NO339842B1 - Brønnproduksjonsrørventil og fremgangsmåte for styring av fluidstrøm - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder ventiler som vanligvis brukes på borehullsverktøy i olje- og gassbrønner og spesielt, men ikke utelukkende, til en sonestyringsventil for å regulere produksjonsstrømningsraten fra flere hydrokarbonbærende soner innenfor en brønn.

Bakgrunn

I boring av olje- og gassbrønner er borehull nå vanligvis boret i en avbøyende bane, slik at brønnen fanger opp så mange hydrokarbonbærende soner over den største mulige avstanden. Ved å perforere borerøret eller produksjonsrøret ved hver sone eller på tvers av en sone, kan brønnen produseres ved et flertall lokaliseringer samtidig og dermed maksimere produksjonen. Imidlertid kreves det at denne samtidige produksjonen varsomt styres siden produksjonen vil strømme fra en sone til en annen sone snarere enn til overflaten, dersom trykket mellom sonene varierer.

Tidligere kjent teknikk for strømningsstyringssystemer er basert på innsetting av produksjonsrør inn i brønnen med pakninger mellom hver av produksjonssonene. Ved hver sone er en ventil plassert i produksjonsrøret, for å tillate produksjon til å strømme fra sonen og inn i produksjonsrøret og opp til overflaten. Vanligvis produserer bare en enkelt sone ved et tidspunkt for å hindre krysning. Dersom mer enn en sone produserer samtidig, må trykket mellom sonene være balansert. Dette oppnås gjennom ved å plassere en ventil ved hver sone hvor hver ventil har en valgt størrelse for avløp eller åpning slik at strømningsmengden gjennom hver ventil er lik inn i produksjonsrøret. En styringslinje, vanligvis hydraulisk, kjøres på hver ventil og ventilen er så åpnet når det kreves.

Det er et flertall ulemper med slike styringssystemer. For å bruke et flertall ventiler må strømningsmengden fra hver sone fastslås. Dette er ikke en enkel oppgave ettersom strømningsmengdene kan variere. Ventilene er så valgt på basis av den krevde strømningsraten inn i produksjonsrøret og disse ventilene må korrekt posisjoneres på produksjonsrøret i brønnen. Når plassert er disse ventilene enten "på" eller "av", slik at ingen justeringer kan gjøres når ventilen er i brønnhullet. Enhver endring i strømningsraten fra en sone fører til at enten den respektive ventil må stenges og man mister produksjon fra sonen, eller produksjonsrøret må fjernes slik at ventilen kan erstattes og produksjonsrøret ført tilbake i brønnen. Dette medfører avbruddstid i produksjonen. I tillegg trengs en styringslinje for hver ventil, hvor hver styringslinje må gå til overflaten, drives og overvåkes individuelt.

US 2003/047702 A1 beskriver en anordning ved en muffeventil for fluidstrøm mellom et hydrokarbonreservoar og en brønn i hydrokarbonreservoaret omfatter en fast ytterhylse og en innerhylse som er dreibar for å bringe åpninger i ytterhylsen og innerhylsen inn og ut av innbyrdes korrespondanse, for innstilling av fluidstrømmen gjennom åpningene. Innerhylsen omfatter minst én utvendig vulst med en overflate som, i en ikke montert, ubelastet tilstand av ytterhylsen og innerhylsen, har en avstand fra innerhylsens senterlinje som er større enn ytterhylsens innvendige radius. Vulsten har en overflate som er større enn en korresponderende åpning i ytterhylsen, og vulsten kan ved en dreiing av innerhylsen til en for muffeventilen stengt stilling bringes til å dekke ytterhylsens åpning, hvorved vulsten i den stengte stilling omslutter ytterhylsens åpning med et tettende kontakttrykk i et område rundt ytterhylsens åpning.

US 6 782 952 foreslår en trinnventil som tillater ventilen å inkrementelt åpnes eller lukkes. Dette skaper en selektiv struping av strømningen i borehullet. Selv om denne ventilen har denne fordelen har den også et flertall ulemper. Ventilen er basert på en hydraulisk aktivert glidehylse. Et naturlig problem med glidehylser er at disse ventilene er lange anordninger. Dette på grunn av at det må være en tilstrekkelig lengde i verktøyet ettersom hylsen må kunne bevege seg i lengderetningen, på tvers av en slagavstand mellom åpen og lukke posisjon for ventilen. I tillegg krever denne ventilen to styringslinjer for å drives. Derfor, i en brønn som har et flertall soner kreves verdifull plass for å drive to styringslinjer til hver ventil i hver sone.

Formål

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å skape en brønnproduksjons-rørventil som skaper produksjonsstyring over minst to soner fra en enkelt styringslinje.

Det er videre et formål med minst et aspekt av den foreliggende oppfinnelsen å skape en brønnproduksjonsrørventil som skaper selektiv struping over minst to soner.

Ytterligere hensikter og formål vil gå frem av den etterfølgende beskrivelsen.

Oppfinnelsen

I samsvar med et første aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det skapt en brønnproduksjonsrørventil, hvilken ventil omfatter en hovedsakelig rørformet kropp, hvilken har første og andre ender tilpasset for tilkobling i en rørstreng; første og andre porter plassert gjennom kroppen og atskilte i lengderetningen; første og andre ventilelementer anordnet i kroppen ved de respektive portene, hvor hvert ventilelement har minst en åpning og er roterbart bevegelig i forhold til kroppen for å sammenfalle og ikke sammenfalle i det minste én åpning i ventilelementet med en respektiv port i kroppen for å bevege ventilen mellom en åpen posisjon og en stengt posisjon, hvori hvert ventilelement er en hylse og er aktiverbart for å rotere i forhold til kroppen i kun en enkelt retning. Hylsen omfatter en delvis sfærisk overflate og ved at ventilen videre omfatter et tetningsarrangement med en tetningsring tilpasset for å frembringe en metalltetning der tetningsringen omfatter en komplementær sfærisk overflate og er belastet for å tette mot den delvis sfæriske overflaten uavhengig at trykkforskjell over tetningsringen, der hvert ventilelement er aktiverbart til minst tre driftsposisjoner for inkrementelt å justere strømningen gjennom den respektive porten og ventilelementene er aktiverbare fra en felles styringslinje, der det første ventilelementet har et annet antall driftsposisjoner enn det andre ventilelementet.

Disse driftsposisjonene kan settes gjennom antallet grader dreid av hylsen på hvert inkrement. Fortrinnsvis er gradinkrementet en hel divisor av 360 grader. På denne måten returnerer hver hylse til samme driftsposisjon på en hel rotasjon, men de vil rotere med forskjellige rater. Fordelaktig er gradinkrementet valgt for hver hylse slik at driftsposisjoner vil eksistere hvor begge ventilelementene er "åpen", stengt og strupt ved ulike mengder.

Fortrinnsvis er den felles styringslinjen en hydraulisk linje som sammenkobler de to ventilelementene med overflaten av brønnen. Disse ventilene kan så drives gjennom suksessive trykkpulser på en syklisk måte. Det vil verdsettes at enhver hydraulisk drevet aktuatormekanisme kan brukes til å rotere hver av ventilelementene.

Brønnproduksjonsrørventilen kan videre omfatte en eller flere skilletetninger. Helst er en tetning plassert mellom hver av portene for å skille portene fra hverandre.

I samsvar med et annet aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er det skapt en fremgangsmåte for styring av fluidstrømningen fra hydrokarbonbærende soner i et borehull, hvilken omfatter trinnene: (a) plassering av en brønnproduksjonsrørventil omfattende to ventilelementer på tvers av hydrokarbonproduserende lokaliseringer i et brønnhull, der hvert ventilelement har minst en åpning og er roterbart bevegelig i forhold til en kropp for å sammenfalle og ikke sammenfalle den minst ene åpningen i ventilelementet med en første port i kroppen for å bevege ventilen mellom en åpen posisjon og en stengt posisjon, hvori hvert ventilelement er en hylse og er aktiverbart for å rotere i forhold til kroppen i kun en enkelt retning, der hylsen omfatter en delvis sfærisk overflate og der ventilen videre omfatter et tetningsarrangement med en tetningsring tilpasset for å frembringe en metalltetning der tetningsringen omfatter en komplementær sfærisk overflate og er belastet for å tette mot den delvis sfæriske overflaten uavhengig at trykkforskjell over tetningsringen,

(b) skape en tetning mellom lokaliseringene for å skille de fra hverandre,

(c) sende et styringssignal ned en styringslinje til brønnproduksjonsventilen,

(d) aktivere to ventilelementer sammen for å medføre at ventilelementene beveges med ulike mengder for dermed å variere fluidstrømningen fra hver lokalisering inn i brønnproduksjonsrørventilen,

(e) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er åpne,

(f) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er lukket, og (g) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er inkrementelt åpnet for å

produsere en ønsket strømningsrate gjennom hvert ventilelement.

Fortrinnsvis medfører aktiveringen av ventilelementene at de roterer inne i brønnproduksjonsrørventilen.

Helst er fremgangsmåten syklisk, slik at kombinasjonen av ventilelementposisjoner kan repeteres over et forhåndsdefinert antall styringssignaler.

Styringssignalet kan være en trykkpuls. På denne måten kan styringslinjen være en hydraulisk fluidlinje. Alternativt kan styringssignalene være elektriske signaler som sendes ned en overføringslinje eller kan være akustiske signaler som sendes ned produksjonsrørledningen eller brønnfluidet.

Selv om termene "opp", "ned", "topp" og "bunn" er brukt i spesifikasjonen, skal ikke de betraktes som mer enn relative, ettersom ventilen i den foreliggende oppfinnelsen brukes i en orientering for å passe avviket til brønnen.

Eksempel

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler bare med henvisning til vedlagte figurer, hvor

Fig. 1 viser en illustrasjon av brønnproduksjonsrørventil i samsvar med en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, Fig. 2(a) og 2(b) viser oppblåste riss av et ventilelement inne i brønnproduksjonsrør-ventilen i Fig. 1, Fig. 3(a) og 3(b) viser utsnittsriss gjennom ventilelementene til brønnproduksjonsrør-ventilen i Fig. 1, Fig. 4 viser et diagram som illustrerer driftsposisjonene til brønnproduksjonsrørventilen i

Fig. 1,

Fig. 5 viser en illustrasjon av en brønnproduksjonsrørventil i samsvar med en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 6 viser et utsnittsriss gjennom ventilelementet til utførelsesformen i Fig. 5,

Fig. 7 viser et utsnittsriss gjennom tetningsarrangementet til ventilen i Fig. 5,

Fig. 8a og 8b viser driften av tetningsarrangementet til utførelsesformen i Fig. 5,

Fig. 9 viser et perspektivriss av en indekseringshylse i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen, og Fig. 10 viser et perspektivriss av en momentnøkkel brukt med indekseringshylsen i Fig. 9.

Henviser til å begynne med til Fig. 1 av tegningene, hvor det er illustrert en brønnproduksjonsrørventil, generelt angitt med henvisningstall 10, i samsvar med en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Brønnproduksjonsrørventilen 10 omfatter en sylindrisk kropp 12 og borehull 14 derigjennom. Kroppen 12 tilkobles til en rørformet streng (ikke vist) ved en øvre ende 16 og henholdsvis en nedre ende 18. Lokalisert i kroppen 12 er to hylser 20, 22. Hylsene 20 og 22 skaper kolineære gjennomgående borehull 24 og henholdsvis 26, slik at ventilen 10 skaperen ren passasje for fluid mellom den øvre 16 og den nedre 18 enden av ventilen 10.

Ved en ende 28, 30 av hver av hylsene 20 og henholdsvis 22, er det lokalisert en kule eller sfærisk del 32, 34. Hver kule 32, 34 omfatter et aksialt borehull for opprettholde fluidstrømningen gjennom hylsen 20, 22.1 tillegg har hver kule 32, 34 motsatt anordnete åpninger 58a, 58b og 60a, 60b som er vinkelrette på aksen gjennom ventilen 10. Disse åpningene 58, 60 skaperen passasje gjennom borehullene 24, 26 til kroppen 12.

På kroppen 12, ved lokaliseringen til kulene 32, 34, er porter anordnet gjennom veggen til kroppen 12. Settene av porter 52, 54 er langsgående atskilte på ventilen 10. Hvert sett av porter 52, 54 skaper to motsatt anordnete gjennomganger mellom utsiden 56 til ventilen 10 og borehullet 14. Det kan være et hvilket som helst antall porter, en eller flere ved lokaliseringen av hylsene 20, 22. Disse portene er best sett ved hjelp av Figurene 3(a) og 3(b). Siden portene 52, 54 er plassert ved kulene 32, 34, kan fluid vandre fra utsiden av ventilen 10 til det indre borehullet 14 når portene 52, 54 og åpningene 58, 60 sammenfaller. Dette arrangementet skaper et par kuleventiler, skaper radiale porter, generelt angitt ved 33 og 35.

Henvisning er nå gjort til Figurene 2(a) og 2(b) av tegningene som illustrerer kuleventilarrangementet 33, 35. Dette arrangementet er identisk for begge kuleventilene 33, 35 og derfor er bare en beskrevet for illuderende formål. Kuleventil 35 omfatter kulen 34 på en ende av hylsen 22 som er lokalisert i kroppen 12 ved portene 54. Ved åpningen 54 er det lokalisert en ringformet låsering 42, gjenget på plass. Ringen 42 har lokalisert deri, ved borehullsiden 14, en Belleville® skive 80, som er en sprengskive, plassert mot en flytende stempelring 82 og en hylsering 84. Stempelringen 82 kan virke mot en nedre del av hylseringen 84, slik at en karbidtettering 86, på den nedre kanten av hylseringen 84, holdes mot kulen 34. Arrangementer, 88a-c, til støtteringer 90 rundt O-ringer 92 skaper tetning mellom stempelringen 82 og låseringen 42; stempelringen 82 og hylseringen 84; og låseringen 42 og kroppen 12. Låseringen 42 og arrangementene deri sikrer at en metall til metalltetning alltid vedlikeholdes mellom kulen 34 og kroppen 12 via karbidringen 86. Dette er oppnådd idet hylseringen 84 belastes mot kulen 34 uavhengig av trykkforskjellen på tvers av tetteringen 86, idet stempelringen 82 er "flytende" og utsatt for fluidet. Derfor vil Belleville® skiven 80 ved lavt trykk virke på hylseringen 84 for å tvinge den mot kulen 34, mens ved høyt trykk vil fluidet virke direkte på hylseringen 84 på siden under stempelringen 82.

Kulene 32, 34 og karbidtetningsringene 86 har alle komplementære sfæriske overflater slik at kulene kan rotere på tetningen uten at tetningen brytes.

En indekserende mekanisme 46, 48 er plassert mellom hver hylse 20, 22 og kroppen 12. Slike mekanismer er kjent for faglærte personer og drives av innsprøytning av fluid fra en styringslinje 50. Styringslinjen 50 er en hydraulisk fluidlinje som strekker seg fra overflaten til ventilen 10 og vanligvis overfører en trykkpuls til hver av indekseringsmekanismene 46, 48 samtidig med et uniformt trykk. Hver indekseringsmekanisme 46, 48 vil medføre at den respektive hylsen 20, 22 roterer inne i kroppen 12. Dette vil skje uniformt samtidig. Indekseringsmekanismene 46, 48 vil rotere hylsene 20, 22 med inkrementene trinn satt på forhånd gjennom deres utforming.

I utførelsesformen vist i Fig. 1 er hylsen 20 satt til å rotere som respons på en puls fra styringslinjen 50 med 20° inkrementene trinn. På denne måten vil det ta atten bevegelser for hylsen fra en initial startposisjon til en endeposisjon hvor hylsen 20 er returnert til sin opprinnelige posisjon etter å ha vandret gjennom en komplett rotasjon. Hylsen 22 beveges gjennom et forskjellig antall inkrementene trinn. Det er viktig i sammenheng med denne utførelsesformen at de inkrementene trinnene på hylsen 20 og hylsen 22 er ulike. Hylsen 22 beveges med 30° inkrementene trinn, på denne måten repeterer den sin posisjon ved hvert tolvte trinn. Hylse 22 vil ha beveget en hel omdreining i kroppen 12 for å returnere til sin initiale startposisjon innen disse tolv trinnene.

I bruk vil ventilen 10 introduseres inn i et brønnhull, som illustrert i Fig. 1, vil bli innkapslet 62 og omfatte perforeringer 64, 66 for å tillate fluid, i form av hydrokarboner, å strømme fra utsiden 68 av innkapslingen 62 til borehullet 70 av brønnen. Lokaliseringen av perforeringene 64, 66 vil være valgt slik at ulike hydrokarbonbærende soner 68a, 68b er fremvist for borehullet 70. En verktøystreng drives så inn i borehullet 70 hvori ventilen 10 er plassert. Mellom hylsene 20 og 22 på ventilen 10 vil det være plassert en soneatskillende tetning 72. Liknende soneatskillende tetninger 74 kan også plasser ved motsatte ender av hylsene 20, 22 om ønsket. Disse tetningene 72, 74 er kjent teknikk for tetning av ringrom i et brønnhull. Tetninger 72 er satt mellom perforeringene 64, 66 og på denne måten atskiller sonene 68a og 68b fra hverandre. I tillegg kan en tetning 74 brukes for å skape ytterligere adskillelsespunkter mellom sonene 68a og 68b og andre posisjoner i brønnhullet.

Når ført inn i brønnen vil ventilen 10 være satt i en åpen eller stengt konfigurasjon. I utførelsesformen vist er ventilen plassert i brønnen i åpen konfigurasjon. Dette er illustrert i

Figur 4 merket "inkrement 1". I den åpne konfigurasjonen er åpningene 58, 60 sammenfallende med portene 52, 54. Fluid vil dermed strømme fra hver sone 68a, 68b og inn i borehullet 70 og gjennom portene 52, 54 og åpningene 58, 60 for å komme inn i borehullet 14 til strengen, hvoretter den kan strømme til overflaten av brønnen for behandling.

Når ventilen 10 er plassert og tetningene 72, 74 er satt, kan operatøren så velge den ønskede graden av struping eller gjennomstrømning i hver av hylsene 20, 22 for hver respektive sone 68a, 68b ved å sende sekvensielle pulser ned styringslinjen 50. Som vist i

Figur 4 vil hver puls fra den felles styringslinjen 50 føre til at hylsene 20, 22 og deres respektive kuler 32, 34 roterer langs kroppen 12 med trinnede inkrementer satt i hver av

indekseringsmekanismene 46, 48. Derfor, som illustrert, vil kule 34 og hylse 22 rotere med 30° i forhold til kroppen 12 ved en enkelt trykkpuls. Dette fører til en misstilpasning mellom åpningene 60 og portene 54. Dette fører til en mindre passasje for fluidstrømmen fra sone 68b ved utsiden 56 i borehullet 70 til det indre borehullet 26 til hylsen 22. På denne måten strupes strømningen og kan refereres til som 45 % åpen posisjon. Denne strupingen

justerer strømningsraten til produksjonen fra sone 68b.

Samtidig vil den samme trykkpulsen har ført til at indekseringsmekanismen 46 roterer hylsen 20 gjennom 20° og danner en 63 % åpen posisjon. Der er åpningene igjen misstilpasset med portene 52, men ikke med den samme utstrekningen som for hylse 22, og derfor er en høyere strømningsrate oppnådd gjennom kuleventilen 32 enn gjennom kuleventilen 34.

En ytterligere trykkpuls fører til at hylsene 20, 22 roterer en gang til. Nå roteres hylsene 22 til en slik posisjon at selv om åpningen 60 og portene 54 ikke sammenfaller, er det ingen klar passasje og kuleventilen 34 er nå stengt. I kraft av den mindre rotasjonen av hylsen 20, er kuleventilen 32 fremdeles åpen, men i en hovedsakelig strupt posisjon. Dette er referert til som den 27 % overlappsposisjonen i kraft av orienteringen til hylsen 20 og kroppen 12. I denne lokaliseringen er et mindre tverrsnittsområde tilstede, gjennom hvilket produksjonsfluiden kan strømme.

Enda en ytterligere puls skaper det fjerde inkrementet slik at begge ventilene 32, 34 er nå stengt på grunn av at åpningene 58, 60 ikke sammenfaller med portene 52, 54. Et ytterligere inkrement, inkrement 5, har ventilene fremdeles i stengt posisjon.

Det kan sees fra Figur 4 at hvert sekvensielle inkrement skaper ytterligere rotasjon av hylsene 20, 22 og justerer de relative posisjonene til åpningene 58, 60 med hensyn til portene 52, 54.1 denne utførelsesformen kan hylsen 22 beveges gjennom en hel omdreining ved å følge tolv pulser, selv om portene 54 og åpningene 60 er asymmetriske vil ventilen være helt åpen igjen etter seks inkrementer. For hylse 20, 18 er pulser krevet for å bevege ventilen tilbake til den originale åpne posisjonen. På denne måten, i Fig. 4, skal det noteres at når ventilen er ved det attende inkrementet vil en ytterligere trykkpuls returnere ventilen til "inkrement 1". På denne måten er systemet helt syklisk og enhver kombinasjon vist i Fig. 4 er oppnåelig gjennom gjentatte ganger å sende en puls ned styringslinjen. På denne måten er selektiv struping oppnådd fra hver av sonene 68a og 68b. I tillegg kan ventilene 32, 34 drives uavhengig, slik at en ventil er stengt mens en annen ventil er åpen. På denne måten kan en enkelt sone 68a eller 68b produseres og den andre sonen forblir avsperret.

Den foregående beskrivelsen gjelder en ventil som omfatter et par langsgående plasserte ventilelementer og dens bruk i inkrementell styring av produksjonsstrømning. Imidlertid gjelder oppfinnelsen i andre av sine aspekter en ventil som har et enkelt ventilelement, beskrevet med henvisning til Fig. 5.

Fig. 5 illustrer en brønnproduksjonsrørventil, generelt angitt med 100, som omfatteren sylindrisk kropp 112 og et borehull 114 derigjennom. Kroppen 112 tilkobles en rørstreng (ikke vist) ved øvre 116 og henholdsvis nedre 118 ender. Plassert inne i kroppen 112 er en hylse 120 som definerer et gjennomgående borehull 124 som skaper en klar passasje for fluid for å strømme mellom de øvre 116 og nedre endene av ventilen 100. Ventilen er lik en enkelt av de to ventilsammenstillingene skapt i utførelsesformen i Fig. 1-4, og er likedan forsynt med en kule eller sfærisk del 132. Kulen 132, 34 omfatter et aksialt borehull for å opprettholde fluidstrømningen og motsatt anordnede åpninger 158a, 158b som er vinkelrette (radielt) til aksen gjennom ventilen 100. Disse åpningene 158 skaperen passasje fra det gjennomgående borehullet 124 til kroppen 112, og er klarest sett i Fig. 6, hvor rotasjon av hylsen 120 i forhold til kroppen fører til at åpningene 158 sammenfaller eller ikke sammenfaller med portene 152a, 152b anordnet i kroppen 112.

I denne utførelsesformen er ventilen forsynt med to åpninger 158a, 158b og to tilsvarende porter 152a, 152b, selv om hvilket som helst antallet åpninger og porter kan anordnes i alternative utførelsesformen

Fig. 7 viser i mer detalj tetningsarrangementet, generelt angitt med 200, av utførelsesformen i Figurene 5 og 6. Hylsen 120 består av en hoveddel 210 og en kuledel 132, sammenkoblet med en kløtsjmekanisme 212. Den nedre enden (enden lengst bort) av kuledelen 132 omfatter en flensdel 214 for å skape ytterligere strukturell styrke og motstand mot deformasjon av kuledelen.

Tetningsarrangementet 200 er lik den som er vist i Fig. 2a og 2b, og omfatter en ringformet låsering 142, hylsering 184, en flytende stempelring 182 og en tetningsring eller et sete 186. O-ringtetninger 190 er også anordnet. Tetningsarrangementet 200 er slik at den flytende stempelringen 182 er plassert mellom hylseringen 184 og en bærende overflate til setet 186. En bølgefjær 180 bærer hylseringen og den øvre overflaten av stempelringen 182, som i sin tur virker til å føre setet i kontakt med kuledelen 132.

Setet 186 har ved sin nedre side en sirkulær ring (ikke vist) som skaper et "tetningspunkt" på kuledelen 132. Plasseringen av tetningspunktet er viktig ettersom det definerer måten som tetningsarrangementet skaper en tetning under motsatte differenstrykk.

Fig. 8a og 8b viser hvordan tetningsarrangementet drives i motsatte differenstrykk-regimer. I Fig. 8a skaper et internt differenstrykk et nettoareal av nedoverrettet trykk på setet 186, danner en tetning på kuledelen 132. I Fig. 8b skaper et eksternt differenstrykk som også skaper et nettoareal av nedoverrettet trykk på setet 186, danner en tetning på kuledelen 132. Denne tetningsfunksjonen i de to motsatte trykkregimene er på grunn av plasseringen av tetningspunktet mellom O-ringene på det flytende stempelet 186.

Det er viktig å merke seg at bølgefjæren 180 virker til å sikre at setet 186 er i kontakt med kuledelen 132, for å tillate det hydrauliske presset å ta over og skape en tetning. Bølgefjæren 180 har et ubetydelig bidrag til tetningslasten, og er brukt til å ta i betraktning av enhver toleransevariasjon i sammenstillingen. Bølgefjæren skaper ingen stor kraft på setet og på denne måten unngås en høy friksjonslast ved rotering av kuledelen.

Fig. 9 og 10 viser mer detaljert indekseringsmekanismen brukt i forbindelse med utførelsesformen i Fig. 5 til 8. Fig. 9 viser et perspektivriss av en indekseringshylse, generelt angitt med 300, forsynt med et spor som har en skrueformet del 302 og en langsgående del 304. Sporet er tilpasset for å motta en momentnøkkel 400, som i bruk følger banen til sporet. Momentnøkkelen 400 står sterkt mot sporet og nøkkelen med en indre hylse (ikke vist). Felles med andre indekseringsmekanismer er at aksial bevegelse av en hylse tildeler rotasjonsbevegelse til andre i kraft av den fastkilte forbindelsen.

I denne utførelsesformen "flyter" momentnøkkelen 400 i sporet og forskyves nedover i sporet ved hjelp av en bladfjær. Sporet er forsynt med en endrende dybdeprofil for å hindre uønsket retur av momentnøkkelen under aktivering. Sporet er forsynt med deler av første dybde 305, rampedeler 306 og hevete deler 307. Momentnøkkelen vandrer i retningen til pilen A, vandrer opp rampdelen 306 og er så forskjøvet nedover. Skulder 308 hindrer retur av momentnøkkelen inn i det langsgående sporet, og medfører at den vandrer i retningen til pilen B, sikrer enveis bevegelse. Liknende dybdeprofiler er skapt i den skrueformete delen av sporet.

Momentnøkkelen er maskinbearbeidet til å skape en flate 402 som tilsvarer den skrueformete banen til sporet. Dette medfører et større overflateområde for kontakt mellom nøkkelen og sporet.

I denne utførelsesformen er fire slike momentnøkler brukt for ytterligere å øke kontaktområdet og redusere belastning under aktiveringen av indekseringsmekanismen. Denne utførelsesformen skaper rotasjonsinkrementer på 90 grader, og på denne måten skaper ventilen to åpne posisjoner og to lukkede posisjoner. Det vil verdsettes at indekseringsmekanismen og tetningsarrangementet til denne utførelsesformen kan brukes med utførelsesformen i Fig. 1.

Den prinsipielle fordelen med den siste utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen er at den skaper en brønnproduksjonsrørventil som regulerer produksjonen og strømningsraten fra flere hydrokarbonsoner inne i en brønn via en enkelt styringslinje.

En ytterligere fordel med den foreliggende oppfinnelsen er at den skaper et dobbeltvirkende ventilarrangement, som kan drives via rotasjon av hylser med ventilene slik at hver ventil kan parkeres i en ønsket posisjon gjennom enkelt å tilføre et satt antall av trykksykluser. I motsetning til andre roterende arrangementer skaper den foreslåtte tetningsfremgangsmåten en sfærisk tetningsside, dvs. ikke sylindrisk, som gir normale metall til metalltetningsegenskaper. Videre, på grunn av den roterende naturen til ventilen er det ingen behov for en dobbeltvirkende aktuator, ettersom det ikke er noe behov for hylsen å vandre i den motsatte retningen. Videre, ettersom hylsene roterer er det ingen lasting av aksialt monterte tetninger og på denne måten vil ventilen fordelaktig være kort.

En ytterligere fordel med ventilen i den foreliggende oppfinnelsen er at ettersom den inkrementene bevegelsen til hvert av ventilelementene er via en innebygd mekanisk funksjon, er det er ingen behov for fluidpulserte ekstrautstyr som skal plasseres individuelt til hver av kuleventilene.

Ettersom de to kuleventilene kan manipuleres fra en styringslinje vil det verdsettes at ventilen er lett skalerbar, for eksempel, til tre linjer som styrer seks kuleventiler uten en kompleks borehullsangripende anordning som gir en kostnadseffektiv måte å kontrollere strømningen fra individuelle soner.

Enda en ytterligere fordel med ventilen til den foreliggende oppfinnelsen er at den muliggjør for operatører å foreta multisoneproduksjon med muligheten til å sammenblande eller isolere ulike soner over levetiden til brønnen ettersom ventilen kan forbli i brønnen i det uendelige.

Det vil verdsettes av de faglærte innenfor området at modifikasjoner kan gjøres til oppfinnelsen heri beskrevet uten å gå utover omfanget derav. For eksempel kan styringslinjen skape et elektrisk eller radiofrekvenssignal som passende driver indekseringsmekanismene. Det vil også verdsettes at ulike indekseringsmekanismer kan innlemmes. Videre, antallet åpninger inne i hylsen og/eller antallet porter inne i kroppen kan varieres og deres relative dimensjoner kan varieres, for å skape den ønskede strømningen gjennom tverrsnittsområder mellom utsiden til ventilen og borehullet til overflaten. Det vil også verdsettes at teknikken med en enkelt styringslinje i kombinasjon med kuleventiler drives gjennom ulike inkrementene trinn kan strekke seg fra to kuleventiler til tre eller flere for å muliggjøre en større kombinasjon av bevegelighet for ventilen.

Claims (11)

1. Brønnproduksjonsrørventil (10), hvilken ventil omfatter en hovedsakelig rørformet kropp (12), hvilken har første og andre ender tilpasset for tilkobling i en rørstreng; første og andre porter (52, 54) plassert gjennom kroppen og atskilte i lengderetningen; første og andre ventilelementer anordnet i kroppen ved de respektive portene, hvor hvert ventilelement har minst en åpning (58, 60) og er roterbart bevegelig i forhold til kroppen for å sammenfalle og ikke sammenfalle i det minste én åpning i ventilelementet med en respektiv port i kroppen for å bevege ventilen mellom en åpen posisjon og en stengt posisjon,karakterisert vedat hvert ventilelement er en hylse (20, 22) og er aktiverbart for å rotere i forhold til kroppen i kun en enkelt retning; der hylsen omfatter en delvis sfærisk overflate (32) og ved at ventilen videre omfatter et tetningsarrangement (200) med en tetningsring (186) tilpasset for å frembringe en metalltetning der tetningsringen (186) omfatter en komplementær sfærisk overflate og er belastet for å tette mot den delvis sfæriske overflaten uavhengig at trykkforskjell over tetningsringen, der hvert ventilelement er aktiverbart til minst tre driftsposisjoner for inkrementelt å justere strømningen gjennom den respektive porten og ventilelementene er aktiverbare fra en felles styringslinje (50), der det første ventilelementet har et annet antall driftsposisjoner enn det andre ventilelementet.

2. Ventil i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat driftsposisjonene er satt av et antall grader dreid av hylsen ved et inkrement.

3. Ventil i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedat gradinkrementet er en hel divisor av 360 grader.

4. Ventil i samsvar med patentkrav 2 eller 3,karakterisert vedat gradinkrementet er valgt for hver hylse slik at driftsposisjoner vil eksistere hvor begge ventilelementene er "åpen", stengt og strupt ved ulike mengder.

5. Ventil i samsvar med et av patentkravene 1 til 4,karakterisert vedat den felles styringslinjen (50) er en hydraulisk linje hvilken tilkobler de to ventilelementene til overflaten av brønnen.

6. Ventil i samsvar med et av patentkravene 1 til 5,karakterisert vedat ventilen videre omfatter en eller flere skilletetninger (72, 74).

7. Ventil i samsvar med patentkrav 6,karakterisert vedat en tetning er plassert mellom hver av portene for å isolere portene fra hverandre.

8. Fremgangsmåte for styring av fluidstrøm fra hydrokarbonbærende soner (68a, 68b) i et brønnhull,karakterisert vedtrinnene: (a) plassering av en brønnproduksjonsrørventil omfattende to ventilelementer på tvers av hydrokarbonproduserende lokaliseringer i et brønnhull, der hvert ventilelement har minst en åpning (58, 60) og er roterbart bevegelig i forhold til en kropp for å sammenfalle og ikke sammenfalle den minst ene åpningen (58, 60) i ventilelementet med en første port (52, 54) i kroppen for å bevege ventilen mellom en åpen posisjon og en stengt posisjon, hvori hvert ventilelement er en hylse (20, 22) og er aktiverbart for å rotere i forhold til kroppen i kun en enkelt retning, der hylsen omfatter en delvis sfærisk overflate og der ventilen videre omfatter et tetningsarrangement (200) med en tetningsring (186) tilpasset for å frembringe en metalltetning der tetningsringen (186) omfatter en komplementær sfærisk overflate og er belastet for å tette mot den delvis sfæriske overflaten uavhengig at trykkforskjell over tetningsringen, (b) skape en tetning mellom lokaliseringene for å skille de fra hverandre, (c) sende et styringssignal ned en styringslinje (50) til brønnproduksjonsventilen, (d) aktivere to ventilelementer sammen for å medføre at ventilelementene beveges med ulike mengder for dermed å variere fluidstrømningen fra hver lokalisering inn i brønnproduksjonsrørventilen, (e) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er åpne, (f) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er lukket, og (g) gjenta trinnene (c) og (d) inntil begge ventilelementene er inkrementelt åpnet for å produsere en ønsket strømningsrate gjennom hvert ventilelement.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 8,karakterisert vedat aktivering av ventilelementene medfører at de roterer inne i brønnproduksjonsrørventilen.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 8 eller 9,karakterisert vedat fremgangsmåten er syklisk slik at kombinasjonen av ventilelementposisjoner er repetert over et forhåndsbestemt antall styringssignaler.

11. Fremgangsmåte i samsvar med et av patentkravene 8 til 10,karakterisert vedat styringssignalet er en trykkpuls.