NO344230B1 - Brønnverktøy innbefattende en aktuator for forflytning av et aktuatorelement. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt operasjoner som utføres og utstyr som brukes i forbindelse med en undergrunnsbrønn, og, i en utførelse som her er beskrevet, mer bestemt tilveiebringer den en sikkerhetsventil for setting dypt nede.

Det er enkelte ganger ønskelig å sette en sikkerhetsventil relativt dypt i en brønn. For eksempel kan en sikkerhetsventil settes på en dybde på ca 10000 fot (ca 3000 meter). Operering av en sikkerhetsventil på slike dybder medfører imidlertid et mangfold av problemer som det er en tilbøyelighet til at det kreves kostbare tiltak for å overvinne.

For eksempel opereres en typisk sikkerhetsventil ved å forflytte et stempel i sikkerhetsventilen som respons på en differanse mellom trykk i en kontrolledning som er forbundet til sikkerhetsventilen og trykk i en produksjonsrørstreng som sikkerhetsventilen er installert i. I slike situasjoner er kontrolledningen generelt utformet til å motstå et trykk som er større enn det største trykket som er forutsees i produksjonsrørstrengen, pluss et trykk som er nødvendig for å komprimere en forbelastningsinnretning, så som en fjær. Dette krever vanligvis at kontrolledningen har en relativt høy trykklasse, hvilket i betydelig grad øker kostnaden ved sikkerhetsventilinstallasjonen, særlig i undervannsomgivelser i kontrollretningen kan strekke seg mange tusen fot (flere hundre meter) langs havbunnen.

Et annet problem som er forbundet med denne type av sikkerhetsventil som settes dypt nede er tilstedeværelsen av en dynamisk tetning mellom partier av ventiler ved kontrollledningstrykk og partier av ventilen ved produksjonsrørstrengens innvendige trykk. En lekkasje forbi den dynamiske tetningen kan muligens tillate at brønnfluider (så som flytende hydrokarboner eller gass) i produksjonsrørstrengen kommer inn i kontrollledningen.

En foreslått løsning er å bruke en annen kontrolledning for å balansere trykket i den andre kontrolledningen. I denne typen av sikkerhetsventiler forflytter stemplet seg som respons på en differanse mellom trykk i de to kontrolledningene. Dette eliminerer i betydelig grad at man må ta hensyn til produksjonsrørstrengens innvendige trykk ved beregning av den nødvendige trykklasse for kontrolledningen for normal operasjon av ventilen. Denne fremgangsmåten krever imidlertid installasjon av to kontrolledninger, hvilket er meget kostbart.

Denne typen av sikkerhetsventil har også typisk en eller flere dynamiske tetninger som isolerer produksjonsrørstrengens innvendige trykk mot partier av sikkerhetsventilen som har kontrolledningens trykk. Det er således av sikkerhetsårsaker generelt påkrevd at kontrolledningene motstår produksjonsrørstrengens innvendige trykk, i tilfelle det skulle skje en lekkasje forbi en av de dynamiske tetningene.

En annen foreslått løsning er å bruke en sikkerhetsventil som inkluderer et gasskammer som er fylt med et forhåndsbestemt trykk. Stempelet i sikkerhetsventilen forflyttes som respons på en differanse mellom kontrolledningstrykk og gasskammertrykk. Denne fremgangsmåten eliminerer også hovedsakelig nødvendigheten av å ta hensyn til produksjonsrørstrengens innvendige trykk ved trykklassifiseringen av kontrolledningen for den normale operasjon av ventilen, men denne typen sikkerhetsventil bruker også dynamiske tetninger for å skille partier av ventilen som har produksjonsrørstrengens innvendige trykk fra partier som har kontrolledningens trykk og/eller gasskammertrykk.

US 4058166, US 6173 785, GB 2362 407, US 5415 237, EP 232891, US 4940 207 og EP 997676 beskriver alle ulike anvendelser av magnetkoplinger.

Ved utførelse av prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, i samsvar med utførelser av denne, er det tilveiebrakt en anordning som løser en eller flere av de ovenstående problemer innen faget operasjon og installasjon av sikkerhets-ventiler som settes dypt nede. Prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse er også anvendbare typer av brønnverktøy som aktueres nedihulls.

Det er således frembrakt et brønnverktøy, innbefattende en aktuator for forflytning av et aktuatorelement i brønnverktøyet, et operativt element som forflyttes for å operere brønnverktøyet, og en magnetkopling mellom aktuatorelementet og det operative elementet, kjennetegnet ved at magnetkoplingen inkluderer første og andre magnetiske innretninger, idet den første magnetiske innretningen er forbundet til aktuatorelementet, og den annen magnetiske innretningen er forbundet til det operative elementet.

I en utførelsesform befinner den første og annen magnetiske innretningen seg på motsatte side av en trykkbarriere.

I en utførelsesform er den første og annen magnetiske innretning trykkisolert fra hverandre uten bruk av en dynamisk tetning.

I en utførelsesform har hver av den første og annen magnetiske innretning et magnetisk mønster, idet de magnetiske mønstre forhindrer en relativ forflytning mellom den første og annen magnetiske innretning.

I en utførelsesform omfatter brønnverktøyet ytterligere en strømningspassasje for strømning av fluid derigjennom.

Den første magnet er festet til aktuatoren og er posisjonert i et første parti av brønnverktøyet ved et første trykk. Aktuatoren forflytter den første magnet. Den annen magnet er festet til et operativt element og er posisjonert i et annet parti av brønnverktøyet ved et annet trykk. Trykkbarrieren isolerer det første og annet trykk.

Brønnverktøyet opereres som respons på forflytning av det operative element.

Forflytning av den første magneten på en første side av barrieren bevirker forflytning av den annen magnet på en annen side av barrieren, hvilket forflytter det operative element og aktuerer brønnverktøyet.

Disse og andre trekk, fordeler, nytte og hensikter ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå klart for en med ordinær fagkunnskap innen faget ved en nøye betraktning av den nedenfor angitte detaljerte beskrivelse av representative utførelser av oppfinnelsen og de ledsagende tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene:

fig. 1 er en del av et tverrsnittsriss av en fremgangsmåte som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse konkret form;

fig. 2A-E er firedels-snittriss i forstørret skala av suksessive aksiale snitt av en sikkerhetsventil som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse konkret form;

fig. 3A og B er firedels-snittriss av en første alternativ konstruksjon av sikkerhetsventilen på fig.2;

fig. 4 er et firedels-snittriss av en annen alternativ konstruksjon av sikkerhetsventilen på fig.2;

fig. 5 er en del av et tverrsnittsriss av en pakning og en fremgangsmåte til aktuering som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form; fig. 6 er en del av et tverrsnittsriss av en glidehylseventil og en fremgangsmåte til aktuering som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form; fig. 7 er en del av et tverrsnittsriss av en strupeinnretning og en fremgangsmåte til aktuering som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form; fig. 8 er en del av et tverrsnittsriss av en perforeringsanordning og en fremgangsmåte til aktuering som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form;

fig. 9 er et forstørret tverrsnittsriss av en magnetkopling som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse konkret form; og

fig. 10 er et forstørret tverrsnittsriss av en annen magnetkopling som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form.

Fig. 1 viser representativt en fremgangsmåte som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse konkret form. I den følgende beskrivelse av fremgangsmåten og andre anordninger og fremgangsmåter som her er beskrevet, brukes retnings-uttrykk, så som ”ovenfor”, ”nedenfor”, ”øvre”, ”nedre”, og så videre, kun fordi det er praktisk ved henvisning til de ledsagende tegninger. Det skal i tillegg forstås at de forskjellige utførelser av den foreliggende oppfinnelse som her er beskrevet kan brukes i forskjellige orienteringer, så som skråstilt, opp-ned, horisontal, vertikal, og så videre, og i forskjellige konfigurasjoner, uten å avvike fra prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

I fremgangsmåten er en sikkerhetsventil 12 installert i en produksjonsrørstreng 14, og er posisjonert relativt dypt i en undervannsbrønn 16. En kontrolledning 18 strekker seg inn i brønnen 16 og er forbundet til sikkerhetsventilen 12. Kontrolledningen 18 brukes til å aktuere sikkerhetsventilen 12, for eksempel for å holde sikkerhetsventilen i en åpen posisjon, og for å stenge sikkerhetsventilen for å forhindre en utblåsing i tilfelle av en nødsituasjon.

Brønnen 16 er på fig. 1 vist som en undervannsbrønn, men prinsippene ved oppfinnelsen kan inkorporeres i fremgangsmåter som også brukes i landbaserte brønner. Oppfinnelsen er således ikke begrenset til noen bestemt type brønn.

I dette eksempelet er kontrolledningen 18 en hydraulisk kontrolledning. Trykk påføres på kontrolledningen 18 på en fjerntliggende lokalisering, så som en produksjonsplattform eller en undervanns kontrollstasjon, for å holde sikkerhetsventilen 12 i sin åpne posisjon. For å stenge sikkerhetsventilen 12 blir trykket i kontrolledningen 18 redusert.

Det skal imidlertid forstås at andre anordninger kan brukes for å styre aktueringen av sikkerhetsventilen 12, i overensstemmelse med prinsippene ved oppfinnelsen. For eksempel kan sikkerhetsventilen 12 aktueres elektrisk, i hvilket tilfelle kontrolledningen 18 kan være en eller flere elektriske eller fiberoptiske ledninger. Sikkerhetsventilen 12 kan aktueres ved bruk av telemetri, så som boreslampulstelemetri, akustisk telemetri, elektromagnetisk telemetri, seismisk telemetri eller enhver annen type telemetri.

Sikkerhetsventilen 12 kan aktueres ved bruk av enhver type overflatekraftkilde eller nedihulls kraftkilde.

Det skal i tilegg forstås at sikkerhetsventilen 12 for setting dypt nede brukes i fremgangsmåten kun som et eksempel på en type brønnverktøy som kan aktueres ved bruk av prinsippene ifølge oppfinnelsen. Ytterligere eksempler er vist på fig.5-8, og er beskrevet nedenfor. Mange andre utførelser er mulig.

Ved konvensjonell praksis inkluderer en navlestreng for en undervannsbrønn to kontrolledninger. En er klassifisert til å motstå et relativt lavt hydraulisk trykk (for eksempel 20,6 MPa), og det andre er klassifisert til å motstå et relativt høyt hydraulisk trykk (for eksempel 68,9 MPa). Hvis en sikkerhetsventil for setting dypt nede kan bruke en kontrolledning i en slik standard navlestreng, så er det ikke noe behov for å installere en spesiell, kostbar kontrolledning som har en svært høy trykklassifisering. Det er derfor fordelaktig å være i stand til å redusere det trykket som påføres på kontrolledningen 18 for å aktuere sikkerhetsventilen 12 i fremgangsmåten.

Selv om kontrolledningen 18 på fig.1 er vist som at den befinner seg på utsiden av produksjonsstrengen 14, vil det lett forstås at enhver hydraulisk kledning kan brukes til å føre aktueringstrykk til sikkerhetsventilen 12. For eksempel kan den hydrauliske ledningen befinne seg inne i produksjonsrørstrengen 14, eller den kan være anordnet i en sidevegg av produksjonsrørstrengen. Den hydrauliske ledningen kan strekke seg fra en fjerntliggende lokalisering, så som jordens overflate, eller en annen lokalisering i brønnen 16, og så videre, eller aktueringstrykket kan genereres ved hjelp av en pumpe eller en annen trykkgenereringsinnretning som er festet til sikkerhetsventilen 12.

Det skal nå i tillegg vises til fig.2A-E, hvor sikkerhetsventilen 12 er vist i suksessive firedels-snittriss. Sikkerhetsventilen 12 brukes i fremgangsmåten som beskrevet ovenfor, men det skal forstås at sikkerhetsventilen, så vel som andre brønnverktøy som her er beskrevet, kan brukes i andre fremgangsmåter i overensstemmelse med prinsippene ifølge oppfinnelsen.

Sikkerhetsventilen 12 har en ytre hussammenstilling 22 med øvre og nedre konnektorer 24, 26 for installasjon av sikkerhetsventilen 12 i produksjonsrørstrengen 14. En kontrolledningsport 28 er anordnet for å forbinde kontrolledningen 18 til sikkerhetsventilen 12.

Selv om porten 28 er plugget som vist på fig. 2A, når kontrolledningen 18 er forbundet til porten, står kontrolledningen i forbindelse med et indre kammer 30 over et stangstempel 32. Selv om et enkelt stangstempel 32 er vist på fig.3B, skal det forstås at enhver type og ethvert antall stempler kan brukes, så som flere stangstempler, eller et ringformet stempel, og så videre.

Undersiden av stempelet 32 er i forbindelse med et annet kammer 34. Kammeret 34 står i forbindelse med en åpning 36 med et ringrom 38 som omgir produksjonsrørstrengen 14 i brønnen 16. Stempelet 32 responderer således på en differanse mellom trykk i kontrolledningen 18 og trykk i ringrommet 38.

En fjær 40 i det nedre kammer 34 forbelaster stempelet 32 oppover. Når differansen mellom kontrolledningens trykk og ringromstrykket som virker på stempelet 32 overstiger den oppoverrettede forbelastningskraften fra fjæren 40, forflyttes stempelet 32 nedover. Når den oppoverrettede forbelastningskraften fra fjæren 40 overstiger kraften på grunn av trykkdifferansen som virker på stempelet 32, forflyttes stempelet oppover.

Fjæren 40 som er vist på fig.2C og D er en skruetrykkfjær, men enhver type forbelastningsinnretning kan brukes i stedet, eller i tillegg. For eksempel kan en komprimert gass, så som nitrogen, brukes i stedet for fjæren 40. Hvis det brukes en komprimert gass, kan den befinne seg i kammeret 34, i hvilket tilfelle undersiden av stempelet 32 kan påvirkes direkte av den komprimerte gassen, og åpningen 36 behøver ikke å være der, slik at kammeret 34 er isolert fra trykk i ringrommet 38. Alternativt kan den komprimerte gassen befinne seg i et separat kammer, i hvilket tilfelle trykk i ringrommet 38 likevel kan virke på stempelet 32.

Sikkerhetsventilen 12 er av den type som bruker en klaff 42 for selektivt å åpne og stenge en strømningspassasje 44 som forløper aksialt gjennom sikkerhetsventilen. Klaffen er vist i sin åpne stilling på fig.2D og E, og er vist i sin stengte stilling med stiplede linjer på fig.2D. En torsjonsfjær 46 forspenner klaffen 42 til dreining mot sin stengte posisjon.

En rørformet åpningstann 48 brukes til å forflytte klaffen 42 mellom sin åpne og stengte stilling, og til å beskytte tetningsflatene mot skade. Som vist på tegningene er åpningstannen i sin nedre posisjon hvor den har forflyttet klaffen 42 til sin åpne stilling.

Oppoverrettet forflytning av åpningstannen 48 vil tillate at klaffen roterer til sin stengte stilling.

En fjær 50 er anordnet til å forspenne åpningstannen 48 mot sin øvre posisjon.

Imidlertid, siden posisjonen av åpningstannen 48 er fast i forhold til posisjonen av stempelet 32, som beskrevet i detalj nedenfor, er bruken av fjæren 50 ikke nødvendig.

Selv om sikkerhetsventilen 12 er vist som en sikkerhetsventil av klaff-typen, skal det bemerkes at enhver type sikkerhetsventil kan konstrueres til å gi prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form. For eksempel kan sikkerhetsventilen 12 i stedet være en sikkerhetsventil av kuletypen, en sikkerhetsventil av hylsetypen, og så videre.

Posisjonen til åpningstannen 48 i forhold til stempelet 32 er fastholdt ved hjelp av en magnetkopling 52. Magnetkoplingen 52 inkluderer en serie av ringformede permanentmagneter 54 som er festet til åpningstannen 48, og et annet sett av ringformede permanentmagneter 56 som er festet til stempelet 32. Selv om magnetene 54 er avbildet som blottlagt mot den indre passasjen 54, og magnetene 56 er avbildet som blottlagt mot kammeret 34, kan magnetene i en faktisk utførelse være passende isolert med egnet pakking.

Magnetene 54, 56 er fortrinnsvis oppbygget og anordnet slik at deres poler er passende innrettet til å maksimere den magnetiske tiltrekning mellom dem. Ethvert antall magneter 54, 56 kan brukes til å generere en tilstrekkelig magnetisk tiltrekking, slik at, når stempelet 32 og magnetene 56 forflyttes oppover og nedover, magnetene 54 og åpningstannen 48 forflytter seg sammen med dem.

Som her benyttet, angir uttrykket ”magnet” de materialer og innretninger som brukes til å generere et magnetfelt. Magneter inkluderer materialer så som permanentmagnetmaterialer og temporære magnetmaterialer. Magneter inkluderer også innretninger, så som elektromagneter, som brukes til å generere magnetfelt.

I stedet for å bruke to stabler av ringformede magneter 54, 56, kan magnetkoblingen 52 inkludere andre typer av magnetiske innretninger. For eksempel kan magneten 56 være en elektromagnet. Magneten 54 kan være av et jernmateriale som induseres slik at den forflyttes som respons på magnetfeltet som genereres av elektromagneten.

Enhver kombinasjon av magneter og/eller magnetisk reaktive materialer eller innretninger kan brukes for hver av magnetene 54, 56. Således kan enhver type magnetisk innretning brukes i magnetkoplingen 52 i overensstemmelse med prinsippene ifølge oppfinnelsen. Ytterligere eksempler på magnetkoplinger som kan brukes i sikkerhetsventilen 12 eller enhver annen type av brønnverktøy er vist på fig.9 og 10.

Åpningstannen 48 er et eksempel på et operativt element som kan forflyttes for å aktuere et brønnverktøy, så som sikkerhetsventilen 12. Andre typer av operative elementer, så som glidehylser, settespindler, og så videre, kan forflyttes ved bruk av magnetkoplingen 52 i overensstemmelse med prinsippet ifølge oppfinnelsen.

Som vist på fig. 2A-E, har hydraulisk trykk i kontrolledningen 18 blitt økt for å påføre et tilstrekkelig differensialtrykk over stempelet 32 til å forflytte stempelet nedover mot kraften som utøves av fjæren 40. Når stempelet 42 forflyttes nedover, forflyttes magnetene 56 også nedover, hvilket bevirker at magnetene 54 forflyttes nedover, hvilket også forflytter åpningstannen 48 nedover og åpner klaffen 42.

Bemerk at differensialtrykket som brukes til å forflytte stempelet 32 ligger mellom trykket i kontrolledningen 18 og trykket i ringrommet 38. Trykk i produksjonsrørstrengen 14 påvirker ikke stempelet 32. Trykkfluktuasjoner i produksjonsrørstrengen 14 behøver derfor ikke å tas hensyn til ved trykklassifisering av kontrolledningen 18.

Ringromstrykk er lett å regulere. Og, siden differensialtrykket over stempelet 32 hovedsakelig kun må overvinne forbelastningskraften fra fjæren 40 for å forflytte stempelet nedover, kan trykklassifiseringen av kontrolledningen 18 være lavere enn det som er nødvendig for andre konvensjonelle sikkerhetsventiler som settes dypt nede. For eksempel, ved enkelte konvensjonelle sikkerhetsventiler, i tilfelle det produseres gass, må fjæren påføre tilstrekkelig kraft til å forflytte stempelet og åpningstannen oppover, hvilket skyver fluidet i kontrolledningen oppover mot dens hydrostatiske trykk, med relativt lavt trykk i produksjonsrørstrengen for å assistere ved dette.

I sikkerhetsventilen 12 er fjæren 40 i stand til lettere å forflytte stempelet 32 oppover mot kraften som frembringes av differansen mellom kontrolledningstrykket og trykket i ringrommet 38. Dette ringromstrykket er tilgjengelig og hovedsakelig konstant under hele bruken av sikkerhetsventilen 12 i brønnen 16, og fjæren 40 behøver således ikke å konstrueres til å virke uten sin assistanse. Trykket som påføres i kontrolledningen 18 for å aktuere sikkerhetsventilen 12 kan således være betydelig mindre enn det som brukes til å instruere en konvensjonell sikkerhetsventil for setting dypt nede.

Det skal videre bemerkes at åpningstannen 48 er trykkbalansert og er trykkisolert fra kamrene 30, 34 som inneholder trykkene som brukes til å aktuere sikkerhetsventilen 12. Som her benyttet, brukes uttrykket ”trykkbalansert” til å angi at fluidtrykket virker på et element eller en sammenstilling som ikke frembringer noen netto forbelastningskraft. Enkelte konvensjonelle sikkerhetsventiler bruker dynamiske tetninger for å tilveiebringe trykkisolasjon mellom trykk i produksjonsrørstrengen og, for eksempel, trykk i kontrollledningen. Det er imidlertid velkjent at dynamiske tetninger generelt er mer ømfintlige overfor lekkasje enn statiske tetninger eller stive barrierer, og det er således ønskelig å redusere eller eliminere dynamiske tetninger i en sikkerhetsventil.

Som her benyttet brukes uttrykket ”dynamisk tetning” til å betegne tetninger som tilveiebringer trykkisolasjon mellom elementer som det er relativ forflytning mellom, for eksempel en tetning som tetter mot en flate som beveger seg, eller en tetning som bæres på et element og tetter mot det andre elementet, og så videre. En dynamisk tetning kan være elastomerisk eller fjærende, ikke-elastomerisk, den kan være av metall, et komposittmateriale, gummi, eller laget av ethvert annet materiale. En dynamisk tetning kan være festet til hver av de innbyrdes forflyttbare elementer, så som en belg eller en fleksibel membran. En dynamisk tetning behøver ikke å være festet til noen av de innbyrdes forflyttbare elementer, så som et løst stempel.

I sikkerhetsventilen 12 skiller en stiv rørformet barriere 58 strømningspassasjen 54 fra kamrene 30, 34. Det brukes ingen dynamisk tetning mellom åpningstannen 48 og stempelet 32. Det vil si at forflytning av stempelet 32 overføres til forflytning av åpningstannen 48, uten at det brukes noen dynamisk tetning mellom dem. I stedet tillater magnetkoplingen 52 overføring av stempelets 32 forflytning til åpningstannen 48 over barrieren 58, med fullstendig trykkisolasjon mellom dem, og uten noen dynamiske tetninger.

Stempelet 32 inkluderer dynamiske tetninger 60, 62, men differansetrykket over disse tetningene er relativt lavt, som beskrevet ovenfor. Tetningene 60, 62 må kun tette mot en trykkdifferanse mellom kontrolledningen 18 og ringrommet 38. Det hydrostatiske trykk i kontrollednigen 18 og ringrommet 38 vil i de fleste tilfeller være tilnærmet likt, og derfor vil kun en relativt liten mengde trykk påføres på kontrolledningen for å aktuere sikkerhetsventilen 12.

Det skal nå i tillegg vises til figur 3A og B, hvor en alternativ konstruksjon av sikkerhetsventilen 12 er representativt vist. I denne alternative konstruksjon står kammeret 34 i forbindelse med den indre strømningspassasje 44, i stedet for ringrommet 38. Figur 3A tilsvarer hovedsakelig fig.2B, med unntak av at en åpning 64 sørger for forbindelse mellom strømningspassasjen 44 og kammeret 34. Figur 3B tilsvarer hovedsakelig figur 2D, med unntak av at det ikke er noen åpning 36 som tilveiebringer forbindelse med ringrommet 38 og kammeret 34.

Stempelet 32 i den alternative konstruksjon av sikkerhetsventilen 12 som er vist på figur 3A og 3B forflyttes således som respons på en differanse mellom trykk i kontrolledningen 18 og trykk i passasjen 44. Dette demonstrerer bruk av prinsippene ifølge oppfinnelsen i en sikkerhetsventil som aktueres på en annen måte enn i utførelsen som er vist på figur 2A-E. Bemerk at sikkerhetsventilen 12 som er vist på figur 3A og B fremdeles ikke har noen dynamiske tetninger mellom stempelet 32 og åpningstannen 48.

Det skal nå i tillegg vises til figur 4, hvor en annen alternativ konstruksjon av sikkerhetsventilen 12 er representativt vist. Figur 4 tilsvarer hovedsakelig figur 2B, med unntak av at en port 66 er anordnet gjennom det ytre huset 22 for tilkobling av en annen kontrolledning til dette (så som en annen kontrolledning 18). I den alternative konstruksjon står kammeret 34 i forbindelse med den annen kontrolledning 18, og kammeret er isolert fra ringrommet 38 (som vist på figur 3B).

Stempelet 32 i utførelsen av sikkerhetsventilen som er vist på figur 4 forflyttes således som respons på en differanse mellom trykk i de to kontrolledningene 18.

Trykkdifferansen mellom kontrolledningene 18 økes eller reduseres for å forflytte stempelet 32. Bemerk at det ikke brukes noen dynamiske tetninger mellom stempelet 32 og åpningstannen 48, og en relativt lav trykkdifferanse kan brukes for å overvinne forbelastningskraften fra fjæren 40, som i utførelsen vist på figur 2A-E.

Utførelsene av sikkerhetsventilen 12 vist på figur 2A-E, figur 3A og E og figur 4 viser at prinsippene ifølge oppfinnelsen kan inkorporeres i enhver type sikkerhetsventil. Disse prinsippene kan også inkorporeres i andre typer brønnverktøy. Figur 5-8 viser representativt en pakning 70, en glidehylseventil 80, en intervallkotnrollventil eller en strupeinnretning 90 og en perforeringsanordning 100. Det skal imidlertid forstås at disse kun er gitt som eksempler, og at enhver type brønnverktøy kan inkorporere prinsippene ifølge oppfinnelsen.

I pakningen 70 som er vist på figur 5, brukes en magnetkopling 72 til å overføre forflytning fra en hydraulisk aktuator 74 til en settespindel 76 som brukes til å sette pakningen (det vil si utoverpekende tetningselementer og/eller forankringskiler på pakningen). Aktuatoren 74 kan tilsvare stempelet 32 og kamrene 30, 34 som brukes i sikkerhetsventilen 12, hvor stempelet forflyttes som respons på trykk i en kontrolledning 78 som er forbundet til aktuatoren, selv om en annen type aktuator kan brukes isteden. Bemerk at det ikke er noen dynamiske tetninger mellom aktuatoren 74 og settespindelen 76.

I glidehylseventilen 80 vist på figur 6, brukes en magnetkobling 82 til å overføre forflytning fra en hydraulisk aktuator 84 til en glidehylse 86. Forflytning av glidehylsen 86 brukes til selektivt å tillate å forhindre strømning gjennom åpninger 88 som er dannet sideveis gjennom ventilen 80. Hylsen 86 er trykkbalansert, og det brukes ingen dynamisk tetning mellom hylsen og den hydrauliske aktuator 84.

I strupeinnretningen 90 vist på figur 7 brukes en magnetkopling 92 til å overføre forflytning mellom en elektrisk aktuator 94 og en strupeinnretningshylse 96. Ettersom strupeinnretningshylsen 96 kontinuerlig heves eller senkes, blir strømning gjennom åpningene 98 kontinuerlig økt eller redusert, for derved å regulere strømningen mellom en produksjonsrørstreng og en produksjonssone eller injeksjonssone. Den elektriske aktuator 84 kan inkludere en kommunikasjonsmodul 102 for å tilveiebringe kommunikasjon mellom en elektrisk ledning 104, en elektrisk motor 106, en frihjulskobling 108, og en kuleskrue 110 for å omforme motorrotasjon til lineær forflytning. Aktuatoren 94 forflytter en eller flere magnetiske innretninger i magnetkoplingen 92, og andre magnetiske innretninger som er festet til strupeinnretningshylsen 96 forflyttes sammen med den, hvilket forflytter strupeinnretningshylsen og regulerer strømning gjennom strupeinnretningen 90.

Selvsagt, i stedet for den elektriske ledning 104, kan det brukes telemetri for kommunikasjon mellom strupeinnretningen 90 og en fjerntliggende lokalisering. I tillegg kan en nedihulls kraftkilde, så som et batteri eller en nedihulls kraftgenerator, brukes til å tilveiebringe kraft til aktuatoren 94. Kraft for å operere aktuatoren 94 kan også inkorporeres i et telemetrisystem, så som elektromagnetisk telemetri eller trykkpulstelemetri.

Perforeringsanordningen 100 vist på figur 8 bruker en magnetkopling 112 for å overføre rotasjon fra en elektrisk aktuator 114 til en spindel 116 som er festet til en perforeringskanonsammenstilling 118. Anordningen 100 kan brukes til rotasjonsmessig å orientere kanonsammenstillingen 118 i brønnen, slik at den skyter i en ønsket retning. En kommunikasjonsmodul 120 sørger for kommunikasjon mellom en elektrisk ledning 122 og en motor 124.

Bemerk at spindelen 116 kan være trykkbalansert, uten noen dynamiske tetninger mellom den og aktuatoren 114, slik at lageret 106 som brukes til rotasjonsmessig å forbinde kanonsammenstillingen 118 til anordningen 100 kun bærer vekten av kanonsammenstillingen, og ikke behøver å motstå noen kraft på grunn av en trykkdifferanse mellom aktuatoren og spindelen.

Hver av motorene 106, 124 beskrevet ovenfor er en elektrisk motor, men det skal forstås at enhver type motor kan brukes for å forflytte et aktuatorelement i overensstemmelse med prinsippene ifølge oppfinnelsen. For eksempel kan det brukes en hydraulisk, pneumatisk, brenselcelle-kjemisk, lineær, roterende eller enhver annen type motor.

Det skal nå i tillegg vises til figur 9, hvor en magnetkopling 130 for et brønnverktøy som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form representativt er vist. Magnetkoplingen 130 inkluderer en ytre ringformet magnetisk innretning 132 som er koplet til en indre ringformet magnetisk innretning 134. Trykk som påføres på den ytre magnetiske innretningen 132 er isolert fra trykk som påføres på den indre magnetiske innretningen 134 ved hjelp av en stiv trykkisolasjonsbarriere 136.

Hver av de ytre og indre magnetiske innretninger 132, 134 inkluderer en stabel av alternerende lag av magneter 138 og magnetisk reaktive materiallag 140. I hver av de magnetiske innretninger 132, 134 er polaritetene til magnetene 138 aksialt innrettet, men er motsatt mellom alternerende magneter i hver stabel, slik at den samme magnetiske polaritet vender mot hver side av hvert av lagene 140. I hvert av lagene 140 er det således indusert en magnetisk polaritet som er motsatt til den som er i nærliggende lag 140 i den samme stabel.

I tillegg er det i hvert av lagene 140 indusert en magnetisk polaritet som er motsatt av den som er i laget 140 på den motsatte side av barrieren 136. På denne måte er de magnetiske innretninger 132, 134 magnetisk tiltrukket av hverandre. Forflytning av den magnetiske innretning 132 vil bli overført til forflytning av den magnetiske innretning 134 over barrieren 136.

Videre virker motsatte polariteter i nærliggende lag 140 i de ovenforliggende stabler slik at de forhindrer relativ forflytning mellom de magnetiske innretninger 132, 134 med den ekstra kraft av magnetisk frastøting mellom de samme polariteter i stablene. For eksempel blir lagene 140 med positiv polaritet i den indre magnetiske innretning 132 frastøtt fra forflytning mot lagene 140 med positiv polaritet i den indre magnetiske innretning 134. Det kan derfor brukes et magnetisk mønster i den indre magnetiske innretning 132, og et magnetisk mønster i den indre magnetiske innretning 134, for å forhindre relativ forflytning mellom innretningene, ved magnetisk tiltrekkelse eller magnetisk frastøting mellom de magnetiske mønstrene.

Det skal nå i tillegg vises til fig.10, hvor en annen magnetkopling 150 som kan brukes i et brønnverktøy som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form representativt er vist. Magnetkoplingen 150 demonstrerer andre metoder som kan brukes til å danne magnetiske mønstre i magnetiske innretninger 152, 154 som er adskilt av en trykkbarriere 156. Det skal imidlertid forstås at, som med andre brønnverktøy 12, 20, 70, 80, 86, 100 som her er beskrevet, at det i henhold til prinsippene for oppfinnelsen ikke er nødvendig at en trykkbarriere adskiller magnetiske innretninger i en magnetkopling.

I magnetkoplingen 150 brukes magnetiske polariteter og avstander og sekvenser mellom disse polaritetene til å frembringe de magnetiske mønstrene som overfører forflytning av den ytre magnetiske innretningen 152 til forflytning av den indre magnetiske innretningen 154, uten relativ forflytning mellom de magnetiske innretningene.

Den ytre magnetiske innretningen 152 inkluderer ringformede magneter 158 som har radialt innrettede magnetiske polariteter, positive i den radialt innoverrettede retning, og negative i den radialt utoverrettede retning. Disse magnetene 158 er aksialt innrettet med magneter 160 i den indre magnetiske innretning 154, som også har radialt innrettede magnetiske polariteter, men motsatt rettet (negative i den radialt innoverrettede retning, og positive i den radialt utoverrettede retning). Magnetene 158, 160 tiltrekker således hverandre.

Den ytre magnetiske innretning 152 inkluderer videre ringformede magneter 162 som har radialt innrettede magnetiske polariteter, negative i den raidalt innoverrettede retning, og positive i den radialt utoverrettede retning. Magnetene 162 er aksialt innrettet med magneter 164 i den indre magnetiske innretning 154, som også har raidalt innrettede magnetiske polariteter, men motsatt rettet (positive i den radialt innoverrettede retning, og negative i den radialt utoverretede retning). Magnetene 162, 164 tiltrekker således hverandre.

Magnetene 158, 160, 162, 164 er plassert i en avstand fra hverandre i de respektive ytre og indre magnetiske innretninger 152, 154 ved hjelp av avstandsstykker 166. Avstandsstykkene 166 er fortrinnsvis laget av et magnetisk ikke-reaktivt materiale, så som aluminium, komposittmateriale, og så videre. I magnetkoblingen 150 kan avstandsstykkene 166 ha enhver tykkelse, avstandsstykker i en magnetisk innretning kan ha forskjellige tykkelser, og enhver kombinasjon av avstandsstykker kan brukes til å holde magnetene 158, 160, 162, 164 i en avstand fra hverandre for å danne ethvert magnetisk mønster.

Magnetene 158, 162 i den ytre magnetiske innretning 152 frastøtes av magnetene 160, 164 med samme polaritet i den indre magnetiske innretningen 154. I tillegg forhindrer det uensartede magnetiske mønster som er dannet av magnetene 158, 160, 162, 164 og avstandsstykkene 166 feilinnretting av de magnetiske innretningene 152, 154. Det magnetiske mønster er fortrinnsvis konstruert slik at den magnetiske tiltrekking og den magnetiske frastøting mellom magnetene 158, 160, 162, 164 virker slik at den forhindrer relativ forflytning mellom dem.

En person med fagkunnskap innen området vil selvsagt med en nøye betraktning av den ovenstående beskrivelse av representative utførelser av oppfinnelsen lett forstå at mange modifikasjoner, tillegg, erstatninger, utelatelser og andre endringer kan gjøres med disse bestemte utførelser, og at slike endringer omfattes av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse. Det skal således klart forstås at den foregående detaljerte beskrivelse kun er gitt som en illustrasjon og et eksempel, idet den foreliggende oppfinnelses idé og ramme kun er avgrenset av de ledsagende krav og deres ekvivalenter.

Claims (5)

Patentkrav

1.

Brønnverktøy (12), innbefattende en aktuator (74; 84; 94; 114) for forflytning av et aktuatorelement i brønnverktøyet, et operativt element (48) som forflyttes for å operere brønnverktøyet, og en magnetkopling (52; 72; 92; 112; 130; 150) mellom aktuatorelementet og det operative elementet (48), k a r a k t e r i -s e r t v e d at magnetkoplingen (52; 72; 92; 112; 130; 150) inkluderer første og andre magnetiske innretninger (132, 134), idet den første magnetiske innretningen (132) er forbundet til aktuatorelementet, og den annen magnetiske innretningen (134) er forbundet til det operative elementet (48).

2.

Brønnverktøy (12) ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den første og annen magnetiske innretningen (132, 134) befinner seg på motsatte side av en trykkbarriere (136).

3.

Brønnverktøy (12) ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den første og annen magnetiske innretning (132, 134) er trykkisolert fra hverandre uten bruk av en dynamisk tetning.

4.

Brønnverktøy (12) ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at hver av den første og annen magnetiske innretning (132, 134) har et magnetisk mønster, idet de magnetiske mønstre forhindrer en relativ forflytning mellom den første og annen magnetiske innretning (132, 134).

5.

Brønnverktøy (12) ifølge ethvert av kravene 1-4, k a r a k t e r i -s e r t v e d at brønnverktøyet (12) ytterligere omfatter en strømningspassasje (44) for strømning av fluid derigjennom.