NO338372B1 - System og fremgangsmåte for å passere materie i en strømningspassasje - Google Patents

Description

System og fremgangsmåte for å passere materie i en strømningspassa-sje

Den foreliggende oppfinnelse gjelder et system og en fremgangsmåte for å passere materie i en strømningspassasje, spesielt for å passere avfall eller borekaks i en borevæskereturledning i en olje- og/eller gassboreinstallasjon.

Når det bores etter olje og/eller gass, pumpes typisk en borevæske (f.eks. boreslam eller sjøvann) fra en borerigg ned i borehullet for å smøre og kjøle ned borehodet så vel som å tilveiebringe et middel for å fjerne borekaks fra borehullet. Etter å ha kommet ut av borehodet, strømmer borevæsken opp borehullet gjennom ringrommet tilformet av borestrengen og borehullet.

I US2005/0092523 (McCaskill et al.) passerer strømmen av borevæske fra ringrommet oppover gjennom et foringsrør og går ut av foringsrøret gjennom den lateralt åpnende slamreturnippelen. Strømmen som går ut føres gjennom en rørledning til en strupeventil eller en strupemanifold. To strupeventiler er tilknyt-tet strupemanifolden. Strømmen som går ut av strupeventilen eller strupemanifolden transporteres til en samlebrønn eller slamtank via en returledning.

De to strupeventilene i US2005/0092523 er anordnet parallelt. Typisk anvendes to strupeventiler for reservekapasitet, slik at hvis én strupeventil må tas ut av tjeneste, kan strømmen ledes gjennom den andre strupeventilen.

Et problem med systemet i US2005/0092523, og andre kjente systemer, er imidlertid at borekaks kan tilstoppe strupeventilen eller strupemanifolden (eller andre ventiler eller lignende i en borevæskereturledning), som i sin tur har en negativ effekt på systemets ytelse. Borehullets bunnhulltrykk vil være umulig å opprettholde på en angitt verdi når tilstopping av returledningsstrupeventilen finner sted.

I US2008/0041149 vises et eksempel på et kjent system for å regulere og overvåke fluidstrømning i en returledning av en olje- og/eller gassbrønn.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å i det minste delvis overvinne det ovennevnte problemet.

Dette formålet, og andre formål som vil være åpenbare ut ifra den føl-gende beskrivelse, oppnås med et system og en fremgangsmåte i følge de ved lagte uavhengige kravene. Utførelsesformer fremsettes i de vedlagte avhengige kravene.

I følge et aspekt av den foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes et system for å passere materie i en strømningspassasje i en olje- og/eller gassbore eller - produksjonsinstallasjon, spesielt for å passere avfall eller borekaks i en borevæskereturledning, der systemet innbefatter: minst to ventiler anordnet i serie i strømningspassasjen; og der systemet er utformet ifølge den kjennetegnende del av krav 1.

Det foreliggende system tillater borekaks og/eller avfall å passere ventilene når det bores i en trykkstyrt modus eller tas et brønnspark fra en ustabil olje-eller gassbrønn, uten å oppleve uønskede variasjoner i oppstrømstrykk. Ved hjelp av det foreliggende system, kan trykkstyrt boring utføres ved høyere bore-væskestrømningshastigheter og -trykk, og et brønnspark kan tas på en sikker og kontrollert måte. Også, hvis én av de minst to ventilene svikter (f.eks. setter seg fast i en fullstendig åpen posisjon), kan de(n) andre ventilen(e) anvendes for å regulere strømning i passasjen. Følgelig tilveiebringer det foreliggende system for reservekapasitet i forhold til f.eks. en løsning med en enkelt strupeventil.

De minst to ventilene kan innbefatte en første ventil og en andre ventil, hvori styremidlet er tilpasset for å først aktivere den første ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon og tilbake til en reguleringsposisjon, og deretter aktivere den andre ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon og tilbake til en reguleringsposisjon.

Systemet innbefatter deteksjonsmiddel tilpasset for å detektere en tilstand i strømningspassasjen, hvori styremidlet er tilpasset for å automatisk aktivere de minst to ventilene ved eller etterfølgende deteksjon av tilstanden av deteksjonsmidlet. Følgelig passeres materien automatisk forbi eller gjennom ventilene, uten manuell inngripen. Tilstanden kan for eksempel være en reduksjon i strømningshastighet i strømningspassasjen nedstrøms for én av de minst to ventilene, der reduksjonen i strømningshastighet blir forårsaket av at avfall eller borekaks setter seg fast i ventilen.

Systemet innbefatter videre et bufferkammer plassert i strømningspassa-sjen mellom to av ventilene. Bufferkammeret kan ha en tverrprofil i et plan i det vesentlige perpendikulært til en generell strømningsretning gjennom strøm-ningspassasjen, hvilken tverrprofil er større enn tverrprofilen til deler av strøm-ningspassasjen inntil bufferkammeret.

De minst to ventilene kan være sluseventiler, og minst én av sluseventilene kan være tilveiebrakt med en utvidet sluseport. Et eksempel på en sluse ventil med en forlenget sluseport omtales i søkerens sideløpende patentsøknad kalt "Sluseventil, fremgangsmåte for trykkregulering av returnert boreslam og/eller brønnstabilisering og anvendelser for en sluseventil", innholdet av hvilken er inkorporert heri ved referanse.

I følge et annet aspekt av den foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes en fremgangsmåte for å passere avfall eller borekaks i en borevæskereturledning, hvori minst to ventiler er anordnet i serie i en strømningspassasje som utgjør del av eller er tilkoblet til borevæskereturledningen, der fremgangsmåten innbefatter: å selektivt eller sekvensielt aktivere de minst to ventilene. Dette aspektet av oppfinnelsen kan fremvise det samme eller lignende trekk og tekniske effekter som det tidligere beskrevne aspektet.

De minst to ventilene innbefatter en første oppstrøms ventil etterfulgt av en andre nedstrøms ventil, og å aktivere de minst to ventilene innbefatter, i sekvens: å åpne den første ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon mens den andre ventilen er i en reguleringsposisjon; å passere materialet gjennom den første ventilen til en plass i strømningspassasjen mellom den første ventilen og den andre ventilen; å returnere den første ventilen til en reguleringsposisjon; å åpne den andre ventilen fra reguleringsposisjonen til en mer åpen posisjon; å passere materialet gjennom den andre ventilen; og å returnere den andre ventilen til en reguleringsposisjon.

Fremgangsmåten kan videre innbefatte: å detektere en reduksjon i strømningshastighet i strømningspassasjen nedstrøms for én av de minst to ventilene; og å ved eller etterfølgende deteksjon av reduksjonen automatisk aktivere de minst to ventilene.

Disse og andre aspekter av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet i nærmere detalj med referanse til de vedlagte tegningene som viser en for øyeblikket foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et system i følge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2a-2d viser et eksempel på operasjon av systemet i fig. 1.

Fig. 3 er et tverrsnittriss i perspektiv av en sluseventil som kan anvendes i den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et system 10 i følge en utførelses-form av den foreliggende oppfinnelse. Et spesielt bruksområde for den foreliggende oppfinnelse er å passere avfall eller borekaks forbi eller gjennom strøm- ningsreguleringsmidler i en borevæskereturledning i en olje- og/eller gassboreinstallasjon. I dette spesielle bruksområdet kan det foreliggende system 10 være parallelt til, eller i det minste delvis erstatte, strupemanifolden i boreinstallasjo-nen. Avfallet eller borekaksen kan inkludere faststoffer, gumboleire, sand-steinar), osv.

Systemet 10 innbefatter en strømningspassasje 12. Strømningspassasjen 12 kan for eksempel være en del av en returledning for borevæske, eller strøm-ningspassasjen kan være tilkoblet en slik returledning. Borevæsken kan være for eksempel boreslam eller sjøvann.

Systemet 10 innbefatter videre en første ventil 14a og en andre ventil 14b. Ventilene 14a, 14b kan for eksempel være (tradisjonelle) justerbare strupeventiler, sluseventiler, osv. En bestemt sluseventil som kan anvendes i det foreliggende system vil bli forklart ytterligere med referanse til fig. 3. Hver ventil 14a, 14b er justerbar mellom en (fullstendig) åpen posisjon, en lukket posisjon og minst én mellomliggende reguleringsposisjon eller stand. I reguleringsposisjonen er strømmen gjennom ventilen mer begrenset enn når ventilen er i den fullstendig åpne posisjonen eller standen. En generell funksjon for de to ventilene 14a, 14b er å regulere den totale strømmen av f.eks. borevæske som retur-nerer fra borehullet i strømningspassasjen 12. I det foreliggende system 10 er ventilene 14a, 14b anordnet i serie i eller langs strømningspassasjen 12, som illustrert i fig. 1. Strømningsretningen gjennom passasjen 12 indikeres av pil 16 i fig. 1. Den første ventilen 14a kan refereres til som en oppstrøms ventil 14a og den andre ventilen 14b kan refereres til som en nedstrøms ventil 14b.

Systemet 10 innbefatter videre et styremiddel 18. Styremidlet 18 er i stand til å kommunisere med de to ventilene 14a, 14b for å aktivere de to ventilene 14a, 14b via tilknyttede ventilaktuatorer. De to ventilene 14a, 14b kan for eksempel aktiveres hydraulisk, men er ikke begrenset til dette.

Systemet 10 innbefatter videre et deteksjonsmiddel 20. Deteksjonsmidlet 20 er tilpasset for å detektere en reduksjon i strømningshastighet i passasjen 12 nedstrøms for den første ventilen 14a. Deteksjonsmidlet 20 kan for eksempel være en strømningsmåler plassert i passasjen 12 nedstrøms for den første ventilen 14a, men oppstrøms for den andre ventilen 14b, som illustrert i fig. 1. Videre er deteksjonsmidlet 20 i stand til å kommunisere med styremidlet 18. Når deteksjonsmidlet 20 detekterer den reduserte strømmen, kan den sende et signal til styremidlet 18 som når den mottar signalet begynner å aktivere ventilene 14a, 14, som vil bli forklart ytterligere nedenfor. Reduksjonen i strømningshastighet som trigger styremidlet 18 kan for eksempel være hvilken som helst reduksjon, en forutbestemt absolutt reduksjon eller en relativ reduksjon i strømningshastig-het.

Ytterligere inndata til styremidlet 18 kan inkludere bunnhulltrykk, rigg-slampumpevolum, tilbakeslagspumpevolum, trykk i borerør, hastighet for bore-hodepenetrasjon, ventilposisjoner, osv.

Videre kan et bufferkammer 22 være anordnet i strømningspassasjen 14 mellom de to ventilene 14a, 14b. Bufferkammeret 22 har en større diameter enn resten av passasjen 14. Bufferkammeret 22 tillater gassekspansjon, som det vil bli forklart nærmere nedenfor.

Operasjonen av systemet 10 vil nå bli forklart med ytterligere referanse til fig. 2a-2d. I bunn og grunn tillates materie som avfall og/eller borekaks å passere en sluse tilformet av de to ventilene 14a, 14b, hvori styremidlet 18 fungere som en slusevokter.

I fig. 2a er begge ventilene 14a, 14b i en reguleringsposisjon hvori strømmen gjennom passasjen 12 er noe begrenset sammenlignet med ventile-nes 14a, 14b fullstendig åpne posisjoner. Videre har avfall eller borekaks 24 opptrådt oppstrøms for den første ventilen 14a. Når avfallet 24 blokkerer eller tilstopper den første ventilen 14a, detekteres det som en reduksjon i strøm-ningshastighet av deteksjonsmidlet (vises ikke i fig. 2a-2d). Deteksjonsmidlet 20 varsler deretter styremidlet 18 (vises ikke i fig. 2a-2d, som automatisk åpner den første ventilen 14a mot den fullstendig åpne posisjonen. For å håndtere stort avfall, kan den første ventilen 14a åpnes fullstendig.

Når den første ventilen 14a åpnes, kan avfallet 24 passere den første ventilen 14a inn i bufferkammeret 22, som illustrert i fig. 2b. Som forstått "pro-pelleres" avfallet 24 av strømmen av f.eks. borevæske i passasjen 12.

Så returneres den første ventilen 14a til reguleringsposisjonen, mens den andre ventilen 14b åpnes mot den fullstendig åpne posisjonen. Dette tillater avfallet 24 å passere også den andre ventilen 14b (fig. 2c).

Deretter kan den andre ventilen 14b returneres til reguleringsposisjonen (fig. 2d).

De to ventilene 14a, 14b og den sekvensielle aktiveringen av disse tillater avfallet eller borekaksen 24 å passere strømningsreguleringsmidler (dvs. ventiler 14a, 14b) i passasjen 12 med minimum variasjon i oppstrømstrykk.

Den neste gangen avfall eller borekaks blir detektert ved den første ventilen 14a, kan aktiveringen av de to ventilene 14a, 14b som illustrert i fig. 2a-2d repeteres.

Videre, når avfallet 24 har blitt detektert av deteksjonsmidlet 18, kan kommandoene fra styremidlet 18 til de to ventilene 14a, 14b sendes i følge en forutbestemt tidstabell eller -plan. Alternativt kan andre sensormidler brukes for å spore avfallet som passer forbi (eller gjennom) ventilene 14a, 14b og beregne tid for aktivering av ventilene 14a, 14b deretter.

Videre, når avfallet 24 er i bufferkammeret 22 og den andre ventilen 14b åpnes fullstendig, vil det opptre et plutselig trykkfall og den flytende gassen (hvis gass er tilstedeværende) i borevæsken vil koke til gass. Bufferkammeret 22 vil da presentere oscillasjoner og banking når den andre ventilen 14b retur-nerer tilbake til reguleringsposisjonen. Også inndata fra en trykksensor opp-strøms for den første oppstrøms ventilen 14a kan anvendes simultant for å opp-nå det korrekte trykket til enhver tid.

Også, før den første ventilen 14a åpnes, kan den andre ventilen 14b åpnes raskt og returneres til reguleringsposisjonen for å sikre at intet avfall setter seg fast i den andre ventilen 14b.

Fig. 3 viser en sluseventil 100 som kan anvendes som ventil 14a og 14b i den foreliggende oppfinnelse. Sluseventilen omtales også i søkerens sideløpende patentsøknad kalt "Sluseventil, fremgangsmåte for trykkregulering av returnert boreslam og/eller brønnstabilisering og anvendelser for en sluseventil". Sluseventilen 100 innbefatter et sluselegeme eller -hus 112. Sluselegemet 112 define-rer en strømningspassasje 114 tilformet som et rett rør med en i det vesentlige sirkulær tverrprofil. I én ende av passasjen 114 er sluselegemet 112 tilveiebrakt med en første eller øvre flens 116a for tilkobling til f.eks. en rørledning (vises ikke i fig. 3). En andre eller nedre flens 116b er likeledes tilveiebrakt i den andre enden av passasjen 114, for tilkobling til et annet element, f.eks. en rørledning (vises ikke i fig. 3). Et ventildeksel 118 på sluselegemet 120 rommer videre et første eller oppstrøms sete 120a og et andre eller nedstrøms sete 120b. Mellom de første og andre setene 120a og 120b i dekselet 118, er det tilveiebrakt et sluseelement 122. Sluseelementet 122 er flyttbart i retninger i det vesentlige perpendikulære til passasjens 114 hovedstrømningsretning, f.eks. til venstre og høyre i fig. 3. Sluseelementet 122 kan aktiveres f.eks. hydraulisk ved hjelp av minst én hydraulisk sylinder 124 og ventilspindel 126, men er ikke begrenset kun til dette. Sluseelementet 122 inkluderer en fast sluseport 128. Sluseporten 128 er en åpning som strekker seg gjennom sluseelementet 122 fra én side 134a til den andre 134b. Sluseporten 128 har en samlet sirkulær tverrprofil med den samme diameteren som passasjen 114. Følgelig, når sluseelementet 122 er passende posisjonert, kan sluseporten 128 innrettes fullstendig med passasjen

114 slik at materiale i passasjen 114 fritt kan passere sluseelementet 122. En sluseventil lik sluseventil 100, hvori slusen har en port eller åpning som kan innrettes med strømningspassasjen, kan generelt refereres til som en gjennomgå-ende kanal-sluseventil (through conduit gate valve). I sluseventilen 110 er videre en utsparing eller et spor 130 tilveiebrakt i sluseportens 128 indre vegg 132. Sluseporten 128 med utsparingen eller sporet 130 kan refereres til som en utvidet sluseport. Utsparingen eller sporet 130 strekker seg i en i det vesentlige rett bane fra siden 134a til siden 134b. Utsparingens eller sporets 130 tverrprofil i et plan i det vesentlige perpendikulært til den generelle strømningsretningen kan være koppformet (f.eks. halvsirkulært) eller halvmåneformet eller i det vesentlige sirkulær. Utsparingens eller sporets 130 tverrprofil kan være den samme gjennom hele utsparingen eller sporet 130. Bredden på utsparingen eller sporet 130 kan for eksempel være omlag 12,5 millimeter eller større og dybden på utsparingen eller sporet 130 kan for eksempel være omlag 6,25 millimeter eller mer. Når resten av sluseporten 128 blir i det vesentlige fjernet fra passasjen 114, kan kommunikasjon i passasjen 114 gjennom sluseelementet 122 fremde-les tillates via utsparingen eller sporet 130. Når sluseventilen 100 anvendes i systemet 10, kan denne posisjonen eller standen samsvare med reguleringsposisjonen nevnt i relasjon til fig. 2a-2d.

Fagpersonen vil forstå at den foreliggende oppfinnelse på ingen måte er begrenset til utførelsesformene beskrevet over. Tvert imot er mange modifika-sjoner og variasjoner mulig innenfor de vedlagte kravenes omfang.

Claims (9)

1. System (10) for å passere materie i en strømningspassasje (12) i en olje- og/eller gassbore eller -produksjonsinstallasjon, spesielt for å passere avfall eller borekaks i en borevæskereturledning, der systemet innbefatter: minst to ventiler (14a, 14b) anordnet i serie i strømningspassasjen; kjennetegnet ved et bufferkammer (22) plassert i strømningspassasjen mellom to av ventilene; styremiddel (18) tilpasset for å selektivt eller sekvensielt aktivere de minst to ventilene, slik at materien tillates å passere de minst to ventilene i strømningspassasjen; og systemet videre innbefattende deteksjonsmiddel (20) tilpasset for å detektere en tilstand i strømningspassasjen, hvori styremidlet er tilpasset for å automatisk aktivere de minst to ventilene ved eller etterfølgende deteksjon av tilstanden av deteksjonsmidlet.

2. System i følge krav 1, hvori de minst to ventilene innbefatter en første ventil (14a) og en andre ventil (14b), og hvori styremidlet er tilpasset for å først aktivere den første ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon og tilbake til en reguleringsposisjon, og deretter aktivere den andre ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon og tilbake til en reguleringsposisjon.

3. System i følge krav 1, hvori tilstanden er en reduksjon i strøm-ningshastigheten i strømningspassasjen nedstrøms for én av de minst to ventilene.

4. System i følge hvilket som helst av de foregående krav, hvori bufferkammeret har en tverrprofil i et plan i det vesentlige perpendikulært til en generell strømningsretning gjennom strømningspassasjen, hvilken tverrprofil er større enn tverrprofilen til deler av strømningspassasjen inntil bufferkammeret.

5. System i følge hvilket som helst av de foregående krav, hvori de minst to ventilene er sluseventilen

6. System i følge krav 5, hvori minst én av sluseventilene er tilveiebrakt med en utvidet sluseport (128, 130).

7. Fremgangsmåte for å passere avfall eller borekaks i en borevæskereturledning, hvori minst to ventiler (14a, 14b) er anordnet i serie i en strøm-ningspassasje (12) som utgjør del av eller er tilkoblet borevæskereturledningen, kjennetegnet ved at - de minst to ventilene innbefatter en første oppstrøms ventil (14a) etterfulgt av en andre nedstrøms ventil (14b), og der fremgangsmåten innbefatter: å selektivt eller sekvensielt aktivere de minst to ventilene, slik at avfallet eller borekaksen tillates å passere de minst to ventilene i strømningspassasjen, og hvori å aktivere de minst to ventilene innbefatter, i sekvens: å åpne den første ventilen fra en reguleringsposisjon til en mer åpen posisjon mens den andre ventilen er i en reguleringsposisjon; å passere avfallet eller borekaksen gjennom den første ventilen til en plass i strømningspassasjen mellom den første ventilen og den andre ventilen; å returnere den første ventilen til en reguleringsposisjon; å åpne den andre ventilen fra reguleringsposisjonen til en mer åpen posisjon; å passere avfallet eller borekaksen gjennom den andre ventilen; og å returnere den andre ventilen til en reguleringsposisjon.

8. Fremgangsmåte i følge krav 7, videre innbefattende: å detektere en reduksjon i strømningshastighet i strømningspassasjen nedstrøms for én av de minst to ventilene; og å ved eller etterfølgende deteksjon av reduksjonen automatisk aktivere de minst to ventilene.

9. Fremgangsmåte i følge krav 7, hvori nevnte plass er et bufferkammer (22) plassert i strømningspassasjen mellom den første og den andre ventilen.