NO339967B1 - System, anordning og fremgangsmåte for aktivering av et verktøy for bruk i en borebrønn - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens område

[0001 ] Foreliggende oppfinnelse vedrører systemer for aktivering av ett eller flere verktøy innrettet til bruk i en borebrønn.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Hydrokarboner, så som olje og gass, utvinnes fra en underjordisk formasjon gjennom en borebrønn boret inn i formasjonen. En rekke verktøy anvendes i prosessen med å bore og komplettere borebrønnen, og også under brønnens produk-sjonslevetid. Mange av disse verktøyene blir aktivisert med bruk av trykksatt fluid som er inneholdt i selve verktøyet eller blir pumpet nedihulls fra overflaten, eller fluid som er produsert fra brønnen. Disse verktøyene, som ofte kalles hydraulisk aktiverte verktøy, har en rekke anvendelser. US 3,223,170 vedrører et hydraulisk trykksatt røroppheng. US 4,305,465 omhandler et undergrunnsrøroppheng og en stinger-sammenstilling.

[0003] Én anvendelse av hydraulisk aktiverte verktøy er til å sette et røroppheng. Under boring blir brønnboringen kledd med en streng av foringsrør som blir sementert på plass for å gi hydraulisk isolasjon og styrke brønnboringens integritet. Vanligvis blir flere foringsrørstrenger satt inn i en brønn etter hverandre. For eksempel blir en første foringsrørstreng satt inn i brønnboringen etter at brønnen er boret til et første dyp, og en andre foringsrørstreng blir satt inn i brønnboringen etter at brønnen er boret til et andre dyp. Den andre strengen settes slik at den øvre delen av den andre foringsrørstrengen overlapper med den nedre delen av den første forings-rørstrengen. En streng av foringsrør som ikke går helt opp til overflaten kalles gjerne et forlengningsrør. Den andre strengen blir også sementert på plass i borebrønnen. Denne prosessen kan bli gjentatt som nødvendig.

[0004] Røropphenget anvendes for å henge opp eller forankre et forlengningsrør fra en andre foringsrørstreng. Flere typer røroppheng er kjent for fagmannen, omfattende hydrauliske røroppheng. I tradisjonelle hydrauliske røroppheng blir fluid tilført under trykk inn i et ringrom mellom en stamme og en omkringliggende sylinder. Det hydrostatiske trykket i fluidet mellom sylinderen og stammen skaper en kraft på den innvendige overflaten i sylinderen som gjør at sylinderen glir aksielt.

[0005] Tradisjonelt blir et hydraulisk røroppheng satt ved å påføre et forbestemt nivå av hydrostatisk trykk på røropphenget. Nærmere bestemt blir røropphenget ført inn i brønnboringen mens det står i kontakt med et fluid med et første hydrostatisk trykk, og så aktivert ved å øke trykket i fluidet. I en tradisjonell utførelse blir en kule sluppet ned i brønnboringen og landet på et sete som i alminnelighet er anordnet nedenfor røropphenget i borebrønnen. Fluid blir så pumpet inn i brønnboringen under trykk for å aktivere det hydrauliske røropphenget.

[0006] Tradisjonelle hydrauliske røroppheng kan bli satt for tidlig dersom det opptrer en trykktopp av tilstrekkelig størrelse i borestrengen, eller dersom trykket i fluidet utenfor røropphenget uventet faller. Tradisjonelle metoder for å hindre utilsiktet setting av røropphenget omfatter bruk av skjærpinner for mekanisk å holde fast sylinderen mens forlengningsrørenheten føres inn i hullet, og lukninger eller strømningsbegrensningsanordninger som hindrer at fluid kommer inn i det hydrauliske røropphenget før røropphenget er klar til å bli satt.

[0007] De tradisjonelle metodene har forskjellige ulemper, omfattende, men ikke begrenset til høye kostnader og kompliserte verktøy. De tradisjonelle metodene kan også påtvinge uønskede begrensninger i utplasseringen av røropphenget, så som akseptable grenser for sirkuleringstrykk i og strømningsmengde av borefluid. Ulempene med tradisjonelle hydrauliske røroppheng er kun et eksempel på de generelle problemene med brønnverktøy som betjenes med bruk av hydrostatisk trykk mens de befinner seg i brønnboringen.

[0008] Foreliggende oppfinnelse løser disse og andre problemer med kjent teknikk.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0009] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. I forskjellige aspekter tilveiebringer foreliggende oppfinnelse systemer, anordninger og fremgangsmåter for aktivering av et brønnverktøy. Et eksempel på aktuator tilveie-bragt ifølge foreliggende oppfinnelse blir operativt koblet til brønnverktøyet og ført inn i en brønnboring på en arbeidsstreng. Når fluidet i arbeidsstrengen når et forbestemt påført trykk, innleder aktuatoren en spesifisert handling, så som aksiell bevegelse, rotasjon, ekspansjon, etc. som aktiverer eller betjener brønnverktøyet. For tidlig aktivering av brønnverktøyet hindres ved å anvende en motstandskraft på aktuatoren som, alene eller i samvirke med en annen mekanisme, sperrer for eller begrenser bevegelse av aktuatoren. Denne motstandskraften skapes av påført trykk i fluidet i arbeidsstrengen.

[0010] I én utførelse innrettet for bruk på en borestreng omfatter aktuatoren et aktiveringsorgan med et første og et andre trykkammer. Aktuatoren omfatter også en trykkreguleringsanordning som kan regulere trykket i de to kamrene. De to trykkamrene er uavhengig hydraulisk koblet til fluidet i borestrengen, og er innrettet slik at trykket i kamrene skaper motsatt rettede krefter, en drivkraft og en motstandskraft, på aktiveringsorganet. I én utførelsesform omfatter aktiveringsorganet en sylinder glidbart anordnet på en stamme. Trykkamrene, som er dannet mellom sylinderen og stammen, kommuniserer med fluidet i borestrengen gjennom porter dannet i stammen. Ved behov skaper trykkreguleringsanordningen en hydraulisk forsegling mellom de to kamrene ved for eksempel å anvende et tetningselement og et lukkeorgan. Denne hydrauliske forseglingen kobler hydraulisk det første trykkammeret til fluidet oppihulls den hydrauliske forseglingen. Fluidet nedihulls den hydrauliske forseglingen og det andre trykkkammeret er i stor grad isolert fra trykkøkninger i oppihullsfluidet som følge av den hydrauliske forseglingen.

[0011] For å aktivere aktuatoren og dermed aktivere brønnverktøyet blir trykket i det første kammeret økt i forhold til trykket i det andre kammeret. For eksempel, etter at den hydrauliske forseglingen er dannet av trykkreguleringsanordningen, kan en overflatepumpe bli aktivisert for å øke det påførte trykket i fluidet oppihulls den hydrauliske forseglingen. Når den aktiviseres av det trykksatte fluidet, øker styrken til drivkraften som skapes av det første trykkammeret. Når trykkforskjellen er stor nok, overvinner drivkraften motstandskraften, og dermed beveges aktiveringsorganet. Bevegelsen av aktiveringsorganet aktiverer i sin tur brønnverktøyet.

[0012] Aktuatoren kan innrettes for å betjene røroppheng så vel som andre verktøy som anvendes i brønnboringen. Videre kan det trykksatte fluidet i tillegg til borefluid være vann, syntetisk materiale, hydraulikkolje eller formasjonsfluider.

[0013] Det må forstås at eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er oppsummert nokså generelt for at den følgende detaljerte beskrivelsen av disse skal forstås bedre, og for at bidragene til teknikken skal gjenkjennes. Oppfinnelsen omfatter selvfølgelig ytterligere trekk som vil bli beskrevet i det følgende, og som vil danne gjenstanden for de vedføyde kravene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0014] For en gjennomgående forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den følgende detaljerte beskrivelsen av foretrukne utførelsesformer, sett sammen med de vedlagte figurene, der like elementer er gitt like referansenummer og der:

[0015] Figur 1 skjematisk illustrerer én utførelsesform av et aktuatorverktøy tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse;

[0016] Figurene 2A og 2B skjematisk illustrerer utsnitt av en utførelsesform av et aktuatorverktøy tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse som er innrettet for bruk i forbindelse med et røroppheng;

[0017] Figurene 3A og 3B illustrerer utsnitt av en utførelsesform av trykkamre ifølge foreliggende oppfinnelse;

[0018] Figur 4 skjematisk illustrerer én utførelsesform av en trykkreguleringsanordning tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse som anvender en lukning;

[0019] Figur 5 skjematisk illustrerer én utførelsesform av en trykkreguleringsanordning tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse som anvender en strømningsbegrensningsanordning; og

[0020] Figur 6 skjematisk illustrerer en seksjonert skisse av et forlengningsrør-boresystem som anvender et aktuatorverktøy tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse.

BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

[0021] Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger og fremgangsmåter for aktivering av brønnverktøy. Foreliggende oppfinnelse kan realiseres i forskjellige utførelser. Konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er vist i figurene og vil her bli beskrevet nærmere, men det er underforstått at beskrivelsen gitt her er å betrakte som en illustrasjon av prinsippene i oppfinnelsen, og ikke er ment å begrense oppfinnelsen til det som er illustrert og beskrevet her.

[0022] Figur 1 illustrerer skjematisk én utførelsesform av en verktøyaktuator 100 tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse for å betjene et verktøy 10 som er ført via en arbeidsstreng 12 inn i en brønnboring. Verktøyaktuatoren 100, som vil bli beskrevet nærmere nedenfor, aktiveres som reaksjon på anvendt trykk i fluidet. Anvendt trykk er generelt definert som det totale trykket som anvendes av fluidet. Det totale trykket kan være det hydrostatiske trykket, eller kan være summen av flere komponenter så som hydrostatisk trykk, dynamiske trykktap og en trykkforskjell forårsaket av en anordning så som en slampumpe på overflaten eller en pumpe nede i brønnen. Aktuatoren 100 omfatter et aktiveringsorgan 102 direkte eller indirekte koblet til verk-tøyet 10, et første trykkammer 104, et andre trykkammer 106 og en trykkreguleringsanordning 108. Trykkreguleringsanordningen 108 regulerer trykket i hvert kammer 104 og 106. Trykket i kamrene 104 og 106 skaper begge en kraft på aktiveringsorganet 102 som er hovedsaklig motsatt rettede. Når de to kamrene 104 og 106 har tilnærmet samme trykk, er de motsatte kreftene i balanse og aktiveringsorganet 102 holder seg i ro. Når det er ønsket, kan trykkreguleringsanordningen 108 variere trykket i ett av de to kamrene 104 og 106 for å skape en nettokraft som gjør at aktiveringsorganet 102 reagerer på en forhåndsdefinert måte, for eksempel glir, roterer, mates ut, trekkes inn, etc. Reaksjonen til aktiveringsorganet 102 aktiverer verktøyet 10.

[0023] I én utførelse blir aktuatoren 100 aktivisert ved anvendelse av trykksatt fluid i en boring 14 i arbeidsstrengen 12. De første og andre trykkamrene 104 og 106 står i hydraulisk kommunikasjon med boringen 14 henholdsvis gjennom porter 110 og 112. Det første trykkammeret 104 genererer en drivkraft F1 innrettet for å bevege aktiveringsorganet 102, mens det andre trykkammeret 106 genererer en motstandskraft F2 som midlertidig eller selektivt motvirker kraften F1 som skapes av det første trykkammeret 104. I en slik utførelse, så lenge kamrene 104 og 106 kommuniserer med trykksatt fluid med det samme hydrauliske trykket, vil trykkverdiene i kamrene 104 og 106 og de tilhørende genererte kreftene være hovedsaklig like, og aktiveringsorganet 102 vil holde seg i ro, dvs. at bevegelse stort sett vil være hindret.

[0024] Det må forstås at aktiveringsorganet 102 vil holde seg i ro også om det anvendte trykket i fluidet i boringen 14 i betydelig grad og uventet øker mens verktøyet 100 føres inn i brønnboringen eller på et senere tidspunkt. Dette er fordi det økte anvendte trykket vil virke på begge kamrene 104 og 106. Selv om størrelsen til drivkraften F2 kan øke som følge av en trykktopp, vil følgelig også størrelsen til motstandskraften F2 øke siden det anvendte trykket i fluidet som aktiviserer det første trykkammeret 104 også aktiviserer det andre trykkammeret 106. Følgelig vil motstandskraften F2 oppheve drivkraften F1, og med det minimere risikoen for at aktiveringsorganet 102 vil bevege seg. På samme måte, dersom trykket i fluidet utenfor verktøyet 100 uventet faller, vil ikke dette trykkfallet forårsake bevegelse av aktiveringsorganet 102 fordi det andre trykkammeret 104, og motstandskraften det genererer, hindrer bevegelse av aktiveringsorganet 102 som følge av det anvendte trykket i fluidet inne i verktøyet 100.

[0025] Når det er ønsket, kan trykkreguleringsanordningen 108 skape en trykkubalanse eller en trykkforskjell ved å la fluider med forskjellige anvendte trykk kommunisere med hvert av kamrene 104 og 106. Når trykkforskjellen når en predefi-nert eller forbestemt verdi, vil nettokraften generert av det første trykkammeret 104 overvinne den motsatte kraften fra det andre trykkammeret 106 og bevege aktiveringsorganet 102, som da aktiverer verktøyet 10.

[0026] Det må forstås at trykkammeret 106 ikke trenger å tilveiebringe hele motstandskraften eller danne mekanismen for å oppveie drivkraften F1. For eksempel kan en forspenningsstruktur eller fjær anvendes for å tilveiebringe en forbestemt motstand mot bevegelse av aktiveringsorganet 102. Videre kan en skjærpinne eller et annet sviktende element anvendes for å øke motstanden som drivkraften F1 må overvinne for å bevege aktiveringsorganet 102. Det må også forstås at motstandskraften F2 ikke nødvendigvis forårsaker bevegelse av aktiveringsorganet 102. Nærmere bestemt kan kraften F2 tjene til å holde aktiveringsorganet 102 ved et grense-eller et endepunkt for bevegelsen av aktiveringsorganet 102.

[0027] Som vil bli klart kan idéene i foreliggende oppfinnelse anvendes for en rekke forskjellige brønnverktøy, og i alle faser av brønnkonstruksjon og produksjon. Følge-lig er utførelsesformene beskrevet kun eksempler på anvendelsen av foreliggende oppfinnelse.

[0028] Figurene 2A og 2B viser en utførelsesform av en aktuator 120 innrettet for å aktivere et røroppheng 50. Røropphenget har en tradisjonell utførelse og omfatter anordninger så som holdekiler 52, en holdekileholder 54 og en skjærpinne 56. En arbeidsstreng eller annen passende transportanordning (ikke vist) kan anvendes for å føre dette og annet utstyr inn i en borebrønn. Aktuatoren 120 aktiviseres av det anvendte trykket i fluid i en indre boring 126 i aktuatoren 120. Aktuatoren 120 er koblet til holdekileholderen 54, og er innrettet for å bevege holdekilene 52 aksielt når det anvendte trykket i boringen 126 når en forbestemt verdi. Under denne aksielle bevegelsen føres holdekilene 52 radielt utover og griper inn i foringsrørveggen.

[0029] I én utførelsesform omfatter aktuatoren 120 en indre stamme 128 konsentrisk anordnet innenfor en omkringliggende sylinder 130. Sylinderen 130 er innrettet for å gli aksielt langs stammen 128. For å lette sammenstilling omfatter sylinderen 130 en øvre sylinderseksjon 132, et avstandsstykke 134 og en nedre sylinderseksjon 136. Avstandsstykket 134 kobler sammen de øvre og nedre sylinderseksjonene 132 og 136 slik at sylinderen 130 opptrer som én samemenhengende struktur. Andre ut-førelser av sylinderen 130 vil selvfølgelig kunne ha flere eller færre komponenter. Aktuatoren 120 omfatter et første trykkrom eller -kammer 140 dannet i den øvre sylinderseksjonen 132, og et andre trykkrom eller -kammer 142 dannet i den andre sylinderseksjonen 136. Porter 144 og 146 dannet i den indre stammen 128 kobler hydraulisk kamrene 140 og 142 til den indre boringen 126. Som vil bli beskrevet nærmere nedenfor skaper en trykkubalanse eller -forskjell mellom de to kamrene 140 og 142 en nettokraft som forårsaker aksiell bevegelse av sylinderen 130.

[0030] Figur 3A viser et eksempel på utførelse av kammeret 140 for å generere drivkraften F1 for å bevege sylinderen 130. I bruk strømmer fluid i boringen 126 gjennom porten 144 og fyller kammeret 140. Hydraulikktrykket i fluidet i kammeret 140 påfører en kraft på overflatene som avgrenser kammeret 140. Når det er skapt en forbestemt trykkforskjell mellom kammeret 140 og kammeret 142, beveger sylinderen 130 seg aksielt i retningen angitt av pilen B. For å hindre eller minimere lekkasje av fluidet ut av kammeret 140 kan kammeret omfatte tetninger 152A og 152B. I én utførelsesform er tetningen 152A et bevegelig tetningselement som hovedsaklig beveger seg med sylinderen 130, og tetningen 152B er et stasjonært tetningselement som er festet til den indre stammen 134 med passende anordninger så som spennringer 153. Det må imidlertid forstås at andre utførelser med andre tetningselementer kan anvendes, og at atter andre utførelser ikke trenger omfatte slike tetningselementer i det hele tatt.

[0031] Figur 3B viser et eksempel på utførelse av kammeret 142 for skape en motstandskraft F2 som i hvert fall delvis motvirker drivkraften F1 for i hvert fall midlertidig å hindre eller begrense bevegelse av sylinderen 130. I bruk strømmer fluid i boringen 126 gjennom porten 146 og fyller kammeret 142. Hydraulikktrykket i fluidet påfører en kraft på overflaten som avgrenser kammeret 142. Denne kraften driver sylinderen 130 i retningen angitt av pilen C, som peker i hovedsaklig motsatt retning av pilen B. Tilsvarende som kammeret 140 kan kammeret 142 omfatte tetninger 162A og 162B. I én utførelsesform er tetningen 162A et bevegelig tetningselement som hovedsaklig beveger seg med sylinderen 130, og tetningen 162B er et stasjonært tetningselement som er festet til den indre stammen 128 med passende anordninger, så som spennringer 163.

[0032] Det vil forstås at størrelsen til trykkforskjellen som innleder bevegelse av sylinderen 130 vil avhenge av faktorer så som friksjonskrefter, anvendt trykk utenfor verktøyaktuatoren 100, skjærstyrken til eventuelle skjærpinner som anvendes for å sikre holdekileenheten, etc.

[0033] Nå med henvisning til figurene 1, 2A-2B regulerer en trykkreguleringsanordning 170 selektivt trykket i kamrene 140 og 142. Trykkreguleringsanordningen 170 er anordnet mellom portene 144 og 146 for selektivt å hydraulisk isolere kamrene som de respektive portene 144 og 146 står i forbindelse med. Trykkreguleringsanordningen 170 kan opprettholde hovedsaklig likt trykk i kamrene 140 og 142, og også variere trykket i det ene av de to kamrene 140 og 142 for å skape en trykkubalanse mellom disse. Foreksempel kan trykkreguleringsanordningen 170 i én tidsperiode opprettholde hovedsaklig likt trykk i kamrene 140 og 142, og i en på-følgende tidsperiode selektivt øke trykket i kammeret 140 eller redusere trykket i kammeret 142. En rekke forskjellige utførelser av trykkreguleringsanordningen 170 kan anvendes, og noen få av disse er beskrevet nedenfor.

[0034] Fortsatt med henvisning til figurene 1, 2A-2B omfatter i én utførelsesform trykkreguleringsanordningen 170 et tetningselement 172 og et lukkeorgan 174 som samvirker for i hvert fall midlertidig å blokkere boringen 126 i aktuatoren 120. Under innføring av brønnverktøyet 100, og før aktivering er nødvendig, tillater tetningselementet 172 strømning gjennom boringen 126. For å innlede aktivering av aktuatoren 120 blir lukkeorganet 174 innført ved overflaten inn i rørstrukturen som kobler aktuatoren 120 til overflaten (f.eks. en borestreng, et kveilerør, en produksjonsstreng, etc). Lukkeorganet 174 beveger seg ned rørstrukturen og danner inngrep med tetningselementet 172, som har en åpning eller passasje som er mindre enn eller lik størrelsen til lukkeorganet 174. Lukkeorganet 174 kan omfatte en kule, en plugg eller et annet objekt innrettet for å danne en blokkering over tetningselementet 172.

[0035] Når lukkeorganet 174 og tetningselementet 172 danner inngrep, skapes det en hydraulisk forsegling mellom porten 144 og porten 146. Denne forseglingen, som ikke trenger være en "lekkasjefri" forsegling, muliggjør en betydelig trykkforskjell over seg. Følgelig står trykkamrene 140 og 142 i kommunikasjon med to hydraulisk uav- hengige fluidmengder. De to fluidmengden trenger ikke være fullstendig isolert fra hverandre; f.eks. kan det være en viss fluidkommunikasjon eller hydraulisk kommunikasjon mellom de to fluidmengdene.

[0036] Kun for enkelhets skyld vil fluidet i området 180, som står i kommunikasjon med kammeret 140, bli referert til som oppihullsfluidet, og fluidet i området 182, som kommuniserer med kammeret 142, vil bli referert til som nedihullsfluidet. Trykket i oppihullsfluidet kan bli regulert, f.eks. økes, ved hjelp av en anordning så som en slampumpe. En økning av trykket i oppihullsfluidet vil selvfølgelig øke trykket i det første kammeret 140. Som følge av forseglingen som tilveiebringes av trykkreguleringsanordningen 170 holder trykket i nedihullsfluidet og fluidet i det andre kammeret 142 seg hovedsaklig lik det hydrostatiske trykket, og er stort sett upåvirket av det økte trykket i oppihullsfluidet.

[0037] Følgelig vil innledningsvis drivkraften F1 og motstandskraften F2 oppheve hverandre som følge av at de første og andre kamrene 140 og 142 mottar fluid med

samme anvendte trykk. Etter lukking av boringen 126 vil imidlertid økningen i det anvendte trykket i oppihullsfluidet og i det første kammeret 140 forårsake en tilhørende økning av styrken til kraften F1. Siden trykket i nedihullsfluidet hovedsaklig er statisk, endrer ikke motstandskraften F2 seg. Ved en forbestemt trykkforskjell mellom kamrene 140 og 142 overvinner drivkraften F1 motstandskraften F2, og beveger sylinderen 130 aksielt. Sylinderen 130, gjennom forbindelsen til holdekileholderen 54, aktiverer eller setter holdekilene 52.

[0038] Det må forstås at det midlertidige lukkingen i brønnen tilveiebringer en hydraulikklinje til kammeret som skaper drivkraften mens den isolerer eller frakobler kammeret som skaper motstandskraften fra denne hydraulikklinjen. I tillegg til en overflatepumpe som øker hydraulikktrykket, kan andre anordninger så som en nedihullspumpe eller også pyrotekniske anordninger anvendes for selektivt å øke hydraulikktrykket i denne hydraulikklinjen.

[0039] I én utførelse, etter at holdekilene 52 er satt, økes trykket i oppihullsfluidet ytterligere inntil tetningselementet 172 deformeres og slipper gjennom lukkeorganet 174. Etter at lukkeorganet 174 har forlatt setet og passert gjennom tetningselementet 172, gjenopprettes hydraulisk kommunikasjon og fluidstrømning gjennom boringen 126. I noen utførelsesformer kan tetningselementet 172 og lukkeorganet 174 være innrettet for å muliggjøre flere selektive blokkeringer av boringen 126.

[0040] Andre selektive boringsbegrensningsanordninger egnet til bruk i utførelses-former av foreliggende oppfinnelse er beskrevet i U.S.-patentet 5,146,992 og U.S.-patentetsøknaden 10/602,578, innlevert 24. juni 2003 med tittelen "Plug and Expel Flow Control Device", som begge er overdratt til samme og med dette inntas som referanse her for alle formål.

[0041] Figur 4 viser en trykkreguleringsanordning 200 som omfatter en aktuator 202 som selektivt beveger et lukkeorgan 204. Lukkeorganet 204 er innrettet for helt eller delvis å tette av porten 146 som fører til det andre trykkammeret 142 for med det å isolere det andre trykkammeret 142. Trykkreguleringsanordningen 200 kan være innrettet enten for "engangsbruk" eller for flere avtettinger og åpninger av porten 146, og kan omfatte en mekanisk anordning, en elektro-mekanisk anordning, en hydraulisk motor eller en annen passende anordning. For eksempel kan aktuatoren omfatte en spennstruktur som påfører en fjærkraft, et trykkammer som drives av hydraulikkfluid, en elektrisk motor, sviktende anordninger som holder fast lukkeorganet 204, etc.

[0042] Figur 5 viser en annen utførelsesform av en trykkreguleringsanordning 210 som omfatter en strømningsbegrensningsanordning 212 så som en ventil som selektivt regulerer strømning gjennom porten 146. Strømningsmengden gjennom strømningsbegrensningsanordningen 212 kan reguleres ved hjelp av en magnetventil eller en annen passende anordning. I atter andre utførelsesform er kan trykkreguleringsanordningen bare omfatte porter med forskjellig gjennomstrømningsareal. Nå med henvisning til figurene 3A-3B, kan for eksempel porten (eller portene) til kammeret 140 ha et større strømningsareal enn porten (eller portene) til kammeret 142. Forskjellen i tverrsnittsareal kan velges slik at økningen i hydraulikktrykk i boringen blir kommunisert raskere til kammeret 140 enn til kammeret 142, slik at det dermed skapes en ønsket trykkforskjell mellom kamrene 140 og 142.

[0043] Det må forstås at trykkreguleringsanordningen, uavhengig av den konkrete utførelsen, kan styre i hvilken grad hydraulikktrykk i boringen blir kommunisert til trykkamrene. Det må også forstås atfluidkommunikasjonen mellom boringen og kamrene ikke trenger å blokkeres fullstendig for å skape en ønsket trykkforskjell.

[0044] Figur 6 viser en brønnkonstruksjonsenhet 230 plassert over en underjordisk formasjon 232. Selv om enheten 230 er vist som en landbasert enhet, kan den også befinne seg offshore. Enheten 230 kan omfatte kjent utstyr og kjente innretninger så som et boretårn 234 på jordoverflaten 236, et foringsrør 238 og slampumper 240. En arbeidsstreng 242 opphengt inne i en borebrønn 244 anvendes for å transportere verktøy og utstyr inn i borebrønnen 244. Arbeidsstrengen 242 kan omfatte sammen-koblede rørdeler, borerør, kveilerør, produksjonsrør, forlengningsrør, foringsrør, og kan omfatte telemetrilinjer eller andre signal-/kraftoverføringsmedier som etablerer enveis eller toveis datakommunikasjon og kraftoverføring fra overflaten til et verktøy koblet til enden av arbeidsstrengen 242. Et passende telemetrisystem (ikke vist) kan være av en kjent type, for eksempel systemer basert på slam pulser, elektriske signaler, akustikk eller andre passende systemer. Verktøyet og utstyret som føres inn i brønnboringen kan omfatte, men er ikke begrenset til bunnhullsenheter, brønntrakt-orer, fremdriftsenheter, styreenheter, boremotorer, nedihullspumper, kompletterings-utstyr, perforeringskanoner, verktøy for frakturering av formasjonen, verktøy for å vaske borebrønnen, siler og annet produksjonsutstyr.

[0045] For forklaringsformål er arbeidsstrengen 242 vist som omfattende en borestreng som fører inn en bunnhullsenhet innrettet for forlengningsrør-boring ("forleng-ningsrør-boreenhet") 246 inn i borebrønnen 244. Eksempler på forlengningsrør-boresystemer er beskrevet i de felles overdratte U.S.-patentene 5,845,722 og 6,196,336, som med dette inntas som referanse herfor alle formål. Forlengningsrør-boreenheten 246 omfatter et røroppheng 248 og en aktuator 250.

[0046] Nå med henvisning til figurene 2-6, i et eksempel på bruk, borer forlengnings-rør-boreenheten 246 brønnboringen 244 mens slampumpen 240 sirkulerer borefluid ned borestrengen 242. Borefluidet og medfølgende borespon strømmer tilbake opp et ringrom 252 dannet av borestrengen 242 og brønnboringen 244. Under boring kommuniserer begge trykkamrene 140, 142 i aktuatoren 120 med borefluidet i borestrengen 244, og følgelig har begge trykkamrene 140, 142 omtrent samme anvendte trykk som borefluidet i borestrengen 242. Følgelig er de motsatt rettede kreftene som skapes av trykket i de første og andre kamrene 140, 142 tilnærmet like og balanserer hverandre. På den måten holder aktuatoren 120 seg tjenlig hovedsaklig i ro uavhengig av det anvendte trykknivået eller trykkfluktuasjoner inne i borestrengen 242.

[0047] Når forlengningsrør-boreenheten 246 har boret til et ønsket dyp, kan røropp-henget 248 bli aktivert på følgende måte. I utførelsesformer som anvender lukking av boringen 126, så som i figurene 2A og 2B, avbrytes boreprosessen og lukkeorganet 174 "slippes" inn i borestrengen 242. Lukkeorganet 174 beveger seg ned gjennom borestrengen 242 inntil det danner inngrep med tetningselementet 172 og danner en blokkering i borestrengen 242 som hydraulisk isolerer det første trykkammeret 140 fra det andre trykkammeret 142. Deretter blir slampumpen 240 aktivert for å øke det anvendte trykket i borefluidet i borestrengen 242. Som følge av blokkeringen vil det anvendte trykket kun øke i borefluidsøylen inne i borestrengen 242 og oppihulls blokkeringen. Borefluidsøylen i borestrengen 242 og nedenfor blokkeringen vil forbli ved et lavere anvendt trykk. Siden det første trykkammeret 140 kommuniserer med fluidet oppihulls blokkeringen øker det anvendte trykket i det første trykkammeret 140 i forhold til trykket i det andre trykkammeret 142, som står i kommunikasjon med borefluidet nedihulls for blokkeringen. Når en tilstrekkelig trykkforskjell er dannet mellom de første og andre trykkamrene 140, 142, vil nettokraften som anvendes av det første trykkammeret 140, presse sylinderen 130 aksielt mot holdekilene 52. Via holdekileholderen 54 driver sylinderen 130 holdekilene 52 i røropphenget til inngrep med foringsrøret 238.

[0048] I tillegg til å være stort sett upåvirket av trykkfluktuasjoner under boring, kan aktuatoren 120 heller ikke bli utilsiktet aktivert av trykkfluktuasjoner når forlengnings-rør-boreenheten 248 og borestrengen 244 føres inn i hullet (f.eks. som følge av en trykksvingning).

[0049] Det må forstås at utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse gir en rekke driftsmessige og situasjonsbetingende fordeler. For eksempel vil en under boring kunne møte på formasjoner med et forholdsvist lavt frakturtrykk. I slike tilfeller vil det å øke trykket i brønnboringen for å sette et røroppheng utsette formasjonen for uakseptabelt høye anvendte trykk. Med utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse ser en at økningen i anvendt trykket som anvendes for å aktivere verktøyaktuatoren og dermed sette røropphenget hovedsaklig er begrenset til inne i borestrengen. Følgelig er formasjonen i stor grad beskyttet mot skade som ellers ville kunne oppstå dersom den ble utsatt for et anvendt trykk som overstiger formasjonens frakturtrykk.

[0050] I et annet eksempel vil under boring det hydrostatiske trykket utenfor borestrengen kunne være betydelig lavere enn det hydrostatiske trykket inne i borestrengen. Et slikt tilfelle kan for eksempel oppstå dersom borefluid som tapes til formasjonen reduserer det hydrostatiske trykket i borefluidet som strømmer opp ring-rommet i brønnboringen. Siden aktivering av verktøyaktuatoren iverksettes ved aktivt å regulere trykket inne i borestrengen, er verktøyaktuatoren stort sett upåvirket av det hydrostatiske trykknivået i fluidet utenfor borestrengen eller verktøyaktuatoren. Nær mere bestemt vil selv ikke et dramatisk fall i det eksterne trykket forårsake bevegelse av aktuatoren siden motstandskraften som jobber mot bevegelse anvender hydrostatisk trykk inne i aktuatoren for å hindre utilsiktet aktivering av aktuatoren.

[0051] Det må også forstås at idéene i foreliggende oppfinnelse enkelt kan anvendes med en rekke forskjellige verktøy i andre sammenhenger enn forlengningsrør-boring. For eksempel kan i noen anvendelser fluider så som vann, syre og frakturingsfluider bli sirkulert i brønnboringen. Videre kan formasjonsfluider så som olje og vann i noen tilfeller anvendes for å drive aktuatoren.

[0052] Noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan være innrettet for bruk i tilfeller der fluidtrykk ikke anvendes for å aktivisere et verktøy eller en anordning. For eksempel kan enkelte verktøy aktiveres eller aktiviseres av vibrasjoner, slampulser, bevegelse av verktøyet, frekvenser, elektroniske signaler, etc. Aspekter ved foreliggende oppfinnelse, omfattende, men ikke begrenset til bruk av motsatt rettede krefter, kan anvendes til fordel i slike tilfeller.

[0053] Videre må det forstås at selv om utførelsesformene beskrevet her kun illustrerer to trykkamrene, flere trykkamre kan legges til for ytterligere å utvide bruksområdet for anordninger tilvirket i henhold til foreliggende oppfinnelse. I samme henseende, selv om aktivering av brønnverktøyet er beskrevet, kan utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse lett innrettes for å tilbakeføre et brønnverktøy til betingelsene før aktivering (f.eks. skru et verktøy på og av igjen, sette og frigjøre et verktøy, etc.)

[0054] Det må videre forstås at betegnelser så som "første" og "andre" og "oppihulls" og "nedihulls" ikke uttrykker noen bestemt prioritet, viktighet eller orientering, men kun anvendes for bedre å beskrive de innbyrdes relasjonene mellom elementene som de er anvendt om. Videre refererer betegnelsen aksiell eller langsgående generelt til retningen langs lengdeaksen til en borebrønn eller et verktøy, men som angitt over er ikke aktuatoren begrenset til bevegelse i noen bestemt retning.

[0055] Den foregående beskrivelsen er rettet mot konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for illustrasjons- og forklaringsformål. Det vil imidlertid være klart for fagmannen at mange modifikasjoner og endringer av utførelsesformen angitt over kan gjøres uten å avgå fra oppfinnelsens ramme og idé, slik som definert av patentkravene. Det er meningen at de følgende kravene skal tolkes å dekke alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for å aktivere et brønnverktøy (10), omfattende trinn med å: operativt koble en aktuator (120, 202, 250) til brønnverktøyet (10);karakterisert vedat: aktuatoren (120, 202, 250) omfatter et første trykkammer (104, 140) innrettet for å generere en drivkraft for å aktivere aktuatoren (120, 202, 250), og et andre trykkammer (106, 142) innrettet for å generere en motstandskraft for å motarbeide aktivering av aktuatoren (120, 202, 250); føre brønnverktøyet (10) og aktuatoren (120, 202, 250) inn i en brønnboring (244);-generere motstandskraften i hvert fall delvis ved å bruke et anvendt trykk i et fluid i brønnboringen (244); isolere det første trykkammer (104, 140) fra det andre trykkammer (106, 142) ved å bruke et lukkeorgan (174, 204); aktivere aktuatoren (120, 202, 250) og å overvinne motstandskraften ved å øke et anvendt trykk oppihulls for lukkeorganet (174, 204) mens det andre trykkammer (106, 142) er i kommunikasjon med et fluid nedihulls for lukkeorganet (174, 204); og øke videre trykket oppihulls for lukkeorganet (174, 204) for å forskyve eller bevege lukkeorganet (174, 204).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der isolasjonen danner en første fluidsøyle i kommunikasjon med det første trykkammer (104, 140) og en andre fluidsøyle i kommunikasjon med det andre trykkammer (106, 142), idet den første fluidsøylen er separert fra den andre fluidsøylen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, videre omfattende å hydraulisk isolere det andre trykkammeret fra fluidet oppihulls for lukkeorganet (174, 204).

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1-3, videre omfattende å gjenopprette fluidstrømning i rørstrukturen ved å føre lukkeorganet (174, 204) gjennom aktuatoren (120, 202, 250).

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, hvor det første trykket aktiverer aktuatoren (120, 202, 250), og det andre trykket som er større en det første trykket, forskyver eller beveger lukkeorganet (174, 204).

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, videre omfattende å anvende en arbeidsstreng (12, 242) for å føre inn brønnverktøyet (10) og aktuatoren (120, 202, 250) i brønnboringen (244); og å pumpe fluidet inn i arbeidsstrengen (12, 242).

7. Anordning for å aktivere et verktøy (10) innrettet for bruk i en borebrønn (244), omfattende: en aktuator (120, 202, 250) operativt koblet til brønnverktøyet (10);karakterisert ved: et første trykkammer (104, 140) innrettet for å generere en drivkraft som forskyver eller beveger aktuatoren (120, 202, 250); et andre trykkammer (106, 142) innrettet for å generere en motstandskraft som motarbeider bevegelse av aktuatoren (120, 202, 250); og en trykkreguleringsanordning (108, 170, 200, 210) som er konfigurert til å tillate en økning i et anvendt trykk i det første trykkammer (104, 140) mens det andre trykkammer (106, 142) er i kommunikasjon med et fluid nedihulls for et lukkeorgan (174, 204) som selektivt isolerer det første trykkammer (104, 140) fra det andre trykkammer (106, 142), hvor lukkeorganet (174, 204) er konfigurert til å passere gjennom trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) som respons på en trykkøkning i fluidet oppihulls for lukkeorganet (174, 204).

8. Anordning ifølge krav 7, der aktuatoren (120, 202, 250) omfatter et aktiveringsorgan (102).

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, der aktuatoren (120, 202, 250) omfatter en sylinder (130) glidbart anordnet på en stamme (128), der de første og andre trykkamrene er dannet mellom disse.

10. Anordning ifølge krav 9, videre omfattende en første og en andre port (144, 146) dannet i stammen (128) som er konfigurert til å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom en fluidmengde og henholdsvis det første og det andre trykkammeret.

11. Anordning ifølge krav 10, der trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) er innrettet for i stor grad å hydraulisk isolere det første trykkammeret (104, 140) fra det andre trykkammeret (106, 142).

12. Anordning ifølge krav 10, der trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) omfatter et tetningselement (172) anordnet mellom de første og andre portene (144, 146), der tetningselementet (172) er innrettet for å motta lukkeorganet (174, 204).

13. Anordning ifølge ethvert av krav 7-12, der det første trykkammeret (104, 140) er konfigurert til å generere en drivkraft som forskyver eller beveger aktuatoren (174, 204) ved mottak av fluid ved et forutbestemt anvendt trykk.

14. Anordning ifølge ethvert av krav 7-13, der verktøyet (10) er et røroppheng (50, 248).

15. System for å betjene et verktøy (10) for bruk i en borebrønn (244), omfattende: en rigg et sted på overflaten; en arbeidsstreng (12, 242) innrettet for å føre inn verktøyet (10) og en aktuator (120, 202, 250) som er koblet til verktøyet, i brønnboringen (244) fra riggen;karakterisert vedat: aktuatoren (120, 202, 250) omfatter et første (104, 140) og et andre (106, 142) trykkammer i kommunikasjon med et fluid i arbeidsstrengen (12, 242), der de første og andre kamrene er innrettet for å generere krefter i hovedsakelig motsatte retninger; en trykkreguleringsanordning (108, 170, 200, 210) innrettet for selektivt i stor grad å hydraulisk isolere de første og andre trykkamrene fra hverandre, idet trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) er konfigurert til å tillate en økning i et anvendt trykk i det første trykkammer (104, 140) mens det andre trykkammer (106, 142) er i kommunikasjon med fluidet nedihulls for trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210); og et lukkeorgan (174, 204) som samvirker med trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) for selektivt å isolere det første trykkammer (104, 140) fra det andre trykkammer (106, 142), hvor lukkeorganet (174, 204) er konfigurert til å passere gjennom trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) som respons på en trykkøkning i fluidet oppihulls for lukkeorganet (174, 204).

16. System ifølge krav 15, videre omfattende en pumpe på overflaten innrettet for selektivt å øke et anvendt trykk i fluidet i arbeidsstrengen (12, 242).

17. System ifølge krav 15 eller 16, videre omfattende en forlengningsrør-bore-enhet (246) koblet til arbeidsstrengen (12, 242); og der verktøyet (10) er et rør-oppheng (50, 248) forbundet med forlengningsrør-boreenheten (246).

18. System ifølge krav 17, der aktuatoren (120, 202, 250) omfatter en sylinder (130) som er glidbart anordnet på en stamme (128), idet de første og andre trykkamrene er dannet mellom disse.

19. System ifølge krav 18, der røropphenget (50, 248) omfatter holdekiler (52) innrettet for å bli ført radielt utover ved glidende bevegelse av sylinderen (130).

20. System ifølge krav 15, der trykkreguleringsanordningen (108, 170, 200, 210) omfatter et tetningselement (172) innrettet for å motta lukkeorganet (174, 204), der inngrep mellom lukkeorganet (174, 204) og tetningselementet (172) i stor grad hydraulisk forsegler det første trykkammeret (104, 140) fra det andre trykkammeret (106, 142).