NO340928B1

NO340928B1 - Petroleumsbrønninjektor-system for en intervensjonskabel med et brønnverktøy som kjøres ned i eller ut av en brønn i en brønnoperasjon

Info

Publication number: NO340928B1
Application number: NO20130360A
Authority: NO
Inventors: Tore Aarsland; Kenny Armstrong
Original assignee: C6 Tech As
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-07-17
Also published as: NO20130360A1; EP2971493B1; US20160017675A1; WO2014163508A1; CA2902153A1; CA2902153C; US9458684B2; EP2971493A1; DK2971493T3

Description

Innledning

Foreliggende oppfinnelse gjelder et system for injeksjon av en intervensjonsstreng til en brønn. Mer bestemt gjelder det et system omfattende en kabeltrommel, en intervensjonsstreng-føring med bøyningsbegrensning frem til en brønninjektor med tilhørende lastceller og et slusekammer på et brønnhode på en petroleumsbrønn.

Problemstilling

I bakgrunnsteknikken mates det ut og hales inn et fritthengende kabelstrekk mellom en kabeltrommel og brønnen, hvor det kan være en injektormatemekanisme på brønnen, f.eks. en traktorbelte- eller traktorkjede-injektor, vanligvis drevet av hydrauliske motorer. Endringer i hastighet mellom injektoren og trommelen tas opp i form av endring av slakk i det fritthengende kabelstrekket. Det fritthengende kabelstrekket kan medføre fare for personell og krever mye fri plass mellom enhetene. Ved bruk av en intervensjonskabel i form av en ganske stiv komposittfiberkabel eller coiled tubing har denne en ganske begrenset minste tillatte bøyningsradius og er mer sårbar for slag og skader i seg selv enn en wirekabel.

Bakgrunnsteknikk

I brønnintervensjon eller brønnlogging brukes et intervensjonsverktøy eller brønnloggeverktøy som føres ned i en petroleumsbrønn på en såkalt streng, også kalt intervensjonsstreng eller intervensjonskabel. Strengen for bruk i den foreliggende oppfinnelsen kan være en stiv stangformet kabel, gjerne en fiberkomposittkabel slik som en ca. 10 mm 0 karbonfiberstang med elektriske og/eller optiske ledere, eller et rør med en viss bøyestivhet, så som et kveilerør, slik at intervensjonsstrengen eller intervensjonskabelen er så stiv at den i praksis kan stakes ned i brønnen. Stakeprosessen kan utføres med en traktorinjektormekanisme. Strengen kan i den kjente teknikken mer tradisjonelt være en tynn glatt wireline med eller uten elektriske eller optiske ledere inni, eller en snodd eller flettet vanlig vaier med elektriske og/eller optiske ledere inni, altså strenger som ikke kan stakes inn i brønnen.

Over-push er en langsgående kompresjon som er mulig på en relativt stiv stangformet intervensjonskabel, men ikke på en tynn glatt wireline eller en snodd vaier eller tau, slik at den stive intervensjonskabelen bukler ut til siden og skades eller brytes. Et rør risikeres å få en knekk og vil svekkes vesentlig. En karbonfiberstang kan også bukle ut til siden og delaminere og dermed brytes eller svekkes vesentlig. Over-pull kan forekomme for alle typer strenger: Coiled tubing, karbonfiberstang-kabel, tynn glatt wireline, vaierkabel og tau.

Det er viktig å forebygge og forhindre såkalt over-pull og såkalt over-push i alle typer brønnintervensjon, uavhengig av hvilken type intervensjonsstreng man benytter. Intervensjonsstrengen kan generelt kalles en intervensjonskabel. Over-pull kan medføre at intervensjonskabelen / strengen ryker på grunn av for høy strekkspenning, og man risikerer å måtte fiske i brønnen etter både streng og intervensjonsverktøy. Over-push kan bare utføres på en stiv, stangformet intervensjonskabel og ikke på en wire som ikke har nevneverdig bøyestivhet.

Generelt har man følgende situasjoner:

Av de fire situasjonene i matrisen ovenfor er den nede til venstre lite aktuell i denne beskrivelsen; at man skyver nedover mens stangen kommer ut av hullet. Heising, kontrollert låring og staking ned i hullet er alle aktuelle for denne patentsøknaden.

Kjent teknikk på området:

Trykkbegrensningsventil: I den kjente teknikken anvendes det på traktorbelte-injektoren for intervensjonskabelen en hydraulisk pumpe som leverer hydraulisk olje til en hydraulisk motor på traktorbelteinjektoren. En operatørstyrt trykkbegrensningsventil (pilot operated reliefvalve) begrenser i den kjente teknikk det maksimale trykket fra pumpen. Trykkbegrensningsventilen setter derfor en grense for det maksimale dreiemomentet på motoren for å skyve en stang eller en coiled tubing, eller for å trekke det samme eller også en wire eller en tynn streng. Trykkbegrensningsventilen dumper trykket i hovedhydraulikkledningen til motoren dersom trykket overskrider et visst nivå. Operatøren justerer ventilen i henhold til hvor stor kraft operasjonen krever, uavhengig av det andre systemet beskrevet nedenfor. Det begrensede trykket fra pumpen begrenser ikke bare trekkraften på strengen men også det tilgjengelige dreiemomentet for å akselerere.

Pumpen deaktiveres

Pumpen deaktiveres dersom strekkraften overskrider et gitt nivå. Vektsensorene (vanligvis to) forbindes med en programmerbar logisk styreenhet (PLC). Den logiske styringsenheten PLC reagerer på en over-trekk eller over-skyv på en to-trinns måte:

1) Lydalarm og lysalarm, ingen handling.

2) Deaktivering av pumpen via pilotlinjene. PLC aktiverer en solenoide-ventil som dumper pilottrykket fra pumpen, som effektivt låser trommelen eller injektoren i dens stilling.

Operatøren setter grensene for hvert av de to trinnene uavhengig ettersom det anses nødvendig i henhold til operasjonen.

Vektsensorene mellom traktorbelteinjektoren og brønnen gir heller ikke et særlig hensiktsmessig mål for den reelle stakekraften eller trekkraften på intervensjonsstrengen fordi man ikke haren god måling for bakstrekket. I tilfelle man har en fritthengende intervensjonsstreng mellom en svanehals på toppen av traktorbelteinjektoren og hvor intervensjonsstrengen strekker seg til en trommel, har man ingen presis måling av bakstrekket. Uten en presis måling av bakstrekket har man ingen presis verdi for den virkelige summen av krefter som virker nedover eller oppover på intervensjonsstrengen idet den passerer oppover eller nedover mellom slusekammeret og traktorbelteinjektoren, fordi vektsensorene her ikke kan justeres for bakstrekket på intervensjonskabelen.

Patentpublikasjonen US5850874A1 viser et bore system som har et fjernstyrt automatisk og kontrollerbart rør injeksjonssystem for kjøring av forskjellige typer rør inn i brønnhullet, et automatisk styrbart brønnhodeutstyr, og et rør-rettledningssystem som forårsaker mindre stress inn i røret i forhold til svanehalser vanligvis brukt for å føre røret fra en trommel til en injektor.

Den internasjonale patentpublikasjonen W09814686A1 viser et injeksjonssystem som inneholder minst to motstående injeksjonsblokker som er bevegelige i forhold til hverandre. Hver injeksjonsblokk inneholder flere gripende enheter som er innrettet til å injisere for en bestemt rørstørrelse.

Kort sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen løser flere av de ovennevnte problemene. Oppfinnelsen er et petroleumsbrønninjektor-system foren intervensjonskabel (2) med et brønnverktøy (3) som kjøres ned i eller ut av en brønn (0) i en brønnoperasjon,

hvor systemet omfatter følgende trekk:

- en utblåsningsventil BOP (03) forbundet med et brønnhode (02) på brønnen (0),

- et slusekammer (7) på BOP (03) innrettet til å romme brønnverktøyet (3) før og etter en brønnoperasjon, - en traktorbelte- eller traktorkjede-injektor (1) for intervensjonskabelen (2), med drivbelter (15) som drives av en elektrisk motor (11), og en sensor (151) for å måle injektor-kraften eller - spenningen ( au) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2), - en svanehals (12) på injektoren (1), hvor intervensjonskabelen (2) løper stramt over svanehals (12) til av en lukket bøyningsbegrensningskanals (20) første ende (21), - en svanehals-lastcelle (45) innrettet til å måle en bakstrekkspenning (ctb) eller bakstrekk-kraft mellom intervensjonskabelen (2) og den første enden (21) av bøyningsbegrensningskanalen (20) - hvor bøyningsbegrensningskanalens (20) andre ende (22) er koblet til en trommelramme (92) med en motor (98) som driver en trommel (91) for intervensjonskabelen (2).

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er å finne i de underordnede patentkravene

Figurbeskrivelse

Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte tegningene, hvor

Fig. 1 illustrerer petroleumsbrønninjektor-systemet for intervensjonskabel (2) som holder et brønnverktøy (3) som kjøres ned i eller ut av en brønn (0) i en brønnoperasjon. En brønntraktor er også vist. Intervensjonskabelen (2) er vist med stiplet linje. Brønnverktøyet er vist hengende et stykke ned i brønnen. Brønnen kan være vertikal eller avviksboret, og kan strekke seg 1000 m -10 km eller mer fra brønnhodet. Fig. 2 illustrerer systemet uten brønntraktor, og med signal- og styrelinjer mellom reguleringssystemet og injektoren og trommelen. Videre viser figuren et operatørpanel som viser moment eller kraft på intervensjonskabelen, inklusive "gul" og "rød" grense (Lim Y, Lim R) for moment eller kraft på intervensjonskabelen, og en hastighetsindikator oppover eller nedover. Fig. 3 illustrerer krefter som virker på intervensjonskabelen fra injektoren og i brønnen. Dynamiske krefter som friksjon er ikke vist. I den viste situasjon er det vist krefter under haling opp fra brønnen. Brønntrykket vil alltid virke oppover, og det må være et bakstrekk.

Over slusekammer/ grease injektor (7) gjelder:

Statisk: Fi = FD+ FBak

FDkan beregnes utfra motorens (11) moment (tu)

FBakmåles ved lastcellen (45).

Videre gjelder:

Under injektor (foruten traktor): Statisk: F = Fcabie+ Ft00i - Fpressure

Utførelser av oppfinnelsen

En løsning på problemet med fritthengende intervensjonskabel er å legge en slik intervensjonskabel i form av en relativ stiv i en såkalt bøyerestriktor-bane omfattende rørstykker gjensidig forbundet ende mot ende med kuleledd, se Fig. 1, innrettet slik at bøyerestriktor-banen nettopp følger en lukket kanal mellom trommelen og injektoren, og har lokale bøyningsradier større eller lik den minste tillatte bøyningsradius. Dette forhindrer slag- knekk- og friksjonsskade påført komposittfiber-intervensjonskabelen, og det forhindrer skade på omgivelsene.

Imidlertid gir en lukket bane mellom injektoren og trommelen en mye mer begrenset slakk i intervensjonskabelen. Derfor er det ifølge en utførelse av oppfinnelsen nødvendig å styre injektoren primært og la trommelen operere som slave av injektoren fordi trommelen har et mye større rotasjonstreghetsmoment enn injektoren. I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er det også anordnet en fjærende strekk-kompensatorbue for intervensjonskabelen mellom en trommelramme og trommelen for å ta opp kabellengde ved hastighetsendringer. Dette krever at man har god kontroll over de kreftene som virker på intervensjonskabelen. Den foreliggende oppfinnelsen gir nettopp slike målinger av bakstrekk fra kabelen inn på injektoren, og moment som påføres kabelen i injektoren, slik at man kjenner ikke bare injektorens, men hele systemets kraft nedover eller oppover på intervensjonskabelen idet den passerer injektoren og slusekammerets øvre åpning.

Ved å få beregne kraften eller strekk- eller trykkspenningen som systemet utøver på kabelen over slusekammeret ved å måle både bakstrekket på en ny måte ifølge oppfinnelsen, og hvor man også får en bedre måling av injektorens moment, får man en bedre måling av denne kraften eller strekk- eller trykkspenningen. Bruken av elektriske motorer gjør også at man kan respondere mye hurtigere på endringer i kraften enn ved bruk av hydrauliske motorer. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen overvåkes strekkspenningen i kabelen kontinuerlig og dersom denøker til over en første "gul" grense reduseres dreiemomentet på motoren umiddelbart slik at strekkspenningen igjen kommer under denne første grensen. Dersom strekkspenningen skulle komme over en andre "rød" grense vil systemet umiddelbart redusere dreiemomentet på motorene til null slik at strekkspenningen kommer under den andre "røde" grensen og videre under den første "gule" grensen. Dette gjelder både under haling og staking.

Oppfinnelsen er et petroleumsbrønninjektor-system med en intervensjonskabel (2) for et brønnverktøy (3) som kjøres ned i eller ut av en brønn (0) i en brønnoperasjon. Systemet ifølge oppfinnelsen omfatter følgende trekk, se Fig. 1. Det kan være anordnet en styrt brønntraktor (35) ved brønnverktøyet (3), se Fig. 1, som driver den nedre enden av intervensjonskabelen (2) og brønnverktøyet (3) i ønsket retning, og som samvirker med injektoren (1) på overflaten.

En utblåsningsventil BOP (03) er montert direkte eller indirekte på et brønnhode (02) på brønnen (0). Utblåsningsventilen kan være en ordinær utblåsningsventil eller en såkalt intervensjons-utblåsningsventil. Et slusekammer (7) er montert direkte eller indirekte på BOP (03) og innrettet til å romme brønnverktøyet (3) før/etter en brønnoperasjon. En konnektor er montert på brønnenden av kabelen som er strukket ned inn i slusekammeret, hvor brønnverktøyet befinner seg før og etter brønnoperasjonen.

En belte- eller kjede injektor (1) for intervensjonskabelen (2) er montert over slusekammeret (7). Injektoren (1) er en brønninjektor utstyrt med drivbelter (15) for intervensjonskabelen (2). Drivbeltene, som kan omfatte kjeder med gripeblokker som ligger an mot intervensjonskabelen (2) og driver denne, drives av en eller flere elektrisk motorer (11), med regulerbart dreiemoment (td) for å utøve en kraft (FD) (FDu, FDd) oppover eller nedover på strengen (2). Drivbeltene er fortrinnsvis drevet av en frekvensstyrt elektrisk motor (11). Et av de vesentlige poengene ved oppfinnelsen er at man benytter en elektrisk motor (11). At motoren (11) er en fortrinnsvis frekvensstyrt elektromotor gjør den egnet til innrettet til svært hurtig å utøve det ønskede dreiemoment (xD) for en kraft (FDu, FDd) på strengen (2) i ønsket retning. Vi regner F positiv oppover heretter. Dette med at motoren er elektrisk er et praktisk trekk som er en del av det som skiller oppfinnelsen fra eksisterende systemers hydrauliske motorer som er utstyrt med hydrauliske ventiler og hvor driften har lengre responstid på pådrag. Responstiden i hydrauliske motordrevne brønnhodeinjektorer kan være i størrelsesorden 1 sekund, som er mye langsommere enn foreliggende oppfinnelses brønnhode-injektorsystem som i en utførelse er utstyrt med frekvensstyrte elektromotorer (11), som har en responstid større eller lik 0,065 ms. Man kan måle momentet motoren utøver på drivbeltene (15) til enhver tid.

Injektorens (1) drivbelter (15) er flytende opplagret i en injektorbelteramme (152) på injektor-lastceller (44) som måler vekten av drivbeltene (15) og tilhørende utstyr, og kan tareres uten intervensjonskabelen (2). Injektorbelterammen (152) er flytende opplagret i injektorens (1) strukturelle ramme (151) slik at den hviler på lastcellene (44) men ellers står stabilt i den strukturelle rammen (151) og forhindres fra sideveis bevegelser.

Betraktninger om kreftene som virker på intervensjonskabelen

En sensor (151) måler injektor-kraften eller - spenningen ( au) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2). Strekk- eller trykkspenningen (od) [strekk- eller trykk-kraften (Fd)] som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2) kan måles ut fra momentet (Tu) som den elektriske motoren (11) utøver. Man kan regne om mellom momentet (Tu) og kraft (FD) og spenning (ctd) , når man kjenner arbeidsradien til drivbeltene (15) og kabelens tverrsnittsareal (A2). Spenningen (<td) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2) er ikke strekk- eller matespenningen (Fi) som intervensjonskabelen (2) trekkes opp fra eller stakes ned i slusekammeret (7) og BPO (3), fordi der finnes en bakstrekkspenning (<7b). Intervensjonskabelen (2) er utsatt for en forover-strekk- eller trykkspenning (<7d) mot brønnsiden, mot slusekammeret (7) og BOP (3), og en bakstrekkspenning (ctb) (ikke baktrykkspenning under operasjon, det er uønsket) i retning opp over og forbi svanehals (12) og videre nedover. Vi regner positiv kraft oppover. Strekkspenningen (ai) inn på slusekammeret (7) blir da ai = Od + Ob . Dersom vi regner alle krefter positiv oppover, dvs, bort fra brønnen, hvilket er praktisk, blir formelen for strekkspenningen: ai =Oo+ Ob-

Uttrykt med ord, altså at strekkspenningen oppover(ai) ut fra slusekammeret (7) er drivbeltepåført spenning ( au) pluss bakstrekkspenning (( ob))-

Systemets plassering av bakstrekkspenningssensoren (45) tillater å få en ganske presis og realistisk måling av bakstrekkspenningen (øb ) og dermed oppnår man mye bedre kontroll av matespenningen ( ob ) (eller matekraften (Fi)) på intervensjonskabelen (2) inn på eller ut av toppen av slusekammeret (7) og BOP (3). Ved hjelp av systemet kjenner man bakstrekkspenning ( ob = obi) og strekk- eller

trykkspenningen (ai) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2). Man kjenner vekten av svanehals og kan tarere for denne, og man behøver strengt talt ikke kjenne vekten av drivbeltene (15) og tilhørende utstyr som hviler på injektor-lastcellene (44), men den vekten kan brukes som en kontroll for å finne ut om drivbeltene (15) slurer mot intervensjonskabelen (2).

Spenningen ( <jd) eller kraften (FDu, FDd) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2) er ikke helt lik strekk- eller matespenningen (Fi) som intervensjonskabelen (2) trekkes opp fra eller stakes ned i slusekammeret (7) og BPO (3), fordi der finnes en bakstrekkspenning ( ob) som også virker i retning oppover på intervensjonskabelen. Denne bakstrekkspenningen måles ifølge oppfinnelsen. Intervensjonskabelen (2) er utsatt for en forover-strekk- eller trykkspenning (ctfi) nedover mot brønnsiden, mot slusekammeret (7) og BOP (3), og en bakstrekkspenning (ctb) (ikke baktrykkspenning under operasjon, det er uønsket) i retning opp og over svanehals (12). Dermed behøver man strengt tatt ikke lastcellene (44) under injektorbeltene (15), som dermed kan brukes som en kontroll for eventuelt å sjekke om injektorbeltene (15) slurer mot intervensjonskabelen (2).

Svanehals

Videre er det montert en svanehals (12) på injektoren (1), hvor intervensjonskabelen (2) løper stramt over svanehals (12) til en lukket bøyningsbegrensningskanals (20) første ende (21). Den lukkede bøyningsbegrensningskanalen (20) er opphengt nær den ytre enden av en bærearm (13) som understøtter en ytre ende av svanehals (12). Den motsatte enden av svanehals (12) er opplagret i en horisontal aksel (121) og kan vippe om dette. Bøyningsbegrensningskanalen kan betraktes som en slags overdimensjonert wirestrømpe omkring intervensjonskabelen (2) mellom den første enden (21) mot bærearmen (13) under svanehals (12) og med Bøyningsbegrensningskanalens motsatte, andre ende (22) mottrommelrammen (92). Dette i motsetning til å ha intervensjonskabelen hengende fritt mellom trommelen og et tilfeldig tangentpunkt på svanehals, hvor man bare kan måle strekkspenningen på trommelsiden. Bakstrekkspenningen (ctb), eller riktigere sagt strek kraften (Fb) på intervensjonskabelen (2) tilsvarer trykkspenningen, eller mer korrekt tryk kraften (F20) i bøyningsbegrensningskanalen (20). Omregningen mellom kraft og spenning er bare å justere for tverrsnittsareal.

Svanehalslastcelle

For å måle bakstrekkspenningen (ctb) er det ifølge oppfinnelsen montert en svanehals-lastcelle (45) innrettet til å måle kraften mellom (den tarerte) svanehals (12) og bærearmen (13) for svanehals (12), og dermed måler svanehalslastcellen (45) kraften som tilsvarer bakstrekkspenningen (ctb) som intervensjonskabelen (2) utøver mellom bærearmen (13) og den første enden (21) av bøyningsbegrensningskanalen (20). Sammen med lastcellen (45) kan det være montert en vertikal ledepinne (451) som forhindrer lateral forskyvning mellom bærearmen (13) og den frie enden av svanehals (12). Et stag (131) støtter bærearmen (13).

Selv om det på grunn av friksjon mellom intervensjonskabelen (2) og svanehals (12) er en viss forskjell mellom den eksakte bakstrekkspenning (ctb= ctbi) i intervensjonskabelen der den passerer oppe mellom toppen av drivbeltene (15) og den første, brønn-nære enden (12i) av svanehals (12), og den bakstrekkspenningen (ctb= ctbb) man måler ved den motsatte andre enden (12bb) av svanehals (12), dvs. ved bærearmen (13). Svanehals (12) kan omfatte trinser (12T) og således ha temmelig lav friksjon mot intervensjonskabelen (2). Feilen i målingen av bakstrekkspenningen blir således svært liten, og man kan benytte verdien for bakstrekkspenningen (ctb = <7bb).

Fig. 3 illustrerer de statiske kreftene i området ved brønnhodet og injektoren. Kreftene er illustrert under haling. Friksjon er ikke tegnet inn, men vil i ethvert statisk tilfelle virke mot fartsretningen. Over slusekammeret (7) med greaseinjektoren utøver systemet en kraft Fi oppover eller nedover på intervensjonsstrengen. Dersom vi betrakter systemet statisk, er Fi = FD+ FBak. Kraften (FD,FDu, FDd) som injektoren utøver oppover eller nedover på intervensjonskabelen kan beregnes ut fra motorens (11) moment (tu), og kraften Faaksom trommelenheten utøver på intervensjonskabelen kan måles ved lastcellen (45). Under injektoren er kraften F = Fcabie+ Ft00i - Fpressure, hvor Fpressureer kraften oppover på intervensjonskabelen rettet ut av brønnen og er avhengig av kabelens diameter og brønnens trykk. Fcabie+ Fto0ier avhengig av kabelens masse per lengdeenhet, og verktøyets masse og volum. Dynamiske korreksjonsledd må tilføyes for friksjon alle steder langs kabelen, og et eventuelt ledd for kraft fra en brønntraktor(35) ved verktøyet (3).

Med dette er hovedtrekkene i oppfinnelsen skissert. Man kan ved hjelp av en sensor (151) måle eller beregne injektor-kraften eller - spenningen (Fd,Od) som drivbeltene (15) yter på intervensjonskabelen (2), og man kan måle bakstrekk-kraften eller -spenningen (ctb) som hviler på intervensjonskabelen (2) fra trommelsiden. Dermed kan man addere (eller subtrahere, avhengig av hvordan man definerer retningene) og finne hvilken kraft som utøves langs intervensjonskabelen (2) fra systemet overslusekammer-enheten (7).

Mulig Forenkling

I en tenkt, forenklet utførelse av oppfinnelsen er svanehals (12) overflødig dersom Bøyningsbegrensningskanalen (20) er selvbærende og montert rett på toppen av brønnhodeinjektoren, slik at Bøyningsbegrensningskanalen (20) utgjør svanehals også. Vektcellen (45) kan da være montert mellom brønnhodeinjektorens ramme og bøyningsbegrensningskanalens (20) første ende (21). Bøyningsbegrensningskanalen (20) kan sammenlignes med en direktemontert wirestrømpe.

Strekk- kompensatorbue

I en utførelse av oppfinnelsen, se Fig. 1, er trommelenheten (9) omfattende trommelen (91) og trommelrammen (92) utstyrt med en fortrinnsvis fjærende strekk-kompensatorbue (93) for intervensjonskabelen (2) mellom trommelrammen (92) og trommelen (91). Dette fordi strekk- kompensatorbuen (93) skal holde intervensjonskabelen (2) i kontinuerlig strekk mellom injektoren (1) og trommelen (91). En slik stiv intervensjonskabel kan ikke tillates å løpe uten strekk i systemet når den skal vikles utvendig på trommelen (91). Strekk-kompensatorbuen (93) kan være aktivt eller passivt fjærende (ved hjelp av en fjær eller styrt hydraulikk. Strekk-kompensatorbuen er innrettet til å ta opp hurtige variasjoner i intervensjonskabelens (2) hastighet inn eller ut fra trommelen, som har et rotasjonstreghetsmoment som gjør at den ikke klarer å ta opp intervensjonskabelens (2) hastighetsendringer fort nok. En grunn til injektorens (1) hurtighet er at den i den foreliggende oppfinnelsen er drevet av en elektrisk motor (11). Dessuten må strekk-kompensatorbuen holde bakstrekk i intervensjonskabelen (2) helt fra injektoren (1), og spesielt over svanehals (12) som ikke tillater slakk dersom intervensjonskabelen (2) ligger fritt, videre gjennom bending-restrictorkanalen (20) og inn via trommelrammen (92) til strekk-kompensatorbuen (93) selv, som heller ikke tåler slakk. Systemet må reguleres strengt slik at det primært styrer injektoren (1) til å mate intervensjonskabelen ned, stå stille, eller hale den opp fra brønnen, og hvor trommelmotoren (98) og eventuelt en trommel-hjelpetraktor (94) er slaver av injektoren (1). Fig. 1 viser også trommelmotor lastcelle (46) og trommelmotor momentsensor, x m (47).

Trommel- hjelpetraktor

Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 2, hvor trommelrammen (92) er utstyrt med en trommelhjelpetraktor (94) for intervensjonskabelen (2) anordnet anordnet mellom den fjærende strekk-kompensatorbuen (93) og trommelen (91).

Regulering av injektorkraften

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er den ene eller de flere motorene (11) er frekvensstyrte elektromotorer innrettet til hurtig å utøve et ønsket dreiemoment (xD) for en kraft (Fu, Fd) fra injektorbeltene (15) på strengen (2) i ønsket retning.

I en utførelse av oppfinnelsen er reguleringsenheten (5) innrettet slik at ved en første "gul" grense (<7y) for strekkspenningen (a) slik at enheten (5) umiddelbart reduserer detønskede dreiemomentet (xD) slik at strekkspenningen (ai) kommer under en gitt grense. I en foretrukket utførelse fortrinnsvis slik at dreiemomentet (xD) reduseres og dermed at strekkspenningen (a) kommer under den første "gule" grensen (av).

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er reguleringsenheten (5) ved en første "gul" grense (av) for strekkspenningen (a) er innrettet til å gi et første alarmsignal (6Y) samtidig som det umiddelbart reduserer detønskede dreiemomentet (xD) til at strekkspenningen (ai) kommer under en gitt grense for strekkspenningen (ai) på intervensjonskabelen (2).

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen mater reguleringsenheten (5) ut beregnede verdier av i det minste strekkspenningen (ai) i strengen (2) til en såkalt "torque indicator" på et såkalt weight sensor display (8) som omfatter indikatorer tilsvarende en første "gul" grense (av) og en en andre "rød" grense ( <Jr) for strekkspenningen (ai) både under mating og haling, for visning for en operatør.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er reguleringsenheten (5) ved en andre "rød" grense ( <jr) for strekkspenningen (ai) innrettet til å gi et andre alarmsignal (6R) og samtidig umiddelbart redusere detønskede dreiemomentet (xd) til null, eller hvor dreiemomentet eller spenningen blir neglisjerbart liten. Slik blir dreiemomentet (xD) redusert til null, og dermed kommer strekkspenningen (ai) under den andre "røde" grensen ( or) for strekkspenningen (ai) og suksessivt under den første "gul" grensen (ay). En fordel ved dette er at systemet ved en plutselig motstand under haling eller staking av intervensjonskabelen, for eksempel i en situasjon hvor verktøyet langs dets bane i brønnen plutselig stopper opp mot en kant og spenningen i kabelenøker brått, vil sette ned dreiemomentet på injektoren svært fort, og således bidra til at ikke intervensjonskabelen eller vektøyet skades. Dersom operatøren ikke fanger opp alarmen om denøkte motstanden umiddelbart vil systemet forhindre skade ved å redusere injektorkraften umiddelbart.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er reguleringsenheten (5) innrettet slik at den etter at farten (v) av strengen (2) har blitt null, umiddelbart regulerer opp pådraget til detønskede dreiemomentet (xD) til en verdi som holder strengen (2) i ro.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er reguleringsenheten (5) også innrettet til å beregne negative verdier for strekkspenninger (ai), altså trykkspenningen (aiD) langs strengen (2) som kan oppstå under staking nedover, slik at både strekk- og trykkspenning (aiu, am) langs strengen (2) kan måles.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen kan dreiemomentet (xd) reguleres slik at strengen påføres en skyvekraft (Fd) nedover, inntil en maksimal skyvekraft nedover (FDmax).

I en videre utførelse av oppfinnelsen er den et petroleumsbrønninjektor-system for en intervensjonskabel (2) med et brønnverktøy (3) som kjøres ned i eller ut av en brønn (0) i en brønnoperasjon,

hvor systemet omfatter følgende trekk:

- et slusekammer (7) på BOP (03) innrettet til å romme brønnverktøyet (3) før og etter en brønnoperasjon, - en injektor (1) for intervensjonskabelen (2), med drivbelter (15) som drives av en elektrisk motor (11) for å utøve en kraft (Fu, Fd) oppover eller nedover på strengen (2), og en sensor (151) for å måle injektor-kraften eller - spenningen som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2), - en svanehals (12) på injektoren (1), hvor intervensjonskabelen (2) løper stramt over svanehals (12) til av en lukket bøyningsbegrensningskanals (20) første ende (21), - hvor bøyningsbegrensningskanalens (20) andre ende (22) er koblet til en trommelramme (92) med en motor (98) som driver en trommel (91) for intervensjonskabelen (2).

I en utførelse av oppfinnelsen er det anordnet en svanehals-lastcelle (45) innrettet til å måle en bakstrekkspenning mellom intervensjonskabelen (2) og den første enden (21) av bøyningsbegrensningskanalen (20).

I en videre utførelse av oppfinnelsen foreligger en reguleringsenhet (5) for den elektriske motoren (11) som beregneren strekkspenning på intervensjonskabelen (2) på grunnlag av bakstrekkspenningen og injektor-kraften eller - spenningen og regulerer mating eller haling av intervensjonskabelen (2).

I Fig. 2 er det vist at reguleringssystemet (5) motter manuell kommando om fart eller kraft oppover eller nedover fra en automatisk eller manuell styring (112), og mottar målinger fra lastcellen (45) og moment eller kraftmåling fra de elektriske motorene (11). Reguleringssystemet (5) beregner kraften (Fi) som utøves på intervensjonskabelen (2) og sender signal om ønsket retning og kraft fra injektoren på intervensjonskabelen (2). Reguleringssystemet (5) kan så styre trommelens motor (98) og eventuelt trommelhjelpetraktoren (94) som slaver i systemet avhengig av fart og retning på injektoren.

Momentet på motorene er omtrent direkte proporsjonal med kraften som overføres til intervensjonsstrengen og således strekket eller kompresjonen i intervensjonskabelen. Motor-momentet kan derfor brukes i beregningen av spenningen eller kompresjonen i intervensjonskabelen. Det er også mulig på en pålitelig måte å begrense det maksimale momentet motorene kan anvende i en variabel-frekvens-drivenhet for de elektriske motorene.

Det følgende skjema kan benyttes i en injektor med to motorer:

Operatøren setter grensene for maksimum pull og maksimum push på intervensjonsstrengen, tilsvarende nivå 2 i skjemaet ovenfor. Nivå 1 beregnes som en gitt prosentdel av verdiene for nivå 2. Verdiene kan være forskjellige for maksimum pull og maksimum pull.

Claims

1. Et petroleumsbrønninjektor-system for en intervensjonskabel (2) med et brønnverktøy (3) som kjøres ned i eller ut av en brønn (0) i en brønnoperasjon, hvor systemet omfatter følgende trekk: - en utblåsningsventil BOP (03) forbundet med et brønnhode (02) på brønnen (0), - et slusekammer (7) på BOP (03) innrettet til å romme brønnverktøyet (3) før og etter en brønnoperasjon, - en injektor (1) for intervensjonskabelen (2), med drivbelter (15) som drives av en elektrisk motor (11) med regulerbart dreiemoment (x) for å utøve en kraft (Fu, Fd) oppover eller nedover på strengen (2), og en sensor (151) for å måle injektor-kraften eller - spenningen (Gd) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2), - en svanehals (12) på injektoren (1), hvor intervensjonskabelen (2) løper stramt over svanehals (12) til av en lukket bøyningsbegrensningskanals (20) første ende (21), - en svanehals-lastcelle (45) innrettet til å måle en bakstrekkspenningen (Ctb) mellom intervensjonskabelen (2) og den første enden (21) av bøyningsbegrensningskanalen (20) - hvor bøyningsbegrensningskanalens (20) andre ende (22) er koblet til en trommelramme (92) med en motor (98) som driver en trommel (91) for intervensjonskabelen (2), - en reguleringsenhet (5) for den elektriske motoren (11) som beregner en strekkspenning (Oi) på intervensjonskabelen (2) på grunnlag av bakstrekkspenningen (Ob) og injektor-kraften eller - spenningen (Gd) og regulerer mating eller haling av intervensjonskabelen (2), karakterisert ved at motoren (11) er en frekvensstyrt elektromotor innrettet til hurtig å utøve et ønsket dreiemoment (xD) for en kraft (Fu, Fd) fra injektorbeltene (15) på strengen (2) i ønsket retning.

2. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 1, hvor trommelrammen (92) er utstyrt med en fjærende strekk-kompensatorbue (93) for intervensjonskabelen (2) mellom trommelrammen (92) og trommelen (91).

3. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 2, hvor trommelrammen (92) er utstyrt med en trommelhjelpetraktor (94) for intervensjonskabelen (2) anordnet mellom den fjærende strekk-kompensatorbuen (93) og trommelen (91).

4. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge kravene 1, 2 eller 3, hvor drivbeltene (15) er flytende opplagret på injektor-lastceller (44).

5. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 4, hvor injektorens (1) drivbelter (15) er flytende opplagret i en injektorbelteramme (152) og kan tareres uten intervensjonskabelen (2), og hvor injektorbelterammen (152) er flytende opplagret i en strukturell ramme (151) for injektoren (1) slik at injektorbelterammen (152) hviler på lastcellene (44) men ellers står stabilt i den strukturelle rammen (151) og forhindres fra sideveis bevegelser.

6. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge et av kravene 1- 5, med en automatisk eller manuell styring (112), f.eks. en joystick, eller pådrag fra et overordnet system som ber om en gitt fart, som gir signal til en reguleringsenhet (5) som også mottar verdien injektor-kraften eller - spenningen (Gd) som drivbeltene (15) utøver på intervensjonskabelen (2), samt bakspenningen (Ob) og beregner strekkspenningen (Oi) på intervensjonskabelen (2) og beregner et ønsket dreiemoment (Td) for drivbeltene (15) ut fra denønskede fart og retning for intervensjonskabelen (2), og mater ut et ønsket dreiemoment (xD) for kraften (Fu, Fd) i den ønsket retning, til motoren (11), for å oppnå en ønsket verdi for strekkspenningen (Oi).

7. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 6, hvor reguleringsenheten (5) ved en første "gul" grense (Gy) for strekkspenningen ( a) er innrettet til å umiddelbart redusere detønskede dreiemomentet (xD) til at strekkspenningen (Gi) kommer under en gitt grense for strekkspenningen (Oi) på intervensjonskabelen (2).

8. Petroleumsbrønninjektorsystemet ifølge krav 7, - hvor reguleringsenheten (5) ved en første "gul" grense (Gy) for strekkspenningen (<g>) er innrettet til å gi et første alarmsignal (6Y) samtidig som det umiddelbart reduserer detønskede dreiemomentet (xD) til at strekkspenningen (Gi) kommer under en gitt grense for strekkspenningen (Oi) på intervensjonskabelen (2).

9. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 6, 7 eller 8, hvor reguleringsenheten (5) mater ut beregnede verdier av i det minste strekkspenningen (Gi) i strengen (2) til en såkalt "torque indicator" på et såkalt weight sensor display (8) som omfatter indikatorer tilsvarende en første "gul" grense (Gy) og en en andre "rød" grense (Or) for strekkspenningen (Gi) både under mating og haling, for visning for en operatør.

10. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge krav 6, 7, 8 eller 9, - hvor reguleringsenheten (5) ved en andre "rød" grense (Or) for strekkspenningen (Gi) er innrettet til å gi et andre alarmsignal (6R) og samtidig umiddelbart redusere detønskede dreiemomentet (Td) til null. [eller hvor dreiemomentet eller spenningen blir neglisjerbart liten]

11. Petroleumsbrønninjektor-reguleringssystemet ifølge krav 10, hvorpå reguleringsenheten (5) etter at farten (v) av strengen (2) har blitt null, umiddelbart regulerer opp pådraget til det ønskede dreiemomentet (xD) til en verdi som holder strengen (2) i ro.

12. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge et av kravene 1 til 11, - hvor reguleringsenheten (5) også er innrettet til å beregne negative verdier for strekkspenninger (Oi), altså trykkspenningen (Oid) langs strengen (2) som kan oppstå under staking nedover, slik at både strekk- og trykkspenning (du,Oid) langs strengen (2) kan måles.

13. Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge et av kravene 1 til 12, hvor dreiemomentet (xd) også kan reguleres slik at strengen påføres en skyvekraft (Fd) nedover, inntil en maksimal skyvekraft nedover (FDmax).

14 . Petroleumsbrønninjektor-systemet ifølge et av kravene 1 til 13, videre utstyrt med en styrt brønntraktor (35) ved brønnverktøyet (3) som driver den nedre enden av intervensjonskabelen (2) og brønnverktøyet (3) i ønsket retning, og som samvirker med injektoren (1) styrt av reguleringsenheten (5).