NO345598B1 - Hydraulisk styreledning for en brønn - Google Patents

Description

Hydraulisk styreledning for en brønn

Foreliggende oppfinnelse vedrører et brønnkompletteringsutstyr, og nærmere bestemt en mekanisme for fjernaktivisering av et nedihulls brønnverktøy som krever trykkpådratt hydraulisk fluid for å virke.

Brønnkompletteringsutstyr blir brukt i et utvalg av brønnrelaterte applikasjoner som for eksempel innebærer produksjon av fluider. Kompletteringsutstyret blir anbrakt i en brønnboring og krever kraft for drift, eller veksle fra stilling til stilling i samsvar hver anordnings tiltenkte formål. Aktivisering av disse brønnanordninger blir vanligvis gjennomført ved å kjøre en hydraulisk kontrolledning eller ledninger fra brønnoverflaten, gjennom brønnen til anordningen og så, ved å pådra trykk gjennom ledningen, kan anordningen settes i drift.

Det er et antall ulemper med et slikt arrangement. Det mest åpenbare er vanskeligheten med å installere en kontrolledning gjennom en dyp eller forlenget brønn. Siden kontrolledningen kan måtte passere gjennom ulike soner i brønnen, må den tilpasses til å passere gjennom eller rundt alle anordningene som er til stede i brønnboringen. Siden noen av disse anordninger kan være ekspansjonspakninger brukt til å tette deler av brønnproduksjonsrøret, er det vanskelig å foreta en kopling gjennom en pakning og opprettholde tetningsintegriteten som kreves av pakningen. I tillegg, ettersom disse ledninger blir holdt så små som mulig for slik ikke å være til hinder, har de små diametre, som resulterer i langsomme responstider dersom anordningene befinner seg i dypt i brønnen. Og i tillegg er det vanligvis flere anordninger som befinner seg i kompletteringsrøret. Som et resultat må flere hydrauliske kontrolledninger bli kjørt fra overflaten gjennom brønnen. Dette gir tillegg kompleksiteten til å kjøre en kompletteringsstreng.

I et forsøk på å overvinne noen av disse vanskeligheter, har hydrauliske aktuatorer blitt utviklet som muliggjør at multiple anordninger kan bli drevet eller betjent fra en enkelt hydraulisk kontrolledning. En enkelt hydraulisk kraftkilde befinner seg på overflaten og en hovedkontrolledning blir kjørt ned i brønnboringen til aktuatoren. Ettersom den hydrauliske kraftkilde fortsatt befinner seg på overflaten, kan responstiden være langsom. I tillegg, for å bruke en enkelt kontrolledning, opererer anordningene vanligvis i en definert rekkefølge, der denne bestemmes ut fra aktuatorarrangementet. Dette begrenser responshastigheten videre ettersom hver anordning i rekkefølgen må bli betjent før den ønskede anordning kan klargjøres for betjening. I tillegg ettersom alle anordningene arbeider ut fra en enkelt kontrolledning, kan enhver svikt i kontrolledningen og/eller aktuatoren gjøre alle anordningene inoperative.

Responshastigheten kan økes ved å bruke multipleksere og forsterkere. Disse gir uheldigvis tillegg til den plassen som kreves for aktuatoren i brønnboringen og øker kompleksiteten til arrangementet som gjør det vanskelig å installere og utsatt for svikt.

Dokument US 2002/04685 A1 beskriver en hydraulisk aktuator tilpasset for bruk i brønnhull som muliggjør styring av flere hydrauliske enheter fra en enkelt styringslinje.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et nedihulls hydraulisk styringsverktøy som har en hydraulisk kraftkilde med en kontrolledning, som lokaliserbar i kompletteringsstrengen. På denne måten er det ingen krav til å ha kontrolledninger som passerer gjennom brønnens lengde, idet kontrolledningen vil bare være nødvendig for å spenne over avstanden mellom kraftkilden og brønnanordningen.

Det er likevel et ytterligere formål med minst en utførelse av den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en vekslbar strømningsmekanisme med vekslbare strømningsbaner for et kontrollsystem med lukket sløyfe eller krets.

Det er tilveiebrakt et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy som omfatter et hovedsakelig rørformet legeme tilpasset for kopling til en produksjonsrørstreng, der legemet innbefatter en gjennomgående boring anordnet koaksialt med en boring i rørstrengen og en eller flere lommer arrangert på en vegg til legemet, der lommene innbefatter en hydraulisk kraftkilde og minst to kontrolledninger hvor anordningen innbefatter en pumpe for å drive hydraulisk fluid gjennom kontrolledningene og en vekslbar strømningsmekanisme for å sjalte strømningen med pumpet fluid mellom de minst to kontrolledningene.

På denne måten kan styringen av en brønnanordning lokaliseres i brønnboringen nær ved verktøyet og en kontrolledning behøver ikke å bli kjørt fra overflaten av brønnen.

Med fordel innbefatter verktøyet en elektronisk modul der den elektroniske modulen styrer driften av pumpen og den vekslbare strømningsmekanisme. Den elektroniske modul er med fordel programmerbar slik at vertøyet kan forhåndsprogrammeres til å oppføre seg som svar på et utløsersignal når det er nede i brønnen.

Det er foretrukket at utløsersignalet for det hydrauliske styringsverktøy blir skap ved å variere brønnboringens fluidtrykk i produksjonsrøret ved å pådra et forutbestemt trykk over en forutbestemt tidsperiode. På denne måten, dersom trykket og/eller tidsforholdene er utenfor det forutbestemte trykk/tidsvindu for det hydrauliske styreverktøy, vil det hydrauliske styreverktøy ikke bli aktivisert.

Således er utløsersignalet med fordel skapt som svar på et pådratt og opprettholdt trykk innenfor et forutbestemt trykkområde (eller ”aktiviseringsvindu”) for en viss tidsperiode. Dersom denne tilstand ikke er tilfredsstilt blir utløsersignalet ikke skapt. Dette muliggjør at et spenn av ulike trykktester kan bli utført i brønnboringen, for eksempel ved trykk utenfor det forutbestemte område og/eller ved trykk innenfor aktiviseringsvinduet, men over en tidsperiode kortere enn den krevet for aktivisering av verktøyet.

Verktøyet jobber etter det prinsippet at trykktesthendelser ikke skjer i lang varighet ved trykk innenfor den forutbestemte trykksone. Omvendt, en trykkhendelse for å skape utløsersignalet må identifiseres som å være den forutbestemte sone i en tilstrekkelig tidsperiode innenfor en definert trykksone.

Dersom trykkhendelsen blir klassifisert som et aktiviseringsvindu, dvs det pådratte trykk faller innenfor det forutbestemte trykkvind for det hydrauliske kontrollverktøy, overvåker verktøyet det pådratte trykk for å se om trykket forblir i det forutbestemte trykkvindu for den spesifiserte forutbestemte tid. Dersom trykket forblir i det forutbestemte trykkvindu for den spesifiserte forutbestemte tid, vil utløsersignalet bli dannet.

Således styres driften av det hydrauliske styringsverktøy med en trykk/tid diskriminatormekanisme. Ved hjelp av denne mekanisme vil et utløsersignal bli skapt og det hydrauliske styringsverktøy vil bli betjent bare når det forutbestemte trykk/tidsvindu er imøtekommet, det vil si, kommandoen til å arbeide er påført.

Det vil forstås at ethvert egnet forutbestemt trykk kan velges. Det vil også forstås at det forutbestemte trykk vil være velgbart i forkant av utplasseringen av det hydrauliske styringsverktøy og kan velges på grunnlag av tilstandene nede i brønnen.

I utførelser av oppfinnelsen kan et antall av hydrauliske styringsverktøy hvert være forhåndsprogrammert til å respondere på et bestemt utløsersignal. Nærmere bestemt kan hvert enkelt av de flere hydrauliske styringsverktøy være forhåndsprogrammert til å respondere på et forskjellig utløsersignal. På denne måten kan multiple utløsersignaler skapes for å aktivisere ethvert tenkelig antall hydrauliske styringsverktøy.

Den forutbestemte tidsperiode kan være i området 5 til 10 minutter. Det vil forstås at enhver passende forutbestemt tid kan velges, det er imidlertid foretrukket at den forutbestemte tid er større enn 5 minutter for å differensiere kommandosignalet fra fluktuasjoner i brønnforholdene og/eller trykktester utført på anordningen.

Valgvis innbefatter elektronikkmodulen en lagret kraftkilde slik som et batteri skjønt andre kraftinnretninger kan vurderes.

Med fordel innbefatter verktøyet en første motor- og girenhet for å drive pumpen. Med fordel innbefatter verktøyet en andre motor- og girenhet for å drive den sjaltbare strømningsmekanisme. Med fordel befinner den sjaltbare strømningsmekanisme seg mellom den første og andre motor. På denne måten kan hydraulisk fluid overstrømme en del av enheten rundt motorene og redusere mengden med tetninger som er nødvendig.

Med fordel innbefatter verktøyet en trykkføler som blir påvirket av det hydrauliske fluid. Med fordel innbefatter enheten et kammer i hvilket hydraulisk fluidtrykk befinner seg og trykkføleren måler hydraulisk fluidtrykk i kammeret. Nærmere bestemt er det et stempel i en ende av kammeret anordnet slik at trykket i produksjonsrøret kan virke på en side av stempelet som derved reduserer kammerets volum. På denne måten kan trykkføleren reagere på trykket i produksjonsrøret uten å bli direkte eksponert for fluidet i produksjonsrøret.

Med fordel er trykkføleren forbundet til elektronikkmodulen for å tilveiebringe utløsersignalet. På denne måten kan verktøyet bli styrt fra overflaten av brønnen uten å kreve en dedikert hydraulisk kontrolledning.

Med fordel er det to kontrolledninger og det pumpede fluid blir sjaltet mellom kontrolledningene. På denne måten blir en anordning sjaltet positivt mellom tilstander slik som ”på” og ”av”. Et slikt arrangement sørger også for en hydraulisk kontrollenhet med lukket krets.

I samsvar med en side ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en sjaltbar strømningsmekanisme for bruk i et nedihulls fluidkontrollverktøy, der mekanismen omfatter et element anordnet til å rotere innenfor verktøyet idet elementet innbefatter et antall sjaltbare strømningsporter på en av dens overflater, hvor strømningsbaner er arrangert gjennom elementet mellom par av sjaltbare strømningsporter og hver strømningsbane er anordnet utenfor aksen gjennom elementet.

Ved å arrangere strømningsbanene slik at de ikke passerer gjennom sentralaksen til elementet kan et antall av distinkte strømningsbaner bli anordnet gjennom elementet. Rotasjon av elementet tillater en endring i posisjon av de sjaltbare strømningsporter og følgelig en endring i retningen på fluidstrømning gjennom elementet.

Med fordel er det et antall strømningsporter i huset anordnet rundt elementet, slik at hver strømningsport i huset er innrettet med en sjaltbar strømningsport. Husets strømningsporter kan innbefatte forbindelser til kontrolledninger til verktøyet.

I visse utførelser er portene anordnet slik at hver strømningsbane aldri er blokkert eller tettet når elementene er i hver rotert plassering. Dette hindrer eventuell oppbygning av fluidtrykk gjennom elementet.

I alternative utførelser kan elementet bli rotert til en posisjon hvor hver strømningsport i huset er ute av flukt med en sjaltbar strømningsport. Dette vil si at hver husport er ute av innretting med en sjaltbar strømningsport. I denne ”midtposisjon” av elementet blir fluidstrømning til husportene tilveiebrakt av en fordypning i overflaten til elementet. Slik fluidstrømning opprettholder elementet, og verktøyet, i en balansert stilling. Denne nøytrale stilling i hvilken den sjaltbare strømningsmekanisme er i verken ”på” eller ”av” stilling, er fordelaktig under nedkjøring av verktøyet. Under nedkjøring kan verktøyet varme seg opp og fluidet i kontrolledningene ekspanderer. I den nøytrale stilling blir trykket på hver side av aktiviseringsstempelet opprettholdt som å være likt, og derfor sikrer at den sjaltbare strømningsmekanisme ikke arbeider med mindre og inntil det er ønsket.

I visse utførelser er det foretrukket at minst en del av elementet er avrundet og strømningsbanene er arrangert inne i den avrundede seksjon. Slik avrunding tillater at elementet kan bli dreid på en måte i likhet med en kuleventil. Med fordel innbefatter elementet en spindel for forbindelse til en motor til en drivenhet. Spindelen er med fordel anordnet på aksen, slik at elementet kan bli rotert som svar på rotasjon av spindelen. Med fordel er strømningsbanene anordnet slik at en 90 graders rotasjon av elementet er tilstrekkelig til å sjalte strømningsbanene mellom husets strømningsporter. Med fordel er husets strømningsporter og de sjaltbare strømningsporter arrangert i hovedsak vinkelrett på rotasjonsaksen til elementet. I alternative utførelser er i det minste en del av elementet formet av en sylindrisk seksjon med strømningsbaner arrangert inne i den sylindriske seksjon. Endeflaten til sylinderen er tetningsflaten med strømningsporter anordnet ved 180 grader omkring senteraksen dvs motstående hverandre. Strømningsportene i huset er innrettet i flate-mot-flate forhold med de sjaltbare strømningsporter. Med fordel innbefatter elementet en spindel for forbindelse til en motor til en drivenhet. Spindelen er med fordel anordnet på en akse slik at elementet kan bli rotert som svar på rotasjon av spindelen. Med fordel er strømningsbanene anordnet slik at en 180 graders rotasjon av det sylindriske element er tilstrekkelig til å sjalte strømningsbanene mellom husets strømningsporter. Med fordel er husets strømningsporter og de sjaltbare strømningsporter anordnet i hovedsak parallelt med rotasjonsaksen til det sylindriske element.

I utførelser er et antall av distinkte strømningsbaner anordnet gjennom det sylindriske element. I disse utførelser omfatter det sylindriske element en delvis sentral boring som passerer gjennom dets sentralakse, idet den delvise sentrale boring av det sylindriske element står i fluidkommunikasjon med strømningsbanene til det sylindriske element. Således danner den delvise sentrale boring ikke noen gjennomgående boring som passerer fullstendig gjennom det sylindriske element. Rotasjon av det sylindriske element tillater en endring i posisjon av de sjaltbare strømningsporter og følgelig en endring i retningen til fluidstrømmen gjennom elementet.

I utførelser som omfatter et sylindrisk element er det foretrukket at det er et antall strømningsporter i huset anordnet i elementet. Husets strømningsporter kan innbefatte forbindelser til kontrolledninger til verktøyet.

Med fordel befinner den sjaltbare strømningsmekanisme seg i en lomme til et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy. Nærmere bestemt, i foretrukne utførelser, er den sjaltbare strømningsmekanisme festet til veggen til legemet og dekket med en dekkplate.

Det er også tilveiebrakt en fremgangsmåte til å betjene en eller flere brønnhullsanordninger fra et nedihulls plassert hydraulisk kontrollverktøy, der fremgangsmåten omfatter trinnene:

(a) lokalisere et hydraulisk kontrollverktøy i samsvar med den første side ved oppfinnelsen i en produksjonsrørstreng;

(b) lokalisere minst en brønnhullsanordning nær ved det hydrauliske kontrollverktøy og forbinde kontrolledningene til det hydrauliske kontrollverktøy til kontrolledninger til den minst ene brønnhullsanordning;

(c) kjøre produksjonsrørstrengen ned i en brønnboring;

(d) variere brønnboringenes fluidtrykk i produksjonsrøret for å skape et utløsersignal for det hydrauliske kontrollverktøy; og

(e) betjene den minst ene brønnhullsanordning ved å pumpe hydraulisk fluid gjennom minst en av kontrolledningene mellom det hydrauliske kontrollverktøy og brønnhullanordningen.

På denne måten blir det hydrauliske kontrollverktøy kjørt ned med brønnhullsanordningen. Ettersom verktøyet har en gjennomgående boring kommer det ikke i konflikt med bevegelsen til fluider gjennom produksjonsrøret. Således kan fremgangsmåten innbefatte trinnet med å passere fluid gjennom den gjennomgående boring. Dette kan være tilfellet med produksjonsfluider som beveger seg opp en kompletteringsstreng.

I tillegg, ettersom brønnhullsanordningen blir betjent ved å variere brønnfluidtrykket i produksjonsrøret, snarere enn å variere trykket i hydraulisk fluid i en kontrolledning fra brønnens overflate, er det intet krav til å måtte ha kontrolledning(er) til å løpe fra brønnens overflate.

Det er foretrukket at utløsersignalet for det hydrauliske kontrollverktøy blir skapt ved ̈å variere brønnboringens fluidtrykk i produksjonsrøret ved å pådra et forutbestemt trykk over en forutbestemt tidsperiode. Å denne måten, dersom trykket og/eller tidsforholdene ligger utenfor det forutbestemte trykk/tidsvindu for det hydrauliske kontrollverktøy vil det hydrauliske kontrollverktøy ikke bli aktivisert.

Således blir utløsersignalet med fordel skapt som svar på et pådratt og opprettholdt trykk innenfor et forutbestemt trykkområde (eller ”aktiviseringsvindu”) for en viss tidsperiode. Dersom denne tilstand ikke er tilfredsstilt blir utløsersignalet ikke skapt. Dette gjør det mulig å utføre et omfang av ulike trykktester i brønnboringen, for eksempel ved trykk utenfor det forutbestemte område og/eller ved trykk innenfor aktiviseringsvindu, men over en tidsperiode kortere enn nødvendig for aktivisering av verktøyet.

Verktøyet virker etter det prinsipp at trykktesthendelser ikke skjer over lang varighet ved trykk innenfor den forutbestemte trykksone. Motsatt, en trykkhendelse for å skape utløsersignalet må identifiseres som å være i den forutbestemte sone over en tilstrekkelig tidsperiode innenfor en definert trykksone.

Dersom trykkhendelsen er klassifiser som et aktiviseringsvindu, dvs det pådratte trykk faller innenfor det forutbestemte trykkvindu for det hydrauliske kontrollverktøy, overvåker verktøyet det påførte trykk for å se om trykket forblir i det forutbestemte trykkvindu over den spesifisere forutbestemte tid. Dersom trykket forblir i det forutbestemte trykkvindu over den spesifiserte forutbestemte tid, vil utløsersignalet bli skapt.

Således blir driften av det hydrauliske styringsverktøy kontrollert av en trykk/tid diskriminatormekanisme. Ved hjelp av denne mekanisme vil et utløsersignal bli skapt og det hydrauliske kontrollverktøy vil bli betjent kun når det forutbestemte trykk/tidsvindu er møtt, det vil si at kommandoen om å arbeide er påført.

Det vil forstås at ethvert egnet forutbestemt trykk kan velges. Det vil også forstås at det forutbestemte trykk vil kunne velges i forkant av anbringelse av det hydrauliske kontrollverktøy og kan velges på grunnlag av forholdene nede i brønnen.

I utførelser av oppfinnelsen kan et antall av hydrauliske kontrollverktøy hvert være forhåndsprogrammert til å respondere på et spesifisert utløsersignal. Nærmere bestemt kan hvert enkelt av de flere hydrauliske kontrollverktøy være forhåndsprogrammerte til å respondere på et annet utløsersignal. På denne måten kan multiple utløsersignaler bli skapt for å aktivisere et hvilket som helst antall av hydrauliske kontrollverktøy.

Den forutbestemte tidsperiode kan være i området 5 til 10 minutter. Det vil forstås at enhver egnet forutbestemt tidsperiode kan bli valgt. Det er imidlertid foretrukket at den forutbestemte tid er større enn 5 minutter for å differensiere kommandosignalet fra fluktuasjoner i brønnforholdene og/eller trykktestene utført på anordningen.

Med fordel innbefatter fremgangsmåten trinnet med å betjene eller drive en fluidsjaltbar strømningsmekanisme i det hydrauliske kontrollverktøy for å sjalte det pumpede fluid til en andre kontrolledning. Med fordel blir en andre funksjon til brønnanordningen betjent fra en andre kontrolledning. Alternativt kan en ytterligere nedihullsanordning bli aktivisert fra den andre kontrolledning.

Det vil forstås at trekk beskrevet ved den foreliggende oppfinnelse kan være til stede i en eller flere av de andre aspekter ved oppfinnelsen.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, kun som eksempler, med henvisning til de følgende tegninger hvorav:

Figurene 1(a)-(d) er en skjematisk illustrasjon av en utførelse av en hoveddel til et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy og av verktøyet (Fig 1(d)) i samsvar med den foreliggende oppfinnelse;

Figurene 2(a)-(c) er snittriss av en elektronikkmodul for innsettelse i hoveddelen ifølge figur 1;

Figurene 3(a)-(c) er snittriss av en strømningsmekanismemodul for innsettelse i hoveddelen ifølge figur 1;

Figurene 4(a)-(c) er snittriss av en ekspansjonskammermodul for innsettelse i hoveddelen ifølge figur 1;

Figurene 5(a)-(c) er et (a) plan-, (b) lengdesnitt- og (c) tverrsnittriss gjennom en sjaltbar strømningsmekanisme i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av de ulike deler av et hydraulisk kontrollverktøy i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Figurene 7(a) og 7(b) er tverrsnittsriss gjennom en hydraulisk kontrollenhet, som illustrerer sjalting av strømningsmekanismen i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og

Figurene 8(a)-8(d) er et (a) plan-, og (b), (c), (d) tverrsnittriss gjennom en sjaltbar strømningsmekanisme i samsvar med en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Først gis henvisning til figur 1(d) i tegningene som illustrerer et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy, generelt indikert med henvisningstallet 10, i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Figurene 1(a) – (c) illustrerer hoveddelen 12 inn i hvilken modulene 14, 16, 18 befinner seg. Hoveddelen 12 omfatter en dor 20 som har en gjennomgående boring 22. Den øvre og nedre ende 24, 26 av hoveddelen vil ha passende konnektorer som er godt kjent i faget for å forbinde hoveddelen inn i en produksjonsrørstreng (ikke vist). Når koplet inn i strengen, er boringen 22 koaksial med boringen til produksjonsrørstrengen.

Som benyttet her, vil betegnelser som ”opp” og ”ned”; ”øvre” og ”nedre”; og andre liknende termer som indikerer relative posisjoner til et gitt punkt eller element, bli benyttet til tydeligere å beskrive noen elementer hos utførelser av oppfinnelsen.

Vanligvis relateres disse til et referansepunkt ettersom overflaten fra hvilken boreoperasjoner blir initiert, som å være toppunktet og den totale dybde på brønnen som er det laveste punkt.

Legemet, eller hoveddelen 12, er i hovedsak sylindrisk med boringen 22 lokalisert ute av aksen fra senteret 30 til sylinderen 32. Dette arrangement tilveiebringer et sadelparti 28 på en side av boringen 22. Det bemerkes at sadelen 28 ikke forløper den fulle lengde av legemet 12. Følgelig er endene 24, 26 til legemet også sylindriske, men har en sentralakse 34 som er kolineær med senteret til boringen 22.

Sadelpartiet 28 inneholder tre lommer, trau eller kanaler 36, 38, 40 plassert inntil hverandre rundt sylinderen 32. Hver kanal 36, 38, 40 er tilpasset til å motta en modul 14, 16, 18. Forbindelse gjennom til boringen 22 er til stede ettersom en port 44 er frest gjennom sadelen 28 for å skape en strømningsbane mellom modulen 14 og boringen 22. Ettersom modulen 18 er av en kortere lengde enn nabomodulene 16, 14, er kanalen 40 kortere som gir endestøtter 46 a, b for å støtte modulen 18.

Henvisning gis nå til figurene 4(a)-(c) som til sammen viser ekspansjonsmodulen 14. Modulen 14 er et hovedsakelig sylindrisk legeme 48 som har en boring 50 plassert gjennom en hoveddel av legemet 48. I en nedre ende 52 er en port 54 anordnet for adkomst for fluid til boringen 50. Porten 54 kan forbindes med porten 44 på sadelen 28 for å tillate at fluid inne i boringen 22 kan komme inn i boringen 50. Fluidet inne i boringen 22 er brønnfluid, mest sannsynlig produsert fluid fra brønnen, dvs hydrokarboner. Alternativt kan brønnfluidet være det som blir pumpet fra overflaten ned doren 20.

Inne i boringen 50 er det plassert et stempel 56 som innbefatter tetninger 58 a,b for å skille fluider over og under stempelet 56. Dette skaper et andre 60 og et første kammer 62. Størrelsen på kamrene 60, 62 vil variere avhengig av stillingen til stempelet 56 som kan bevege seg gjennom boringen 50. Brønnfluid befinner seg i det første kammer 62 og kontrollfluid befinner seg i det andre kammer 60. Fluidene blir holdt fra hverandre med tetninger 58 a,b. Kontrollfluidet er vanligvis en hydraulisk olje med gode smøreegenskaper, en lav kompressibilitet og en høy temperaturmotstand. Et slikt fluid er kjent for fagmannen.

I en øvre ende 64 av modulen 14 er to porter 66, 68 anordnet. Den første port 66 tilveiebringer en strømningsbane for kontrollfluid fra det andre kammer 60 til strømningsmekanismemodulen 18. Den andre port 68 ankommer en trykktransduktor 70 montert på enden 64 av modulen 14. Trykktransduktoren 70 måler trykket til kontrollfluidet i det andre kammer 60. En elektronisk forbindelse 72 er til stede mellom transduktoren 70 og den elektroniske modulen 16.

Det vises nå til figurene 2(a)-(c), som til sammen viser den elektroniske modul 16. Modulen 16 har et stort sett sylindrisk legeme 74 dimensjonert til å lokalisere i kanalen 38 til sadelen 28. I en nedre ende 76 er det et avstengende endelokk 78. Lokket 78 dekker en forbindelse 80 som brukes til å knytte den elektroniske modulen 16 til en computer for å programmere enheten 10. Forbindelsen 80 sørger også for nedlasting av den lagrede informasjon, slik som avlesningene fra trykktransduktoren, for senere analyser. En stor del av den elektroniske modul 16 tas opp med et oppbevart batteri 82. Batteriet 82 blir brukt til å drive motorer i strømningsmekanismemodulen 18 og til å drive PCB 84 i den elektroniske modul 16. PCB 84 inneholder en mikroprosessor og styringselektronikken til å drive enheten 10. PCB 84 mottar inngangssignaler fra trykktransduktoren 70. Det er også en elektronisk forbindelse mellom PCB 84 og strømningsmekanismemodulen 18 slik at motorene kan bli signaliserte til å arbeide og kraft kan bli overført til dem for dette formål.

Det vises nå til figurene 3(a)-(c) som til sammen viser strømningsmekanismemodulen 18. Modulen 18 har et stort sett sylindrisk legeme 86 tilpasset for kopling inne i kanalen 40 (se fig.1). Fra en nedre ende 86 er det anordnet et endelokk 88 innbefattende en elektrisk forbindelsesport 98 for forbindelse til den elektroniske modulen 16; en motor 90 til en girkasse 92 som driver en mikropumpe 94; et fluidstrømningskammer 96 forbundet til en sjaltbar strømningsmekanisme 100; en girkasse 102 og motor 104 for å drive den sjaltbare strømningsmekanisme 100; og et endelokk 106 innbefattende en elektrisk forbindelsesport 108 for forbindelse til den elektroniske modul 16.

Den sjaltbare strømningsmekanisme 100 er illustrert i figurene 5. Mekanismen 100 er et hovedsakelig sylindrisk element 160 som er montert på en sentral akse 140. Et avrundet parti, eller kule 128, på elementet 160 er anordnet til å rotere på aksen 140. Inne i kulen 128 er det maskinert to kanaler 136, 138 gjennom den. Kanalene 136, 138 er distinkte ved at de ikke overlapper eller er forbundet på noen måte. For å oppnå dette er ingen kanal anordnet gjennom senteret 140 til kulen 128. Disse kanaler 136, 138 gir fire sjaltbare strømningsporter 162, 164, 166, 168 som kan bli brukt som innganger eller utganger avhengig av orienteringen til kulen 128.

Elementet 160 blir båret i stilling av endelagerringer 170, 172. Fluidbaner 174, 176 går gjennom elementet 160 slik at fluid som overstrømmer det indre volum til legemet 86 kan passere gjennom disse strømningsbaner 174, 176 til å hjelpe til med å balansere trykket over kulen 128. Montert til en lagerring 172 er en spindel 180. Spindelen 180 forbinder til motorens 104 girkasse 102. Det er således ved å betjene motoren 104 strømningsmekanisme 100 blir aktivisert og strømningsbanene 136, 138 kan sjaltes.

Figurene 8(a) til 8(d) viser en alternativ sjaltbar strømningsmekanisme 200.

Mekanismen 200 er et hovedsakelig sylindrisk element 260 som er montert på en sentral akse 240. En sylindrisk ventil 228 rommet i elementet 260 er arrangert til å rotere på aksen 240. Inne i det hovedsakelig sylindriske element 260 er det maskinert to kanaler 236, 238 gjennom dette. Kanalene 236, 238 er distinkte ved at de ikke overlapper eller har forbindelse på noen måte. For å oppnå dette er ingen kanaler anordnet til å passere i helhet gjennom senteret 240 til den sylindriske ventil 228. Disse kanaler 236, 238 gir to sjaltbare strømningsporter 262, 264 som kan bli brukt som innganger eller utganger avhengig av orienteringen til den sylindriske ventil 228.

Spindelen 280 danner forbindelse til motorens 104 girkasse 102. Det er dermed ved å kjøre motoren 104 at strømningsmekanismen 200 blir aktivisert og strømningsbanene 236, 238 kan sjaltes.

I den sjaltbare strømningsmekanisme 100 kan kulen 128 bli rotert 45 grader med spindelen 180 til en midt- eller nøytral stilling. I midtstillingen flukter spalter 182 i kulen 128 med fluidkontrolledninger 124, 126 (best vist i figur 7). På denne måte tillates en redusert fluidstrøm gjennom kontrolledningene 124, 126 for å utligne enhver trykkoppbygning i de tilhørende kontrolledninger. På denne måten, under innkjøring av anordningen for eksempel, kan enhver trykkoppbygning i en av kontrolledningene utlignes gjennom kulen 128.

Likeledes, som best vist i figurene 8b, c og d som er et tverrsnitt gjennom det sylindriske element 260 i retning av pilen ”A” i den sjaltbare strømningsmekanisme 200, kan den sylindriske ventil 228 bli rotert 90 grader med spindelen 280 til en midt-, eller nøytral stilling (Figur 8(d)). I denne posisjon tillater sporet 282 i flaten til den sylindriske ventil 228 en redusert fluidstrøm gjennom porter 262, 264 for å utligne enhver trykkoppbygning i de tilhørende kontrolledninger. På denne måten, under innkjøring av anordningen for eksempel, kan enhver trykkoppbygning i en av kontrolledningene bli utlignet gjennom den sylindriske ventil 228.

Betjeningen av det hydrauliske kontroll- eller styringsverktøy 10 vil nå bli beskrevet med henvisning til figur 6 samt de tidligere figurer. Like deler med de i de tidligere figurer har blitt gitt de samme henvisningstall for lett tolkning. Hver modul 16, 14, 18 er montert og et fast volum med styrefluid er plassert i det andre kammer 60. Modulene 14, 16, 18 befinner seg på legemet 12 i lommene 36, 38, 40 og koplingene mellom modulene foretatt. I dette henseende entrer kontrollfluid fra det andre kammer 60 strømningsmekanismemodulen 18 ved den sjaltbare strømningsmekanisme 100. Fluidet overstrømmer det indre volum av legemet 86. Nærmere bestemt entrer fluidet porten 110, beveger seg gjennom strømningsbanen 112 i fluidstrømningskammeret 96, går ut fra porten 114 og overstrømmer volumet 116 rundt pumpen 94. Fluidet entrer pumpen 94 gjennom en port 118 hvorfra det blir pumpet ved høyt trykk ned kanalen 120 til å entre den sjaltbare strømningsmekanisme 100 ved en høytrykksforbindelse 122.

Betjeningen av den sjaltbare strømningsmekanisme 100 vil bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til figur 7.

I bruk monteres doren 20 i en streng nær ved en nedihullsanordning (ikke vist) og kjørt ned i en brønnboring. Inngående kontrolledninger til nedihullsanordningen er forbundet til fluidkontrolledninger 124, 126 som utgår fra strømningsmekanismen 100 (best vist i figur 7). På overflaten har PCB 84 blitt programmert til å respondere på en trykkhendelse registrert i transduktoren 70. Dette kan ganske enkelt bli utløst ved en innstilt trykkverdi. Alternativt kan det være at trykket må bli holdt i et vindu over en gitt tidsperiode. Forskjellige utløsningshendelser kan bli programmert avhengig av tilstandene som vil bli erfart i brønnboringen.

Brønnfluider entrer det første kammer 62. Dette fluid er i boringen 22 og er enten produksjonsfluid eller fluid introdusert ved overflaten og pumpet inn i boringen 22 som del av en intervensjonsprosedyre. Brønnfluidet virker mot stempelet 56 og komprimerer eller tillater ekspansjon av kontrollfluid i det andre kammer 60, ved bevegelse inne i ekspansjonskammeret 50. Trykket av kontrollfluidet blir overvåket av trykktransduktoren 70 og signalet blir vekslet til PCB 84 i den elektroniske modul 16.

Når en trykkhendelse er gjennomført, blir motoren 90 og/eller motoren 104 betjent i en forhåndsprogrammert sekvens. Motoren 104 blir betjent til å sjalte høytrykksutgangen mellom kontrolledningene 124, 126. Dette oppnås med motoren 104 og girkassen 102, rotering av kulen 128 inne i mekanismen 100 ved rotasjon av spindelen 180. Denne rotasjon kan ses mellom figur 7(a) og 7(b).

Kulen 128 er i tettende kontakt med tre porter 122, 132, 134. Porten 122 er høytrykksforbindelsen fra pumpen 94. Anordnet vinkelrett på porten 122 er de to porter 132, 134 som er forbundet dirkete til de hydrauliske kontrolledninger 124, 126 respektivt.

I en første konfigurasjon, vist i figur 7(a) er kulen 128 anordnet slik at høytrykksinngangen 122 er innrettet med porten 134. Høytrykks kontrollfluid blir således pumpet ned kontrolledningen 126 som kan bli brukt til å aktivisere brønnanordningen. Den andre kanal 138 er også anordnet slik at enden 168 er innrettet med porten 132 mens den andre enden 166 er åpen mot legemet 86. Fluidet som utgår fra enden 166 blander seg med fluidet fra legemet 86. Ethvert høytrykksfluid i kontrolledningen 124 blir dermed avlastet tilbake til det lave trykk i legemet 86. En slik trykkavlastning i kontrolledningen 124 kan bli brukt til å aktivisere brønnanordningen også. En fagmann vil umiddelbart se at aktiviseringsmekanismen i anordningen kunne bli ordnet til å bli påvirket av fluid i kontrolledningene 124, 126 anordnet på motstående flater av et bevegelig element slik som et stempel. Dette skaper et system med lukket krets.

PCB 84 kan programmeres til å betjene pumpen 94 når høytrykksfluid er påkrevet ved å starte motoren 90. PCB 84 kan også kontrollere posisjonen til kanalene 136, 138 ved å rotere kulen 128 via motoren 104, girkassen 102 og spindelen 180. Ettersom spindelen 180 er anordnet vinkelrett på portene 132, 134 og på linje med porten 122, er en støtte i form av en lagerring 170 anordnet på den motsatte side av kulen 128 for å hjelpe rotasjon. Ytterligere støtte er gitt av lagerringen 172, anordnet på den motsatte side av kulen 128 for ytterligere å hjelpe rotasjon. Som det kan sees mellom figurene 7(a) til 7(b) er kun en 90 graders rotasjon av kulen 128 nødvendig for å innrette portene slik at høytrykksfluidet nå er rettet gjennom kontrolledningen 124. Denne rotasjon oppnås ved bare å rotere spindelen 104. En lavtrykksavlastning er følgelig levert fra kontrolledningen 126 til kammeret 60 via legemet 86. En slik endring i fluidtrykket i kontrolledningene 124, 126 kan bli brukt for å aktivisere brønnanordningen for å utføre en annen funksjon.

Med fordel, ved å ikke ha noen boring gjennom senteret 140 av kulen, kan rotasjon av kulen 128 ganske enkelt oppnås ved rotasjon på aksen fra girkassen 102 som forenkler konstruksjonen. I tillegg krever sjalting av mekanismen 100 bare en liten, dvs 90 grader, rotasjon av kulen 128. Ytterligere, i begge konfigurasjoner, er komplette strømningsbaner tilveiebrakt, og ingen strømningsbane er forseglet ved å være dekket eller på annen måte blokkert. Enda ytterligere, ved å lokalisere strømningsmekanismen mellom de to motorer 90, 104 og oversvømme dette område med kontrollfluid ved lavt trykk, vinner vi fordelene med å smøre rotasjonen av kulen 128 i huset og fjerne kravet om å måtte ha robuste tetninger mellom kulen og huset. Som det kan ses blir kulen 128 holdt på tre steder av fjærbelastede ringer 150 ved konnektorene 122, 132, 134.

Søkers parallelle søknad, GB 0803925.7, beskriver en nedihulls hydraulisk kontrollenhet montert i en elektronisk komplettering installasjonsventil. Det vil forstås av fagmannen at det hydrauliske styringsverktøy ifølge den foreliggende oppfinnelse kan erstatte enheten, slik at ventilen kunne være en hvilken som helst fjernbetjenbar produksjonsrørmontert ventil som er godt kjent i faget. Det nedihulls hydrauliske kontrollverktøy og ventilen behøver da bare da bare å være montert inntil hverandre. Et slikt arrangement tillater at det nedihulls hydrauliske kontrollverktøy ifølge den foreliggende oppfinnelse blir brukt med brønnanordninger som fortløpende er forbundet til kontrolledninger som går til overflaten av brønnen.

En hovedfordel med den foreliggende oppfinnelse er at den tilveiebringer et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy som har en hydraulisk kraftkilde med en kontrolledning, lokaliserbar i en rørstreng. På denne måten er det ikke noe krav om å ha kontrolledninger som passerer gjennom brønnens lengde, kontrolledningen vil bare måtte spenne over avstanden mellom det nedihulls hydrauliske kontrollverktøy og brønnanordningen.

En ytterligere fordel med i det minste en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er at den tilveiebringer en fremgangsmåte for å betjene en eller flere brønnanordninger fra et nedihulls plassert hydraulisk kontrollverktøy. Faktisk kan multiple nedihulls hydrauliske kontrollverktøy lokaliseres på produksjonsrørstrengen som hver betjener en eller flere brønnanordninger. Hvert hydraulisk verktøy kan programmeres til å virke ved ulike trykktilstander og dermed kan brønnanordningene bli aktivisert etter enhver valgt rekkefølge.

Nok en ytterligere fordel med i det minst en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en sjaltbar strømningsmekanisme med sjaltbare strømningsbaner for et kontrollsystem med lukket krets. Ved å sørge for at høytrykks kontrollfluid kan anbringes alternerende ned kontrolledninger kan minst to funksjoner bli utført fra et innelukket volum med kontrollfluid.

Modifikasjoner kan foretas på oppfinnelsen som her er beskrevet uten å avvike fra dens beskyttelsesomfang. For eksempel kunne hver modul arrangeres koaksialt for å gi en enkelt modul. Den sjaltbare strømningsmekanisme kunne utrustes med ytterligere kanaler slik at ytterligere kontrolledninger kunne bli betjent fra verktøyet.

Claims (15)

Patentkrav

1.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) for bruk i et nedihulls fluidkontrollverktøy, karakterisert ved at mekanismen (100; 200) omfatter et element (160; 260) anordnet til å rotere inne i verktøyet idet elementet (160; 260) innbefatter et antall sjaltbare strømningsporter (162, 164, 166, 168; 262, 264) på en av dens overflater, hvor strømningsbaner (136, 138, 174, 176; 236, 238) er arrangert gjennom elementet (160; 260) mellom par av sjaltbare strømningsporter (162, 164, 166, 168; 262, 264) og hver strømningsbane (136, 138, 174, 176; 236, 238) er anordnet utenfor aksen gjennom elementet (160; 260).

2.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 1, karakterisert ved at strømningsbanene (136, 138, 174, 176; 236, 238) er arrangert slik at de ikke passerer gjennom sentralaksen til elementet (160; 260) og at et antall av distinkte strømningsbaner kan bli anordnet gjennom elementet.

3.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at rotasjon av elementet (160; 260) tillater en endring i posisjon av de sjaltbare strømningsporter (162, 164, 166, 168; 262, 264) og følgelig en endring i retningen på fluidstrømning gjennom elementet.

4.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det er et antall strømningsporter i huset anordnet rundt elementet (160; 260), slik at hver strømningsport i huset er innrettet med en sjaltbar strømningsport (162, 164, 166, 168; 262, 264).

5.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 4, karakterisert ved at husets strømningsporter innbefatter forbindelser til kontrolledninger til verktøyet.

6.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at i det minste en del av elementet (160; 260) er avrundet og strømningsbanene (136, 138, 174, 176; 236, 238) er arrangert inne i den avrundede seksjon.

7.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 6, karakterisert ved at strømningsbanene (136, 138, 174, 176; 236, 238) anordnet slik at en 90 graders rotasjon av elementet (160; 260) er tilstrekkelig til å sjalte strømningsbanene mellom husets strømningsporter.

8.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 4 til 7, karakterisert ved at husets strømningsporter og de sjaltbare strømningsporter (162, 164, 166, 168; 262, 264) arrangert i hovedsak vinkelrett på rotasjonsaksen til elementet.

9.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at i det minste en del av elementet (160; 260) er formet av en sylindrisk seksjon med strømningsbaner (136, 138, 174, 176; 236, 238) arrangert inne i den sylindriske seksjon.

10.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 9, karakterisert ved at strømningsportene (162, 164, 166, 168; 262, 264) er anordnet slik at en 180 graders rotasjon av elementet er tilstrekkelig til å sjalte strømningsbanene (136, 138, 174, 176; 236, 238) mellom husets strømningsporter.

11.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 9 eller krav 10 når avhengig av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at husets strømningsporter og de sjaltbare strømningsporter (162, 164, 166, 168; 262, 264) er anordnet i hovedsak parallelt med rotasjonsaksen til det sylindriske element.

12.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 9 til 11, karakterisert ved at et antall av distinkte strømningsbaner er anordnet gjennom det sylindriske element.

13.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 12, karakterisert ved at det sylindriske element omfatter en delvis sentral boring som passerer gjennom dets sentralakse, idet den delvise sentrale boring av det sylindriske element står i fluidkommunikasjon med strømningsbanene til det sylindriske element.

14.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i ett av kravene 1 til 13, karakterisert ved at den sjaltbare strømningsmekanisme (100; 200) befinner seg i en lomme til et nedihulls hydraulisk kontrollverktøy.

15.

Sjaltbar strømningsmekanisme (100; 200) som angitt i krav 14, karakterisert ved at den sjaltbare strømningsmekanisme (100; 200) er festet til veggen til hoveddelen, eller legemet, av det nedihulls hydrauliske kontrollverktøy og dekket med en dekkplate.