NO338704B1 - Fallkuleaktivert anordning og fremgangsmåte for aktivering av et antall av slike anordninger - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

[0001] Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et ekspanderbart kulesete til bruk i underjordiske brønner, særlig i brønner brukt til produksjon av hydrokarboner fra underjordiske formasjoner.

Kjent teknikk

[0002] For å produsere hydrokarboner, dvs. olje og/eller gass, fra underjordiske reservoarer, tilveiebringes en brønn som strekker seg gjennom flere berglag i en formasjon. Brønnen anlegges vanligvis ved å bore et borehull en avstand gjennom berget, innføre en stålforing i brønnhullet og sementere den til formasjonen. Sementering omfatter vanligvis å pumpe våt sement ned gjennom et rørformet forlengelsesrør og foring, ut gjennom en sementeringsventil eller ventil med forskyvbar hylse og opp gjennom ringrommet mellom formasjonen og foringen før sementen gis anledning til å størkne. Den neste seksjonen bores gjennom formasjonen i forlengelsen av den eksisterende foringen. Et forlengelsesrør henges så av i en rørhenger og sementeres til formasjonen. Denne prosessen gjentas inntil en brønn omfattende en et antall seksjoner med stadig avtakende diameter har nådd ønsket dybde. Typisk inneholder et eller flere formasjonslag hydrokarboner, og de produktive lagene er atskilt av berg som ikke inneholder olje eller gass. For å få tilgang til formasjonsfluidene kan foringen penetreres på dybder som tilsvarer produksjonslagene, og formasjonen kan sprekkes opp hydraulisk for å forbedre strømmen av fluid fra formasjonen inn i produksjonsbrønnen. Horisontale brønner kan også forgrenes fra en vertikal produksjonsbrønn og strekke seg flere kilometer gjennom et lag som inneholder hydrokarboner.

[0003] Et produksjonsrør er typisk tilveiebrakt inne i foringen eller forlengelsesrøret, og den kompletterte brønnen kan deles inn i flere produksjonssoner ved å bruke pakningsplugger. Ventiler styrer fluidstrømmen under sementering. Andre ventiler styrer fluidstrøm inn i et segment av produksjonsrøret som tilsvarer produksjonssonen. I drift kan fluid som strømmer fra flere soner med ulike rater blandes og fraktes opp gjennom produksjonsrøret til overflaten.

[0004] For å øke mengden og/eller strømningsraten av produserte hydrokarboner fra en sone kan ulike kjemikalier injiseres inn i formasjonen. Kjemikaliet kan være vann, saltlake, syrer, løsemidler, peptider osv, og det kan injiseres gjennom produksjonsbrønnen eller gjennom én eller flere injeksjonsbrønner som kan være tilveiebrakt i avstand fra produksjonsbrønnen. Således kan et typisk olje- eller gassfelt omfatte én eller flere produksjonsbrønner og null eller flere injeksjonsbrønner. I noen tilfeller kan en injeksjonsbrønn for eksempel injisere vann eller gass inn i én eller flere soner for å øke trykket i reservoaret. Ulike additiver for å redusere fluidets viskositet kan også injiseres. Slike metoder kalles samlet "stimulering av en sone", og hensikten med dem er å forbedre produksjonen fra sonen. Bestemte metoder for å stimulere en sone er ikke en del av den foreliggende oppfinnelsen, og beskrives derfor ikke videre i dette dokumentet. Det skal imidlertid forstås at å tilveiebringe et større antall injeksjonspunkter i en sone vil bidra til fordeling av fluider og/eller kjemiske tilsetningsstoffer i sonen.

[0005] Det vil også bidra til produksjonen om produksjonsbrønnen kan inndeles i flere soner på en enkel og økonomisk måte. Hvis for eksempel vann injiseres gjennom en injeksjonsbrønn og bryter gjennom formasjonen på et sted langs en horisontal brønn, kan vanninnholdet i det produserte fluidet raskt overstige et forhåndsbestemt nivå og føre til en beslutning om å stenge av den aktuelle grenen. Det kan imidlertid fortsatt være vesentlige lommer av olje og gass i formasjonen utenfor området med vanngjennombrudd. Det er derfor mulig å installere ventiler og pakningsplugger for å kunne være i stand til å isolere en viss seksjon eller sone i den horisontale brønnen senere dersom en slik situasjon skulle oppstå. På den andre siden kan kostnaden for ventiler og tiden det tar å åpne et stort antall ventiler når sonen skal settes i produksjon begrense antall seksjoner eller soner per gren. Dett kan i sin tur føre til relativt store "døde soner" som inneholder hydrokarboner som ikke kan hentes ut.

[0006] Som indikert ovenfor, brukes ulike mekaniske innretninger under konstruksjon, komplettering og produksjon, f.eks. rørhengere, pakningsplugger og ventiler av ulik størrelse og konstruksjon. Én av flere måter å betjene en mekanisk innretning på, er å bruke en fallkule som slippes eller pumpes med et fluid ned i brønnen inntil den lander på et kulesete. Deretter virker hydraulisk trykk på utstyret og forårsaker en relativ bevegelse mellom to deler, og denne bevegelsen aktiverer innretningen. Innretninger som aktiveres av fallkuler eller andre tilsvarende objekter er forholdsvis rimelige, og de krever ikke like kostbare avbrudd i produksjonen som dem som følger av at en arbeidsstreng eller et kjøreverktøy må kjøres inn i brønnen.

[0007] Begrepene "fallkule" og "kulesete" brukes her av praktiske grunner, ettersom fallkuler er de vanligste midlene brukt til å aktivere innretninger i brønnen hydraulisk. Det skal imidlertid forstås at andre ekvivalente objekter brukt til samme formål også er forutsett. For eksempel kan en pilplugg settes inn i fluidstrømmen like foran sementen når et forlengelsesrør skal sementeres til formasjonen ved komplettering av brønnen. Pilpluggen har en sylindrisk kropp for å skille sementen fra fluidet nedenfor, og den har typisk en avrindet konisk nese som tilsvarer en fallkule. Når pilpluggen lander på et sete forbundet med ventilen, stenges fluidet som sirkulerer gjennom forlengelsesrøret, og hydraulisk trykk bygges opp bak pilpluggen. Når trykket når et forhåndsbestemt nivå, brytes skjærpinner eller tilsvarende som opp-rinnelig forhindret relativ bevegelse mellom indre og ytre hylser i ventilen. Deretter glir sleidehylsen i sementeringsventilen nedstrøms og åpner sementeringsventilen, slik at sement kan trenge ut i ringrommet mellom forlengelsesrøret og formasjonen. Etter bruk kan pilpluggen fjernes på konvensjonell måte, f.eks. av en borkrone når den neste seksjonen av brønnen bygges. På tilsvarende måte kunne en fallkule vært brukt for samme formål. Pilpluggen har altså samme funksjon som en fallkule ved at den lander på et sete og derved stenger for fluidsirkulasjon slik at hydraulisk trykk kan betjene en innretning.

[0008] En rekke fallkuler kan brukes til å betjene ventiler eller andre innretninger ved ulike tider og på ulike steder. For eksempel kan en rekke fallkuler brukes til å åpne eller stenge for produksjon fra ulike soner i en brønns produksjonsfase. Dette gjøres konvensjonelt ved å redusere kulesetenes diameter med økende dybde og ved å bruke kuler med ulik størrelse. En fallkule med en viss diameter vil dermed passere alle seter med større diameter og lande på det første setet med diameter mindre enn kulens diameter. Så snart kulen stenger av sirkulasjon, bygges hydraulisk trykk opp bak den, og kan brukes til å aktivere innretningen, f.eks. ved å bryte en skjærpinne og/eller tilveiebringe en eller annen relativ bevegelse mellom deler i innretningen.

[0009] Det er imidlertid en grense for antall ulike kulestørrelser som kan brukes i en brønn. Hvis for eksempel diameterne til to kuler er for nær hverandre, kan selv et lite stykke løsmasse, sand eller grit føre til at en kule lander på et sete med en diameter ørlite større enn det påtenkte setet, og derved utilsiktet aktivere feil innretning. Det må følgelig være en minste forskjell i diameteren til ulike fallkuler som skal brukes i en bestemt anvendelse. Dette begrenser også antall utstyrsenheter som kan betjenes av konvensjonelle fallkuler eller seter i en gitt brønn. Typisk kan omkring 20 eller færre kuleseter brukes i én brønn av grunnene drøftet ovenfor.

[0010] Ettersom moderne reservoarer øker i størrelse og/eller dybde, blir det upraktisk å benytte fallkuler på konvensjonell måte. For eksempel kan en brønn strekkes seg 2000 meter eller mer vertikalt og/eller horisontalt. Brukes maksimalt 20 fallkuler med ulike størrelser blir middelavstanden mellom fallkuleaktiverte innretninger 100 meter eller mer. Dette kan overstige tykkelsen av en produksjonssone. Fordi minst én ventil bør styre fluidstrømmen fra hver produksjonssone, vil færre enn 20 kulebetjente ventiler være tilgjengelig til bruk i horisontale brønner forgrenet ut i produksjonssonen(e). US 4,862,966 beskriver en forlengelsesrørhenger med sammenleggbart ventilkulesete. US 2009/0308588 A1 omhandler en metode og et apparat for å utsette et betjeningsapparat til flere formasjonssoner. US 7,322,417 B2 vedrører teknikk og apparat for komplettering av flere soner. US 2006/0243455 A1 er relatert til et nedihullsverktøy.

[0011] I noen tilfeller vil det være fordelaktig eller nødvendig å tilveiebringe men enn én ventil til å styre strømmen av formasjonsfluid inn i produksjonsrøret, hvilket begrenser antall kuleaktiverte ventiler som er tilgjengelig for andre soner og/eller horisontale brønner ytterligere. Bruk av utstyr som styres med andre midler blir fort kostbart, ettersom elektriske motorer må tåle temperaturene og trykkene i dype brønner, hydrauliske ledninger blir lenger osv. Det ville således være fordelaktig å frembringe et system hvor én fallkule kunne åpne et vilkårlig antall ventiler i en vertikal eller horisontal brønn.

[0012] Hvis det fantes en metode for å åpne et vilkårlig antall ventiler med én fallkule i f.eks. én produksjonssone og/eller horisontal gren, kunne et stort antall rimelige ventiler installeres. Dette ville bidra ved stimulering av en sone ved at fluid kunne injiseres gjennom et stort antall injeksjonspunkter, og å tapp formasjonsfluid inn i et produksjonsrør gjennom et vilkårlig antall ventiler.

[0013] Et hovedformål med den foreliggende oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en anordning i stand til å aktivere et vilkårlig antall fallkulebetjente innretninger ved bruk av kun én fallkule.

[0014] Nærmere bestemt ville det være gjennomførbart å installere et større antall ventiler for å øke antall injeksjonsporter i en injeksjonsbrønn. Det ville også være gjennomførbart å øke antall ventiler i an lang horisontal brønn fordi alle kunne åpnes raskt med kun én fallkule. Hvis, for eksempel, vann bryter gjennom på et senere tidspunkt, kan en relativt liten sone stenges av, hvilket begrenser "dødsonen" eller lommen av hydrokarboner som ikke kan hentes ut fra formasjonen. En slik stenging av visse ventiler kan gjøres med metoder som er kjent på fagfeltet, f.eks. ved å utstyre ventilene med standardpasninger for konvensjonelle verktøy, og kjøre et verktøy inn i brønnen ved kveilrør, kabel, en brønntraktor eller kjøreverktøy, osv.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0015] Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Hovedformålet ved oppfinnelsen oppnås ved å tilveiebringe en anordning betjent av en fallkule, hvor et fallkulesete er konsentrisk og aksialt glidbart anbrakt i en ytre hylse omfattende en første indre sylinderflate, hvor setet omfatter minst én utover forspent tapp, som når den ligger an mot den første indre sylinderflaten strekker seg radialt innover og definerer en første setediameter mindre enn fallkulens diameter, i det hylsen omfatter minst én grop i sin indre overflate, og tappen når den mottas i gropen definerer en andre setediameter som er minst like stor som fallkulens diameter.

[0016] Når setediameteren øker til den andre setediameteren vil fallkulen (eller pilpluggen eller et tilsvarende objekt) passere gjennom og fortsette til den neste kulebetjente innretningen hvor prosessen gjentas. Således kan én kule brukes til å betjene et vilkårlig antall innretninger med tilsvarende setediametre, f.eks. alle ventiler eller innretninger av en viss type i en sone. Det kan fortsatt tilveiebringes kuler med ulik størrelse som i kjent teknikk. Med den foreliggende oppfinnelsen kan én kule brukes til å åpne et vilkårlig antall ventiler i en produksjonssone, mens den neste større kulen kan brukes til å betjene et antall innretninger i produksjonssonen ovenfor. Således kan ethvert ønskelig antall fallkulebetjente ventiler eller andre innretninger installeres i en produksjonssone, og vesentlig redusere antall kostbare ventiler som betjenes på andre måter og/eller forbedre produksjonen fra en sone.

[0017] I et annet aspekt omfatter den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte som bruker anordningen.

[0018] I enda et aspekt omfatter den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for å aktivere og deaktivere et vilkårlig antall fallkulebetjente innretninger i en brønn ved å bruke én enkelt fallkule.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0019] Oppfinnelsen beskrives nærmere i den etterfølgende detaljerte beskrivelsen med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor like nummer viser til lignende eller ekvivalente deler, og hvor:

Fig. 1 er en skjematisk fremstilling av en brønn med flere soner og grener,

Figurene 2-5 viser en fallkuleaktivert ventil som bruker oppfinnelsen, i flere trinn under aktiveringen, Fig. 6 viser innretningen fra figurene 2-5 i sin endelige tilstand, hvor fallkulen fri-gjøres, og

Figurene 7-12 viser ulike detaljer ved innretningen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV EN FORETRUKKET UTFØRELSESFORM

[0020] Fig. 1 er et skjematisk snitt av et brønnsystem brukt til produksjon av hydrokarboner, dvs. olje og/eller gass, fra et underjordisk reservoar. Et hull eller brønnhull 101 er boret gjennom flere berglag i formasjonen. I fig. 1 vises to strata eller lag 100 og 200. Brønnhullet er foret med en stålforing 102 som er sementert til formasjonen. I fig. 1 inneholder lagene 100 og 200 hydrokarboner, og kan være adskilt av berglag som ikke inneholder olje eller gass. Foringen 102 kan være penetrert ved dybder som tilsvarer de produktive lagene 100 og 200, og hydraulisk oppsprekking kan være brukt til å dann og åpne sprekker i formasjonen for å lette fluidstrøm fra formasjonen inn i produksjonsbrønnen. Horisontale brønner 100', 100" og 200' kan også forgrenes ut fra en vertikal produksjonsbrønn og strekke seg flere kilometer gjennom et lag 100, 200 som inneholder hydrokarboner.

[0021] Et produksjonsrør 103 er typisk tilveiebrakt i foringen eller forlengelsesrøret

102, og den kompletterte brønnen kan være inndelt i flere produksjonssoner ved bruk av pakningsplugger (ikke vist). Ventilene 110A-C, 210A-C, ... i fig. 1 styrer fluidstrøm fra en formasjon 100, 200 inn i segmentet av produksjonsrøret som svarer til produksjonssonen. Ventilene vil generelt være av forskjellig konstruksjon og type, f.eks. sleidehylseventiler, spjeldventiler og kuleventiler av ulik størrelse og konstruksjon brukt til ulike formål som kjent på fagfeltet. I drift kan fluid som strømmer fra flere soner (vist med piler 120) med ulike rater blandes og fraktes opp gjennom produk-sjonsrøret til overflaten 10.

[0022] For å øke mengden og/eller raten av hydrokarboner som produseres fra en sone, kan én eller flere injeksjonsbrønner 300 være tilveiebrakt i avstand fra produk-sjonsbrønnen. En injeksjonsbrønn injiserer fluid inn i én eller flere soner, f.eks. for å øke trykket i reservoaret eller for å tilveiebringe en kjemikalieblanding, og kan være laget på samme måte som en produksjonsbrønn. Et typisk olje eller gassfelt kan omfatte én eller flere produksjonsbrønner og null eller flere injeksjonsbrønner.

[0023] Som drøftet ovenfor, kan ulike innretninger som sleidehylseventiler, spjeldventiler og kuleventiler med forskjellig størrelse og konstruksjon brukes til å styre fluidstrøm eller til andre formål. Av praktiske grunner er begrepet "kulebetjent innretning" ment å omfatte disse og andre innretninger som drives hydraulisk ved hjelp av en fallkule, pilplugg eller tilsvarende innretning. Alle slike kulebetjente innretninger omfatter et sete som kulen, pilpluggen eller den tilsvarende innretningen kan lande

o

pa.

[0024] Fig. 2 viser en sleidehylseventil som bruker en foretrukket utførelsesform 4 av kulesetet ifølge den foreliggende oppfinnelsen. En sleidehylseventil er åpen når hull i hylsene 1 og 2 er innrettet med hverandre, og stengt når hullene ikke er inn rettet med hverandre. Ventilen kan derfor åpnes med en enkel aksial forskyvning, og er velegnet som illustrasjon. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen kan brukes med enhver kulebetjent innretning. Innretningen på fig. 2 omfatter en ytre hylse 1 med en indre overflate med to deler: en indre sylindrisk overflate og en ringformet grop 7 med en litt større diameter som er tilpasset til å motta én eller flere tapper 6 som beskrevet nedenfor.

[0025] En sleidehylse 2 er anbrakt konsentrisk inne i den ytre hylsen 1. Sleidehylsen 2 kan gli aksialt langs den indre flaten av hylsen 1, og er festet til et bur 4 som danner kulesetet som beskrevet i forbindelse med figur 10 nedenfor. I fig. 2 holdes kuleseteburet 4 fast i den ytre hylsen 1 av skjærpinner 3, som holder denne bestemte ventilen i en naturlig lukket posisjon under installasjon av ventilen i en brønn, og er utformet til å brytes når en forhåndsbestemt kraft påføres dem.

[0026] Fig. 3 viser innretningen i fig. 2 hvor en fallkule 9 har landet på setet. Setet er dannet av fleksible fingre på buret 4 som er presset radialt innover av tapper 6, når tappene ligger an mot den indre sylindriske overflaten av den ytre hylsen 1. Når fallkulen har landet på setet som vist i fig. 3, bygges hydraulisk trykk opp bak den, og utøver en kraft på et arbeidsareal. Når denne kraften er tilstrekkelig til å aktivere en første frigjøringsmekanisme, fortsetter kulen og setet til posisjonen vist i figur 4. Denne første frigjøringsmekanismen illustreres av hoder på pinnene som smetter forbi en liten skulder på den indre flaten av den ytre hylsen 1. Det skal imidlertid forstås at skjærpinner kan utgjøre den første frigjøringsmekanismen i en annen utførelsesform.

[0027] I fig. 4 har buret 4 med kulen 9 trukket den indre hylsen 2 langs den ytre hylsen 1, men skjærpinnene 3 er fortsatt intakte. Tappene 6 er ved den aksiale posisjonen til en ringformet grop med større diameter. I en annen utførelsesform kan tappene 6 på dette tidspunkt smette utover og inn i gropen 7, og derved frigjør kulen 9. I den foreliggende utførelsesformen er tappene imidlertid fortsatt forhindret fra å trenge inn i gropen 7. Dette kan gjøres på et antall måter, f.eks. ved å tilveiebringe stoppere 5 med hoder for å forhindre fingrene fra å trenge inn i gropen inntil stopperne når posisjonen vist i fig. 5, eller ved å tilveiebringe et brytbart bånd rundt de ytre endene av fingrene 41 vist i fig. 10. Kulesetet har således fortsatt sin mindre diameter. Dette muliggjør en ytterligere oppbygging av hydraulisk trykk inntil kraften som virker på kulen og setet er tilstrekkelig til å aktivere en andre frigjørings-mekanisme, hvilket kan være bekvemt for å sikre at en forhåndsbestemt minimumskraft påkrevet for å sikre at innretningen blir aktivert ordentlig. Denne andre fri-gjøringsmekanismen er illustrert i figurene som skjærpinner 3, I andre utførelses-former kan den andre frigjøringsmekanismen være et brytbart bånd, klaker eller en annen frigjøringsmekanisme som er kjent på fagfeltet. I det foreliggende eksempelet på utførelsesform kan således skjærpinnene 3 være konstruert til å brytes ved en kraft som garantert er stor nok til å trekke sleidehylseventilen helt åpen.

[0028] I fig. 5 er buret 4 frigjort fra den indre hylsen av en andre frigjørings-mekanisme, f.eks. av brutte skjærpinner 3. Setet 4 er beveget videre nedstrøms inntil det er stoppet av stoperne 5, som på dette punktet har nådd enden av buret 4, nærmere bestemt ringen 40 på fig. 10. I en alternativ utførelsesform kan buret hindres i bevege seg nedstrøms av en skulder 8. Nå kan tappene 6 presses radialt utover og inn i gropen 7.

[0029] I fig. 6 er tappene 6 presset radialt utover og inn i gropen 7 tilveiebrakt på den indre overflaten til den ytre hylsen 1. Dette utvider kulesetet til en diameter der det ikke lenger holder tilbake kulen 9. Dette er illustrert ved at kulen 9 befinner seg i en posisjon nedstrøms fra, dvs. til høyre for i figurene, bur 4. Kulen 9 kan fortsette til den neste anordningen, som selvsagt kan ha samme setediameter som den allerede beskrevne.

[0030] Ved å tilveiebringe en rekke ventiler eller andre innretninger med et kulesete ifølge oppfinnelsen, kan én kule på denne måten brukes til å betjene et vilkårlig antall innretninger.

[0031] Det skal forstås at utførelsesformen med en sleidehylseventil kun er et eksempel. En annen anvendelse av kulesetet ifølge oppfinnelsen kunne være i en spjeldventil eller kuleventil der en rotasjonsbevegelse i stedet for den lineære bevegelsen beskrevet ovenfor brukes til å aktivere innretningen. For å omforme den innebygde lineære bevegelsen til en fallkule til en rotasjon, kan et par skrueformede skuldre tilveiebringes på de indre og ytre hylsene. Når setet frigjøres av den første frigjøringsmekanismen beveges setet 4 inntil de skrueformede skuldrene (ikke vist) kontakter hverandre. Så kan hydraulisk trykk bak fallkulen få bygge seg opp tilstrekkelig til å garantere en relativ rotasjon mellom hylsene. Denne rotasjonen kan brukes til å dreie en sirkulær plate i en spjeldventil eller en kule i en kuleventil. Den andre frigjøringsmekanismen, illustrert ovenfor som en brutt skjærpinne, kunne like gjerne vært radialt forspente tapper eller andre kjente mekanismer. Hensikten med frigjøringsmekanismene er helt enkelt å sikre at tilstrekkelig kraft er tilgjengelig til å betjene innretningen ordentlig for neste trinn ved betjening av innretninger eller før fallkulen frigjøres videre nedstrøms.

[0032] Fig. 7 viser en forenklet ytre hylse 1. Ingen hull er vist i hylsen for å illustrere at kulesetet i oppfinnelsen kan brukes i enhver kulebetjent innretning, ikke bare i en sleidehylseventil. Den ytre hylsen 1 kan omfatte standardgjenger i begge ender for innfesting i en rørstreng, slik som et produksjonsrør, et forlengelsesrør eller en foring, før den føres inn i et brønnhull som del av rørstrengen. Trekkene av betydning for den foreliggende oppfinnelsen er dens indre overflate omfattende én eller flere groper 7 til å motta tapper 6 som drøftet med henvisning til figurene 2-6.

[0033] Figur 8 viser en indre hylse for en sleideventil, slik som den som er drøftet ovenfor. Hylsen har en sylindrisk hoveddel med radialt rettede porter. En ende har en endedel 21 med utvidet radius. Skulderen dannet mellom hovedsylinderen og ende-delen 21 hindrer hylsen 2 fra p beveges nedstrøms i det den kontakter en tilsvarende skulder på den indre flaten av den ytre hylsen. Dette kan brukes til å aktivere den første frigjøringsmekanismen beskrevet ovenfor hvis relativ bevegelse mellom buret 4 og hylsen 2 er tillatt.

[0034] Figur 9 viser en utførelsesform av en pinne 3 brukt til å illustrere de første og andre frigjøringsmekanismene i beskrivelsen med henvisning til figurene 2-6. Det skrånende hodet til pinnen 3 er ment å illustrere den første frigjøringsmekanismen. I en utførelsesform er pinnen 9 forspent radialt utover. Når den skrånende flaten på hodet kontakter en skulder på den indre flaten av den ytre hylsen, vil pinnen 3 bli presset radialt innover mot en kraft, f.eks. en fjærkraft. Skråflaten og forspenningen kan justeres til å tilveiebringe en første frigjøringsmekanisme som frigjør buret 4 når en første kraft eller trykk er oppnådd. Tilsvarende frigjøringsmekanismer i form av fjærforspente tapper eller tilsvarende innretninger kan åpenbart også brukes til å implementere en frigjøringsmekanisme. Det skal også forstås at selv om en skjærpinne 3 tilveiebringer en andre frigjøringsmekanisme i eksemplene ovenfor, kan andre utførelsesform er mangle en andre frigjøringsmekanisme. Andre utførelses-former kan ha en forskjellig andre frigjøringsmekanisme, f.eks. en forspent tapp eller klakk.

[0035] Figur 10 viser bur 4 dannet av et antall fingre 41 parallelle med hverandre og festet til en ring 40 ved en ende. Ringen 40 er oppstrøms når buret er i bruk, og kulesetet dannes inne i buret i motsatt ende av ringen 40. Fingrene kan være uelastiske, f.eks. laget av et materiale som deformeres plastisk når fingrene bøyes innover. I dette tilfellet kan kraften som kreves for å bøye dem tilbake tilveiebringe hele eller deler av motstanden som kreves for å hindre tappene 6 i å trenge inn i gropen 7 i fig. 4 når buret 4 enda ikke holdes fast av stoppere 5 eller skulder 8. Alternativt kan fingrene være elastiske og tilveiebringe en kraft rettet radialt utover når de presses inn av tappene 6. I dette tilfellet ville tilstanden i fig. 5 vare i svært kort tid, ettersom elastiske fingre umiddelbart ville smette utover og bevege tappene 6 inn i gropen 7. Enda et alternativ er å feste fingrene 41 til ringen 40 med hengsler, og forsyne fingrene med fjærforspenning, holderinger osv som påkrevet av anvendelsen.

[0036] Det er avstand mellom fingrene 41, slik at endene motsatt ringen 40 kan presses radialt innover for å danne et kulesete inne i buret 4 som beskrevet ovenfor. Radialt rettede tapper (ikke vist i fig. 10), slik som tappene 6 beskrevet ovenfor, er en bekvem måte å presse fingrene radialt innover på. De ytre eller nedstrøms endene av fingrene 41 kan presses sammen til de danner en sammenhengende ring 42, der kulesetet defineres av den indre diameteren av ring 42. Et brytbart bånd kan tilveiebringes rundt ringen 42 for å hindre tappene 6 fra å smette inn i gropen 7 inntil en viss minimumskraft er tilgjengelig.

[0037] I figur 10 er rommet mellom delene av ring 42 vist som ganske smalt av hensyn til illustrasjonen. Det skal imidlertid forstås at rommet mellom delene av ring 42 kan være videre, slik at den indre diameteren av den kontinuerlige ringen 42 danner et kulesete med en minimumsdiameter. I dette tilfellet kan én type av bur 4 brukes til flere kulediametere mellom denne minimumsdiameteren og diameteren til ringen 40 ved ganske enkelt å tilveiebringe tapper 6 med ulike lengder.

[0038] Buret 4 holdes typisk fast inne i et ytre hus inntil det frigjøres av en frigjørings-mekanisme. Hullene 401 i ringen 40 er tilpasset den nedre delen 30 av pinnen 3 vist i fig. 9, og indikerer derved at buret 4 frigjøres fra hylsen 2 av den andre frigjøringsmekanismen i utførelsesformen beskrevet ovenfor. Skjærpinner er selvsagt kun én praktisk frigjøringsmekanisme, og buret 4 kan utstyres med andre elementer enn hullene 401 som passer til en annen frigjøringsmekanisme om det er ønskelig.

[0039] Fig. 11 illustrerer en sylindrisk stopper 5 med en ytre diameter litt mindre enn avstanden vist mellom fingrene og ringene 40 og 42 i fig. 10. Hovedfunksjonen til stopperne 5 er å hindre at buret 4 flyttes nedstrøms når ventilen er åpen. Alternativt kan en skulder 8 tilveiebringes for samme formål.

[0040] Fig. 12 viser en tapp 6, som i den foretrukne utførelsesformen brukes til å presse en finger 41 radialt innover når den er anbrakt mellom f.eks. den ytre om-kretsen av ring 42 og den indre overflaten av hylsen 1, og således hindrer fingeren 41 i å bevege seg utover inntil tappen 6 når gropen 7. Tapper 6 med ulik lengde kan brukes til å frembringe kuleseter med ulike diametere.

[0041] I et annet aspekt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å aktivere et vilkårlig antall fallkulebetjente innretninger i en brønn, omfattende trinnene å: - innføre en fallkule i en rørformet streng omfattende minst én anordning i stand til å bli aktivert og til å frigjøre kulen etter aktivering,

- overvåke og styre trykket, og

- bestemme når fallkulen har aktivert og blitt frigjort fra det vilkårlige antall innretninger.

[0042] En egnet anordning for denne fremgangsmåten er den som er beskrevet tidligere, hvor hydraulisk trykk er det eneste nødvendige middelet til å betjene et vilkårlig antall innretninger. Trykket, eller en ekvivalent som lasten til en sirkulasjons-pumpe, kan overvåkes for å bestemme tidspunktet når fallkulen 9 ankommer et kulesete, ved hvilket tidspunkt et økt trykk kan detekteres. Om ønskelig kan pumpetrykk legges til det hydrauliske trykket som påtrykkes fra fluidsøylen bak fallkulen for å betjene en eller flere frigjøringsmekanismer som beskrevet mer utfyllende ovenfor. Tilsvarende kan et fall trykk eller pumpelast indikere at fallkulen har forlatt inn retningen, og ikke lenger hindrer fluidstrøm i strengen. Disse trinnene kan gjentas inntil alle innretninger er betjent.

[0043] Det vises igjen til den innledende delen av den foreliggende beskrivelsen, hvor det forklares at det ville være fordelaktig å dele en brønn inn i flere soner, der hver sone har flere innretninger. Ved å bruke anordningen beskrevet tidligere, er det enkelt å innse at flere grupper av innretninger kan tilveiebringes, i det hver gruppe betjenes av én fallkule, og hver gruppe kan betjenes av en fallkule med forskjellig størrelse enn fallkulene for de andre gruppene. Ved å installere en gruppe innretninger som kan betjenes av fallkulen med minst størrelse lengst borte fra overflaten i en vertikal eller horisontal gren, ville denne gruppen av innretninger være den første til å bli aktivert. Dette tilsvarer et vanlig produksjonsscenario der, for eksempel, en vannfront fra en injeksjonsbrønn forventes å nå de fjerneste delene av en produk-sjonsbrønn først.

[0044] Så snart produksjonen fra en fjerntliggende eller dyp del av brønnen faller under et forhåndsbestemt nivå, kan den foreliggende oppfinnelsen brukes til å åpne en mindre fjerntliggende seksjon av brønnen som inneholder et antall fallkulebetjente innretninger ved å bruke én enkelt fallkule. Dette kan åpenbart spare betydelig tid som ellers kreves til intervensjon.

[0045] Mens oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til en foretrukket utførelses-form, skal det forstås at et antall modifikasjoner kan foretas uten å gå utenom om-fanget av de vedføyde patentkravene.

Claims (12)

1. Fallkuleaktivert anordning egnet for aktivering ved hjelp av en relativ bevegelse mellom en ytre hylse (1) med en første indre sylinderflate og en indre hylse (2) forbundet med et kulesete (4) tilpasset en fallkule (9) og konsentrisk og aksialt glidbart anbrakt i den ytre hylsen (1), hvor kulesetet (4) omfatter flere fingre (41) festet til en ring (40), der hver finger (41) forløper aksialt til en ytre ende i kontakt med en radialt rettet tapp (6) som ligger an mot den første indre sylinderflate i en første posisjon, hvorved fingrene (41) definerer en første kulesetediameter som er mindre enn fallkulens (9) diameter, hvor den ytre hylsen (1) omfatter minst én grop (7) i sin indre overflate, hvor tappene (6) er tilpasset til å beveges radialt inn i gropen(e) (7) i en andre posisjon, hvorved fingrene (41) definerer en andre kulesetediameter som er minst like stor som fallkulens (9) diameter, og hvor kulesetet (4) fastholdes i den ytre hylsen (1) av en første frigjøringsmekanisme tilpasset til å frigjøre kulesetet og den indre hylsen (2) fra den ytre hylsen (1) når et første hydraulisk trykk virker på fallkulen (9), karakterisert ved: - at kulesetet er forbundet med den indre hylsen (2) med en andre frigjørings-mekanisme tilpasset til å trekke den indre hylsen (2) mens det første hydrauliske trykk tilføres og til å frigjøre kulesetet (4) fra den indre hylsen (2) når et andre hydraulisk trykk virker på fallkulen (9), og - at kulesetet (4) kan beveges videre til den andre posisjonen når det er frigjort av den andre frigjøringsmekanismen, hvor kulesetet (4) kan ekspandere radialt til sin andre kulesetediameter.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor de første og andre hydrauliske trykk er like.

3. Anordning ifølge krav 1, hvor fingeren (41) er fleksibel og tilveiebringer en radialt utoverrettet forspenning av tappen (6).

4. Anordning ifølge krav 1, hvor gropen (7) er et ringformet spor med større indre diameter enn diameteren til den første indre sylinderflaten.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor den første frigjøringsmekanismen omfatter minst én skjærpinne (3).

6. Anordning ifølge krav 1, hvor den andre frigjøringsmekanismen velges fra en gruppe omfattende en skjærpinne, en stopper (5) tilpasset å gli aksialt langs en finger (41) og hindre radial bevegelse av fingeren (41) inntil stopperen (5) når ringen (40), og et brytbart holdebånd anbrakt omkring de ytre endene av fingrene (41).

7. Anordning ifølge krav 1, hvor en skrueformet skulder er tilveiebrakt på utsiden av den indre hylsen (2), en tilsvarende skrueformet skulder er tilveiebrakt på den indre flaten til den ytre hylsen (1), hvilke skuldre bringes i kontakt med hverandre etter frigjøring av kulesetet, hvorved en aksial bevegelse av kulesetet omformes til en rotasjon.

8. Fremgangsmåte for aktivering av et vilkårlig antall fallkuleaktiverte innretninger i en brønn,karakterisert vedfølgende trinn: - å utplassere, i brønnen, en rekke av anordningene / innretningene i henhold til ethvert av de foregående krav, - å innføre en fallkule (9) i brønnen, - å overvåke og styre trykket, og - for hver innretning, å bestemme når fallkulen (9) har aktivert og blitt frigjort fra innretningen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor trinnet med å overvåke og styre trykket videre omfatter: - å bestemme tidspunktet når fallkulen (9) ankommer et kulesete i en oppstrøms retning, - å overvåke og styre trykker for å aktivere innretningen, - å bestemme tidspunktet når fallkulen (9) forlater kulesetet i en nedstrøms retning, og - å bestemme tidspunktet når det vilkårlige antall innretninger er aktivert av fallkulen (9)-

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, videre omfattende et trinn med å dele det vilkårlige antall innretninger i flere grupper av innretninger, der hver gruppe av innretninger kan aktiveres av én fallkule (9), og der diameteren til fallkulen (9) er unik for hver gruppe.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende et trinn med å utplassere hver gruppe av innretninger i en separat sone i brønnen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 13, videre omfattende et trinn med å ordne størrelsen av fallkulene (9) etter sone, slik at hver gruppe av innretninger som aktiveres av en fallkule (9) med mindre diameter er lenger borte fra overflaten enn en gruppe av innretninger aktivert av en fallkule med større diameter.