NO340380B1 - Apparat for å forandre brønnfluidtemperatur - Google Patents

Description

BAKGRUNN

I boreindustrien kan et borefluid brukes ved boring av et borehull. Borefluidet kan brukes til å gi trykk i borehullet, rense borehullet, kjøle og snøre borkronen, og lignende. Borehullet kan omfatte et foret parti og et åpent parti. Det åpne parti strekker seg under den siste foringsrørstrengen, som kan være sementert til formasjonen over en ledersko. Borefluidet sirkuleres i borehullet gjennom borestrengen. Borefluidet blir så ført tilbake til overflaten gjennom ringrommet mellom borehullveggen og borestrengen. Trykket i borefluidet som strømmer gjennom ringrommet, virker på det åpne borehull. Borefluidet som strømmer opp gjennom ringrommet bringer med seg borekaks fra borehullet og eventuelle formasjonsfluider som kan trenge inn i borehullet.

Borefluidet kan brukes til å gi tilstrekkelig hydrostatisk trykk i brønnen, for å hindre innstrømming av slike formasjonsfluider. Borefluidets densitet kan også styres for å gi ønsket brønntrykk. Formasjonsfluidene i formasjonen gir et poretrykk, som er trykket i formasjonsporerommet. Når poretrykket overstiger trykket i det åpne borehull, søker formasjonsfluidene å strømme fra formasjonen inn i det åpne borehull. Derfor blir trykket i det åpne borehull opprettholdt ved et høyere trykk enn poretrykket. Innstrømning av formasjonsfluid i borehullet kalles et brønnspark. Etter som formasjonsfluidet som trenger inn i borehullet normalt har en lavere densitet enn borefluidet, kan et brønnspark potensielt redusere det hydrostatiske trykk i borehullet og derved tillate en akselererende innstrømning av formasjonsfluid. Dersom denne innstrømning ikke blir holdt under tilstrekkelig kontroll, kan den føre til en ukontrollert utblåsing av brønnen. Følgelig omfatter formasjonsfdretrykket den nedre grense for tillatelig borehulltrykk i det åpne borehull, d.v.s. uforet borehull.

Selv om det kan være ønskelig å opprettholde borehulltrykket over boretrykket, kan det oppstå en sprekkdannelse i formasjonen. Med en formasjonssprekk, kan borefluidet i ringrommet strømme inn i sprekken, og derved minske mengden av borefluid i borehullet. I noen tilfeller kan tap av borefluid føre til at det hydrostatiske trykk i borehullet avtar, hvilket i sin tur tillater formasjonsfluider å trenge inn i borehullet. Trykket i formasjonssprekken kan danne en øvre grense for tillatelig borehulltrykk i et åpent borehull. I noen tilfeller vil formasjonen umiddelbart under ledeskoen ha det laveste sprekktrykket i det åpne borehull. Følgelig blir slikt sprekktrykk umiddelbart under ledeskoen ofte brukt til å fastlegge det maksimale ringromstrykk. I andre tilfeller skjer imidlertid det laveste sprekktrykket i det åpne borehull ved en lavere dybde i det åpne borehull enn formasjonen umiddelbart under denne ledeskoen. I et slikt tilfelle kan trykket ved denne lavere dybde brukes til å fastlegge det maksimale ringromstrykk.

Trykkgradienter plotter en flerhet av respektive porer-, sprekk-, og borefluidtrykk mot dybde i borehullet på en graf. Poretrykkgradienter og sprekktrykkgradienter samt trykkgradienter for borehullet er blitt brukt til å bestemme settedybder for foringsrørstrenger for å unngå at trykkene faller utenfor trykkgrensene i borehullet. Sprekktrykket kan bestemmes ved å utføre en lekkaksjetest under ledeskoen ved å utsette det hydrostatiske trykk i borehullet for overflatetrykk. Sprekktrykket er det punkt der en sprekkdannelse i formasjonen innledes, som indikert ved å sammenligne trykkendringer med volum under lekkasjetesten. Lekkasjetesten kan utføres umiddelbart etter sirkulering av borefluidet. Sirkuleringstemperaturen er temperaturen til det sirkulerende fluid, og den statiske temperatur er formasjonens temperatur.

Sirkulasjonstemperaturer er iblant lavere enn statiske temperaturer. Et sprekktrykk som er fastlagt ved en lekkasjetest utført ved sirkuleringstemperaturer like før testen ble utført, er lavere enn et sprekktrykk hvis testen ble utført ved statisk temperatur. Dette skyldes endringene i formasjonsspenning nær borehullet, som skriver seg fra den nedre sirkuleringstemperatur i forhold til den høyere statiske temperatur. For en sirkuleringstemperatur som er høyere enn den statiske temperatur, vil sprekktrykket som bestemmes fra en lekkasjetest på samme måte bli høyere enn hvis testen ble utført ved statisk temperatur.

For et gitt åpent hull-intervall, ligger området for tillatelige fluidtrykk imellom foretrykkgradienten og sprekktrykkgradienten for borehullpartiet mellom den dypeste ledesko og bunnen av brønnen. Borefluidets trykkgradienter kan til dels avhenge av hvorvidt borefluidet sirkuleres, hvilket vil gi et dynamisk trykk, eller ikke sirkuleres, hvilket kan gi et statisk trykk. Det dynamiske trykk omfatter i blant et høyere trykk enn det statiske trykk. Således har det maksimalt tillatelige, dynamiske trykk tendens til å begrenses av sprekktrykket. En foringsrørstreng må settes eller fluiddensitet reduseres når det dynamiske trykk overstiger sprekktrykket, dersom oppsprekking av brønnen skal unngås. Etter som sprekktrykket sannsynligvis er det laveste ved det høyeste uforede punkt i brønnen, er fluidtrykket ved dette punkt særlig aktuelt. I noen tilfeller er sprekktrykket lavest ved lavere punkt i brønnen. For eksempel kan uttømte soner under den siste foringsrørstreng ha det laveste sprekktrykk. I slike tilfeller er fluidtrykket ved den uttømte sone særlig aktuell.

Ved boring av en brønn kan dybden av de innledende foringsrørstrenger og de tilsvarende ledesko være bestemt av formasjonslagene, offisielle forskrifter, trykkgradientprofiler, og lignende. De innledende foringsrørstrenger kan omfatte lederør, forankringsrør og lignende. Sprekktrykkene kan begrense dybden av foringsrørstrenger som skal settes under ledeskoen til den første innledende foringsrørstreng. Disse foringsrørstrenger under de innledende foringsrørstrenger er mellomrørstrenger og lignende. For å bestemme den maksimale dybde av den første mellomrørstreng, kan en maksimal, innledende borefluiddensitet innledningsvis velges med sirkulasjonsborefluid-temperaturen lavere enn statisk temperatur, hvilket gir et dynamisk trykk som ikke overstiger sprekktrykket ved den første ledesko. Den maksimale borefluiddensitet kan også brukes til å sammenligne den statiske og/eller dynamiske trykkgradient med poretrykk- og sprekktrykk-gradientene for å indikere tillatelig trykkområde ved en dybde der foringsstrengen skal settes. Etter at den første mellomrørstreng er satt, kan den maksimale densitet til borefluidet økes til et trykk der det dynamiske trykk ikke overstiger sprekktrykket ved ledeskoen til foringsrørstrengen som nettopp ble satt. Slik ny maksimal borefluidsdensitet kan så brukes til igjen å sammenligne den statiske og/eller dynamiske trykkgradient med poretrykk- og sprekktrykkgradientene for å indikere et tillatelig trykkområde og en dybde der den neste foringsrørstreng skal settes. Slike prosedyrer følges inntil den ønskede borehull dybde er nådd.

US 5215444 beskriver et system og en fremgangsmåte for å etablere og bibeholde fluid med en ønsket renhet, og viskositets- og temperaturnivåer i et strømningssystem. Systemet omfatter en pumpe som sirkulerer fluid fra en fluidkilde gjennom et hydraulisk lastesystem som omfatter en avlastningsventil. Ettersom fluid strømmer gjennom ventilen, er et trykkfall over ventilen virksomt, som begrenser strømmen gjennom ventilen. Dette trykkfallet over ventilen resulterer i spredning av varme, noe som øker temperaturen i fluid som strømmer gjennom ventilen. Under drift av systemet, hvis en lav temperatur i systemet blir identifisert, vil drivstrøm bli levert til pumpen, som pumper fluid gjennom ventilen med et kontrollert lavt trykkfall som resulterer i en kontrollert oppvarming av fluidet. Når fluidet er gjenopprettet til et ønsket temperaturn i vå, blir drivstrømmen til pumpen avbrutt for å avslutte strømningen gjennom ventilen. Nivået av varmen som frembringes i fluidet, kan justeres ved å justere graden av trykkfall når fluidet strømmer gjennom ventilen.

US 2004182443 beskriver en ventil for regulering av temperatur og vann balansering i en sone i et vannbasert varme- / kjølesystem. Ventilen omfatter et hus som har en vanninnløpsport og en vannutløpsport. En indre vegg med en åpning, som er plassert mellom åpningene, slik at når åpningen er lukket, blir vannstrømmen gjennom huset fra innløpsporten til utløpsporten forhindret. En plugg som har på forhånd bestemte strømningshastighets karakteristika er løsbart festet i en beholder i huset. Pluggen er konstruert og plassert for å bevege seg i forhold til åpningen, mellom åpen og lukket stilling, som henholdsvis tillater og hindrer strømning av vann gjennom huset. Et trykkuttak er anbrakt i huset på innløpssiden av veggen, og et annet trykkuttak er anbrakt i huset på utløps-siden av veggen.

US 6095249 beskriver en omløpsventil for bruk i borehull, særlig, men ikke utelukkende, omløpsventiler benyttet under innstillingen av hydrauliske forankringspakninger. Det kan tilveiebringes en omløpsventil for selektivt å isolere innsiden av en nedihulls sammenstilling fra utsiden av denne, omløpsventilen omfatter en styretapp i inngrep med en spalte som er tilpasset for å tillate bevegelse av et stempel fra en første stilling til en andre stilling som reaksjon på en forutbestemt trykkforskjell mellom en boring i stempelet og på utsiden av et legeme, men vanligvis hindres en bevegelse av stempelet til en tredje stilling der boringen til stempelet i det vesentlige er isolert fra utsiden av legemet, og en forlengelse av styresporet for overstyring av styretappen i sporet, for derved å tillate bevegelse av stempelet til den tredje stilling.

US 4653524 beskriver en sammenstilling for bruk i et system for oppvarming av vann, som omfatter en varme-veksler for oppvarming av kaldt vann for å frembringe overopphetet varmt vann og et blandekammer i hvilket det overopphetede varme vannet blandes med kaldt vann for å fremstille blandet varmt vann. En innløpsventil styrer strømmen av kaldt vann til varme-veksleren. En omløpsventil styrer strømmen av kaldt vann inn i blandekammeret. En strømningsbegrenser begrenser strømmen av kaldt vann fra omløpsventilen inn i blandekammeret når behovet etter blandet varmt vann øker ut over en forutbestemt mengde.

US 4260020 beskriver et verktøy for å styre strømmen av behandlingsfluid fra en rørstreng i en jordformasjon, hvor bunn-hulls trykket er mindre enn det hydrostatiske trykket av fluidet i strengen. I en annen anvendelse blir verktøyet brukt i forbindelse med et vaskeverktøy for å vaske sedimenter ut av foringsrøret og perforeringer i slissede foringer. Før brønnhullsoperasjon igangsettes, blir et glidbart stempel i verktøyet satt i stilling for å lukke utløpsporter. Stempelet blir holdt i lukket stilling ved samtidig virkning av en justeringsbolt og en trykkfjær. Fluidet blir frigjort fra rørstrengen ved påføring av tilstrekkelig fluidtrykk mot stemplet for å overvinne fjærbelastningen og således bevege stemplet nedover forbi fluidutløpsporten.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe et strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem omfattende: et kontrollsystemlegeme omfattende et strømningsløp som strekker seg gjennom lengden av kontrollsystemlegemet og omfatter et innløp og et utløp slik at all strømningsløp-fluid som kommer inn i kontrollsystemlegemets innløp går ut av kontrollsystemlegemets utløp; en ventilmekanisme inne i kontrollsystemlegemet regulerer strømningen til strømningsløpsfluid gjennom strømningsløpet mens strømningsfluidet bibeholdes i strømningsløpet i kontrollsystemlegemet, ventilmekanismen omfatter: en ventilhylse inne i strømningsløpet som danner et ringrom mellom utsiden av ventilhylsen og innsiden av kontrollsystemlegemet; ventilhylsen omfatter strømningsporter som tillater fluidstrømning gjennom ventilhylsen og inn i ringrommet; innsiden av ventilhylsen omfatter videre en fordypning rundt omkretsen som veksler mellom flere første og andre posisjoner; et stempel i forskyvningsbart inngrep med ventilhylsens innside, idet stemplets stilling i ventilhylsen styrer fluidstrømningen gjennom strømningsportene; stemplet omfatter videre en ratsjknast som strekker seg ut fra stempelet som beveger seg innenfor fordypningen slik at: stemplet beveger seg aksielt under en første last inntil ratsjknasten beveger seg til én av de andre posisjonene, ratsjknasten roterer stemplet når ratsjknasten beveger seg til én av de andre posisjonene; stemplet beveger seg aksielt under en andre last inntil ratsjknasten beveger seg til én av de første posisjonene, ratsjknasten roterer stempelet når ratsjknasten beveger seg til én av de første posisjonene; stemplet beveger seg selektivt mellom de første og andre posisjonene når stempelet roterer innenfor ventilhylsen; og posisjonen til stempelet i de første og andre posisjonene tillater varierende strømningsrater gjennom ventilhylsen; en aktivatorsom regulerer ventilmekanismen; og et betjeningssystem som betjener aktivatoren og styrer strømningsløpsfluidtrykket; og temperaturen til strømningsløpsfluidet blir kontrollert ved kontroll av trykkfallet til strømningsløpsfluidet over ventilmekanismen.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebringe en fremgangsmåte for regulering av temperaturen til et strømningsløpsfluid, omfattende: å strømme strømningsløpsfluid gjennom et kontrollsystemlegeme omfattende et strømningsløp som strekker seg gjennom lengden av kontrollsystemlegemet og omfatter et innløp og et utløp slik at all strømningsløpsfluid som kommer inn i kontrollsystemlegemets innløp går ut av kontrollsystemlegemets utløp; å strømme fluid gjennom en ventilmekanisme inne i strømningsløpet; selektivt å justere ventilmekanismen med en aktivator, ventilmekanismen omfatter: en ventilhylse inne i strømningsløpet som danner et ringrom mellom utsiden av ventilhylsen og innsiden av kontrollsystemlegemet; ventilhylsen omfatter strømningsporter som tillater fluidstrømning gjennom ventilhylsen og inn i ringrommet; innsiden av ventilhylsen omfatter videre en fordypning (107) rundt omkretsen som veksler mellom flere første og andre posisjoner; et stempel i forskyvningsbart inngrep med ventilhylsens innside, idet stemplets stilling i ventilhylsen styrer fluidstrømningen gjennom strømningsportene; stemplet omfatter videre en ratsjknast som strekker seg ut fra stempelet som beveger seg innenfor fordypningen; hvor det å selektivt justere ventilmekanismen omfatter: å bevege stemplet aksielt under en første last inntil ratsjknasten beveger seg til én av de andre posisjonene, ratsjknasten roterer stempelet når ratsjknasten beveger seg til én av de andre posisjonene; å bevege stemplet aksielt under en andre last inntil ratsjknasten beveger seg til én av de første posisjonene, ratsjknasten roterer stempelet når ratsjknasten beveger seg til én av de første posisjonene; å tillate varierende strømningsrater gjennom ventilhylsen i de første og andre posisjonene; å bibeholde strømningsløps fluidet i kontrollsystemlegemets strømningsløp når fluidet strømmer gjennom ventilmekanismen; å aktivere aktivatoren med et betjeningssystem; å kontrollere temperaturen til strømningsløpsfluidet ved å kontrollere trykkfallet over ventilmekanismen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For en nærmere beskrivelse av utføringsformene skal det nå henvises til de medfølgende tegninger: Fig. 1 viser et borehull med foringsrørstrenger og en borestreng;

Fig. 2 viser et strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem; og

Fig. 3 viser et planriss av den innvendige overflate av en eventuell ratsjhylse i én av utføringsformene av apparatet for endring av borehullfluidtemperatur.

NÆRMERE BESKRIVELSE AV UTFØRINGSFORMENE

Tegningene og beskrivelsen under viser spesielle utføringsformer med den forståelse at utføringsformene skal betraktes som eksempler på oppfinnelsens prinsipper, og er ikke ment å begrense oppfinnelsen til det som er vist og beskrevet. Videre skal det fullt ut erkjennes at de ulike omtaler av de nedenfor omtalte utføringsformer kan anvendes hver for seg eller i hvilken som helst egnet kombinasjon for å gi ønskede resultater.

Fig. 1 viser et borehull 10 som bores fra en overflate 15 og har en borestreng 20, en siste foringsrørstreng 25, og en neste foringsrørstreng 30. Borehullet 10 er boret i en formasjon 32. Borehullet 10 omfatter fortrinnsvis en foret borehullsseksjon 35 og en åpen borehullseksjon 40. Den forede

borehullseksjon omfatter det parti av borehullet 10 som foringsrørstrengene 25 og 30 er satt i. Den åpne borehullseksjon 40 omfatter en uforet seksjon av borehullet

10. Den siste foringsrørstreng 25 kan omfatte en forankringsrørstreng. Den neste foringsrørstreng 30 kan omfatte en mellomrørstreng. Alternativt kan den siste

foringsrørstreng 25 og/eller den neste foringsrørstreng 30 også omfatte hvilken som helst annen egnet foringsrørstreng. Den siste ledesko 45 er fortrinnsvis

anordnet ved bunnen av den siste foringsrørstreng 25. Den siste foringsrørstreng 25 kan være festet til formasjonen 32 ved hjelp av en siste sementseksjon 50, som er anordnet i ringrommet mellom formasjonen 32 og den siste foringsrørstreng 25. 1 alternative utføringsformet (ikke vist), kan ytterligere foringsrørstrenger, så som strukturelle lederørstrenger og lignende, være anordnet i borehullet 10 mellom overflaten 15 og den siste foringsrørstreng 25. Den neste ledesko 25 er fortrinnsvis anordnet ved bunnen av den neste foringsrørstreng 30. Den neste foringsrørstreng 30 kan være festet til formasjonen 32 ved hjelp av en neste sementseksjon 60 anordnet i ringrommet mellom formasjonen 32 og den neste foringsrørstreng 30. Borestrengen 20 kan også omfatte en borkrone 65, overgang 74 eller lignende, som kjent innen faget. Rørledningen omfattende borestrengen 20 er likeledes kjent innen faget. Rørledningen kan innbefatte kveilerør, skjøtet rør, og hvilket som helst annet egnet rør. Borehullet 10 kan også være et offs-shore borehull eller et landbasert borehull.

Under boring sirkuleres borefluid ned gjennom borestrengens 20 strømningsløp, gjennom overgangen 75 og ut gjennom borkronen 65. Borefluidet kan brukes til å drive brønnmotorer, smøre borkronen, eller andre brønnfunksjoner. Fluidet strømmer deretter tilbake opp gjennom borehullet 10 gjennom ringrommet mellom borehullet og borestrengen 20.

Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 påvirker selektivt temperaturen til fluidet som strømmer gjennom strømningsløpet til en borestreng ved å regulere strømningsløpfluidets gjennomstrømningshastighet. Fig. 2 og 3 viser en utføringsform av strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom et parti av overgangen 75. Som vist, omfatter overgang 75 et hus 77 samt et strømningsløp 79, som er en fortsettelse av strømningsløpet i borestrengen 20. Overgangen 75 omfatter også strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 som selektivt påvirker temperturen til fluidet som strømmer gjennom strømningsløpet 79, som angitt ved pil 86. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 omfatter en ventilmekanisme 87 som regulerer fluidstrømningen gjennom strømningsløpet 79. Ventilmekanismen 87 som vist i fig.

2 er en flerstillingsventilmekanisme som omfatter en ventilhylse 91, som ved hjelp av gjenger 93 står i inngrep med overgangshusets 77 innside. Hylsens 91 utside danner et ringrom 93 med innsiden av overgangshuset 77. Ventilhylsen 91 omfatter også strømningsporter 95 som slipper fluidstrømning gjennom hylsen 91 og inn i ringrommet 93 som angitt ved piler 97. I ventilhylsen 91 finnes et stempel 99 som forskyves for styring av fluidstrømning gjennom strømningsportene 95. Stemplet omfatter tetninger 101 som hindrer fluidstrømning over tetningene 101 mellom stemplets 99 utside og ventilhylsens 91 innside. Stemplet 99 styrer fluidstrømning gjennom ventilhylsen 91 ved selektiv åpning og lukking av fluidstrømning gjennom strømningsportene 95 når stemplet 99 forskyves i ventilhylsen 91. Ventilhylsen 91 omfatter også en avløpsport 103 som muliggjør justering av trykket i ventilhylsen til stemplets 99 bevegelse.

Som best vist i fig. 2 og 3, innbefatter ventilhylsen 91 også en ratsjhylse 105. fig. 3 viser innsiden av ratsjhylsen 105 åpnet i plan. Som vist innbefatter ratsjhylsens 105 innside et rundtløpende spor 107 som beveger seg frem og tilbake mellom første stillinger 109 og andre stillinger 111 rundt ratsjhylsens 105 innside. Sporet 107 kan også være utformet i selve ventilhylsen 91, uten behov for en separat ratsjhylse 105. Som vist i fig. 3, er det på utsiden av stemplet 99 en ratsjknast 113, som forskyves i sporet 107. Når ratsjknasten 113 forskyves mellom sporets 107 første og andre stillinger 109,111, beveges stemplet 99 aksialt samtidig som det roterer i ventilhylsen 91. Ved hver første og andre stilling 109, 111 vil stemplet 99 selektivt åpne eller lukke strømningsporter 95 for å tillate varierende fluid-gjennomstrømningshastigheter gjennom ventilhylsen 91. En eventuell låsering 115 inngår også i strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85. Låseringen 1115 kommer i inngrep med stemplet 99 for å låse stemplet 99 i en valgt stilling, for derved å opprettholde en valgt gjennomstrømningshastighet gjennom ventilhylsen 91.

Ventilmekanismen 87 kan også omfatte andre typer ventilmekanismer. For eksempel kan ratsjhylsen 105 for styring av stillingen til stemplet 99 sløyfes i ventilhylsen 91. Ventilmekanismen 87 kan også omfatte en enkelt stillingsventilmekanisme, så som en tallerkenventil, en dyse, en strømningsbane med redusert diameter, eller en buktet strømningsbane. Ventilmekanismen 87 kan også omfatte enkeltstilling-anordninger som brukes til å skape fluidinnsnevringer så som en strømningsstrupeinnretning plassert i strømningsløpet. Strømningsstrupeinnretningen kan for eksempel være en kule, en hylse, eller stang som slippes inn i strømningsløpet for å skape en strømningsbegrensning. Endring av begrensningen i strømningsløpet kan omfatte fjerning av borestrengen 20 fra borehullet 10 for å endre begrensningen av strømningsløpet. Endring av begrensningen i strømningsløpet kan også kreve bruk av kabelfiskemetoder for å installere og/eller gjenvinne begrensningsanordningen fra strømningsløpet. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 kan også omfatte flere enn én ventilmekanisme 87.

Som vist i fig. 2, omfatter en strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 videre en aktuatormekanisme 89, som omfatter en fjær 117, som er innrettet til å sammentrykkes av stemplets 99 bevegelse. Aktuatormekanismen 89 kan også omfatte enhver annen type aktuator for styring av ventilmekanismen 87. Aktuatormekanismen 89 kan for eksempel omfatte en mekanisk aktuator så som en fjær, en elektrisk aktuator så som en elektrisk motor, eller en hydraulisk aktuator så som et hydraulisk stempel. Aktuatormekanismen 89 kan også været et apparat som plasserer kulen, hylsen, stangen, eller annen

enkeltposisjonbegrensningsanordning i strømningsløpet.

Et betjeningssystem som ikke er vist, betjener selektivt aktuatormekanismen 89 og styrer fluidtrykket i strømningsløpet 79. Betjeningssystemet til strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 kan omfatte en fluidpumpe plassert i borestrengen 20 eller på overflaten 15, som styrer fluidtrykket i strømningsløpet 79. Betjeningssystemet betjener således aktuatormekanismen 89, og styrer således stillingen til stemplet 99, ved å styre fluidtrykket i strømningsløpet 79. Øking av fluidtrykket i strømningsløpet 79 frembringer en første belastning på stemplet 99 i retning av fluidstrømmen 86, som virker til å bevege stemplet 99 og sammentrykke fjæren 117. Når stemplet 99 sammentrykker fjæren 117, beveges stemplet 99 aksialt i ventilhylsen 91 og åpner selektivt strømningsportene 95 for å frembringe en ønsket gjennomstrøningshastighet. Forskyvning av stemplet 99 aksialt i ventilhylsen 91 forskyver også ratsjknasten 113 i ratsjhylsesporet 107. Når stemplet 99 forskyves aksialt for å sammentrykke fjæren 117, forskyves ratsjknasten 113 til én av de andre stillinger 111, idet stemplet 99 roteres i ventilhylsen 91. Når ratsjknasten 113 når én av de valgte andre stillinger 111, hindres stemplet 99 fra å beveges ytterligere aksialt for sammentrykking av fjæren 117. Enhver ytterligere øking av fluidtrykk i strømningsløpet 69 vil således ikke forskyve stemplet 99 for ytterligere sammentrykking av fjæren 117.

Betjeningssystemet vil også selektivt redusere fluidtrykket i strømningsløpet 79. Sammentrykking av fjæren 117 skaperen andre belastning på stemplet 99 fra fjæren 117. En minskning i fluidtrykket i strømningsløpet 79 lar fjæren 117 ekspandere og således forskyve stemplet 99 i motsatt retning av fluidstrømningen 86. Når fjæren 117 forskyver stemplet 99, forskyves stemplet 99 aksialt i ventilhylsen 91 og lukker selektivt porter 95 for å gi en ønsket gjennomstrømningshastighet. Forskyvning av stemplet 99 aksial i ventilhylsen 91 vil også forskyve ratsjknasten 113 i ratsjhylsesporet 107. Når fjæren 117 forskyver stemplet 99 aksialt, forskyves ratsjknasten 113 til én av de første stillinger 109, idet stemplet 99 roteres i ventilhylsen 91. Når ratsjknasten 113 når én av de valgte første stillinger 111, hindrer stemplet 99 fra ytterligere aksialbevegelse. Enhver ytterligere minskning i fluidtrykk i strømningsløpet 79 vil således ikke la fjæren 117 forskyve stemplet 99 ytterligere.

Betjeningssystemet forskyver også stemplet 99, slik at ratsjknasten 113 forskyves i ratsjsporet 107, hvorved stemplet 99 beveges frem og tilbake mellom de første stillinger 109 og andre stillinger 111 suksessivt idet stemplet 99 roterer i ventilhylsen 91. Suksessive økninger og minskninger i fluidtrykket i strømningsløpet 79 virker således til å bevege stemplet 99 selektivt under kraften av fluidtrykket og kraften av fjæren 117, når ratsjknasten 113 beveger seg gjennom de første stillinger 109 og andre stillinger 111. Betjeningssystemet og aktuatormekanismen 89 styrer således antallet strømningsporter 95, som er frilagt mot strømningsbanen ved selektivt å posisjonere ratsjknasten 113, og således stemplet 99 ved en ønsket første posisjon 109 eller andre posisjon 111. Bevegelse av ratsjknasten 1113 i sporet 107, og således stemplets 99 bevegelse, tillater varierende fluidgjennomstrømningshastigheter gjennom ventilhylsen 91. Når et ønsket antall frilagte strømningsporter 95 er utvalgt, kan betjeningssystemet brukes til å forskyve stemplet 99 syklisk gjennom ratsjsporets 107 stillinger, inntil stemplet 99 når den stillingen som tillater den ønskede

gjennomstrømningshastighet.

Betjeningssystemet kan fjernstyre aktuatormekanismen 89 som ovenfor omtalt. Betjeningssystemet kan også direkte betjene aktuatormekanismen 89. Betjeningssystemet kan også være ethvert system for betjening av aktuatormekanismen 89. Betjeningssystemet kan for eksempel være mekanisk så som en rotasjons- eller frem- og tilbake-bevegelsesanordning; hydraulisk så som påført trykk, styrt fluidgjennomstrømnings-hastighet, eller trykkpuls-telemetri; elektrisk så som en generator-strømtilførsel; eller akustisk så som en sonaranordning.

Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystemet 85 virker til å styre temperaturen til fluidet i strømningsløpet 79. Fluid strømmer gjennom strømningsløpet 79 som angitt ved retningspilen 86. Fluidet strømmer så gjennom strømningsportene 95 i ventilhylsen 91. Fluidet fortsetter deretter å strømme gjennom strømningsløpet 79, som angitt ved pilene 96 og 98. Når stemplet 99 er i én av de andre stillinger 111, vil ytterligere øking av strømningsløp-fluidtrykket ikke forskyve stemplet 99 videre aksialt i fluidstrømningens 86 retning. Således kan fluidtrykk i strømningsløpet 86 økes uten å øke strømningsarealet gjennom ventilhylsen 91. Øking av fluidtrykket i strømningsløpet 79 over ventilmekanismen 87 under bibehold av fluidstrømningsarealet gjennom ventilmekanismen 87, øker fallet i fluidtrykk over ventilmekanismen 87. Øking av fluidtrykkfallet over ventilmekanismen 87 øker temperaturen til fluidene i strømningsløpet 87 når de passerer ventilmekanismen 87. Temperaturen i strømningsløpfluidet økes på grunn av absorpsjonen av varme som frigjøres fra fluidtrykkfallet. Varmen frigjøres idet fluidenergien forbrukes over fluidtrykkfallet på grunn av energibevarings-prinsippet ifølge termodynamikkens første lov. Størrelsen av temperaturøkingen i borehullfluidet bestemmes av varmekapasiteten og densiteten til fluidet og fluidtrykkfallet. Antar man at for eksempel et fullstendig isolert system der all varmen absorberes av fluidet, vil et 1,8948E6 Pascal (1000 lbf/in<2>) fluidtrykkfall med et fluid som har en varmekapasitet på 2,0934 kJ/kg-K) (0,5 BTU/lbm-°F) og densitet på 1,1983 g/cm<3>(10 Ibm/gal), vil fluidtemperaturen øke med 15°C (4,9°F).

Selv om spesielle utføringsformer er blitt vist og beskrevet, kan modifikasjoner utføres av en fagmann på området, uten å avvike fra ånden og læren til denne oppfinnelsen. Utføringsformene som beskrevet er i bare eksempler og ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner er mulig og ligger innenfor oppfinnelsens ramme. Følgelig er beskyttelsesomfanget ikke begrenset til de beskrevne utføringsformer, men begrenses bare av kravene som følger, hvis omfang skal omfatte alle ekvivalenter av kravenes gjenstand.

Claims (19)

1. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem (85) omfattende: et kontrollsystem legeme (77) omfattende et strømningsløp (79) som strekker seg gjennom lengden av kontrollsystemlegemet (77) og omfatter et innløp og et utløp slik at all strømningsløp-fluid som kommer inn i kontrollsystemlegemets innløp går ut av kontrollsystemlegemets utløp;karakterisert vedat: en ventilmekanisme (87) inne i kontrollsystemlegemet (77) regulerer strømningen til strømningsløpsfluid gjennom strømningsløpet (79) mens strømningsfluidet bibeholdes i strømningsløpet (79) i kontrollsystemlegemet (77), ventilmekanismen omfatter: en ventilhylse (91) inne i strømningsløpet (79) som danner et ringrom (93) mellom utsiden av ventilhylsen (91) og innsiden av kontrollsystemlegemet (77); ventilhylsen (91) omfatter strømningsporter (95) som tillater fluidstrømning gjennom ventilhylsen (91) og inn i ringrommet (93); innsiden av ventilhylsen (91) omfatter videre en fordypning (107) rundt omkretsen som veksler mellom flere første og andre posisjoner (109, 111); et stempel (99) i forskyvningsbart inngrep med ventilhylsens innside, idet stemplets stilling i ventilhylsen (91) styrer fluidstrømningen gjennom strømningsportene (95); stemplet (99) omfatter videre en ratsjknast (113) som strekker seg ut fra stempelet (99) som beveger seg innenfor fordypningen (107) slik at: stemplet (99) beveger seg aksielt under en første last inntil ratsjknasten (113) beveger seg til én av de andre posisjonene (111), ratsjknasten (113) roterer stemplet (99) når ratsjknasten (113) beveger seg til én av de andre posisjonene (111); stemplet (99) beveger seg aksielt under en andre last inntil ratsjknasten (113) beveger seg til én av de første posisjonene (109), ratsjknasten (113) roterer stempelet (99) når ratsjknasten (113) beveger seg til én av de første posisjonene (109); stemplet (99) beveger seg selektivt mellom de første og andre posisjonene (109, 11) når stempelet (99) roterer innenfor ventilhylsen (91); og posisjonen til stempelet (99) i de første og andre posisjonene (109, 111) tillater varierende strømningsrater gjennom ventilhylsen (91); en aktivator (89) som regulerer ventilmekanismen (87); og et betjeningssystem som betjener aktivatoren (89) og styrer strømningsløpsfluidtrykket; og temperaturen til strømningsløpsfluidet blir kontrollert ved kontroll av trykkfallet til strømningsløpsfluidet over ventilmekanismen (87).

2. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, som videre omfatteren tetning (101) som hindrer fluidstrømning over tetningen (101) mellom stemplets utside og ventilhylsens innside.

3. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor ventilhylsen (91) videre omfatter et utvendig gjenget parti (93) i gjengeinngrep med et innvendig gjenget parti i strømningsløpet (79).

4. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor aktivatoren (89) videre omfatter en fjær (117) inne i ventilhylsen (91) som samvirker med stemplet (99).

5. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor stemplet (99) beveges i en første retning med en øking i strømningsløp-fluidtrykk, slik at kraften til strømningsløp-fluidtrykket bringer stemplet (99) til å sammen-trykke en fjær (117).

6. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor strømningsløpsfluidtrykk gir den første lasten.

7. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor en fjær (117), som er sammen-trykket når stemplet (99) beveger seg til de andre posisjonene (111), gir den andre lasten.

8. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor, med en gang stempelet (99) er i én av de andre posisjonene (111), bibeholder ventilmekanismen (87) en valgt fluid strømningsrate med en økning i fluidstrømningsløpets fluidtrykk.

9. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor en låse-ring holder stempelet (99) i en valgt andre posisjon.

10. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor betjeningssystemet videre omfatter en pumpe som kontrollerer fluidtrykket innenfor strømningsløpet (79).

11. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor betjeningssystemet opererer aktivatormekanismen for å posisjonere ventilmekanismen (87) og selektivt å kontrollere mengden av fluidstrømning gjennom ventilmekanismen (87).

12. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor betjeningssystemet er valgt fra gruppen som består av en mekanisk aktivator, en elektrisk aktivator, og en hydraulisk aktivator.

13. Strømningsløp-fluidtemperatur-styresystem ifølge krav 1, hvor betjeningssystemet er valgt fra gruppen som består av et mekanisk system, et hydraulisk system, et elektrisk system, og et akustisk system.

14. Fremgangsmåte for regulering av temperaturen til et strømningsløpsfluid,karakterisert vedtrinnene: å strømme strømningsløpsfluid gjennom et kontrollsystemlegeme (77) omfattende et strømningsløp (79) som strekker seg gjennom lengden av kontrollsystemlegemet (77) og omfatter et innløp og et utløp slik at all strømningsløpsfluid som kommer inn i kontrollsystemlegemets innløp går ut av kontrollsystemlegemets utløp; å strømme fluid gjennom en ventilmekanisme (87) inne i strømningsløpet (79); selektivt å justere ventilmekanismen (87) med en aktivator (89), ventilmekanismen (87) omfatter: en ventilhylse (91) inne i strømningsløpet (79) som danner et ringrom (93) mellom utsiden av ventilhylsen (91) og innsiden av kontrollsystemlegemet (77); ventilhylsen (91) omfatter strømningsporter (95) som tillater fluidstrømning gjennom ventilhylsen (91) og inn i ringrommet (93); innsiden av ventilhylsen (91) omfatter videre en fordypning (107) rundt omkretsen som veksler mellom flere første og andre posisjoner (109, 111); et stempel (99) i forskyvningsbart inngrep med ventilhylsens innside, idet stemplets stilling i ventilhylsen (91) styrer fluidstrømningen gjennom strømningsportene (95); stemplet (99) omfatter videre en ratsjknast (113) som strekker seg ut fra stempelet (99) som beveger seg innenfor fordypningen (107); hvor det å selektivt justere ventilmekanismen (87) omfatter: å bevege stemplet (99) aksielt under en første last inntil ratsjknasten (113) beveger seg til én av de andre posisjonene (111), ratsjknasten (113) roterer stempelet (99) når ratsjknasten (113) beveger seg til én av de andre posisjonene (111); å bevege stemplet (99) aksielt under en andre last inntil ratsjknasten (113) beveger seg til én av de første posisjonene (109), ratsjknasten (113) roterer stempelet (99) når ratsjknasten (113) beveger seg til én av de første posisjonene (109); å tillate varierende strømningsrater gjennom ventilhylsen (91) i de første og andre posisjonene (109, 111); å bibeholde strømningsløps fluidet i kontrollsystemlegemets strømningsløp (79) når fluidet strømmer gjennom ventilmekanismen (87); å aktivere aktivatoren (89) med et betjeningssystem; å kontrollere temperaturen til strømningsløpsfluidet ved å kontrollere trykkfallet over ventilmekanismen (87).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor betjening av aktivatoren (89) videre omfatter selektiv å regulere fluidtrykket i strømningsløpet (79).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14, som videre omfatter vekselvirkning av stemplet (99) med en fjær (117).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 14, som videre omfatter: å øke fluidstrømningen gjennom ventilhylsen (91) ved selektivt å øke strømningsløpsfluidtrykket for å bevege stemplet (99) i en første retning i ventilhylsen (91), idet stemplet (99) åpner strømningsporter (95) i ventilhylsen (91) og sammen-trykker en fjær (117) når stemplet (99) beveges i den første retningen; og å minke fluidstrømningen gjennom ventilhylsen (91) ved selektivt å minske strømningsløpsfluidtrykket for å la fjæren (117) bevege stemplet (99) i en andre retning i ventilhylsen (91), idet stemplet (99) lukker strømningsporter i ventilhylsen (91) når stemplet (99) beveges i den andre retningen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 14, som omfatter å opprettholde en valgt strømningsrate gjennom ventilhylsen (91) og å øke temperaturen til strømningsløpsfluidet ved å øke fluidtrykket i strømningsløpsfluidet som strømmer inn i ventilhylsen (91).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor de aksielle kreftene er forårsaket av fluidrykket i strømningsløpet (79) i en første retning, og fjæren (117) i en andre retning.