NO346545B1 - Dynamisk selvrensende brønnavfallsreduserer - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse omhandler generelt anordninger for å redusere størrelsen på avfall innen en strømningsledning eller strømningsvei.

2. Beskrivelse av den beslektede teknikken

Avfall tetter til strømningsledninger. I løpet av kjemikalieinjeksjonsoperasjoner, for eksempel, blir ulike kompletteringskjemikalier strømmet inn i en brønnboring. Mange slike kjemikalier inkorporerer oppløst kalkstein eller andre pulveriserte faststoffer som blir ført ved en væske. Disse kjemikaliene har en tendens til å klumpes og stoppe til strømningsledningen inn til den injeksjonsventilen, noe som inhiberer operasjonen.

Patentpublikasjon US 2010/0155067 A1 beskriver systemer og fremgangsmåter som kan brukes til å generere og anvende tapt sirkulasjonsmateriale (LCM) fra steinavfall når det skal utføres operasjoner inne i en passasje gjennom undergrunnslag, for å inhibere initiering eller spredning av frakturer innenfor undergrunnslagene. Patentpublikasjonene US6276452 B1, US 7497260 B2 og US 2009/0283330 A1 beskriver anordninger for å fjerne materialrester i et brønnhull.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en avfallsreduserer for å redusere avfall fra innen en fluidstrømningsledningsom angitt i krav 1.

Oppfinnelsen resulterer i at det er mindre sannsynlig at avfallet danner en tilstopning og tillater det å strømmes lettere langs strømningsledningen. I en beskrevet utførelsesform, blir en selvrensende nedihulls avfallsreduserer inkorporert i en strømningsledning til en kjemikalieinjektor som blir anvendt for å injisere kjemikalier til en brønnboring. Den eksempelvise avfallsredusereren inkluderer et ytre hus som blir inkorporert i strømningsledningen og et avfallsredusererelement som er bevegelig anbrakt innen huset. I foretrukken operasjon, blir avfallsredusererelementet aktuert ved fluidstrømning for å bevege seg aksialt og vekselvis innen det ytre huset.

I henhold til beskrevne utførelsesformer, blir avfallsredusererelementet aksialt forskjøvet ved en fjær mot en første posisjon innen det ytre huset. Fluidstrømning gjennom det ytre huset vil tvinge avfallsredusererelementet aksialt nedover innen det ytre huset og presse sammen fjæren. Ettersom avfallsredusererelementet blir beveget nedover, blir en nedre andel av avfallsredusererelementet rotert innen det ytre huset med hensyn til en øvre andel av avfallsredusererelementet. Avbrytelse eller variasjon i strømningen av fluid til avfallsredusereren vil tillate fjæren å føre avfallsredusererelementet tilbake til dets første posisjon. Den aksiale bevegelsen og rotasjonen av en andel av avfallsredusererelementet med hensyn til en nedre skjerm vil fungere for å knuse og redusere avfall mellom en øvre skjerm og en indre skjerm. Den øvre skjermen inkluderer et øvre skjermbur med kutterandeler som overlapper et nedre skjermbur med kutterandeler som blir båret ved den nedre skjermen.

I drift vil avfallsredusereren male og redusere avfall innen fluid som strømmer gjennom strømningsledningen mot kjemikalieinjektoren. I henhold til en eksempelvis fremgangsmåte for drift for å redusere avfall, blir fluid strømmet inn i avfallsredusereren og tvinger et strømningshode og assosiert øvre skjerm aksialt nedover, og presser sammen fjæren. Ettersom fluid strømmer gjennom passasjene av strømningshodet, vil fjæren tvinge den øvre skjermen oppover igjen. Således vil fluidstrømning gjennom filteret resultere i at den øvre skjermen blir alternerende beveget aksialt oppover og nedover innen det ytre huset. I tillegg vil bevegelse oppover og nedover av strømningshodet forårsake at den øvre skjermen blir rotert innen det ytre huset. Fluid som strømmer gjennom passasjene i strømningshodet vil passere nedover inn i den nedre skjermen hvor den aksiale og rotasjonsmessige bevegelsen av den øvre skjermen med hensyn til den nedre skjermen vil knuse og male avfall innen den nedre skjermen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fordelene og andre aspekter ved oppfinnelsen vil lett bli erkjent ved fagpersonene og bedre forstått med ytterligere referanse til de ledsagende tegningene hvor like referansetegn betegner like eller lignende elementer gjennom alle de mange figurer av tegningene og hvori:

Figur 1 er et side, tverrsnittsriss av et eksempelvis kjemikalieinjeksjonssystem som inkorporerer en dynamisk, selvrensende avfallsreduserer i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 er et isometrisk delvis riss i oppløste deler av kjemikalieinjeksjonssystemet ifølge krav 1.

Figur 3 er et isometrisk riss i oppløste deler av en eksempelvis dynamisk selvrensende avfallsreduserer konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 er et side, tverrsnittsriss av den sammenstilte avfallsredusereren vist i figur 3.

Figur 5 er et side, tverrsnittsriss av avfallsredusereren vist i figurene 3 og 4, nå i en aktuert tilstand.

Figur 6 er et isometrisk riss av deler av den eksempelvise avfallsredusereren vist i figurene 3-5 og avbilder strømningsveier.

Figur 7 er et tverrsnittsriss i oppløste deler av andel av den eksempelvise avfallsredusereren ifølge figurene 3-6.

Figur 8 er et forstørret eksternt, isometrisk riss av den eksempelvise avfallsredusereren vist i figurene 3-7.

Figur 9 er et forstørret tverrsnittsriss av en eksempelvis ytre skjerm anvendt med avfallsredusereren vist i figurene 3-8.

Figur 10 er et isometrisk riss i oppløste deler av en alternativ avfallsreduserer konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Figur 11 er et side, tverrsnittsriss av avfallsredusereren vist i figur 10.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Figurene 1 og 2 illustrerer et eksempelvis kjemikalieinjeksjonssystem 10 som inkluderer en "in-line" kjemikalieinjektor 12 av en type kjent innen faget. Detaljer relatert til kjemikalieinjeksjon og kjemikalieinjektorer er beskrevet i, for eksempel, U.S. Patent nr.6,663,361 med tittel "Subsea Chemical Injection Pump" og utstedt til Kohl et al. og U.S. Patent nr.7,234,524 med tittel "Subsea Chemical Injection Unit for Additive Injection and Monitoring System for Oilfield Operations" utstedt til Shaw et al. Begge disse patentene er eid av rettighetshaveren til foreliggende oppfinnelse. Kjemikaliestrømningsledning 14 strekker seg fra overflaten av en brønnboring (ikke vist) hvori den typisk er funksjonsmessig assosiert med en tilførsel av kjemikalie som skal bli injisert og en fluidpumpe (ikke vist), som det er kjent innen faget.

En dynamisk, selvrensende nedihulls avfallsreduserer 16 er inkorporert inn i strømningsledningen 14. Avfallsredusereren 16 inkluderer generelt et ytre hus 18 og et avfallsredusererelement 20 som blir holdt på plass innen det ytre huset 18. En eksempelvis avfallsreduserer 16 er vist mer detaljert i figurene 3-6. Som det kan sees med referanse til figurene 2, 4 og 5, kan det ytre huset 18 være integrert i kjemikaliestrømningsledningen 14 og inkluderer et sylindrisk legeme 19 som definerer en sentral strømningsboring 21. Flens 23 stikker frem radialt innover fra legemet 19 inn i strømningsboringen 21.

Avfallsredusererelementet 20 av avfallsredusereren 16 inkluderer et generelt konisk strømningshode 22 ved den øvre eller oppstrøms enden av avfallsredusererelementet 20. Strømningshodet 22 har en forstørret diameter som nærmer seg den indre diameteren til strømningsboringen 21. Strømningshodet 22 inkluderer flere aksiale passasjer 24 som er anbrakt radialt rundt et sentralt midtpunkt 26. Strømningshodet 22 fungerer til å absorbere kraften av fluidstrømning mot avfallsredusererelementet 20. I tillegg tillater passasjene 24 at fluid lekker forbi strømningshodet 22. Strømningshodet 22 er fast sikret til en drivaksling 28 ved inngrep, fastkiling, gjenging eller på en annen måte kjent innen faget. Drivakslingen 28 inkluderer en sentral akslingsandel 30 og flere skovler 32 som rager radialt utover fra en nedre andel av akslingsandelen 30. Skovlene 32 presenterer hver en avsmalnet nedre ende 34. Akslingsandelen 30 av drivakslingen 28 definerer en hul aksial boring 36 langs dens lengde.

Et drivsete 38 er lokalisert under drivakslingen 28 og er fast sikret til øvre skjerm 40 ved fastkiling, gjenging eller lignende. Drivsetet 38 inkluderer en øvre akslingsandel 42 og en forstørret nedre andel 44. Den ytre radiale overflaten av den nedre andelen 44 presenterer flere vinklede ytre ledeoverflater 46 som er anbrakt i et romlig atskilt forhold rundt den ytre periferien av den nedre andelen 44. Disse blir best sett i figur 3. De vinklede ledeoverflatene 46 rager radialt utover fra den nedre andelen 44 og strekker seg på en helisk måte rundt den nedre andelen 44. I tillegg presenterer den ytre radiale overflaten av den nedre andelen 44 langsgående riller 48 (se figurene 3 og 8) som også er anbrakt i et romlig atskilt forhold rundt den ytre periferien av den nedre andelen 44.

I den avbildede utførelsesformen, inkluderer den indre skjermen 40 en sentral aksling 50 som passerer gjennom en sirkulær plate 52. Åpninger 54 er anbrakt gjennom platen 52. Et øvre skjermbur, generelt indikert ved 56, strekker seg aksialt nedover fra platen 52. I den avbildede utførelsesformen, er det øvre skjermburet 56 dannet av mange buede bursegmenter 58 som bærer sagtakkede radiale skjærende kanter 60. I den avbildede utførelsesformen, er det tre slike bursegmenter 58. Det kan imidlertid være flere eller færre enn tre segmenter 58, ettersom ønsket. Flere åpninger 62 er anbrakt gjennom hvert av segmentene 58.

En nedre skjerm 64 er fiksert innen det ytre huset 18, som illustrert i figurene 4 og 5. Den eksempelvise nedre skjermen 64 er en generelt sylindrisk trommel 66 med en lukket nedre ende 68. Figur 9 illustrerer andeler av den nedre skjermen 64 i større detalj. En åpning 70 er dannet innen den nedre enden 68 som har fasong og størrelse til løst å oppta akslingen 50 av den øvre skjermen 40. Laterale fluidstrømningsåpninger 72 er anbrakt gjennom trommelen 66 av den nedre skjermen 64. Et nedre skjermbur, generelt indikert ved 74, er lokalisert innen trommelen 66, og rager oppover fra den nedre enden 68. Det nedre skjermburet 74 inkluderer flere buede bursegmenter 76 med åpninger 78 anbrakt deri. Det nedre skjermburet 74 ligger koaksialt innen det øvre skjermburet 56.

En sammenpressbar fjær 80 er anbrakt innen den nedre skjermen 64 og forskyver den øvre skjermen 40 aksialt oppover. Et generelt sylindrisk deksel 82 omgir radialt drivsetet 38 og skovlene 32 av drivakslingen 28. Som det kan sees fra Figur 7, definerer dekselet 82 en sentral åpen boring 84 som har langsgående, aksiale riller 86 som har fasong og størrelse til å oppta skovlene 32 av drivakslingen 28, og derved forhindre at drivakslingen 28 roterer innen dekselet 82.

Når avfallsredusereren 16 er sammenstilt innen kjemikaliestrømningsledningen 14 for kjemikalieinjektoren 12, blir injeksjonskjemikaliefluid strømmet ned gjennom strømningsledningen 14 fra overflaten. Piler 88 i figur 6 illustrerer retningen og strømningsveiene for dette fluidet. Figurene 4 og 5 avbilder aktuering av avfallsredusereren 16 som respons til fluidstrømningen. Figur 4 viser avfallsredusereren 16 i en første posisjon hvori fluidstrømningen ikke signifikant presser sammen fjæren 80. I denne posisjonen, er de nedre endene 34 av drivakslingens skovler 32 lokalisert over de vinklede ledeoverflater 46 av drivsetet 38. Figur 5 illustrerer avfallsredusereren 16 i en andre posisjon hvori fluidstrømning har tvunget avfallsredusererelementet 20 aksialt nedover med hensyn til den ytre skjermen 64, og presser sammen fjæren 80.

Det skulle bli forstått at avfallsredusererelementet 20 blir dannet av en øvre andel 90 og en nedre andel 92. Den øvre andelen 90 inkluderer strømningshodet 22 og den festede drivakslingen 28 så vel som dekselet 82. Den nedre andelen 92 av avfallsredusererelementet 20 inkluderer drivsetet 38 og den indre skjermen 40. Fluidstrømning forbi og gjennom avfallsredusererelementet 20 vil forårsake at den øvre andelen 90 beveger seg aksialt og rotasjonsmessig med hensyn til den nedre andelen 92. Videre vil aksial bevegelse av den øvre andelen 90 med hensyn til den nedre andelen 92 forårsake at den nedre andelen 92 blir rotert med hensyn til den øvre andelen 90 og den nedre skjermen 64. Ettersom fluidstrømning virker på strømningshodet 22, blir avfallsredusererelementet 20 tvunget aksialt nedover innen den nedre skjermen 64, og presser sammen fjæren 80. Den øvre skjermen 40 og nedre skjermen 64 vil bevege seg aksialt med hensyn til hverandre, og forårsaker at avfall blir malt og redusert ved denne bevegelsen. I tillegg blir den øvre andelen 90 av avfallsredusererelementet 20 beveget aksialt nedover med hensyn til den nedre andelen 62. I løpet av den aksiale nedoverbevegelsen, vil de nedre endene 34 av skovlene 32 kontakte de vinklede ledeoverflatene 46 av drivsetet 38, og forårsake at drivsetet 38 roterer med hensyn til drivakslingen 28. Ettersom skovlene 32 beveger seg ned langs de vinklede overflatene 46, vil det forekomme rotasjon av drivsetet 38 og indre skjerm 40, som illustrert ved pil 94 i figur 8, som respons til aksial bevegelse 96 av den øvre andelen 90. Til slutt vil skovlene 32 entre de langsgående rillene 48 av drivsetet 38 ved dette punktet ender rotasjon av den øvre andelen 90 med hensyn til den nedre andelen 92. Ettersom fluidstrømning langs strømningsledningen 14 til filteret 16 blir redusert, vil den øvre andelen 90 av avfallsredusererelementet 20 bli tvunget oppover til dens første, øvre posisjon ved fjæren 80. Ettersom dette forekommer, vil skovlene 32 av drivakslingen 28 bli beveget oppover ut av de langsgående rillene 48 og over de vinklede overflatene 46. Gjentatt oppover og nedover aksial bevegelse 96 av den øvre andelen 90, som resulterer fra variasjoner i strømningen av fluid gjennom strømningsledningen 14, vil fortsette å rotere den nedre andelen 62 innen den nedre skjermen 64. Ettersom denne rotasjonen forekommer, vil avfall bli malt mellom det øvre skjermburet 56 av den øvre skjermen 40 og det nedre skjermburet 74 av den nedre skjermen 64. Relativ bevegelse av de kuttende kantene 60 og åpningene 62, 78 i skjermburene 56, 74 vil hjelpe ytterligere til med å male, kutte og redusere hvilket som helst avfall innen den nedre skjermen 64.

Figurene 10 og 11 illustrerer en alternativ utførelsesform for en avfallsreduserer 20' som har blitt konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Avfallsredusererelementet 20' ligner avfallsredusererelementet 20 beskrevet tidligere i de fleste henseender. Det blir anført at åpningene 54' anbrakt gjennom platen 52' er større enn åpningene 54 av avfallsredusereren 16 og hver presenterer en åpning i den ytre periferien av platen 52'. I tillegg heller de vinklede ledeoverflatene 46' ved en større vinkel med hensyn til den langsgående aksen av drivsetet 38'. De langsgående rillene 48' er lengre for å strekke seg hovedsakelig langs hele lengden av drivsetet 38'.

I drift, blir kjemikalieinjeksjonsfluid, som kan inneholde avfall, pumpet fra overflaten ned gjennom strømningsledningen 14 mot kjemikalieinjektoren 12. Fluidet entrer avfallsredusereren 16, strømmer gjennom de aksiale passasjene 24 av strømningshodet 22 og åpningene 54 av den sirkulære platen 52 (se Figur 6), og entrer derved den nedre skjermen 64. Avfall innen kjemikalieinjeksjonsfluidet blir redusert innen den nedre skjermen 64 i kraft av den aksiale og rotasjonsmessige bevegelsen beskrevet over. Kjemikalieinjeksjonsfluidet blir så strømmet ut av den nedre skjermen 64 via strømningsåpninger 72 og mot kjemikalieinjektoren 12.

Avfallsredusereren 16 er selvrensende fordi den rotasjonsmessige og aksiale bevegelsen av de øvre og nedre skjermburene 56, 74 vil redusere og male bort avfall innen fluidet som passerer gjennom avfallsredusereren 16 for å tillate det å strømme ut av avfallsredusereren 16. Avfallsredusereren 16 er dynamisk siden de øvre og nedre andelene 90, 92 av avfallsredusererelementet 20 er bevegelige med hensyn til hverandre i løpet av drift, både aksialt og rotasjonsmessig. Det skulle bli forstått at drivsetet 38 med dets assosierte vinklede ledeoverflater 46 og riller 48, sammen med drivakslingen 28 og skovler 32, og dekselet 82 kollektivt tilveiebringer en mekanisme for å bevege den øvre skjermen 40 aksialt og rotasjonsmessig med hensyn til den nedre skjermen 64.

Claims (11)

Patentkrav

1. Avfallsreduserer (16) for å redusere avfall innen en fluidstrømningsledning, k a r a k t e r i s e r t v e d at avfallsredusereren omfatter:

en nedre skjerm (64) som er festet med hensyn til strømningsledningen, den nedre skjermen har et nedre skjermbur (74) med en nedre kuttende andel;

et avfallsredusererelement (20) innen strømningsledningen og som er bevegelig anbrakt med hensyn til den nedre skjermen, avfallsredusererelementet har et øvre skjermbur (56) som har en øvre kuttende andel; hvor avfallsredusererelementet (20) videre omfatter:

en øvre andel (90) som har et radialt forstørret strømningshode (22) som har en åpning som fluid kan strømme gjennom; og en radialt redusert drivaksling (28) som har en radialt utstrakt skovl (32), og

en nedre andel (92) som er bevegelig med hensyn til den øvre andelen, den nedre andelen bærer det øvre skjermburet (56), den nedre andelen videre omfatter et drivsete (38) som presenterer en vinklet ledeoverflate (46); og hvori skovlen (32) på drivakslingen (28) beveger seg på den vinklede ledeoverflaten (46) for å forårsake at den nedre andelen (92) av avfallsredusererelementet (20) roterer med hensyn til den øvre andelen (90),

hvori det øvre skjermburet (56) og det nedre skjermburet (74) overlapper koaksialt og de øvre og nedre kuttende andelene blir beveget med hensyn til hverandre ved fluidstrømning for å redusere avfall innen fluid som strømmer gjennom strømningsledningen.

2. Avfallsreduserer ifølge krav 1 hvori aksial bevegelse av den øvre andelen (90) med hensyn til den nedre andelen (92) forårsaker den nedre andelen å rotere med hensyn til den øvre andelen.

3. Avfallsreduserer ifølge krav 1 hvori:

skovlen (32) presenterer en avsmalnet nedre ende (34) som stikker frem aksialt nedover fra drivakslingen (28);

drivsetet (38) har en ytre radial overflate med minst én vinklet ledeoverflate (46) som stikker radialt utover fra drivsetet (38); og

hvori aksial bevegelse av den øvre andelen (90) nedover med hensyn til den nedre andelen (92) vil forårsake at den nedre enden av skovlen beveger seg langs ledeoverflaten og roterer den nedre andelen med hensyn til den øvre andelen.

4. Avfallsreduserer ifølge krav 3 som videre omfatter en sammenpressbar fjær (80) som forskyver den nedre andelen mot den øvre andelen.

5. Avfallsreduserer ifølge krav 1 som videre omfatter:

et ytre hus (18) som er integrert i strømningsledningen.

6. Avfallsreduserer ifølge krav 5 hvori det øvre skjermburet (56) omfatter flere buede bursegmenter (58), som hvert har en kuttende andel.

7. Avfallsreduserer ifølge krav 5 som videre omfatter en mekanisme for aksial og rotasjonsmessig bevegelse av det øvre skjermburet (56) med hensyn til det nedre skjermburet (74) ettersom fluid blir strømmet gjennom det ytre huset (18).

8. Avfallsreduserer ifølge krav 7 hvori mekanismen for aksial og rotasjonsmessig bevegelse av det øvre skjermburet omfatter:

drivakslingen (28) som har den radialt utstrakt skovlen (32);

drivsetet (38) festet til det øvre skjermburet (56), der drivsetet har en vinklet ledeoverflate; og

hvori skovlen på drivakslingen beveger seg på den vinklede ledeoverflaten for å forårsake at drivsetet og øvre skjermbur roterer.

9. Avfallsreduserer ifølge krav 8 hvori

strømningshodet (22) har en forstørret diameter som nærmer seg den indre diameteren av det ytre huset; og videre omfatter

en fluidpassasje (24) anbrakt gjennom strømningshodet som tillater fluid å passere gjennom strømningshodet.

10. Avfallsreduserer ifølge krav 5 som videre omfatter en sammenpressbar fjær (80) som forskyver det øvre skjermburet (56) oppover innen det ytre huset (18).

11. Avfallsreduserer ifølge krav 8 som videre omfatter et deksel (82) som radialt omgir drivsetet (38), dekselet har en rille (86) til å oppta skovlen (32) på drivakslingen (28) for å forhindre at drivakslingen roterer innen dekselet.