NO341777B1

NO341777B1 - Steng omfattende en elektrisk pumpe og en induktiv kopler

Info

Publication number: NO341777B1
Application number: NO20073145A
Authority: NO
Inventors: Dinesh R Patel
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2018-01-15
Also published as: US20070295504A1; RU2007123575A; NO20073145L; RU2455460C2; US7775275B2; GB2439426A; GB2439426B; GB0710469D0

Abstract

Et system for bruk i en brønn inkluderer en streng for anbringelse i brønnen, hvori strengen inkluderer en elektrisk pumpe og en første induktiv koplerdel. En kompletteringsseksjon utplasseres i en sone av brønnen som skal utvikles, hvor kompletteringsseksjonen inkluderer en andre induktiv koplerdel for induktiv kopling til den første induktive koplerdel. En elektrisk innretning er elektrisk forbundet til den andre induktive koplerdel.

Description

DET TEKNISKE OMRÅDE

[0002 ] Oppfinnelsen vedrører generelt et system for bruk i en brønn som inkluderer en streng (for eksempel en produksjons- eller kompletteringsstreng) med en elektrisk pumpe og en første induktiv koplerdel, en kompletteringsseksjon med en andre induktiv koplerdel for induktivt å kople til den første induktive koplerdel, og en elektrisk innretning elektrisk forbundet til den andre induktive koplerdel.

BAKGRUNN

[0003 ] Et kompletteringssystem installeres i en brønn for å produsere hydrokarboner (eller andre typer av fluider) fra ett eller flere reservoarer inntil brønnen, eller for å injisere fluider inn i reservoaret eller reservoarene gjennom brønnen. I noen kompletterings-systemer tilveiebringes elektriske pumper (som for eksempel elektriske neddykkbare pumper eller ESP, (”electric submersible pumps”). ESP anvendes typisk for kunstig løft av fluid fra en brønn eller reservoar.

[0004 ] For å gjennomføre overhalingsoperasjoner i forbindelse med en elektrisk neddykkbar pumpe ESP, som for eksempel for å reparere den elektrisk neddykkbare ESP må en øvre kompletteringsseksjon av kompletteringssystemet fjernes. For å hindre strømning av fluider når den øvre kompletterings-seksjon fjernes drepes brønnen typisk med et tungt fluid eller dreperslamplugger for å kontrollere brønnen når den øvre kompletteringsseksjon er trukket ut av brønnen. Alternativt kan en formasjons-isolasjonsventil anordnes for å isolere et reservoar når den øvre kompletterings-seksjon trekkes ut.

US 2005/0092501 A1 beskriver systemer og metoder for positiv lukking av en del av borehullet og derved å oppnå reservoarkontroll. Forskjellige utførelser av systemer og metoder er beskrevet for selektivt å stenge en del av et borehull for fluidkommunikasjon. Borehulls-gjennomførings-seksjonen kan da gjenåpnes for fluidkommunikasjon ved gjenkobling av den øvre ferdigstillingsseksjonen til den nedre ferdigstillingsseksjonen. Fordelaktig medfører systemene og fremgangsmåter ifølge foreliggende oppfinnelse generelt fluidkommunikasjon mellom ringrommet i den øvre ferdigstillingsseksjon og strømningsboringen i den nedre ferdigstillingsseksjonen når den nedre ferdigstillingsseksjonen er lukket for fluidstrømning.

US 2004/094303 A1 beskriver en fremgangsmåte og apparat som tillater kommunikasjon av elektrisk kraft og signalering fra en nedehulls komponent til en annen nedihulls komponent, som benytter en induktiv koplingsenhet. I ett arrangement er en del av den induktive koplingsenheten festet til en produksjonsrørseksjon, og den andre delen av den induktive koplingsenheten er festet til et forings-rør eller en annen foringsdel. Produksjonsrørets induktive koplingsdel er elektrisk forbundet med en kabel over hvilken elektrisk kraft og signaler kan overføres. Slike strøm og signaler er magnetisk koplet til den induktive koplingsdelen i forings-røret eller forings-seksjonen og kommunisert til forskjellige elektriske anordninger montert utenfor forings-røret eller forings-seksjonen.

WO 01/98629 A1 beskriver et system for bruk i en brønn, slik som et intelligent ferdigstillingssystem, som innbefatter en elektrisk kabel (50) og flere kommunikasjonsmoduler (20 og 34) plassert i brønnen. Minst én første kommunikasjonsmodul er koblet til den elektriske kabelen (50). Minst en andre av kommunikasjonsmodulene er plassert på en ekstern lokasjon i brønnen separat fra installert nedihullsutstyr. En kommunikasjonslenkemekanisme som inkluderer en induktiv koblingsmekanisme (47) gir kommunikasjon mellom den første og den andre av kommunikasjonsmodulene.

WO 01/98632 A1 beskriver et apparat og fremgangsmåte for kommunikasjon i et borehull som omfatter induktive koplinger (300, 302, 308, 310) for overføring av signaler mellom konsentriske komponenter.

[0005 ] Nærvær av en ESP i et kompletteringssystem frembyr forskjellige betraktninger som skyldes at man ikke behøver å skaffe adgang gjennom boringen for å utføre intervensjon under ESP. Et første spørsmål involverer evnen til effektivt og sikkert aktivere en ventil eller andre kontrollinnretninger. Et ytterligere spørsmål involverer evnen til effektivt å samle måledata fra følere vedrørende brønnkarakteristikker (som for eksempel trykk og/eller temperatur) når ESP er tilstede. Konvensjonelle metoder for å oppnå måledata vedrørende brønnkarakteristikker involverer typisk å transportere et intervensjonsverktøy inn i brønnen. Slik transport inn i brønnen av et intervensjonsverktøy kan være dyr, spesielt i brønnanvendelser til havs.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006 ] Generelt inkluderer ifølge en utførelsesform et system for bruk i en brønn en streng for anbringelse i brønnen, hvor strengen inkluderer en elektrisk pumpe og en første induktiv koplerdel. Systemet inkluderer videre en kompletteringsseksjon for utplassering i en sone av brønnen som skal utvikles, hvor kompletteringsseksjonen inkluderer en andre induktiv koplerdel for induktiv kopling til den første induktive koplerdel. Kompletteringsseksjonen inkluderer også en elektrisk innretning elektrisk forbundet til den andre induktive koplerdel.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe et system for bruk i en brønn, omfattende: en streng for plassering i brønnen, idet strengen omfatter en elektrisk pumpe og en første induktiv koblerdel; og en kompletteringsseksjon for utplassering i en sone i brønnen som skal utvikles, hvor kompletteringsseksjonen og strengen er konfigurert for separat utplassering i brønnen, hvor strengen er konfigurert til å være i inngrep med kompletteringsseksjonen etter at kompletteringsseksjonen har blitt utplassert i sonen, og hvor kompletteringsseksjonen videre er omfatter: en andre induktiv koblerdel for induktiv kopling til den første induktive koblerdelen; en elektrisk enhet elektrisk koblet til den andre induktive koblerdelen; og en ventil aktiverbar mellom en åpen stilling og en lukket stilling, hvor strengen videre omfatter en elektrisk modul for å aktivere ventilen.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebringe et system for bruk i en brønn, omfattende: en nedre kompletteringsseksjon med en formasjonsisolasjonsventil og en skiftbar ventiloperator for å operere formasjonsisolasjonsventilen; videre omfattende: en streng som kan installeres separat i brønnen etter installasjon av den nedre kompletteringsseksjonen i brønnen, hvor strengen er i inngrep med den nedre kompletteringsstrengen; hvor strengen omfatter en elektrisk pumpe, en modul, og en elektrisk kabel elektrisk forbundet til modulen, hvor modulen kan aktiveres over den elektriske kabelen for å skifte ventiloperatoren.

Foreliggende oppfinnelser er videre egnet til å tilveiebringe en fremgangsmåte for bruk i en brønn, omfattende: installering av en første kompletteringsseksjon i brønnen, hvor den første kompletteringsseksjonen har en ventil og en elek trisk innretning for å utføre en handling i forhold til en sone som skal utvikles; etter installasjon av den første kompletteringsseksjonen i brønnen, å installere en streng i brønnen, slik at strengen er i inngrep med den første kompletteringsseksjonen, hvor strengen omfatter en første elektrisk kabel, en elektrisk pumpe, og en elektrisk modul for å aktivere ventilen; å kommunisere i det minste ett av strøm og data mellom den første elektriske kabelen og det elektriske utstyret gjennom en induktiv kobler; og aktivering av den elektriske pumpen for å overføre fluid i brønnen.

[0007 ] Andre eller alternative trekk vil fremgå av den følgende beskrivelse, fra de vedføyde tegninger, og fra de senere anførte patentkrav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0008 ] Fig.1, 2 og 4 illustrerer utførelsesformer av en nedre kompletteringsseksjon som inkluderer en følersammenstilling.

[0009 ] Fig.3 illustrerer et kompletteringssystem med en produksjonsstreng som er i inngrep i den nedre kompletteringsseksjon av fig.1, hvor produksjonsstrengen inkluderer en elektrisk neddykkbar pumpe (ESP).

[0010 ] Fig.5 illustrerer et ytterligere kompletteringssystem med en produksjonsstreng som er i inngrep i den nedre kompletteringsseksjon i fig.4, hvor produksjonsstrengen inkluderer en ESP.

[0011 ] Fig.6 illustrerer et ytterligere kompletteringssystem med en produksjonsstreng som er i inngrep i en nedre kompletterings-seksjon med et ytterligere arrangement hvor produksjonsstrengen inkluderer en ESP.

[0012 ] Fig.7 illustrerer enda et ytterligere kompletterings-system med en produksjonsstreng som er i inngrep i en nedre kompletterings-seksjon med et enda ytterligere arrangement, hvor produksjonsstrengen inkluderer en ESP.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0013 ] I den følgende beskrivelse anføres tallrike detaljer for å tilveiebringe en forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Det skal imidlertid forstås av de fagkyndige at den foreliggende oppfinnelse kan utøves uten disse detaljer og at tallrike variasjoner eller modifikasjoner fra de beskrevne utførelsesformer er mulig.

[0014 ] Som anvendt heri anvendes betegnelsene ”over” og ”under”; ”opp” og ”ned”; ”øvre” og ”nedre”; ”oppover” og ”nedover”; og andre lignende betegnelser som indikerer relative posisjoner over eller under et gitt punkt eller element i denne beskrivelse for mer klart å beskrive noen utførelsesformer av oppfinnelsen. Når de anvendes for utstyr og metoder for bruk i brønner som er avviks- eller horisontale brønner kan imidlertid slike betegnelser referere til et venstre- til høyre, høyre til-venstre, eller diagonalt forhold etter som det måtte passe.

[0015 ] I samsvar med noen utførelsesformer utplasseres en streng (for eksempel en produksjonsstreng eller en injeksjonsstreng) som inkluderer en elektrisk pumpe, som for eksempel en elektrisk neddykkbar pumpe (ESP) i en brønn. En elektrisk pumpe er en pumpe for overføring av fluid i en brønn, hvor pumpen aktiveres ved å anvende et signal, som kan være et elektrisk signal, et optisk signal, eller annen type av signal. En elektrisk pumpe drives enten av en energikilde lokalisert ved en jordoverflate (hvorfra brønnen strekker seg), eller av en lokal, nedhulls energikilde. I produksjonskontekst anvendes ESP for å utføre kunstig lift for å fremme produksjonen av fluider (for eksempel hydrokarboner) fra et reservoar (eller reservoarer) til en jordoverflate gjennom brønnen.

[0016 ] Produksjons- eller injeksjonsstrengen inkluderer den elektriske pumpe så vel som en førte induktiv koplerdel som er elektrisk forbundet til en elektrisk kabel som strekker seg til en ytterligere lokalisering i brønnen eller til en jordoverflatelokalisering. Den elektriske kabel hvortil den førte induktive koplerdel er elektrisk forbundet kan være den elektriske kabel til den elektriske pumpe (i det følgende pumpekabel) eller alternativt kan den elektriske kabel være separat fra pumpekabelen.

[0017 ] Den første induktive koplerdel muliggjør kommunikasjon av energi og data til én eller flere elektriske innretninger som er del av en nedre kompletteringsseksjon hvori produksjons- eller injeksjonsstrengen er i inngrep. Produksjons- eller injeksjonsstrengen og den nedre kompletterings-seksjon utgjør effektivt et to-trinns kompletteringssystem. Den nedre kompletterings-seksjon inkluderer videre en andre induktiv koplerdel som er plassert inntil den første induktive koplerdel når produksjons- eller injeksjonsstrengen er i inngrep med den nedre kompletteringsseksjon. Første og andre induktive koplerdeler, som danner en induktiv kopler, er i stand til induktivt å kople energi og data mellom produksjons- eller injeksjonsstrengen og den nedre kompletteringsseksjon.

[0018 ] De induktive koplerdeler utfører kommunikasjon ved bruk av induksjon. Induksjon anvendes for å indikere overgang av et tids-endrende elektromagnetisk signal eller energi som ikke er avhengig av en sluttet elektrisk krets, men i stedet inkludere en komponent som er trådløs. For eksempel, hvis en tidsendrende strøm føres gjennom en spole er da en konsekvens av tidsvariasjonen at et elektromagnetisk felt vil bli generert i mediet som omgir spolen. Hvis en andre spole anbringes i dette elektromagnetiske felt vil da en spenning bli generert på den andre spole, som refereres til som den induserte spenning. Virkningsgraden av denne induktive kopling øker ettersom spolene anbringes nærmere, men dette er ikke en nødvendig begrensning. Hvis for eksempel tidsendrende strøm føres gjennom en spole som er viklet omkring en metallisk spindel vil da en spenning bli indusert på en spole viklet omkring den samme spindel i noen avstand forskjøvet fra den første spole. På denne måte kan en eneste sender anvendes for å drive eller kommunisere med flere følere langs borehullet. Under forutsetning av nok energi kan overføringsavstanden være meget stor. For eksempel kan solenoidspoler på overflaten av jorden anvendes for induktivt å kommunisere med undergrunnsspole dypt nede i et borehull. Bemerk også at spolene ikke behøver å være viklet som solenoider. Et ytterligere eksempel på induktiv kopling foregår når en spole vikles som en ring omkring en metallspindel og en spenning induseres på en andre ringspole i noen avstand fjernet fra den første ringspole.

[0019 ] Eksempler på elektriske innretninger som kan være del av den nedre kompletteringsseksjon inkluderer følere, ventiler for å kontrollere kommunikasjon av fluid, og/eller andre elektriske innretninger. Ved hjelp av den induktive kopling kan måledata fra følere i den nedre kompletteringsseksjon kommuniseres til produksjonsstrengens elektriske kabel. Måledataene kan sendes over produksjonsstrengens elektriske kabel til en overflatekontroller ved en jordoverflatelokalitet eller en nedhullskontroller ved en nedhullslokalisering. Kommandoer kan også tilveiebringes over den elektriske kabel av produksjonsstrengen for å kontrollere en elektrisk innretning i den nedre kompletteringsseksjon, som for eksempel en ventil. Et eksempel på en slik ventil er en formasjonsisolasjons-ventil, som når den er lukket anvendes for å isolere en sone eller reservoar i brønnen, slik at den øvre del av kompletteringssystemet, som for eksempel produksjons-injeksjonsstrengen, kan fjernes fra brønnen.

Energi på den elektriske kabel i produksjonsstrengen kan også tilveiebringes til den eller de elektriske innretninger i den nedre kompletterings-seksjon gjennom den induktive kopler. Energien kan skrives seg fra en energikilde ved jordoverflaten, eller fra en energikilde som er del av produksjonsstrengen. Eksempler på energikilder inkluderer batterier, energiforsyninger, o.s.v.

[0021 ] I en ytterligere utførelsesform kan en nedhulls energigenerator anvendes for å levere energi til følere eller elektriske innretninger, og trådløs telemetri (for eksempel akustisk telemetri) mellom nedre og øvre kompletteringer kan anvendes i stedet for den induktive kopler.

[0022 ] I andre utførelsesformer kan induktive koplere utelates, slik at kommunikasjon med og kontroll av nedhulls elektriske innretninger tilveiebringes ved bruk av en forskjellig mekanisme.

[0023 ] Ifølge noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan kommunikasjonen av data og/eller energi med elektriske innretninger gjennomføres på en intervensjonsløs måte, endog selv om en produksjons- eller injeksjonsstreng inkluderer en elektrisk pumpe ”Intervensjonsløs” kommunikasjonen referer til kommunikasjon som ikke krever et separat verktøy (referert il som et intervensjonsverktøy) som skal innføres i brønnen. Evnen til å utføre intervensjonsløs kommunikasjon med elektriske innretninger i kompletteringssystem som også inkluderer en elektrisk pumpe tillater mer effektiv operasjon av en brønn (enten en landbasert brønn eller en undervannsbrønn).

[0024 ] I den følgende drøftelse refereres til kompletteringssystemer for å produsere fluider fra brønner. Bemerk at metodene drøftet i det følgende også kan anvendes for injeksjonssystemer, hvormed fluider (væsker eller gasser) kan injiseres inn i brønnen til et omgivende reservoar (eller reservoarer).

[0025 ] Fig.1 illustrerer en utførelsesform av en nedre kompletteringsseksjon 100, som utplasseres i en brønn 102 med en del fôret med fôringsrør 104. Den nedre kompletteringsdel 100 er posisjonert nær et reservoar 106 hvorfra fluider, som for eksempel hydrokarboner, skal produseres. Reservoaret 106 er del av en brønnsone som skal utvikles, i dette tilfelle produseres. I injeksjonskonteksten refererer utviklingen av en sone til injeksjon av fluider inn i reservoaret.

[0026 ] Den del av brønnen 102 som strekker seg gjennom reservoaret 106 er ufôret (sagt med andre ord er den nedre kompletteringsseksjon 100 i det minste delvis utplassert i en ikke-fôret hullseksjon av brønnen 102). I en alternativ implementasjon kan den nedre kompletterings-seksjon 100 være posisjonert i en sone som er fôret med et fôringsrør 104 (eller med en ytterligere type av fôring) med perforasjoner dannet i fôringsrøret eller annen fôring for å tillate kommunikasjon av fluider mellom det omgivende reservoar og brønnen 102.

[0027 ] Som vist i fig.1 inkluderer den nedre kompletteringsseksjon 100 en pakning 108. Under pakningen 108 er en husseksjon 110. En induktiv koplerdel 112 (for eksempel en konkav induktiv sokkelkoplerdel) er del av husseksjonen 110.

[0028 ] En formasjonsisolasjonsventil 116 er festet til huset 110. En ventiloperator 114 er festet til formasjons-isolasjonsventilen 116, hvor ventiloperatøren 114 er for å operere (åpne eller lukke) formasjonsisolasjonsventilen 116. I fig.1 er formasjonsisolasjons-ventilen 116 implementert med en kuleventil. I andre implementasjoner kan formasjonsisolasjonsventilen 116 være implementert med andre typer av ventiler, som hylseventiler, skiveventiler, enveis tettende klaffventiler, toveis tettende klaffventiler, o.s.v. Som vist i fig.1, når ventilen 116 er lukket, er reservoaret 106 isolert fra delen av brønnen 102 over den nedre kompletteringsseksjon 100, slik at fluider fra reservoaret 106 ikke kan strømme inn i brønnen 102 over den nedre kompletteringsseksjon 100 eller fluidet i fôringsringrommet 102 ikke strømmer inn i reservoarformasjonen 106. Når imidlertid formasjonsisolasjonsventilen 116 åpnes kan reservoarfluider passere fra en ringromsregion 101 gjennom en sandkontrollsammenstilling 118, eller et perforert rør, eller et slisset rør som del av den nedre kompletteringsseksjon 10 inn i en indre boring 120 av den nedre kompletteringsseksjon 100. Ringromsregionen 101 er definert mellom sandkontrollsammenstillingen 118 og en sandoverflate 103 av brønnen. Fluidene strømmer oppover gjennom den åpne formasjonsisolasjonsventil 116 til en produksjonsstreng (vist i fig.3) som er lokalisert over den nedre kompletteringsseksjon 100. Eksempler på sandkontrollsammenstillingen 118 inkluderer en sandskjerm, en slisset eller perforert fôring, eller et slisset eller perforert rør. Grus er pakket omkring sandkontrollsammenstillingen 118, slik at kombinasjonen av sandkontrollsammenstillingen 118 og gruspakningen er i stand til å filtrere partikler som for eksempel sand, fra produksjonsfluider.

[0029 ] I utførelsesformen i fig.1 er ventiloperatøren 114 mekanisk forbundet til formasjonsisolasjonsventilen 116 (som er en mekanisk formasjonsisolasjonsventil) for å operere ventilen 116. For eksempel kan ventiloperatøren 114 inkludere en forskyvbar spindel som skiftes til en første posisjon for åpne formasjonsisolasjonsventilen 116, og til en andre posisjon for å lukke formasjonsisolasjonsventilen 116. Som drøftet videre i det følgende i forbindelse med fig.3 aktiveres ventiloperatøren 114 ved hjelp av en elektronisk og motormodul som er del av produksjonsstrengen.

[0030 ] Den neste kompletterings-seksjon 100 inkluderer også en følersammenstilling 124 som er elektrisk forbundet gjennom en kontrollerkassett 126 til den induktive koplerdel 112. Kontrollerkassetten 126 er i stand til å motta kommandoer fra en ytterligere lokalitet (som for eksempel ved jordoverflaten eller fra en annen lokalitet i brønnen). Disse kommandoer kan instruere kontrollkassetten 126 til å bevirke at følerne 128 i følersammenstillingen 124 tar målinger. Eksempelvise parametere som kan måles inkluderer temperatur, trykk, strømningsmengde, fluiddensitet, reservoarresistivitet, olje/gass/vannforhold, viskositet, karbon/oksygenforhold, akustiske parametere, karakteristikker som kan underkastes kjemisk avsøking (som for eksempel avleiringer, voks, asfaltener, sedimenter, pH-avsøking, saltinnholdavsøking), o.s.v. Kontrollerkassetten 126 er også i stand til å lagre og kommunisere måledata fra følerne 128. Ved periodiske mellomrom eller i respons til kommandoer er således kontrollerkassetten 126 i stand til å kommunisere måledatene til en ytterligere komponent. Generelt inkluderer kontrollkassetten 126 enn prosessor og lager.

[0031 ] Følersammenstillingen 124 kan implementeres med en følerkabel (også referert til som ”sensorbrille”). Følerkabelen er i prinsippet en kontinuerlig kontrolledning med deler hvori følere er anordnet. Følkerkabelen er ”kontinuerlig” i den betydning at følerkabelen tilveiebringer en kontinuerlig tetning mot fluider, som for eksempel borehullsfluider, langs sin lengde. Bemerk at i noen utførelsesformer kan den kontinuerlige følerkabel faktisk ha separate husseksjoner som er tettende festet sammen (som for eksempel ved sammensveising). I andre utførelsesformer kan følerkabelen være implementert med et integrert, kontinuerlig hus, som brytes i stykker. Videre detaljer vedrørende følerkabler er beskrevet i US patentsøknad 11/688.089 med tittel ”Completion System Having a Sand Control Assembly, an Inductive Coupler, and a Sensor Proximate the Sand Control Assembly”, inngitt 19. mars 2007, som herved er innlemmet som referanse.

[0032 ] fig.2 illustrerer en variant av den nedre kompletteringsseksjon i fig.1. Den nedre kompletteringsseksjon i fig.2 er angitt som 100A. Forskjellen mellom den nedre kompletteringsseksjon 100A i fig.2 og den nedre kompletteringsseksjon 100 i fig.1 er at en formasjonsisolasjonsventil 200 i utførelsesformenn i fig.2 er implementert med en glidehylseventil snarere enn kuleventilen 116, som er vist i fig.

1. Glidehylseventilen 200 er glidbar i lengderetningen av brønnen 102. Glidehylseventilen 200 er glidbar mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon i forhold til én eller to porter 202, som er definert i husseksjonen 110A, og som strekker seg nedover fra pakningen 108. Glidehylseventilen 200 er operativt forbundet til en ventiloperatør 204, som også kan aktiveres ved hjelp av en elektronisk og motormodul (drøftet nærmere i det følgende). Ventiloperatøren 204 kan skiftes til å bevirke at glidehylseventilen 200 beveges mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon.

[0033 ] Den nedre kompletteringsseksjon 100A inkluderer også følersammenstillingen 124, kontrollerkassetten 126, og den induktive koplerdel 112, lignende utførelsesformen i fig.1.

[0034 ] Husseksjonen 202 definerer videre en åpning 206 ved sin nedre ende. I fig.

2, er åpningen 206 plugget med en plugg 208. Med pluggen 208 på plass foregår enhver strømning mellom ringregionen 101 (som definert mellom sandkontrollsammenstillingen 118 og sandoverflaten 103 i brønnen 102) gjennom glidehylseventilen 200. Bemerk at pluggen 208 er en opphentbar plugg som kan fjernes for å tillate kommunikasjon av brønnfluider gjennom den nedre åpning 206 i husseksjonen 110A. Bemerk også at åpningen 206 er innrettet på linje med den indre boring 120 i lengderetningen, slik at et verktøy kan passere gjennom åpningen 206 til en seksjon av brønnen under formasjons-isolasjonsventilen 200. I en alternativ utførelsesform kan pluggen 206 erstattes med en mekanisk formasjonsisolasjonsventil med en kuleventil eller en skiveventil eller en klaffventil, for å tillate adgang til den nedre kompletteringsregion 120 uten behov for en tur for å hente opp pluggen.

[0035 ] Fig.3 viser utplassering av en produksjonsstreng 300, som inkluderer et rør 302 og en elektrisk neddykkbar pumpe (ESP) 304 i brønnen 102. Produksjonsstrengen 300 er i inngrep med den nedre kompletteringsseksjon 100 i fig.1. Sammen utgjør produksjonsstrengen 300 og den nedre kompletteringsseksjon 100 det to-trinns kompletteringssystem. Som vist i fig.3 inkluderer produksjonsstrengen 300 videre en koppakning 306, som virker som en produksjonsavfallsbarriere for å hindre at produksjonsavfall i den nedre del av brønnen 102 kommer inn i en ringromsregion 308, som ligger over koppakningen 306, og som er definert mellom den ytre overflate av røret 302 og den indre overflate av fôringsrøret 104. I noen utførselsformer blir koppakningen ikke innført. En ytterligere utførelsesform er en kompletteringspakning innført over ESP-pumpen.

[0036 ] Produksjonsstrengen 300 har også en brønnsikringsventil 310 (som er eventuell) og som lukker i tilfellet av en nødssituasjon for å stenge brønnen 102. Produksjonsstrengen 300 inkluderer videre en kontraksjonsskjøt 312 (som er eventuell) anordnet for å regulere den langsgående lengde av produksjonsstrengen som er festet på pakningen 108. Bemerk at produksjonsstrengen 300 er utplassert mellom pakningen 108 og et røroppheng (ikke vist) lokalisert på jordoverflaten. Produksjonsstrengen 300 er i inngrep med den nedre kompletteringsseksjon ved bruk av en sneppertlås-mekanisme 317 (eller ved en annen type av inngrepsmekanisme).

[0037 ] Produksjonsstrengen 300 inkluderer også en operatørmodul, for eksempel elektronisk og motormodul 314 og en kontrollstasjon 316. Operatørmodulen kan være en elektrisk, elektrohydraulisk, hydraulisk eller en hvilken som helst annen mekanisme for å operere formasjonsisolasjonsventilen. Kontrollstasjonen 316 inkluderer en prosessor, lagringsinnretninger, og eventuelt følere (for eksempel temperatur og/eller trykkfølere). Kontrollstasjonen 316 inkluderer videre en telemetrimodul for å utføre kommunikasjon med en overflatekontroller lokalisert ved jordoverflaten eller med en ytterligere nedhulls kontroller.

[0038 ] Den elektroniske og motormodul 314 inkluderer komponenter for å aktivere ventiloperatøren 114. Den elektroniske og motormodul 314 går mekanisk til inngrep med ventiloperatøren 114 for å skifte ventiloperatøren 114 mellom forskjellige posisjoner for å aktivere formasjonsisolasjonsventilen 116. I noen implementasjoner inkluderer den elektroniske og motormodulen 314 en motor for å operere ventiloperatøren 114. Den elektroniske og motormodulen 314 er elektrisk forbundet til en elektrisk kabel 320, som strekker seg oppover fra den elektroniske og motormodulen 314 til kontraksjonsskjøten 312. Ved kontraksjonsskjøten 312 kan den elektriske kabel 320 vikles på en spiralmåte til den elektriske kabel 320, for å tilveiebringe en skrueviklet kabel. Fra den øvre ende av kontraksjonsskjøten 312 passerer den elektriske kabel 320 videre oppover gjennom kopp-pakningen 306 til ringroms-regionen 308 over kopp-pakningen 306. Den elektriske kabel 320 kan forlenges til jordoverflaten eller til en annen lokalitet nedhulls. I fig.3 er også vist en andre elektrisk kabel 322, som er forbundet til ESP 304. Den andre elektriske kabel 322 er referert til som ”pumpekabelen”. Pumpekabelen 322 leverer energi og kommandoer for elektrisk å operere ESP 304. Kontrollstasjonen 316 er elektrisk forbundet til en induktiv koplerdel 318 (som er festet til en nedre del av produksjonsrøret 300). Den induktive koplerdel 318 kan være en konveks induktiv koplerdel som kan bringes til inngrep med den konkave induktive koplerdel 112 av den nedre kompletteringsseksjon 100. Når de posisjoneres inntil hverandre er de induktive koplerdeler 112, 318 i stand til å utføre energi- og datakommunikasjon ved induktiv kopling. Måledata samlet av følersammenstillingen 124 kommuniseres gjennom den induktive kopler dannet med de induktive koplerdeler 112 og 318 til kontrollstasjonen 316.

[0040 ] Kontrollstasjonen 316 er også elektrisk forbundet til den elektriske kabel 320, for å tillate den elektriske kabel 320 å kommunisere med den ytterligere komponent (for eksempel en overflatekontroller eller en nedhulls kontroller).

[0041 ] I en alternativ utførelsesform, i stedet for å bruke to separate elektriske kabler 320, 322 for separat forbindelse til ESP 304 og den elektroniske og motormodul 314 og kontrollstasjonen 316 kan den samme elektriske kabel innføres til både ESP 304 og til modulen 314 og kontrollstasjonen 316.

[0042 ] I operasjon innføres den nedre kompletteringsseksjon 100 først i brønnen 102 til en dybde inntil det reservoar 106, som skal produseres. Pakningen 108 i den nedre kompletteringsseksjon 100 innstilles så til å fiksere posisjonen av den nedre kompletteringsseksjon 100 og tilveiebringe en fluidtetning. Deretter er en gruspakkingsoperasjon blitt gjennomført for gruspakking av ringromsregionen 101 mellom sandkontrollsammenstillingen 118 og sandoverflaten 103 hvis sandkontroll er nødvendig.

[0043 ] Etter gruspakking innføres produksjonsstrengen 300 i brønnen 102 og bringes til inngrep med den nedre kompletteringsseksjon 100 ved bruk av sneppertlåsmekanismen 317. Så snart produksjonsstrengen 300 og den nedre kompletteringsseksjon 100 er brakt til inngrep kan produksjon av fluider begynne.

[0044 ] I operasjonene drøftet i det foregående kan formasjons-isolasjonsventilen 116 aktiveres mellom åpen og lukket posisjon ved bruk av elektriske kommandoer sendt over den elektriske kabel 320 til den elektroniske og motormodul 314. Kontrollstasjonen 314 kan instrueres til å samle måledata fra følersammenstillingen 120 og å sende måledatene til en overflatekontroller eller en ytterligere nedhulls kontroller. ESP 304 kan aktiveres til å starte fluidpumpeoperasjon for å løfte produksjonsfluider inn i produksjonsrøret 302.

[0045 ] Fig.4 illustrerer en alternativ utførelsesform av en nedre kompletteringsseksjon, identifisert som 100B. Den nedre kompletteringsseksjon 100B inkluderer en elektrisk formasjonsisolasjons-ventil 400 (heller enn de mekaniske formasjonsisolasjonsventiler 116 og 200 i fig.1 og 2). Den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400 opereres ved bruk av elektrisk energi tilført av en elektrisk kabel. Den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400 kan inkludere en energikilde 402. Energikilden 402 er forbundet ved hjelp av en elektrisk leder 404 til den induktive koplerdel 112, som er del av den nedre kompletteringsseksjon 100B.

[0046 ] Energikilden 402 i den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400 kan implementeres som en kondensator i en utførelsesform. Kondensatoren kan vedlikeholdslades med energi kommunisert gjennom den induktive koplerdel 112 for å inneholde tilstrekkelig elektrisk energi for å drive aktiveringen av formasjonsisolasjonsventilen. I en alternativ implementasjon kan i stedet for bruk av en kondensator som energikilde 402 energikilden i stedet implementeres med et batteri. I enda en ytterligere utførelsesform kan energi til formasjonsisolasjonsventilen 400 tilveiebringes fra en energikilde som er del av en produksjonsstreng (ikke vist i fig.

4) eller av en energikilde ved jordoverflaten. Denne energi kommuniseres gjennom en elektrisk kabel til en sammenpassende induktiv koplerdel som er posisjonert nær den induktive koplerdel 112 i fig.4.

[0047 ] Energikilden 402 anvendes for å drive aktiveringskomponentene i den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400 for å åpne eller lukke ventilen. Slik aktivering kontrolleres ved bruk av kommandoer kommunisert over den elektriske kabel 320 (se fig.5).

[0048 ] Den nedre kompletteringsseksjon 100B differerer også fra den nedre kompletteringsseksjon 100 i fig.1 ved at en isolasjonspakning 406 er anordnet i ringromsregionen 101 utenfor sandkontrollsammenstillingen 118. Isolasjonspakningen 406 er i stand til å isolere ringromsregionen 101 i to soner (en sone over isolasjonspakningen 406 og en ytterligere sone under isolasjonspakningen 406).

[0049 ] Den nedre kompletteringsseksjon 100B inkluderer også en følerkabel 124A som strekker seg gjennom isolasjonspakningen 406, slik at følere 128 er tilveiebrakt i hver av sonene. Følerkabelen 124A er elektrisk forbundet gjennom kontrollkassetten 126 til den induktive koplerdel 112.

[0050 ] Fig.5 viser en produksjonsstreng 300A i inngrep med den nedre kompletteringsseksjon 100B i fig.4. Produksjonsstrengen 300A i fig.5 er forskjellig fra produksjonsstrengen 300 i fig.3 ved at produksjonsstrengen 300A ikke inkluderer en elektronisk og motormodul 314, som er del av produksjonsstrengen 300 i fig.3.

[0051 ] Som vist i fig.5 er en kontrollstasjon 316A (som er del av produksjonsstrengen 300A) elektrisk forbundet over èn eller flere elektriske ledninger 500 som er innleiret i husseksjonen 502 i produksjonsstrengen 300A. Den eller de elektriske ledere 500 er elektrisk forbundet til en konveks induktiv koplerdel 504, som er del av hus-seksjonen 502 av produksjonsstrengen 300A. Den konvekse induktive koplerdel 504 er posisjonert inntil den konkave induktive koplerdel 112 for å muliggjøre kommunikasjon av energi og data med følerkabelen 124A og den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400.

[0052 ] I operasjon kan kontrollstasjonen 316A instrueres (som for eksempel ved hjelp av en overflatekontroller) over den elektriske kabel 320 til å sende kommandoer til den elektriske formasjonsisolasjonsventil 400 for å aktivere formasjonsisolasjonsventilen 400 mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon. Kontrollstasjonen 316A er også i stand til å samle måledata fra følerkabelen 124A og overføre slike måledata over den elektriske kabel 320.

[0053 ] I en variasjon av utførelsesformen i fig.4 og 5, kan det i stedet for å bruke induktive koplerdeler 112 og 504 anvendes trådløs telemetri (for eksempel akustisk telemetri). I slik implementasjon er telemetrielementet 112 i stand til å kommunisere trådløst (for eksempel med akustiske signaler) med enten korresponderende telemetrielement 504 eller med et telemetrielement ved jordoverflaten. I denne implementasjon er energikilden 402 en nedhulls energigenerator som er i stand til å levere energi for operasjon av ventilen 400 i respons til kommandoer kommunisert trådløst (for eksempel med akustiske signaler).

[0054 ] Fig.6 viser en variant av utførelsesformen i fig.3. I varianten i fig.6 inkluderer en nedre kompletteringssektor 100C ikke følerkabelen 124 og kontrollerkassetten 126 i fig.1. Heller ikke noen induktive koplerdeler er inkludert i den nedre kompletteringsseksjon 100C og en produksjonsstreng 300B, som er i inngrep med den nedre kompletteringsseksjon 100C. I fig.6 utførelsesformen opereres den mekaniske formasjonsisolasjonsventil 116 av den elektroniske og motormodul 314 (på en måte lignende utførelsesformen i fig.3).

[0055 ] Fig.7 viser en forskjellig utførelsesform av et to-trinns kompletteringssystem som inkluderer en produksjonsstreng 300C og en nedre kompletteringsseksjon 100D. Den nedre kompletteringsseksjon 100D har en pakning 700 og en husseksjon 702 under pakningen 700. Husseksjonen 702 har to konkave induktive koplerdeler 704, 706 hvor den første konkave induktive koplerdel 704 er elektrisk forbundet til en elektrisk kabel 708, som strekker seg til strømningskontroll-ventiler 710, 712 utplassert i henholdsvis soner 714, 716. Sonene 714 og 716 er isolert ved hjelp av en isolasjonspakning 718. Strømningskontroll-ventilene 710, 712 kontrollerer radiell fluidstrømning fra det omgivende reservoar inn i den indre boring 720 av sandkontroll-sammenstillingen 118.

[0056 ] Den andre konkave induktive koplerdel 706 er elektrisk forbundet til en elektrisk formasjons isolasjonsventil 724, som er lignende den elektriske formasjonsventil 400 i fig.1. Den elektriske formasjonsisolasjonsventil 724 inkluderer en energikilde 723 og en elektrisk leder 725, som forbinder energikilden 723 til den konkave induktive koplerdel 706. Den konkave induktive koplerdel 706 er også elektrisk forbundet til en følerkabel 726, som strekker seg gjennom isolasjonspakningen 718. Følerkabelen 726 er elektrisk forbundet til den konkave induktive koplerdel 706 gjennom en kontrollkassett 728.

[0057 ] Produksjonsstrengen 300C inkluderer to konvekse induktive koplerdeler 730, 734, som er posisjonert inntil respektive konkave induktive koplerdeler 704, 706. Begge de konvekse induktive koplerdeler 730, 734 er elektrisk forbundet ved hjelp av èn eller flere elektriske ledere 736 til en kontrollstasjon 738, som også er del av produksjonsstrengen 300B. De øvrige komponenter av produksjonsstrengen 300C er lignende produksjonsstrengen 300 eller 300A i fig.3 eller 5.

[0058 ] En ytterligere variasjon av fig.7 utførelsesformen er bare en induktiv kopler innført. Føleren, strømningskontrollventilen og formasjonsisolasjonsventilen og andre elektrisk aktiverte innretninger er alle forbundet til den samme kabel. En mekanisk formasjonsisolasjonsventil kunne også anvendes i stedet for den elektriske formasjons-isolasjonsventil.

Claims

P A T E N T K R A V

1. System for bruk i en brønn (102), omfattende:

en streng (300) for plassering i brønnen (102), idet strengen omfatter en elektrisk pumpe (304) og en første induktiv koblerdel (318); og

en kompletteringsseksjon (100) for utplassering i en sone (106) i brønnen (102) som skal utvikles, hvor kompletteringsseksjonen (100) og strengen (300) er konfigurert for separat utplassering i brønnen (102), hvor strengen er konfigurert til å være i inngrep med kompletteringsseksjonen (100) etter at kompletteringsseksjonen (100) har blitt utplassert i sonen (106), og hvor kompletteringsseksjonen (100) videre er k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte:

en andre induktiv koblerdel (112) for induktiv kopling til den første induktive koblerdelen (318);

en elektrisk enhet (126) elektrisk koblet til den andre induktive koblerdelen (112); og

en ventil (116) aktiverbar mellom en åpen stilling og en lukket stilling,

hvor strengen videre omfatter en elektrisk modul (314) for å aktivere ventilen (116).

2. System ifølge krav 1, hvor den elektriske enheten (126) omfatter en føler (128).

3. System ifølge krav 1, hvor ventilen (116) omfatter en formasjonsisolasjonsventil.

4. System ifølge krav 1, hvor ventilen (116) omfatter en mekanisk ventil, og hvor kompletteringsseksjonen (100) ytterligere omfatter en ventiloperator (114) som kan skifte mellom posisjoner for å åpne og lukke ventilen, og

hvor den elektriske modulen (314) er konfigurert til å skifte ventiloperatoren.

5. System ifølge krav 4, hvor modulen (314) omfatter en motor for å skifte ventiloperatoren (114).

6. System ifølge krav 5, hvor strengen ytterligere omfatter en første elektrisk kabel (320), og hvor modulen (314) er elektrisk aktiverbar ved hjelp av den elektriske kabelen (320).

7. System ifølge krav 6, hvor strengen ytterligere omfatter en andre elektrisk kabel (322) elektrisk forbundet til den elektriske pumpen (304).

8. System ifølge krav 6, hvor den første elektriske kabelen (320) er videre elektrisk forbundet til den elektriske pumpen (304).

9. System ifølge krav 1,hvor strengen omfatter én av en produksjonsstreng og en injeksjonsstreng.

10. System ifølge krav 1, hvor den elektriske pumpen (304) omfatter en elektrisk neddykkbar pumpe.

11. System ifølge krav 1, hvor den elektriske innretningen (126) omfatter en følerkabel (124) med flere følere (128).

12. System ifølge krav 11, hvor strengen ytterligere omfatter en kontrollstasjon (316) for å kommunisere med følerne (128) gjennom den første og den andre induktive koblerdelen.

13. System ifølge krav 11, hvor kompletteringsseksjonen (100) ytterligere omfatter en isolasjonspakning (718) for å isolere flere soner (714, 716) i brønnen (102), og hvor følerkabelen (124) strekker seg gjennom isolasjonspakningen(718) for å tilveiebringe følere (128) i nevnte flere soner (714, 716).

14. System ifølge krav 1, hvor ventilen (116) er en elektrisk ventil (400) som har en energikilde (402) elektrisk koblet til den andre induktive koblerdelen.

15. System ifølge krav 1, hvor den elektriske enheten er en første elektrisk innretning (728), og hvor strengen ytterligere omfatter en tredje induktiv koblerdel (730), og kompletteringsseksjonen ytterligere omfatter en fjerde induktiv koblerdel (734) og en andre elektrisk innretning (738),

idet den fjerde induktive koblerdelen er elektrisk forbundet til den andre elektriske innretning, og

den tredje induktive koblerdelen for induktiv kopling til den fjerde induktive koblerdelen.

16. System ifølge krav 15, hvor den første elektriske innretning (728) omfatter en følerkabel med flere følere, og hvori den andre elektriske innretning omfatter en strømningskontroll-ventil (710, 712).

17. System ifølge krav 1, hvor strengen videre har en kontrollstasjon som inkluderer en prosessor og en lagringsenhet, og hvor kontrollstasjonen er konfigurert til:

elektrisk å kommunisere med den elektriske modulen gjennom den første og den andre induktive kobleren; og

kommunisere med en overflate kontroller på jordoverflaten.

18. Fremgangsmåte for bruk i en brønn, omfattende:

installering av en første kompletteringsseksjon (100) i brønnen, hvor den første kompletteringsseksjonen har en ventil (116) og en elektrisk innretning (314) for å utføre en handling i forhold til en sone (106) som skal utvikles;

k r a k t e r i s e r t v e d a t:

etter installasjon av den første kompletteringsseksjonen (100) i brønnen, å installere en streng (300) i brønnen, slik at strengen er i inngrep med den første kompletteringsseksjonen, hvor strengen omfatter en første elektrisk kabel (322), en elektrisk pumpe (304), og en elektrisk modul (314) for å aktivere ventilen (116); å kommunisere i det minste ett av strøm og data mellom den første elektriske kabelen og det elektriske utstyret gjennom en induktiv kobler (47); og

aktivering av den elektriske pumpen (304) for å overføre fluid i brønnen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor ventilen (116) er en formasjonsisolasjonsventil som kan lukkes for å isolere sonen (106) i brønnen.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor formasjonsisolasjonsventilen omfatter en mekanisk formasjonsisolasjonsventil, og hvor den første kompletteringsseksjonen ytterligere omfatter en skiftbar ventiloperator for å operere den mekaniske formasjonsisolasjonsventil, idet fremgangsmåten ytterligere omfatter:

aktivering av den elektriske modulen som er del av strengen for å aktivere ventiloperatoren, hvor den elektriske modulen inkluderer elektroniske kretser og en motor.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor formasjonsisolasjonsventilen omfatter en elektrisk formasjonsisolasjonsventil som inkluderer en elektrisk operatormodul.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor formasjonsisolasjonsventilen omfatter en elektrisk formasjonsisolasjonsventil (400) som inkluderer en energikilde (402), idet fremgangsmåten ytterligere omfatter:

energikilden opplades ved bruk av den induktive kobleren hvor energikilden inkluderer en kondensator og hvor oppladningen av energikilden omfatter at kondensatoren vedlikeholds-opplades.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor installasjon av strengen omfatter å installere strengen som omfatter en kontroll stasjon (126) som har en prosessor og en lagringsinnretning, fremgangsmåten omfatter videre:

kontrollstasjonen kommuniserer elektrisk med den elektriske innretningen gjennom den induktive kobleren (47); og

kontroll stasjonen kommuniserer med en overflate kontroller på en jordoverflate.

24. System for bruk i en brønn, omfattende:

en nedre kompletteringsseksjon (100) med en formasjonsisolasjonsventil (400) og en skiftbar ventiloperator (114) for å operere formasjonsisolasjonsventilen (400);

k a r a k t e r i s e r t v e d å omfatte:

en streng (300) som kan installeres separat i brønnen etter installasjon av den nedre kompletteringsseksjonen (100) i brønnen, hvor strengen (300) er i inngrep med den nedre kompletteringsstrengen; hvor strengen omfatter en elektrisk pumpe (304), en modul (314), og en elektrisk kabel (322) elektrisk forbundet til modulen, hvor modulen kan aktiveres over den elektriske kabelen for å skifte ventiloperatoren (114).

25. System ifølge krav 24, hvor den nedre kompletteringsstrengen videre har en elektrisk innretning, og strengen har videre en elektrisk kontroll stasjon (126) som har en prosessor og en lagringsenhet, og hvor kontroll stasjonen er konfigurert til:

elektrisk å kommunisere med den elektriske innretningen gjennom en første og en andre induktiv koblerdel (318, 112); og

kommunisere med en overflatekontroller på en jordoverflate.