NO862344L - Borehull-utblaasningssikring. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en borehull-utblåsningssikring.

En borehull-utblåsningssikring er en anordning for av-sperring av en sone i et borehull i tilfelle av en innstrøm-ning eller en økning i formasjonstrykk, når det balanserings-trykk som utøves mot formasjonen under innvirkning av bore-fluidets hydrostatiske trykk, er utilstrekkelig. Anordningen muliggjør stenging av borehullet ved hjelp av en ekspanderbar pakning, mens borefluidet ovenfor pakningen sirkulerer ved økende egenvekt, til det er opprettet et hydrostatisk trykk som er tilstrekkelig til å overvinne formasjonstrykket. Når det nødvendige overtrykk er oppnådd, kan pakningen sammen-klappes .

Ved en kjent teknikk for ekspandering av pakningen for konstatering av en innstrømning, slippes en kule eller stang ned i borstrengen fra overflaten. Ulempen ved denne fremgangsmåte er at den er meget langsomtvirkende, da kulen eller stangen kan behøve opptil 1 time for å synke gjennom slammen til sin anleggsflate.

Ifølge en alternativ teknikk som er foreslått i europeisk patentsøknad nr. 00116443, innbefatter borehullanordningen en enveisventil ved underkanten som vil stenges automatisk under påvirkning av et for høyt formasjonstrykk. Ovenfor enveis-ventilen er det innkoplet en ytterligere ventil som ved å stenges vil tillate ekspandering av pakningen og gjennomstrøm-ning av slam av høyere egenvekt og anordningen styres ved betjening fra brønnhulloverflaten.

Det er ifølge foreliggende oppfinnelse frembragt en brønn-hull-utblåsningssikring omfattende et ventilhus med en gjennomgående kanal for innføring av boreslam og midler for innkopling av ventilhuset i en borstreng, et ventilsystem for stenging av ventilhuskanalen, trykkstyrte midler som tjener for aktivering av ventilsystemet og som normalt er avsperret fra trykket i brønnhullet, og midler som styres av et signal og derved bevirker at de trykkstyrte midler påvirkes av det nedad-rettede trykk i brønnhullet ved oppsporing av en innstrømning, hvorved ventilsystemet bringes i funksjon og stenger ventilhuskanalen .

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori: Figur 1 viser et skjematisk vertikalsnitt av en utblåsningssikring ifølge oppfinnelsen. Figur 2 og 3 viser detaljriss av ventilen ifølge figur 1.

En brønnhull-utblåsningssikring omfatter et sylindrisk ventilhus 10 med en gjennomgående hovedkanal 11 for fremføring av boreslam. Ventilhuset 10 er i begge ender forsynt med egnede tilknytninger (ikke vist), for å kunne innkoples i en borestreng. Nær underenden er ventilhuset 10 forbundet med et pakningselement 12 av en velkjent type som kan ekspandere til anlegg mot et borehull. I tilfelle av innstrømning i en sone av høyere trykk, vil pakningselementet ekspandere og avsperre sonen mot ringkammeret som deretter kan gjennomstrømmes av slam av høyere egenvekt, til slamsøylens hydrostatiske trykk er tilstrekkelig til å overvinne formasjonstrykket i sonen. Pakningen sammentrekkes når det hydrostatiske trykk i slamsøylen har

nådd en passende størrelse.

Hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 opptar en ventil 13 som er dreibart opplagret på to tapper 14, for svingebevegelse om en akse 15 som forløper vinkelrett mot ventilhuskanalen. Ventilen 13 er av en kuletype som befinner seg i sfærisk anlegg i hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 og som åpner eller stenger hovedkanalen 11. Som vist mer detaljert i figur 2 og 3, innbefatter ventilen 13 en gjennomgående kanal 16 som forløper vinkelrett mot ventilens pendelakse 15. Hver svingtapp 14 ut-går fra en planflate 17 på siden av ventilen 13, og hver planflate er utstyrt med en radialtforløpende sliss 18. Hver sliss 18 kan oppta en knast 19, og de to knaster 19 er anordnet på et styre-element 20. Som det fremgår av figur 2, vil bevegelse av styre-elementet 20 i aksialretning bevirke at ventilen 13 dreies 90° mellom en åpen stilling (vist med heltrukne linjer i figur 2), og en lukket stilling (vist med brutte linjer i figur 2) .

Selve styre-elementet 20 er en del av en hylse som er glid-bart montert i et forsenket parti 21 av kanalen 11 i ventilhuset 10, og som går over i et flensparti 22 som fungerer som et stempel i et annet, forsenket parti 23. Et kammer 24 av- grenses mellom styre-elementet 20, veggen av det annet, for-senkede parti 23 og stempeldelen 22. Kammeret 24 inneholder en gass, fortrinnsvis luft eller nitrogen av atmosfæretrykk. Det ringformede kammer 25 ovenfor stempeldelen 22 på styre-elementet 20 kan bringes i forbindelse med kanalen 11 i ventilhuset 10 ovenfor ventilen 13 ved hjelp av en ventil 26 (normalt stengt) og en åpning 27. Ventilen 26 styres av en solenoide.

En kanal 28 som fører fra hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 ovenfor ventilen 13 til pakningselementet 12, tjener for ekspandering av pakningselementet. Kanalen 28 er normalt fullstendig avstengt mot hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 ved hjelp av en lukkestang 40 som er forbundet med styre-elementet 20 og bevegelig i en utboring 41. Når styre-elementet 20 føres nedad, vil lukkestangen 40 likeledes beveges nedad, hvorved en tilbake-slagsventil 29 avdekkes mot kanalen 11 i ventilhuset. Når fluidumstrykket i kanalen 11 er tilstrekkelig høyt, åpnes tilbakeslagsventilen 29 og tillater derved pakningselementet 12 å utvides av boreslam som gjennomstrømmer ekspanderingskanalen 28 til pakningselementet. Pakningsekspanderingskanalen 28 ville alternativt kunne åpnes ved hjelp av en ytterligere, solenoide-styrt ventil.

En annen kanal 30, pakningssammentrekningskanalen, fører fra pakningselementet 12, gjennom en (normalt lukket) ventil 31, til ringkammeret rundt yttersiden av ventilhuset 10. Ventilen 31 styres av en solenoide. Når ventilen 31 er åpen, kan pakningselementet 12 sammentrekkes ved at boreslammet strømmer gjennom sammentrekningskanalen 30 til ringkammeret.

Videre er hovedkanalen 11, gjennom åpninger 32, hver med en innmontert flottørventil 33, forbundet med ringkammeret. Ventilen 33 som normalt er stengt, omfatter et ringformet stempel 34 som er aksialt bevegelig i et kammer 35. Undersiden av stempelet 34 kan bringes i forbindelse med kanalen 11 i ventilhuset 10, ovenfor ventilen 13, gjennom en åpning 36 og en ventil 37. Ventilen 37 som normalt er stengt, styres av en solenoide. Rommet i kammeret 35 ovenfor stempelet 34 inneholder gass, fortrinnsvis luft av atmosfæretrykk. Når ventilen 37 er åpen, kan boreslam innstrømme i ventilen 33 under stempelet 34 fra hovedkanalen 11 i ventilhuset 10. Med tilstrekkelig slamtrykk vil derved det ringformede stempel 34 på ventilen 33 skyves oppad og bringe ventilen 33 i åpen stilling, slik at boreslam kan ledes fra hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 til ringkammeret gjennom åpninger 38 i stempelet 34, som bringes i flukt med åpningene 32 i ventilhuset 10.

Ventilhuset 10 omfatter videre en signalmottakerenhet 39 som kan motta kodede signaler fra overflaten og bringes i funksjon i avhengighet av disse signaler, for selektiv åpning eller lukking av ventilene 26, 37 og 31 ved betjening av ventilenes solenoider. Strøm for drift av mottakerenheten 39 kan hen-siktsmessig leveres av en brønnhull-batteribunt som eksempelvis er innmontert i borstrengen, eller ved hjelp av en brønnhull-generator i borstrengen. Signalmottakerenheten 39 er fortrinnsvis av en type som kan oppfange kodede slampulssignaler, dvs. støtbølger, som overføres gjennom slamsøylen fra overflaten. Denne kommunikasjonsform er allerede benyttet i "måling under boring"-(MWD)-teknologien, hvorved informasjon fra brønnhull-sensorer overføres i form av kodede slampulssignaler til en overflatedetektor. I MWD-systemene blir de kodede slampulssignaler overført nedenfra i borehullet, vanligvis ved hjelp av en styreventil av en type som kan avbryte strømmen av boreslam, eller avlede eller på annen måte skape en trykkpuls i slamsøylen. I forbindelse med den foreliggende anordning blir kodede slampulssignaler overført til mottakerenheten 39 i brønnhullet, fortrinnsvis ved hjelp av et akkumulatorsystem som er installert på slamrørmanifolden.

Signaloverføringen kan foregå på en annen måte ved hjelp av eleketrisk strøm som overføres gjennom slamsøylen eller selve borstrengen til en nedenforliggende mottakerenhet i brønnhullet.

Under antakelse av at innstrømning eller "tilbakeslag" er sporet på konvensjonell måte, dvs. ved overflaten av utblåsningssikringen ifølge figur 1 som beskrevet i det etterfølgende.

Når det konstateres en potensiell "tilbakeslags"-situasjon (f.eks. ved øket inndriftshastighet, øket slamgjennomstrømning eller sporing av gass osv.), avsperres borehullet ved stenging av overflate-utblåsningssikringer og stenging av borstrengen. Borehulltrykket bestemmes, og hvis dette er null, vil slam-søylen balansere formasjonstrykket slik at boringen kan fort- sette. Hvis det imidlertid er oppstått et overtrykk som inne-bærer at det hydrostatiske trykk som utøves av slamsøylen i øyeblikket, er utilstrekkelig, vil overflateakkumulatorsystemet frembringe et kodet slampulssignal som overføres gjennom slam-søylen til mottakerenheten 39 i brønnhullet. Slampulssignalet dekodes av mottakerenheten 39 som deretter bringer solenoiden til å åpne ventilen 26. Slamsøylens hydrostatiske trykk kan derved virke mot stempeldelen 22 på styre-elementet 20. Styre-elementet 20 skyves nedad og komprimerer samtidig gassen i kammeret 24, hvorved kuleventilen 13 dreies til den stilling hvori det stenger hovedkanalen 11 i ventilhuset 10. Når borstrengen således er lukket nederst, vil ytterligere trykkøkning ovenfor ventilen 13 bevirke at tilbakeslagsventilen 29 åpnes, idet stangen 40 er ført nedad med styre-elementet 20, slik at tilbakeslagsventilen 29 er frilagt mot hovedkanalen 11 i ventilhuset 10. Pakningselementet 12 kan derved utspiles til et passende trykk (ca. 105 kg/cm<2>). Når pakningselementet 12 er fullt ekspandert og derved avsperrer den nedenforliggende høy-trykkssone, vil det fra akkumulatorsystemet ved overflaten avgis et andre, kodet slampulssignal som overføres gjennom slamsøylen til mottakerenheten 3 9 i brønnhullet. Når signalet er dekodet, vil mottakerenheten 39 denne gang aktivere solenoiden, slik at ventilen 37 åpnes. Slamsøylens hydrostatiske trykk kan derved virke mot undersiden av det ringformede stempel 34 på flottør-ventilen 33, hvorved denne beveges oppad under samtidig kompri-mering av gassen i kammeret 35 over stempelet 34. Ventilen 33 føres følgelig til sin åpne stilling og bringer derved hovedkanalen 11 i ventilhuset 10 i forbindelse med ringkammeret gjennom åpningene 32 og kanalene 38 i stempelet 34. Slam av høy-ere egenvekt kan derved strømme gjennom borstrengkanalen og inn i ringkammeret slik at slamsøylens hydrostatiske trykk øker i tilstrekkelig grad til å oppveie formasjonstrykket, på vanlig måte. Når den ønskede balanse er oppnådd med det hydrostatiske trykk i slamsøylen, kan pakningselementet 12 sammentrekkes. Dette gjennomføres ved overføring av et tredje, kodet slampulssignal fra akkumulatoren ved overflaten til mottakerenheten 39

i brønnhullet. Ved dekoding av dette signal vil mottakerenheten 39 aktivere solenoiden, for åpning av ventilen 31, slik

at høytrykksslammet som har holdt pakningselementet 12 i ut-spilt tilstand, kan unnvike til ringkammeret, for sammentrekking av pakningselementet. Utblåsningssikringen kan deretter opphentes fra brønnen.

Den beskrevne anordning og fremgangsmåte for håndtering

av en innstrømning vil fremdeles kreve styring fra overflaten, men fortrinnsvis er selve anordningen utstyrt med midler som muliggjør automatisk sporing av en innstrømning ved anvendelse av én eller flere sensorer i brønnhullet. Sensorene vil over-våke slike faktorer som slamvekt, pH-verdi, temperatur, trykk ved hullbunnen, saltholdighet og ledningsevne, og det vil fortrinnsvis også være anordnet en sonisk (forutvarslende) detek-tor. Sensorene kan med fordel være elektroniske som'drives ved hjelp av en varmebeskyttet batteribunt i brønnhullet eller en turbindrevet generator. Sensorene kan fortrinnsvis fungere såvel i statisk som dynamisk tilstand. En behandlingsenhet som er anbragt i brønnhullet, kan samle informasjon som oppfanges av sensorene, og overføre denne til en kompatibel enhet på overflaten. Signalene sendes fra behandlingsenheten til overflaten i form av kodede slampulser (dvs. trykkbølger) gjennom slam-søylen, og signalene frembringes av en egnet akkumulator- eller ventil-overføringsanordning i brønnhullet.Behandlingsenheten ved overflaten kan følgelig gi et varsel til boreren når en inn-strømning er umiddelbart forestående, slik at nødvendige for-holdsregler kan treffes på et tidlig stadium, for å bringe utblåsningssikringen i funksjon.

Claims (25)

1.B orehull-utblåsningssikring, karakterisert ved at den omfatter et ventilhus med en gjennomgående hovedkanal for fremføring av boreslam og midler for innkopling av ventilhuset i en borstreng, et ekspanderbart" pakningselement" for stenging av borehullet, et ventilsystem for lukking av hovedkanalen i ventilhuset, trykkstyrte midler som er innrettet for betjening av ventilanordningen og som normalt er isolert mot trykket nede i brønnen, og midler som kan styres av et signal og derved utsette de trykkstyrte midler for trykket nede i brønnen ved sporing av en innstrømning, slik at ventilanordningen bringes i funksjon og lukker hovedkanalen i ventilhuset.

2.A nordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at ventilsystemet omfatter et ventilelement som er sving-bart opplagret i ventilhusets hovedkanal og dreibar mellom åpen og lukket stilling.

3.A nordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at de trykkstyrte midler omfatter en stempel-og sylinderinnretning.

4. Anordning i samsvar med krav 3 i avhengighet av krav 2, karakterisert ved at de trykkstyrte midler innbefatter en kamdel fordreiing av ventilelementet ved innbyrdes bevegelse av stempelet og sylinderen.

5.A nordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at de signalstyrte midler som kan bevirke at de trykkstyrte midler utsettes for brønntrykket, omfatter en første ventil som normalt isolerer de trykkstyrte midler mot brønntrykket.

6.A nordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at de signalstyrte midler er forbundet med en signalopptakerinnretning som kan betjenes for aktivering av den første ventil.

7.A nordning i samsvar med krav 5 eller 6, karakterisert ved at de signalstyrte midler videre omfatter en solenoide for aktivering av den første ventil.

8. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at ventilhuset videre er utstyrt med midler for utspiling av pakningselementet.

9. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at midlene for utspiling av pakningselementet omfatter en énveisventil som er innkoplet mellom ventilhusets hovedkanal og pakningselementet og som tillater utspiling av pakningselementet men forhindrer sammentrekning av dette.

10.A nordning i samsvar med krav 9, karakterisert ved at midlene for utspiling av pakningselementet innbefatter midler for isolering av énveis-ventilen mot ventilhusets hovedkanal, for å forebygge utilsiktet utspiling av pakningselementet .

11. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at isoleringsmidlene fjernes automatisk slik at énveis-ventilen frilegges mot ventilhusets hovedkanal, når ventilsystemet aktiveres for stenging av ventilhusets hovedkanal.

12. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at ventilhuset videre omfatter midler som tillater sirkulering av boreslam gjennom ventilhusets hovedkanal til ringkammeret i borehullet rundt ventilhuset.

13. Anordning i samsvar med krav 12, karakterisert ved at midlene for opprettelse av boreslamsirkulasjon omfatter en andre ventil.

14. Anordning i samsvar med krav 13, karakterisert ved at midlene for opprettelse av boreslamsirkulasjon er for bundet med en signalopptakerinnretning som kan betjenes for aktivering av den andre ventil.

15.A nordning i samsvar med krav 13 eller 14, karakterisert ved at midlene for opprettelse av boreslamsirkulasjon videre omfatter en solenoide for aktivering av den andre ventil.

16. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at ventilhuset videre er utstyrt med midler som tillater sammentrekking av pakningselementet .

17.A nordning i samsvar med krav 16, karakterisert ved at midlene som tillater sammentrekking av pakningselementet, omfatter en tredje ventil.

18. Anordning i samsvar med krav 17, karakterisert ved at midlene som tillater sammentrekking av pakningselementet, er forbundet med en signalopptakerinnretning som kan betjenes for aktivering av den tredje ventil.

19. Anordning i samsvar med krav 16 eller 17, karakterisert ved at midlene som tillater sammentrekking av pakningselementet, videre omfatter en solenoide for aktivering av den tredje ventil.

20. Anordning i samsvar med krav 6, krav 14 eller krav 18, karakterisert ved at signalmottakerinnretningen er utstyrt med en separat brønnhullenhet som er forbundet med ventilhuset og som kan betjenes for aktivering av den første, andre og tredje ventil.

21. Anordning i samsvar med krav 20, karakterisert ved at brønnhullenheten mottar signaler fra overflaten, hvorved signalene overføres som trykkbølger gjennom søylen av boreslam.

22. Anordning i samsvar med krav 21, karakterisert ved at trykkbølgene kan kodes, og derved bevirke at brønn-hullenheten selektivt aktiverer den første, andre eller tredje ventil etter ønske.

23. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at ventilhuset videre er utstyrt med en brønnhullsensor som kan spore en innstrømning i brønnhullet.

24.A nordning i samsvar med krav 23, karakterisert ved at ventilhuset videre er utstyrt med midler for over-føring av et signal til overflaten ved sporing av en inn-strømning i brønnhullet.

25.A nordning i samsvar med krav 23 eller 24, karakterisert ved at ventilhuset er utstyrt med midler for automatisk avgivelse av et signal ved sporing av en inn-strømning i brønnhullet, for aktivering av midlene for fri-legging av de trykkstyrte midler mot brønntrykket, for aktivering av ventilsystemet og stenging av ventilhusets hovedkanal.