NO345851B1 - Signal og kraftoverføring i hydrokarbonbrønner - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører overføring av kraft og signaler i hydrokarbonbrønner, og mer spesielt, men ikke utelukkende, overføring i rørgjennomførte radiale grener (eng.: through-tubing radial branches).

Bakgrunn

Et mangfold av teknologier er utviklet for å overføre kraft og/eller signaler (slik som datasignaler fra sensorer eller styresignaler for styrende innretninger) til/fra dyp undergrunn i hydrokarbonproduksjonsbrønner. Én slik teknologi innebærer anvendelse av strømtransformatorer for å indusere en strøm i røret og plukke den opp igjen fra røret. Et eksempel på denne teknologien er beskrevet i WO2007/004891.

Strømtransformatorer (som referert til heri) består hovedsakelig av en lukket sløyfe av induktivt materiale som omgir røret.

Andre teknikker inkluderer å anvende induktiv kobling ved anvendelse av koblede sløyfeantenner. Som referert til heretter referer termen "induktiv kobler" til en hvilken som helst form for konstruksjon hvor en strøm eller et magnetfelt induseres og inkluderer, med mindre annet er oppgitt, strømtransformatorer så vel som andre typer induktive koblingsinnretninger. Det har også blitt gjort mange forsøk på å danne nedihulls wet mate-kabelkonnektorer, både for elektriske og optiske forbindelser, men generelt har resultatene så langt vært i beste fall uvisse.

Rørgjennomført rotasjonsboring gjennom produksjonsrør (eng.: Through Tubing Rotary Drilling, TTRD) har blitt etablert som en kostnadseffektiv fremgangsmåte for å øke tilgangen til hydrokarbonreserver. Ved å anvende ekstisterende brønner i modne reservoarer, oppnås det tilgang til ekstra reserver gjennom det eksisterende brønnkompletteringsrøret ved å bore ny sidestegsforgrening som går ut fra det eksisterende produksjonsrøret. Imidlertid skaper brønngrener slik som TTRD-grener betydelige problemer, særlig når det gjelder installering av signal- og kraftoverføringssystemer. Kablene i kabelsystemer er særlig sårbare for skade.

Eksisterende teknologi vedrørende strømtransformatorer eller induktive koblinger har også et stort problem dersom det er en kortslutning mellom innsiden av røret og ringromfluidet mellom produksjonsrøret og borehullet langs en lang overføringslengde. Ringromfluidet kan typisk være en saltlake inneholdende korrosjonshemmere, men kan være diesel eller annet ikke-ledende og ikke-korroderende fluid.

EP 0964134 A2 beskriver et apparat og en metode for å etablere elektrisk forbindelse til permanente oljefeltinstallasjoner nede i hullet ved bruk av et elektrisk isolert ledende foringsrør.

US 2004094303 A1 beskriver en fremgangsmåte og et apparat som tillater kommunikasjon av elektrisk kraft og signalering fra borehullskomponent til en annen borehullskomponent, som benytter en induktiv koblingsenhet.

US 2009151950 A1 beskriver et brønnsystem omfattende en første primær induktiv kobler konfigurert for å være kommuniserbart koblet til en overflateinnretning og en første sekundær induktiv kobling. Den første sekundære induktive koblingen kan videre konfigureres for å være kommuniserbart koblet til en eller flere kompletteringskomponenter tilveiebrakt i en første del av brønnen. Der beskrives dessuten en fremgangsmåte for å fullføre en brønn omfattende induktive koblinger.

US 5745047 A beskriver et elektrisitetsoverføringssystem nede i borehullet som bruker veggen til et elektrisk ledende rullbart rør hvorav den andre overflaten er dekket av et elektrisk isolasjonsmateriale for å overføre elektriske signaler og / eller kraft til og / eller fra et nedehullssted i et underjordisk borehull.

Følgelig er det behov for en forbedret måte for å danne en forbindelse til et system for indusert strøm (eller lignende) for kraft- og/eller datasignaloverføring i en brønngren, hvor den nye kompletteringen ikke bringes tilbake til overflaten, men henges av i produksjonsrøret. De samme prinsippene kan anvendes både for TTRD-grener og i mange andre brønngrenkonstruksjoner.

Kort beskrivelse

Ifølge et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å installere et overføringssystem i en hydrokarbonproduksjonsbrønn. Overføringssystemet er anvendelig for å overføre kraft og/eller styresignaler nedover i brønnen eller for å overføre datasignaler tilbake oppover i brønnen. Brønnen omfatter et hovedborehull, et produksjonsrør inne i hovedborehullet og en gren som går ut fra produksjonsrøret. Grenen omfatter et sidestegsrør. Fremgangsmåten inkluderer: å tilveiebringe en sensor- og/eller lastsammenstilling i grenen, å installere en første induktiv kobler av en overføringsanordning for indusert strøm rundt produksjonsrøret i hovedborehullet hvorved en strøm induseres i produktionsrører, og å forbinde sensorog/eller lastsammenstillingen til den første induktive kobleren via et kommunikasjonsledd.

I én utførelsesform omfatter kommunikasjonsleddet en kabel, og å forbinde kabelen mellom sensorsammenstillingen og den første induktive koblingen omfatter å skjøte to kabelseksjoner i en sidelomme på produksjonsrøret. Kabelen kan mates fra sensor-/lastsammenstillingen til sidelommen inne i sidestegsrøret. Alternativt kan kabelen mates fra sensor-/lastsammenstillingen til sidelommen utenfor sidestegsrøret.

I en annen utførelsesform omfatter kommunikasjonsleddet en signaloverføringsanordning for indusert strøm, og fremgangsmåten omfatter ytterligere å installere en andre induktiv kobler for signaloverføringsanordningen rundt sidestegsrøret i grenen. Den første induktive kobleren kan installeres i hovedborehullet på en posisjon valgt for å minimere en eventuell strøm som er indusert i produksjonsrøret, når en vekselstrøm påtrykkes den første induktive kobleren.

Fremgangsmåten kan ytterligere omfatte å forbinde en kabel mellom den første induktive kobleren og en node på en plassering høyere oppe i hovedborehullet for å formidle datasignaler og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler. Alternativt kan fremgangsmåten ytterligere omfatte å installere en signaloverføringsanordning for indusert strøm for å formidle datasignaler fra den første induktive kobleren til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler til den første induktive kobleren.

Fremgangsmåten kan ytterligere omfatte å installere en tredje induktiv kobler rundt produksjonsrøret i hovedborehullet, slik at grenen kommer ut av produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen. Fremgangsmåten kan også ytterligere omfatte å tilveiebringe en andre sensor- og/eller lastsammenstilling i hovedborehullet nedenfor grenen for å tilveiebringe sensordatasignaler til og/eller motta kraft og/eller styresignaler fra den tredje induktive spolen.

Én eller flere av de induktive koblerne kan ha en impedans tilpasset til impedansen til annen kobler for å optimere kraft- og/eller signaloverføring.

Fremgangsmåten kan ytterligere omfatte å tilveiebringe elektrisk isolasjon til minst en del av produksjonsrøret og/eller sidestegsrøret for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans fra røret.

Ifølge et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en hydrokarbonproduksjonsbrønninnstallasjon omfattende: et hovedborehull; et produksjonsrør inne i hovedborehullet og en gren som går ut fra produksjonsrøret, der grenen omfatter et sidestegsrør. En sensor- og/eller lastsammenstilling i grenen tilveiebringer sensordatasignaler, og/eller mottar kraft og/eller styresignaler. En første induktiv kobler til en overføringsanordning for indusert strøm rundt produksjonsrøret i hovedborehullet hvorved en strøm induseres i produksjonsrøret. Et kommunikasjonsledd som forbinder sensor- og/eller lastsammenstillingen med den første induktive kobleren for at formidle sensordatasignalene til, og/eller kraft og/eller styresignaler fra, en overføringsanordning for den indusert strøms første induktive kobler.

Grenen kan være en TTRD-gren hvori sidestegsrøret strekker seg fra innsiden av produksjonsrøret inn i TTRD-grenen.

Kommunikasjonsleddet kan omfatte en kabel. Kabelen kan strekke seg fra sensorsammenstillingen til en sidelomme på produksjonsrøret.

Alternativt kan kommunikasjonsleddet omfatte en andre induktiv kobler for signaloverføringsanordningen, der den andre induktive kobleren er anordnet rundt sidestegsrøret. Foretrukket er den første induktive kobleren anordnet i hovedborehullet på en posisjon valgt for å minimere en hvilken som helst strøm som er indusert i produksjonsrøret, når en vekselstrøm påtrykkes den første induktive kobleren. Den første induktive kobleren kan omfatte en spole rundt sidestegsrøret og inne i produksjonsrøret. Kommunikasjonsleddet kan ytterligere omfatte en signaloverføringsanordning for indusert strøm i TTRD-grenen mellom sensor-/lastsammenstillingen og den andre induktive kobleren. Installasjonen kan ytterligere omfatte en kondisjoneringsinnretning for elektriske signaler anordnet i TTRD-grenen mellom sensor-/lastsammenstillingen og den andre induktive kobleren.

Installasjonen kan ytterligere omfatte en kabel forbundet med den første induktive kobleren for å formidle datasignaler til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler.

Alternativt kan installasjonen ytterligere omfatte en signaloverføringsanordning for indusert strøm for å formidle datasignaler fra den første induktive kobleren til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler til den første induktive kobleren. Signaloverføringsanordningen for indusert strøm kan omfatte en tredje induktiv kobler, der den første og tredje induktive kobleren er implementert som én innretning.

Signaloverføringsanordningen for indusert strøm i hovedborehullet kan ytterligere omfatte en tredje induktiv kobler anordnet rundt produksjonsrøret, hvori TTRD-grenen kommer ut av produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen.

Installasjonen kan også ytterligere omfatte en andre sensor- og/eller lastsammenstilling anordenet i hovedborehullet, som tilveiebringer sensordatasignaler til og/eller mottar kraft og/eller styresignaler fra den tredje induktive spolen. Produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen kan omfatte et elektrisk isolasjonsmateriale eller belegg. En elektrisk forbindelse kan være tilveiebrakt mellom den isolerte seksjonen av produksjonsrøret og et sidestegsrør til TTRD-grenen via slipper (eng.: slip) eller andre mekaniske kontakter.

Den første, andre, eller tredje induktive kobleren kan være en strømtransformator.

Én eller flere av de induktive koblerne kan ha en impedans tilpasset til impedansen til annen kobler for å optimere kraft- og/eller signaloverføring.

Minst en del av produksjonsrøret og/eller sidestegsrøret kan omfatte elektrisk isolasjon for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans fra røret. Isolasjonen kan omfatte én eller flere av: et belegg på røret; et ikke-ledende ringromfluid; ikke-ledende rørsentreringsverktøy; innsementerte rørseksjoner omfattende sement eller andre herdesubstanser, slik som polymerer; og deler av røret dannet av et materiale som tilveiebringer elektrisk isolasjon.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 illustrerer en utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren.

Figur 2 illustrerer et alternativ til utførelsesformen vist i figur 1 av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren.

Figur 3 illustrerer en annen utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren.

Figur 4 illustrerer et alternativ til utførelsesformen vist i figur 3 av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren.

Figur 5 illustrerer en utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønn nedenfor en gren.

Figur 6 illustrerer en utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren og for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i brønnen nedenfor grenen.

Figur 7 illustrerer en annen utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren.

Utførelsesformene viser fire prinsipielle måter som en anordning for indusert strøm kan anvendes på for å overføre kraft og/eller signaler i en brønn som har en TTRD-gren. Med henvisning til figur 1 har en hydrokarbonproduksjonsbrønn 10 et hovedborehull 12. Borehull 12 vil typisk være et borehull boret gjennom en "formasjon" - dvs. lag av fjell, sand, leire eller kombinasjoner av disse slik de kan forekomme enten i en boret brønn eller land eller undersjøisk under havbunnen. I mange brønner er borehullet fôret med et fôringsrør eller en fôring, men i noen brønner er borehullet ufôret. Inne i borehullet 12 er det en produksjonsfôring eller -rør 14. Et ringformet rom 16 skiller produksjonsrører 14 fra formasjonen rundt borehullet 12. Det ringformede rommet 16 kan være fylt med sement, som både fester røret 14 på plass og, i det minste der formasjonen er hydrokarbonbærende, er porøs for å virke som et filter for hydrokarboner som ekstraheres fra brønnen. Alternativt kan røret i andre deler av brønnen være omgitt av et ringromfluid, slik som et tungt kompletteringsfluid som saltlaken inneholdende korrosjonshemmere referert til ovenfor. Ringromfluidet kan også omfatte hydrokarbonfluider, som kan være dieselen referert til ovenfor eller et produksjonsfluid eller et fluid med lav tetthet, typisk tørrgass anvendt for å hjelpe til med å løfte brønnfluidene.

En TTRD-gren 18 omfatter rør som forgrener seg fra produksjonsrøret 14 for å danne en sidestegssammenstilling gjennom formasjonen. Sidestegssammenstillingen inkluderer sidestegsrør 20 inne i grenen 18 og omgitt av et ringformet rom 22. Avhengig av produksjonskravene kan det ringformede rommet 22 også fylles med sement.

Sidestegsrøret 20 har mindre diameter enn produksjonsrøret 14 i hovedborehullet 12. Sidestegsrøret 20 har en øvre åpen ende 24 og strekker seg inn i grenen 18 som vist. Den øvre åpne enden 24 holdes konsentrisk i posisjon av hengere, som i dette tilfellet er i form av pakninger 26, men kan også være permeable konstruksjoner i produksjonsrøret 14. Sidesteget kan typisk strekke seg over en stor avstand (f.eks. mange kilometer).

En sensor-/lastsammenstilling er plassert på sidestegsrøret 20 i grenen 18. Denne kan omfatter sensorer, slik som trykkmålere, eller motordrevne innretninger, slik som aktuatorer for å bevege komponenter anbrakt i grenen/sidesteget. Sensor-/lastsammenstillingen 28 krever derfor krafttilførsel så vel som et kommunikasjonsledd for å motta styresignaler som styrer de motordrevne innretningene og sender sensordata tilbake til overflaten eller i prinsippet til en hvilken som helst øvre nodeposisjon høyere oppe i brønnen. I denne utførelsesformen leveres kraft fra en øvre nodeposisjon, og datasignaler overføres tilbake til den samme eller en annen øvre nodeposisjon ved å anvende et system for indusert strøm/strømtransformator, hvorav én ende er vist i form av en induktiv kobler 30. Den induktive kobleren 30 energiseres av et magnetfelt eller strøm indusert i produksjonsrøret 14 på en kjent måte (som beskrevet i for eksempel WO2007/004891). Forbindelsen fra den induktive kobleren 30 til sensoren/lasten i grenen 18 er tilveiebrakt via en første kabel 32 fra den induktive kobleren 30 til en sidelomme 34 utenfor produksjonsrøret 14 og i det ringformede rommet 16. En kabelkonnektor er plassert i sidelommen 34, som forbinder den første kabelen 32 til en andre kabel 38 som er matet gjennom produksjonsrørets14 vegg og inn i sidestegsrøret 20.

Figur 2 viser en lignende anordning til figur 1, hvor tilsvarende trekk har samme referansenumre, med trekk som har endrede plasseringer angitt ved en '"primær"-markør'. I dette tilfellet er den induktive kobleren 30' og sidelommen 34' plassert på produksjonsrøret 14 nedenfor den øvre enden 24 av sidestegsrøret 20, og kabelen 38' er matet gjennom til sensor-/lastsammenstillingen 28 i sidesteget utenfor sidestegsrøret 20.

Som vist i figur 1 og 2 er kabelen 38, 38' direkte forbundet med sensoren/lasten 28. Særlig der sidesteget strekker seg over en lang avstand fra hovedborehullet kan imidlertid kabelen forbindes med en ytterligere induktiv kobler for å formidle kraften/signalene langs sidesteget ved hjelp av en ytterligere anordning for indusert strøm/strømtransformator.

Anordningen vist i figur 1 har den fordelen at kabelen er beskyttet inni røret under installeringen eller 'innkjøringen' i brønnen. Sammenstilling av forbindelsen i sidelommen kan utføres med et verktøy i en separat operasjon etter at TTRD-grenkompletteringen er på plass. Alternativt kan hele sammenstillingen av sensor-/lastsammenstillingen 28, forbindelsen 36 og kabelen 38 ettermonteres i brønnen ved å anvende en brønnkabel. Anordningen vist i figur 2 er mer kompatibel med normale kablede kompletteringer med kabelen klemt fast til utsiden av sidestegsrøret 20. I dette tilfellet vil imidlertid forbindelsen i sidelommen 34' måtte dannes når sidestegsrøret 20 er landet (dvs. før installering). Det at kabelen 38' er på utsiden av røret 20 gjør den også mindre beskyttet og mer utsatt for skade når den kjøres inn.

Forbindelsen 36, 36' i sidelommen 34 kan være en hvilken som helst vanlig wet matekonnektor, eller den kan være en spesialisert induktiv kobler.

Som vist i figur 1 og 2 er produksjonsrøret 14 opp til de induktive koblerne 30, 30' isolert med et ytre isolasjonslag eller -belegg 40. Dette er tilveiebrakt for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans. Dette er særlig viktig for overføring av kraft for å redusere tap, selv om det ikke er så viktig for datasignaloverføring der signalinnholdet vanligvis kan genereres selv om mer enn 99 % av strømstyrken har gått tapt. Selv om rørets elektriske isolasjon er vist i form av et belegg, kan den oppnås på mange ulike måter, hvor eksempler inkluderer:

● et belegg på røret

● et ikke-ledende ringromfluid (og ikke-ledende sentraliseringsverktøy) ● innsementerte rørseksjoner ved å anvende sement eller andre herdesubstanser (f.eks. polymerer) med lav elektrisk ledeevne

● føre inn deler i røret, for eksempel nær grenutgangsvinduet eller andre kritiske plasseringer, som har lav elektrisk ledeevne (f.eks. kjeramiske deler eller belegg).

I noen tilfeller, der produksjonsrøret er innstøpt i sement (som beskrevet ovenfor), kan selve sementen ha tilstrekkelige isolasjonsegenskaper til å holde krafttapene på et akseptabelt nivå.

Figur 3 illustrerer en annen utførelsesform som illustrerer et andre av de prinsipielle måtene som en anordning for indusert strøm kan anvendes på for å overføre kraft og/eller signaler i en brønn som har en TTRD-gren. Igjen har trekk som tilsvarer dem som vises i figur 1, samme henvisningstall. I denne utførelsesformen foregår formidlingen av kraft/signaler inn i TTRD-grenen ved hjelp av en anordning for indusert strøm/stømtransformator. En første induktiv kobler eller strømtransformator 42 er plassert i hovedbrønnen, mens en andre induktiv kobler eller strømtransformator 44 er lokalisert rundt sidestegsrøret 20 i grenen. Den første induktive kobleren 42 er forinstallert på produksjonsrøret 14, men foretrukket uten metallkjerne i hvilken en strøm kan induseres. Den første induktive kobleren 42 er plassert mellom den åpne enden 24 av sidestegsrøret 20 i hovedbrønnen og utgangsposisjonen til TTRD-grenen. Den andre induktive kobleren 44 har en forbindelse 46 til sensor-/lastsammenstillingen 28. Etter installering av TTRD-grenkompletteringen kan en strøm induseres på sidestegsrøret 20 ved den første induktive kobleren 42 for å overføre kraft til sidesteget, mens et strømsignal indusert i sidestegsrøret ved den andre induktive kobleren 44 vil plukkes opp ved den første induktive kobleren 42. Den første induktive kobleren 42 har en forbindelse, som i denne utførelsesformen er vist i form av en kabel 48, for kraft-/signaloverføring fra/til den øvre nodeplasseringen (som kan være på eller nær overflaten).

Den første induktive kobleren 42 er vist posisjonert rundt både produksjonsrøret 14 og sidestegsrøret 20, som er inni produksjonsrøret 14. For å unngå uakseptabelt høyt krafttap velges imidlertid posisjonen til den første induktive kobleren 42 for å minimere en hvilken som helst strøm indusert i produksjonsrøret 14 nedenfor hengeren/pakningen 26. For eksempel kan den første induktive kobleren 42 omfatte spoler og/eller en magnetisk kjerne som er pakket rundt sidestegsrøret 20 i det ringformede rommet mellom sidestegsrøret 20 og produksjonsrøret 14. Så lenge spolene til den første induktive kobleren 42 er på innsiden av produksjonsrøret 14 vil ingen (eller svært begrenset) strøm induseres i produksjonsrøret (selv om noe av returstrømmen kan flyte i produksjonsrøret dersom dette er banen til den minste motstanden). Merk imidlertid at pakningen 26 virker som jording for strømmen som er indusert i den første induktive kobleren 42. Følgelig må det være strømflyt i noen deler av røret 14, men ideelt kan dette begrenses til et område nær pakningen 26. For korte avstander kan tap fra røret være akseptable, men for å minimere tap over lengre avstander må den langsgående strømmen som går nedover i brønnen fra den induktive kobleren 42 minimeres på en eller annen måte. En mulighet er å eliminere ledende materiale i røret 14 inni den induktive kobleren 42, for eksempel ved at en lengde av røret 14 er dannet av et ikkeledende materiale. Alternativt kan den ledende banen i røret 14 brytes ved å sette inn et ikke-ledende tilpasningsrør like nedenfor den induktive kobleren 42.

I figur 3 er sidestegsrøret 20 mellom den første og andre induktive kobleren 42, 44 vist isolert med et ytre isolasjonslag eller -belegg 50. Et hvilket som helst egnet middel for å isolere røret kan anvendes, inkludert de som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 1 og 2. Denne isolasjonen er tilveiebrakt for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans, som kan være betydelig høyere ved TTRD-grenplasseringen der sidestegsrør 20 passerer gjennom TTRD-grenknutepunktet.

Figur 4 illustrerer en alternativ anordning til den i figur 3, i hvilken kraft-/signaloverføringen over den første induktive kobleren 42 er tilveiebrakt av en ytterligere anordning for indusert strøm/strømtransformator. Igjen har trekk som tilsvarer dem som vises i figur 1 til 3, samme henvisningstall. I dette tilfellet er en tredje induktiv kobler 52 plassert på produksjonsrøret 14 like ovenfor, og med en forbindelse (ikke vist) til den første induktive kobleren 42. Utsiden av produksjonsrøret 14 ovenfor den tredje induktive kobleren 52 har en isolasjon 54. Den tredje induktive kobleren 52 er i bunnenden av en øvre ledende sløyfe som må være jordet til formasjonen, mens strømmen som går til grenen avspaltes og overføres til den første induktive kobleren 42. Den første og den tredje induktive kobleren 42 og 52 kan implementeres som én innretning. Under forutsetning av at den sirkulære tangentielle komponenten av magnetfeltet kan overføres fra utsiden av produksjonsrøret 14 til innsiden og at den elektriske strømmen får flyte i det opprinnelige produksjonsrøret. Dette kan for eksempel oppnås ved å anvende en seksjon av ikke-magnetisk metallrør på toppen en magnetisk indre kjerne med elektrisk isolasjon imellom.

Figur 5 illustrerer en utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønn nedenfor en gren. Igjen har trekk som tilsvarer dem som vises i figur 1, samme henvisningstall. En anordning for indusert strøm/strømtransformator anvendes for å bygge bro over området til hovedbrønnen der TTRD-grenen befinner seg. Dette betyr at overføringen av strøm/signaler til/fra den nedre delen av hovedborehullet kan opprettes, eller opprettholdes dersom den tidligere er opprettet. Som vist i figur 5 er en øvre induktiv kobler 60 plassert rundt produksjonsrøret 14 like ovenfor plasseringen hvor TTRD-grenen 18 tas av produksjonsrøret 14. En nedre induktiv kobler 62 er plassert nedenfor TTRD-grenen 18. Et kommunikasjonsledd 64 er tilveiebrakt for å overføre strøm/signaler mellom overflaten og den øvre induktive kobleren 60. Dette kan for eksempel være en kabel eller annet valgt overføringsmiddel.

Strøm/signaler kan dermed overføres til/fra hovedborehullet nedenfor TTRD-grenen ved å indusere en strøm i produksjonsrøret ved den øvre eller nedre induktive kobleren på én side av TTRD-grenen og å plukke opp den induserte strømmen ved den andre induktive kobleren.

For at dette skal fungere, må kontaktmotstanden mellom utgangsvinduet og fôringsrøret (eller formasjonen) av samme størrelsesorden som den elektriske motstanden til produksjonsrøret mellom den øvre og nedre induktive kobleren 60, 62. Selv om det i en ideell situasjon ikke vil være noen fysisk kontakt, og slik en svært høy kontaktmotstand; er det i realiteten nesten umulig å unngå noe kontakt. Det er også mulig å benytte frekvensen i den reaktive delen av impedansen til å redusere tap ved utgangspunktet i forhold til energioverføringen til den nedre induktive kobleren. Særlig med kraftoverføringen vil dette generelt kun være ved én frekvens, og slik kan frekvensen innstilles for optimal kraftoverføring mellom de to induktive koblerne 60, 62. Både de resistive delene av impedansene og den reaktive delen av lekkasjeimpedansen må vurderes dersom disse er betydelige, såvel som kildeimpedansen for tilpasning av strøm.

Den induserte strømmen vil deles mellom overføringen til den neste induktive kobleren og tap til formasjonen i forhold til hver banes konduktans. Som angitt ovenfor kan store tap tolereres når det gjelder signaloverføring, men ikke når det gjelder kraftoverføring. Avstanden mellom den øvre og nedre kobleren 60, 62 er imidlertid relativt kort, og kontuktansen i produksjonsrøret 14 mellom koblerne vil være relativt høy (sammenlignet med typiske lengder på produksjonsrør i borehull, som kan strekke seg over flere kilometer). For å styre motstanden metall mot metall må kontakt mellom produksjonsrør 14 og borehullsfôringsrøret (som er svært effektivt koblet til formasjonen/grunnen) unngås. Én måte å styre dette på er å belegge produksjonsrøret med et isolasjonsmateriale (som angitt ved hjelp av isolasjon i figur 5) mellom den øvre og nedre kobleren på plasseringer der det kan komme i kontakt med fôringsrøret. Andre tilleggs- eller alternative fremgangsmåter inkluderer anvendelse av sentreringsverktøy, å polere utgangsvinduet, å fôre utgangsvinduet med et ikke-ledende materiale og å sementere røret på plass med en sement som har lav elektrisk ledeevne.

Figur 6 illustrerer en utførelsesform av en forbindelse for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren og for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i brønnen nedenfor grenen (som i figur 5). Tilsvarende trekk som de som vises i figur 1 og 5, har samme henvisningstall. Anordningen er lignende til den som er vist i figur 5, bortsett fra at en øvre induktiv kobler 70 er plassert ovenfor den åpne enden 24 av sidestegsrøret 20 for å indusere strøm i produksjonsrøret 14. En andre induktiv kobler 72 er plassert nedenfor TTRD-grenen 18 (som med den induktive kobleren 62 i figur 5). En ytterligere induktiv kobler 74 er plassert på sidestegsrøret 20 i grenen 18. Ledende kontakter 76 tilveiebringer en ledende bro mellom produksjonsrøret 14 i hovedborehullet og sidestegsrøret 20 inne i produksjonsrøret. Disse kontaktene 76 kan være "slipper" eller andre kontakter som opprettholder elektriske forbindelse, og som kan monteres i pakningene 26. Slippene i en normal paknings- eller hengersammenstilling vil normalt oppnå dette, ettersom de har metalltenner som strekker seg inn i det opprinnelige røret.

For kraftoverføring nedover i brønnen vil strømbanen fra den øvre induktive kobleren 70 være delt mellom produksjonsrøret 14 og hovedborehullet, der den vil plukkes opp av den nedre induktive kobleren 72, og sidestegsrøret 20, der det vil plukkes opp av den ytterligere induktive kobleren 74 i grenen 18. For å minimere parasittiske tap er det foretrukket at den ytterligere induktive kobleren 74 er plassert så nær knutepunktet mellom hovedborehullet og TTRD-grenen som mulig. For å redusere tap, så vel som isolasjon 78 som er tilveiebrakt på produksjonsrøret 14 mellom den øvre og den nedre induktive kobleren 70, 72, er det tilveiebrakt et isolasjonslag eller -belegg 80 på sidestegsrøret 20 minst så langt som til den ytterligere induktive kobleren 74. Som forklart tidligere er i noen tilfeller isolasjonen tilveiebrakt av sement eller et fluid i de ringformede rommene 16, 22 tilstrekkelig.

Figur 7 illustrerer en annen utførelsesform for å overføre kraft og/eller signaler til/fra en plassering i en brønngren. Tilsvarende trekk som de som vises i figur 1 til 6, har samme henvisningstall. I dette tilfellet er det en sensor-/lastsammenstilling 82 på en plassering i en betydelig avstand fra TTRD-grenknutepunktet med hovedbrønnen. Kraften/signalene overføres via to seksjoner av indusert strøm/strømtransformator. En øvre seksjon 84 er tilveiebrakt for overføring gjennom TTRD-grenen 18, mens en nedre seksjon 86 er tilveiebrakt langs sidestegsrøret 20 i grenen. Den øvre seksjonen har en øvre induktiv kobler 88 i hovedborehullet og en nedre induktiv kobler 90 på sidestegsrøret 20 i grenen. Denne øvre seksjonen er hovedsakelig lignende til utførelsesformen ifølge figur 3. Den nedre seksjonen har en øvre induktiv kobler 92 og en nedre induktiv kobler 94, der begge er plassert på sidestegsrøret 20. Den nedre induktive kobleren 94 er forbundet med sensor-/lastsammenstillingen 82. En forbindelse er dannet mellom den nedre induktive kobleren 90 til den øvre seksjonen 84, og den øvre induktive kobleren 92 til den nedre seksjonen 86, hvis ytterligere detaljer er beskrevet nedenfor.

Kraft overføres slik nedover i brønnen til sensor-/lastsammenstillingen 82 via den øvre seksjonen 84 (som beskrevet ovenfor for utførelsesformen ifølge figur 3) og så via den nedre seksjonen 86 ved å indusere en strøm i sidestegsrøret 20 ved den øvre induktive kobleren 92 og å plukke opp denne ved den nedre induktive kobleren 94.

Selv om en hvilken som helst egnet form for forbindelse kan anvendes for å danne forbindelse mellom den nedre induktive kobleren 90 til den øvre seksjonen 84 og den øvre induktive kobleren 92 til den nedre seksjonen 86, illustrerer figur 7 en kort lengde av kabel 96 som er matet gjennom en pakning i det ringformede rommet 22 som omgir sidestegsrøret 20. En optisk elektronisk signalkondisjonerende enhet 98 anbrakt mellom de to seksjonene er også vist. Dette kan for eksempel inkludere en transformator og/eller en frekvensomformer. Frekvensomforming kan anvendes for å manipulere den reaktive impedanstilpasningen for de separate seksjonene uavhengig av hverandre.

Utførelsesformene beskrevet ovenfor forener mange av fordelene ved å anvende teknologien relatert til indusert strøm/strømtransformatorer for å utvide overføringskapasiteten i en brønngren. Dette kan gjøres med et redusert behov for nøyaktig plassering av grenutgangsvinduet (for eksempel i forholdt il en kabelforbindelse). Dette tillater større fleksibilitet ved posisjonering av grenutgangene og krever ikke samme presisjon når TTRD-grenkompletteringen skal landes.

Claims (32)

Patentkrav

1.

Fremgangsmåte for å installere et overføringssystem i en hydrokarbonproduksjonsbrønn, hvori overføringssystemet er anvendelig for å overføre kraft og/eller styresignaler nedover i brønnen eller for å overføre datasignaler tilbake oppover i brønnen, og hvori brønnen omfatter et hovedborehull (12), et produksjonsrør (14) inne i hovedborehullet og en gren (18) som går ut fra produksjonsrøret, der grenen omfatter et sidestegsrør (20), der fremgangsmåten omfatter:

å tilveiebringe en sensor- og/eller lastsammenstilling (28) i grenen (18), å installere en første induktiv kobler (42) til en overføringsanordning for indusert strøm rundt produksjonsrøret i hovedborehullet hvorved en strøm induseres i produksjonsrøret (14), og karakterisert ved at

å forbinde sensor- og/eller lastsammenstillingen (28) med den første induktive kobleren (42) via et kommunikasjonsledd.

2.

Fremgangsmåten ifølge krav 1 hvori kommunikasjonsleddet omfatter en kabel (32,38), og å forbinde kabelen mellom sensorsammenstillingen og den første induktive koblingen omfatter å skjøte to kabelseksjoner i en sidelomme på produksjonsrøret.

3.

Fremgangsmåten ifølge krav 2 hvori kabelen mates fra sensor-/lastsammenstillingen til sidelommen inne i sidestegsrøret.

4.

Fremgangsmåten ifølge krav 2 hvori kabelen mates fra sensor-/lastsammenstillingen til sidelommen (34) utenfor sidestegsrøret.

5.

Fremgangsmåten ifølge krav 1 hvori kommunikasjonsleddet omfatter en signaloverføringsanordning for indusert strøm, og fremgangsmåten omfatter ytterligere å installere en andre induktiv kobler (44) for signaloverføringsanordningen rundt sidestegsrøret i grenen.

6.

Fremgangsmåten ifølge krav 5 hvori den første induktive kobleren er installert i hovedborehullet på en posisjon valgt for å minimere en hvilken som helst strøm som er indusert i produksjonsrøret når en vekselstrøm påtrykkes den første induktive kobleren.

7.

Fremgangsmåten ifølge krav 5 eller krav 6, ytterligere omfattende å forbinde en kabel mellom den første induktive kobleren og en node på en plassering høyere oppe i hovedborehullet for å formidle datasignaler og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler.

8.

Fremgangsmåten ifølge krav 5 eller krav 6 ytterligere omfattende å installere en signaloverføringsanordning for indusert strøm for å formidle datasignaler fra den første induktive kobleren til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler til den første induktive kobleren.

9.

Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene ytterligere omfattende å installere en tredje induktiv kobler rundt produksjonsrøret i hovedborehullet, slik at grenen kommer ut av produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen.

10.

Fremgangsmåten ifølge krav 9 ytterligere omfattende å tilveiebringe en andre sensorog/eller lastsammenstilling i hovedborehullet nedenfor grenen for å tilveiebringe sensordatasignaler til og/eller motta kraft og/eller styresignaler fra den tredje induktive spolen.

11.

Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst foregående krav hvori én eller flere av de induktive koblerne har en impedans tilpasset til impedansen til annen kobler for å optimere kraft- og/eller signaloverføring.

12.

Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst foregående krav ytterligere omfattende å tilveiebringe elektrisk isolasjon til minst en del av produksjonsrøret og/eller sidestegsrøret for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans fra røret.

13.

Hydrokarbonproduksjonsbrønninstallasjon omfattende:

et hovedborehull (12);

et produksjonsrør (14) inne i hovedborehullet;

en gren (18) som går ut fra produksjonsrøret, der grenen omfatter et sidestegsrør (20);

en sensor- og/eller lastsammenstilling (28) i grenen (18) som tilveiebringer sensordatasignaler, og/eller mottar kraft og/eller styresignaler;

en første induktiv kobler (42) til en overføringsanordning for indusert strøm rundt produksjonsrøret (14) i hovedborehullet (12) hvorved en strøm induseres i produksjonsrøret (14); og karakterisert ved

et kommunikasjonsledd som forbinder sensor- og/eller lastsammenstillingen (28) med den første induktive kobleren (42) for at formidle sensordatasignalene til, og/eller kraft og/eller styresignaler fra, overføringsanordningen for den induserte strøms første induktive kobler (42).

14.

Installasjonen ifølge krav 13, hvori grenen er en rørgjennomført rotasjonsborings-, TTRD-, gren, hvori sidestegsrøret strekker seg fra innsiden av produksjonsrøret inn i TTRD-grenen.

15.

Installasjonen ifølge krav 13 eller krav 14 hvori kommunikasjonsleddet omfatter en kabel.

16.Installasjonen ifølge krav 15 hvori kabelen strekker seg fra sensorsammenstillingen til en sidelomme på produksjonsrøret.

Installasjonen ifølge krav 13 eller krav 14 hvori kommunikasjonsleddet omfatter en andre induktiv kobler for signaloverføringsanordningen, der den andre induktive kobleren er anordnet rundt sidestegsrøret.

18.

Installasjonen ifølge krav 17 hvori den første induktive kobleren er anordnet i hovedborehullet på en posisjon valgt for å minimere en hvilken som helst strøm som er indusert i produksjonsrøret når en vekselstrøm påtrykkes den første induktive kobleren.

19.

Installasjonen ifølge krav 18 hvori den første induktive kobleren omfatter en spole rundt sidestegsrøret og inne i produksjonsrøret.

20.

Installasjonen ifølge krav 18 eller krav 19 hvori kommunikasjonsleddet ytterligere omfatter en signaloverføringsanordning for indusert strøm i TTRD-grenen mellom sensor-/lastsammenstillingen og den andre induktive kobleren.

21.

Installasjonen ifølge krav 20 ytterligere omfattende en kondisjoneringsinnretning for elektriske signaler anordnet i TTRD-grenen mellom sensor-/lastsammenstillingen og den andre induktive kobleren.

22.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 17 til 21 ytterligere omfattende en kabel forbundet med den første induktive kobleren for å formidle datasignaler til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler.

23.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 17 til 21 ytterligere omfattende en signaloverføringsanordning for indusert strøm for å formidle datasignaler fra den første induktive kobleren til en node på en plassering høyere oppe i brønnen og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler til den første induktive kobleren.

24.

Installasjonen ifølge krav 23 hvori signaloverføringsanordningen for indusert strøm for å formidle datasignaler og/eller for å levere kraft og/eller styresignaler fra/til den første induktive kobleren omfatter en tredje induktiv kobler, der den første og tredje induktive kobleren er implementert som én innretning.

25.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 13 til 24 hvori signaloverføringsanordningen for indusert strøm i hovedborehullet ytterligere omfatter en tredje induktiv kobler anordnet rundt produksjonsrøret, hvori TTRD-grenen kommer ut av produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen.

26.

Installasjonen ifølge krav 25 ytterligere omfattende en andre sensor- og/eller lastsammenstilling anordnet i hovedborehullet, som tilveiebringer sensordatasignaler til og/eller mottar kraft og/eller styresignaler fra den tredje induktive spolen.

27.

Installasjonen ifølge krav 25 eller krav 26 hvori produksjonsrøret mellom den første og tredje induktive spolen omfatter et elektrisk isolasjonsmateriale eller belegg.

28.

Installasjonen ifølge krav 27 hvori en elektrisk forbindelse er tilveiebrakt mellom den isolerte seksjonen av produksjonsrøret og et sidestegsrør til TTRD-grenen via slipper eller andre mekaniske kontakter.

29.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 13 til 28 hvori hvilke som helst av den første, andre og tredje induktive kobleren er en strømtransformator.

30.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 13 til 29 hvori én eller flere av de induktive koblerne har en impedans tilpasset til impedansen til annen kobler for å optimere kraft- og/eller signaloverføring.

31.

Installasjonen ifølge hvilke som helst av kravene 13 til 30 hvori minst en del av produksjonsrøret og/eller sidestegsrøret omfatter elektrisk isolasjon for å redusere tap på grunn av parasittisk konduktans fra røret.

32.

Installasjonen ifølge krav 31 hvori isolasjonen omfatter én eller flere av:

et belegg på røret (40,80);

et ikke-ledende ringromfluid;

ikke-ledende rørsentreringsverktøy;

innsementerte rørseksjoner omfattende sement eller andre herdesubstanser, slik som polymerertilveiebringer elektrisk isolasjon.