NO342600B1

NO342600B1 - Forsinket svelling i et brønnpakningselement

Info

Publication number: NO342600B1
Application number: NO20090476A
Authority: NO
Inventors: Edward T Wood; Edward J O'malley
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2018-06-18
Also published as: GB201021152D0; WO2008008687A1; GB2473773B; GB0901808D0; NO20090476L; CA2669778A1; US7562704B2; CA2669778C; GB2473773A; GB2454608A; GB2454608B; US20080011473A1

Abstract

Et svellingselement hastighetsreguleringsteknikk og produkt kjennetegner en ytre belegning på en kjerne av et element. Kjernen reagerer på hydrokarboner eller vann avhengig av hvorledes den er utformet. Den omgivende belegning er fortrinnsvis formet av fine jordpartikler av et ikke-svellende polymer blandet i et oppløsningsmiddel slik som metyl-etyl-keton som er påført i et tynt lag til kjernens ytre. Det uherdede ytterlag er så kontaktet ved en mønstret overflate. Den mønstrete overflate er presset fast mot den ikke- herdede polymer/oppløsningsblanding og overfører en invers av mønstret til overflaten av betegningen. Ettersom trykk påføres, kan varme også anvendes for å herde betegningen. Det resulterende mønster er utformet slik av åpninger i betegningen er skapt som regulerer infiltrasjon av vann eller andre fluider gjennom det og, som et resultat, svellingshastigheten i brønnboringen. Svellingshastigheten styres delvis av forholdet av det eksponerte areal av svellingssammensetningen til det totale volum av svellingssammensetningen. Jo mindre dette forhold er, jo lavere er svellingshastigheten. Mønstret skapt i det ikke-svellende laget kan også sørge for begrenset mekanisk tilbakeholdelse av svellingselementet, som videre sinker prosessen.

Description

Område av oppfinnelsen

Område for denne oppfinnelse angår brønnpakninger og plugger som benytter et svellingselement og mer nøyaktig en utforming som forsinker begynnelsen av svelling når elementet er i brønnen.

Bakgrunn for oppfinnelsen

US 6581682 B2 omtaler en borehullspakning for tetting av det ringformede rom rundt et rør i et borehull. Pakken er prefabrikkert, i fabrikk. For å gi pakningen stivheten den behøver for håndtering og transport, er pakningen bygget rundt en indre hylse av stivt (metall) nett. Alternativt kan pakningen være bygd rundt et papprør, som kasseres når pakningen er sammenstilt på røret. Når pakningsmaterialet er bentonitt, kan bentonitten være kompresjonsstøpt til ringformede ringer og pakningen er bygget opp fra ringene.

Pakninger benyttes i brønnen for å isolere partier av en brønnboring fra hverandre. Det er mange typer av pakninger. Noen settes ved langsgående sammentrykking av tetningselementet ved fluidtrykk som påføres et sett verktøy eller ved mekanisk kraft slik som fra nedsetting av vekt. Andre utforminger innbefatter elementer som blåses opp. I den senere tid har elementer som sveller til en tettende posisjon ved eksponering mot brønnfluider blitt benyttet. Det har vært mange varianter som angitt nedenfor.

Pakninger har blitt benyttet som anvender elementene som reagerer på de omgivende brønnfluider og sveller for å danne en tetning. Mange forskjellige materialer har blitt omtalt som kapable til å ha denne egenskap og noen utforminger har gått videre for å forhindre svelling inntil pakningen er nær posisjonen hvor den settes. Disse utforminger er fremdeles begrenset til mengden av svelling fra tetningselementet så langt som det utviklede kontakttrykket mot det omgivende rør eller brønnboring. Mengden av kontakttrykk er en faktor i evnen til å styre nivået av trykkdifferensial. I noen utforminger er det også spørsmål om ekstrusjon av tetningselementet i en langsgående retning ettersom det svelles radielt men ingen løsninger er gitt. En ganske omfattende oppsummering av svellepakningsområdet er angitt nedenfor:

I. Referanser som viser et fjernbart deksel over en svellehylse

1) Søknad US 2004/0055760 A1

Figur 2a viser en omvikling 110 over et svellemateriale 102.

Avsnitt 20 avslører at materialet 110 kan fjernes mekanisk ved skjæring eller kjemisk ved oppløsning eller ved å benytte varme, tid eller spenning eller andre måter kjent innen fagområdet. Barriere 110 er beskrevet i avsnitt 21 som et isolasjonsmateriale inntil aktivering av det underliggende materiale er ønsket. Mekanisk ekspansjon av det underliggende rør er også overveiet i en varietet av teknikken beskrevet i avsnitt 24.

2) Søknad US 2004/0194971 A1

Denne referanse omtales i avsnitt 49 ved bruken av vann eller alkalioppløselig polymerbelegning slik at aktueringsmidlet kan kontakte det elastomeriske materialet som ligger under for formålet med å forsinke svelling. En måte å utføre forsinkelsen er å kreve injeksjon inn i brønnen av materialet som vil fjerne belegningen. Forsinkelsen i svelling gir tid for å posisjonere røret hvor det er nødvendig før det ekspanderes. Flere bånd av svellematerialet er illustrert med det øverste og nederste som virker som ekstrusjonsbarrierer.

3) Søknad US 2004/0118572 A1

I avsnittet 37 til denne referanse angis det at det beskyttende lag 145 unngår for tidlig svelling før brønnhulls-destinasjonen er oppnådd. Dekket sveller ikke vesentlig når det kontaktes av det aktiverende middel, men er sterkt nok til å motstå rivinger eller skader ved avlevering til brønnlokaliseringen. Når brønnlokaliseringen er oppnådd brister rørekspansjon belegningen 145 for å eksponere svelleelastomerer 140 til aktiveringsmidlet. Det beskyttende laget kan være Mylar eller plast.

4) USP 4862 967

Her er pakningselementet et elastomer som er viklet med et uperforert belegg. Belegningen forsinker svelling inntil pakningselementet er aktuert ved hvilket punkt dekket er "brutt" og svelling av den underliggende tetning kan starte for alvor som rapportert i kolonne 7.

5) USP 6854 522

Dette patent har mange utførelser. Den ene i figur 26 er skum som er tilbakeholdt for innføring og når den riktige dybde er oppnådd viste ekspansjon av røret tilbakeholderen 272 for å tillate skummet å svelle til sin opprinnelige dimensjon.

6) Søknad US 2004/0020662 A1

Et permeabelt ytterlag 10 dekker svellingslaget 12 og har en høyere motstand mot svelling enn kjernesvellingslaget 12. Spesifikk materialvalg er gitt i avsnitt 17 og 19. Hva som skjer med dekket 10 under svelling er ikke klart, men det brister antageligvis og fragmenter av det forblir i nærheten av svellingstetningen.

7) USP 3918 523

Svellingselementet er belagt i behandlet sekkestoff for å forsinke svelling inntil det ønskede brønnboringsstedet er nådd. Belegningen oppløses så sekkestoffet og tillater fluid å gå gjennom sekkestoffet for å gå til svelleelementet 24 som ekspanderer og brister dekslet 20, som angitt i toppen av kolonne 8).

8) USP 4612 985

En tetningsstabel for å innføres i en tetningsboring til et brønnverktøy er dekket med en hylse skjærbart montert til en spindel. Hylsen er stoppet foran tetningsboringen ettersom tetningen først blir fri når de fremføres inn i tetningsboringen.

II. Referanser som viser et svellingsmateriale under en ugjennomtrengelig hylse

1) Søknad US 2005/01100217

En oppblåsbar pakning er fylt med materiale som sveller når et svellingsmiddel er innført i det.

2) USP 6073 692

En pakning har en riflet spindel og er belagt med et tetningselement. Herdingsingredienser er holdt i avstand fra hverandre for innføring.

Deretter er spindelen ekspandert til et sirkulært tverrsnitt og ingrediensene under den ytre hylse danner seg og herder. Svelling er ikke nødvendigvis resultatet.

3) USP 6834 725

Figur 3b viser en svellingskomponent 230 under et tetningselement 220 slik at ved rørekspansjon med svenke 175 er pluggene 210 slått av og tillater aktiveringsfluid og nå svellingsmaterialet 230 under dekket av tetningsmaterialet 220.

4) USP 5048 605

Et vannekspanderbart materiale er viklet i overlappende Kevlar-ark. Ekspansjon nedenfra delvis løser opp Kevlaren inntil den kontakter borehullsveggen.

5) USP 5195 583

Leire er belagt i gummi og en passasje som fører fra det ringformede rommet tillater brønnfluid bak gummien og tillater at leiren sveller under gummien.

6) Japansk søknad 07-334115

Vann er lagret tilstøtende et svellingsmateriale og er tillatt å blande seg sammen med svellingsmaterialet under en kappe 16.

III. Referanse som viser et eksponert tetningselement som sveller ved innføring

1) USP 6848 505

En eksponert gummihylse sveller når den innføres brønnhullet. Røret eller foringen kan også ekspanderes med en svenke.

2) PCT søknad WO 2004/018836 A1

En porøs hylse over et perforert før sveller når det introduseres for brønnfluider. Basisrøret er ekspandert nedihulls.

3) USP 4137 970

Et svellingsmateriale 16 rundt et rør er innført i brønnboringen og sveller for å tette brønnboringen.

4) US søknad US 2004/0261990

Vekslende eksponerte ringer som reagerer på vann eller brønnfluider er anordnet for sone-isolasjon uavhengig av om brønnen er i produksjon eller produserer vann.

5) Japansk søknad 03-166459

En sandwich av avdempede svellingsringer omgir en hurtigere svellingsring. De senere svellingsringer sveller i løpet av timer idet de omgivende hurtigere svellingsringer gjør det i løpet av minutter.

6) Japansk søknad 10-235996

Sekvensiell svelling fra ringer under ringer over fanget vann i mellom synes å være hva som skjer fra en vanskelig lesbar engelsk oversettelse fra Japan.

7) USP 4919 989 og 4936 386

Bentonitt-leireringer er sluppet ned i brønnen og sveller for å tette ringrommet, i disse to relaterterte patenter.

8) US søknad US 2005/0092363 A1

Base-røråpninger er plugget med et materiale som oppløses under eksponering mot brønnfluider og temperaturer og produserer et produkt som fjerner filterkake fra filteret.

9) USP 6854 522

Figur 10 i dette patent har to materialer som tillates å blande seg på grunn av rørekspansjon mellom tetningselementet som inneholder de kombinerte kjemikalier inntil de herder.

10) US søknad US 2005/0067170 A1

Formhukommelsesskum er utformet med liten størrelsesdimensjon for innføring og så ført inn og tillatt å innta dens tidligere form ved å benytte en temperaturstimulans.

Idet det å prøve å forsinke fremskridelsen av svelling har blitt prøvd tidligere har problemene vært i utføringen av en fungerbar utforming. Det avgjørende blant problemene som påvirker tidligere utforminger har vært problemet med å erverve hva slags belegging som ble benyttet for å klebe seg til det underliggende svellingselement når det ble innført i brønnen. For eksempel beskriver publisert US-søknad 2004/0020662 en utførelse med et ytre nitril-lag over et nitrilelement hvor den ytre belegning etterlater partier av kjerneeksponert for kontakt med brønnfluider for å den måten å regulere svellingshastigheten. Hva denne referansen ikke omtaler er vanskeligheten med å få to lag av nitril til å klebe seg til hverandre i et brønnmiljø. Tester med konseptet omtalt i denne referanse har avdekket at det er et klebeproblem i grensesnittet mellom lagene i brønnmiljøet og dette underminerer den ønskede virkning av å regulere svellingshastigheten av den underliggende kjerne til pakningselementet.

Den foreliggende oppfinnelse, anvendbar for element-sammenstillinger som sveller i hydrokarboner eller vann adresserer problemene med tidligere utforminger ved å formulere en belegging som vil klebe seg til og hvordan man gjør dette tillater en også inntrengning av fluid som utløser svellingen ved den ønskede hastighet.

Nærmere bestemt oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved et element for en tetningsanordning for brønnbruk, omfattende:

en kjerne laget av et materiale som sveller når det eksponeres for forhåndsbestemte fluider nede i brønnhullet og med en initiell ytre dimensjon for innføring i brønnhullet; kjennetegnet ved at det videre omfatter:

en perforert ikke-svellende ytre belegning over nevnte initielle ytre dimensjon av nevnte kjerne, nevnte perforeringer tillater fluider å gå gjennom og tillate nevnte kjerne å svelle utvendig til en større andre dimensjon ved en forhåndsbestemt initiell hastighet som er lavere enn hvis nevnte ytre belegning ikke er til stede.

Foretrukne utførelsesformer av elementet er videre utdypet i kravene 2 til og med 13.

Målene og andre aspekter med den foreliggende oppfinnelse vil bli mer synlig for de som er faglært på området fra en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelse og den tilhørende tegning idet kravene som er vedføyd nedenfor indikerer det fullstendige område av oppfinnelsen.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En svellingselement hastighetsreguleringsteknikk og produkt kjennetegner en ytre belegning på en kjerne av et element. Kjernen reagerer på hydrokarboner eller vann avhengig av hvorledes den er utformet. Den omgivende belegning er fortrinnsvis formet av fine jordpartikler av et ikke-svellende polymer blandet i et oppløsningsmiddel slik som metyl-etyl-keton som er påført i et tynt lag til kjernens ytre. Dette ikke-herdede ytterlag er så kontaktet av en mønstret overflate. Den mønstrete overflate er presset fast mot den ikke-herdede polymer/oppløsningsblanding og overfører en invers av mønstret til overflaten av belegningen. Ettersom trykk påføres kan varme også anvendes for å herde belegningen. Det resulterende mønster er utformet slik at åpninger i belegningen er skapt som regulerer infiltrasjon av vann eller andre fluider gjennom det og, som et resultat, hastigheten av svelling i brønnboringen. Svellingshastigheten styres delvis av forholdet av det eksponerte areal av svellingssammensetning til det totale volum av svellingssammensetning. Jo mindre dette forhold er, jo lavere er svellingshastigheten. Mønstret som skapes i ikke-svellingslaget kan også tilveiebringe begrenset mekanisk motstand for svellingselementet, som videre sinker prosessen.

Detaljert beskrivelse av tegningen

Figur 1 er perspektivriss som viser elementet med den ytre belegning og det omgivende vevede materiale.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelse

Figur 1 viser en sylindrisk utformet kjerne 10 som kan utformes for å være vannreagerende eller hydrokarbonreagerende. I den foretrukne utførelse for en vannreagerende versjon, er volumet av kjernen 10 et nitrilbasert polymer med innlemmede vannabsorberende partikler. Et eksempel på slike materialer som absorberer vann er referert til som superabsorberende partikler eller SAP. Disse partiklene absorberer vann og sveller. Resultatet er at gummi sveller uten vannet eller SAP absorberes i gummimatriksen som kan negativt påvirke dets evne til å virke som et tetning.

Alternativt kan kjernen være hydrokarbonreagerende og kan lages fra et oleofilisk polymer som absorberer hydrokarboner inn i sin matriks. Svelling oppstår fra absorpsjon av hydrokarboner som også smører og minsker den mekaniske styrke av polymerkjeden ettersom den ekspanderer. EPDM er et eksempel på et slikt materiale.

Den foreliggende oppfinnelse er en effektiv måte å forsinke svellingen i enhver type av element ved å plassere en belegning 12 som effektiv kleber seg til kjernen 10 i brønnforhold. Hva som er blitt oppdaget og hva som fungerer i et miljø er å ta et nitrilpolymer og male det til en pulverform med partikkelstørrelser fortrinnsvis mindre enn 325 maske (eng. mesh). Pulveret kan blandes med et oppløsningsmiddel slik som MEK og blandingen kan refereres til som "nitrilsement". Sementbeleggingen 12 påføres i et tynt lag på utsiden av elementet 10 og tillates å tørke. Etter at det er tørket er et vevet material 14 tett viklet over belegningen 12. Idet figur 1 viser en spiralvikling kan andre viklingsteknikker benyttes slik som langsgående strimler eller parallelle periferiske viklinger. Vevnaden er fortrinnsvis stor istedenfor tett binding og sammenstillingen herdes i en autoklav for en passende tid. Under herdingsprosessen vil belegningen 12 på grunn av det ovenpåliggende vevmateriale 14 utvikle åpninger som er i samsvar med størrelsen av vevnaden. Alternativt kan åpninger i belegningen 12 utvikle seg som eksponerer noen område av den underliggende kjerne 10 som fast kleber seg til det gjenværende av kjernen 10. Dette begrensede adkomstområde, hvilken som helst måte det er fremskaffet, vil begrense adkomsten av vann eller hydrokarbon eller hva utløsermaterialet er som initierer svelling i kjernen 10. Ettersom kjernen 10 sveller, åpner det opp vevnaden i materialet 14 for å eksponere mer kjerne mot fluid som gjør at det sveller. Alternativt åpner svellingen av kjernen 10 større åpninger mellom lag av vevmaterialet 10 og svellingen av kjernen 10 akselererer.

Beskrivelsen ovenfor er illustrativ for den foretrukkede utførelse og mange modifikasjoner kan gjøres av de som er faglært innen området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis området bestemmes av det angitte eller ekvivalente område av kravene nedenfor.

Claims

Patentkrav

1. Et element for en tetningsanordning for brønnbruk, omfattende:

en kjerne (10) laget av et materiale som sveller når det eksponeres for forhåndsbestemte fluider nede i brønnhullet og med en initiell ytre dimensjon for innføring i brønnhullet;

k a r a k t e r i s e r t v e d at det videre omfatter:

en perforert ikke-svellende ytre belegning (12) over nevnte initielle ytre dimensjon av nevnte kjerne (10), nevnte perforeringer tillater fluider å gå gjennom og tillate nevnte kjerne (10) å svelle utvendig til en større andre dimensjon ved en forhåndsbestemt initiell hastighet som er lavere enn hvis nevnte ytre belegning (12) ikke er til stede.

2. Element ifølge krav 1,

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

nevnte åpninger blir større ettersom kjernen (10) sveller.

3. Element ifølge krav 2,

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

nevnte åpninger er i et gitterarrangement.

4. Element ifølge krav 2,

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

nevnte åpninger omfatter et flertall av åpninger i nevnte ytre belegning (12).

5. Element ifølge krav 1,

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

nevnte belegning (12) omfatter et materiale som finnes i nevnte kjerne (10).

6. Element ifølge krav 5,

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

nevnte materiale er i pulverform og blandet med et oppløsningsmiddel.

7. Element ifølge krav 6,

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

nevnte materiale omfatter et nitril.

8. Element ifølge krav 7,

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

nevnte oppløsningsmiddel omfatter metyl-etyl-keton.

9. Element ifølge krav 1,

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

nevnte ytre belegning (12) videre omfatter et vevet materiale (14).

10. Element ifølge krav 9,

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

nevnte åpninger i nevnte ytre belegning (12) er gjennom veven i nevnte materiale (14).

11. Element ifølge krav 9,

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

nevnte åpninger i nevnte ytre belegning (12) er mellom åpninger i nevnte vevede materiale (14).

12. Element ifølge krav 9,

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

nevnte åpninger er skapt delvis etter anvendelse av nevnte belegning (12) og nevnte vevede materiale (14) på nevnte kjerne (10) ved autoklaving av sammenstillingen.

13. Element ifølge krav 9,

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

nevnte vevede materiale (14) omfatter et nylon.