a pipe (6) in the borehole (8); and - then to displace the working member (12) of the activator (1).

2. Method according to claim 1, where the gripper (2) is positioned between the actuator (1) and a well tractor (4), and where the method further comprises displacing the actuator (1) in the well (8) with the well tractor (4).

3. Device for position control of the working member (12) of a downhole actuator (1) where the actuator (1) is connected to a gripper (2) and placed in a drill hole (8) and where the working member (12) of the actuator (1) is displaced by using a screw-nut connection (20, 22) which is driven by a motor (24), and where the actuator (1) is provided with a counter (28) where the counter (28) is arranged to directly or indirectly measure the screw's ( 22) turning angle; and where the counter (28) is connected to a control unit (30) where the control unit (30) is arranged to be able to receive a set value for how far the working member (12) is to be displaced, and on the basis of the set value to control the motor (24) to turn in the desired direction until the control unit (30) on the basis of the signal from the counter (28) calculates that the set value has been achieved, characterized by the fact that the gripper (2) is connected to the actuator (1) on the side of the motor (24) opposite the screw (22).

4. Device according to claim 3, where the gripper (2) is connected between a well tractor (4) and the actuator (1).