NO332920B1

NO332920B1 - Et nedihulls bronnverktoy tilveiebrakt med et stempel

Info

Publication number: NO332920B1
Application number: NO20092546A
Authority: NO
Inventors: Espen Alhaug
Original assignee: Reelwell As
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2013-02-04
Also published as: WO2011005107A3; WO2011005107A2; NO20092546A1; US9169715B2; EP2452040A2; US20120103592A1; EP2452040B1

Abstract

Et nedihulls brønnverktøy omfattende en verktøyenhet omfattende i det minste et første fluidrør og et returfluidrør som i benyttelse danner et brønnringrom mellom verktøyenheten og en brønnboring, og i det minste ett stempel som deler brønnringrommet inn i brønnringromseksjoner, stempelet omfatter i det minste to stempel legemer, hvori et første stempellegeme er anordnet til å roteres med verktøyenheten, og et andre stempellegeme er anordnet i en posisjon mellom det første stempellegemet og brønnboringen det første stempellegemet er anordnet til å roteres relativt det andre stempellegemet, og første tetningsinnretninger er anordnet mellom det første stempellegemet og det andre stempellegemet.

Description

Oppfinnelsen angår et nedihulls brønnverktøy omfattende en verktøyenhet omfattende i det minste et første fluidrør, og et returfluidrør, som ved benyttelse danner et brønnringrom mellom verktøyenheten og en brønnboring, og i det minste ett stempel som deler brønnringrommet inn i brønnringromseksjoner.

Nedihullsverktøyet i henhold til oppfinnelsen kan benyttes for boring, brønnrensing, installasjon av foringsrør, brønnkomplettering, "workovers" og for andre brønn operasjoner.

Returfluidrøret kan være anordnet innvendig i det første fluidrøret, hvilket gir et ringrom mellom det første fluidrøret for strømning av et første fluid, hvori tilbakeføringsfluidet kan være anordnet til å passere i den sentralt anordnede passasjen av returfluidrøret.

Verktøyenheten i henhold til oppfinnelsen er operert av forskjellige fluidtrykk, tilveiebrakt over stempelet(ene) av verktøyenheten, på grunn av karakteristikkene av fluidet tilveiebrakt ved hver side av stempelet. I tilfellet hvor verktøyenheten omfatter ett stempel, isolerer dette stempelet brønnringrommet inn i to separate brønnringromseksjoner. I andre tilfeller med to eller flere stempler inkludert i verktøyenheten, vil disse derved dele brønnringrommet inn i et korresponderende antall av brønnringromseksjoner. Ved å introdusere et trykksatt fluid inn i én av brønnringromseksjonene som gir forskjellige fluidtrykk som påvirker stempelet, kan man benytte dette for å forflytte hele verktøyenheten i brønnboringen, eller for å forflytte stempelet relativt i forhold til verktøyenheten. Stempelet kan være tilveiebrakt med innretninger for kommunikasjon av fluid fra én brønnringromseksj on på én side av stempelet, gjennom stempelet, og til en andre brønnringromseksj onen på den andre siden av stempelet. Dette kan være nyttig i mange tilfeller, slik som når man setter eller trekker opp nedihullsverktøyet, og også når man benytter verktøyet for ekspansjon av et foringsrør. Kommunikasjonen av fluid mellom tilstøtende brønnringromseksjoner kan kontrolleres på forskjellige måter; ved forskjellene i fluidtrykk over stempelet, ved elektriske, mekaniske eller hydrauliske signaler, eller ved relativ bevegelse mellom det første fluidrøret og et kontrollelement.

Stempelet kan være tilveiebrakt kun som et tetningselement, eller det kan være dannet av forskjellige partier som har tettende karakteristikk og stivhetskarakteristikk for å tilveiebringe styrke, og for å utføre de nødvendige operasjonene slik som ekspansjon. Ytterligere kan stempelet være tilveiebrakt i ett stykke, eller det kan være dannet av to eller flere elementer. Stempelet kan opereres innvendig i et foringsrør, eller det kan opereres i et brønnhull som ennå ikke er foret. Stempelet kan være tilveiebrakt slik at det kan beveges relativt verktøyenheten i en aksial retning av brønnboringen, eller kan være anordnet til å beveges med verktøyenheten i en aksial retning relativt brønnboringen. Stempelet kan også benyttes for operasjon av andre komponenter relatert til nedihullsoperasjoner, og kan f.eks. bli benyttet for å utføre foringsrørekspansjonsprosedyrer når man opererer en ekspansjonsmodul som skal settes ved en posisjon i et foringsrør.

Det er ønskelig å ha muligheten til å bevege fluidrøret og stempelet i en aksial retning relativt i forhold til brønnboringen, og mulig også å ha muligheten til å bevege stempelet og fluidrøret relativt hverandre, i en aksial retning av brønnboring, for å utføre de nødvendige borings- og brønnrelaterte operasjonene. Det kan også være ønskelig å ha muligheten til å rotere fluidrørene og stempler relativt brønnboringen, og også rotere fluidrøret relativt i forhold til stempelet. For å ha mulighet til å holde brønnringromseksj onene isolert fra hverandre, er det essensielt å tilveiebringe et tilstrekkelig tetningssystem mellom deler som skal bli aksialt forflyttet eller rotert. Det er nødvendig å tilveiebringe tetning mellom det første fluidrøret (slik som en borestreng) og stempelet, og stempelet og veggen av brønnboringen/foringsrøret. Som en konsekvens av dette, må tetningsarrangementet som skal benyttes for denne applikasjonen være tilveiebrakt slik at det tillater rotasjon og aksial forflytning. Når man anordner et tetningssystem mellom deler som skal beveges er det nødvendig at veggen av brønnboringen, overflaten av verktøyenheten, fortrinnsvis det første fluidrøret og stempelet tilveiebringer adekvate arrangementer for å holde tetningsarrangementet i en korrekt posisjon.

Siden det er komplisert å oppnå en tilstrekkelig holding for et slikt tetningsarrangement mot veggen av brønnboringen, og ved siden av det første fluidrøret for tetningsarrangementet, har det oppstått et behov for å tilveiebringe et alternativt arrangement for å unngå de ovennevnte problemer med fastgjøring av tetningsarrangementet. En basis for en slik løsning på dette problemet er å anordne nedihulls brønnverktøyet med tetningsoverflater som medvirker til tilstrekkelig tetningseffekt i inngrepet med tetningsanordningene.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et arrangement som gjør det mulig å komme rundt ulempene ved løsningen som beskrevet ovenfor. Dette er oppnådd med oppfinnelsen som definert i de uavhengige krav, hvori utførelsen av oppfinnelsen er presentert i de følgende avhengige krav.

I henhold til oppfinnelsen omfatter det i det minste ene stempel i det minste to stempellegemer. Et første stempellegeme er anordnet til å rotere med verktøyenheten. Et andre stempellegeme er anordnet i en posisjon mellom det første stempellegemet og brønnboringen. De to stempellegemene kan være plassert i posisjon som er radielt på rekke relativt hverandre. Posisjonen av de to stempellegemene er anordnet på en slik måte at brønnringromseksj onene tilveiebrakt ved at stempelet deler brønnringrommet, holdes isolert fra hverandre. Det første stempellegemet er anordnet til å rotere relativt det andre stempellegemet. Det andre stempellegemet kan omfatte et holdeparti slik som et hult parti for å holde det første stempellegemet. Rullelagre kan være tilveiebrakt mellom det første og andre stempellegemet, for å tilrettelegge for rotasjonen av det første stempellegemet relativt det andre stempellegemet. I ett aspekt kan det første stempellegemet og det andre stempellegemet være anordnet på rekke relativt hverandre i den aksiale retningen av verktøyenheten.

Første tetningsinnretninger er anordnet mellom det første stempellegemet og det andre stempellegemet. De første tetningsinnretningene skal være tilveiebrakt slik at en effektiv tetningslinje er tilveiebrakt mellom stempellegemene på grunn av interaksjonen mellom den første tetningsinnretningen og konfigurasjonen av overflatene av det første og andre stempellegemet som er vendt mot den første tetningsinnretningen. Den første tetningsinnretningen trenger å være tilveiebrakt for å tillate rotasjonsbevegelse mellom det første og andre stempellegemet, mens det samtidig har mulighet til å tilveiebringe en tilstrekkelig tetning som forhindrer at fluid lekker fra én side av stempelet til den andre. Den første tetningsinnretningen kan i henhold til ett aspekt være anordnet slik at en begrenset bevegelse mellom det første og det andre stempellegemet i den aksiale retningen av brønnboringen er tillatt. Den første tetningsinnretningen kan selvsagt også ha mulighet til å tilveiebringe tilstrekkelig tetningslinje når det ikke er relativ bevegelse mellom det første og andre stempellegemet.

Et andre tetningsarrangement kan være tilveiebrakt mellom verktøyenheten og det første stempellegemet. Det første stempellegemet kan omfatte et holdeparti slik som f.eks. et hult parti, for verktøyenheten som skal kjøres gjennom. Det første stempellegemet er anordnet til å rotere med verktøyenheten, og som en konsekvens av dette, er et tetningsarrangement som tillater rotasjon mellom disse to delene ikke et prinsipielt trekk ved dette tetningsarrangementet. Imidlertid, i tillegg til å tilveiebringe en tettende effekt når det ikke er bevegelse mellom delene, bør det andre tetningsarrangementet være anordnet slik at det tilveiebringer en effektiv tetning under en relativ bevegelse mellom det første stempellegemet (stempelet) og verktøyenheten i den aksiale retningen av brønnboringen.

Stempelet kan være tilveiebrakt som en integrert del av verktøyenheten, og kan i det tilfellet være dannet som et forstørret parti av det første fluidrøret. I et slikt tilfelle er behovet for det andre tetningsarrangementet ikke tilstede.

Et tredje tetningsarrangement kan være tilveiebrakt mellom det andre stempellegemet og brønnboringen eller foringsrøret. Det andre stempellegemet kan være anordnet for aksial bevegelse i brønnboringen, enten relativt i forhold til verktøyenheten, eller slik at det kan beveges sammen med verktøyenheten. I begge tilfeller kan det være tilveiebrakt et tetningsarrangement mellom det andre stempellegemet og brønnboringen/foringsrøret, for å tilveiebringe en effektiv tetning som forhindrer lekkasje av fluid mellom brønnringromsseksjonene når stempelet (andre stempellegeme) er beveget i den aksiale retningen av brønnboringen. Det er et behov for at tetningsarrangementet er effektivt når det andre stempellegemet beveges relativt i forhold til veggen av brønnboringen/foringsrøret også, og når det ikke er bevegelse mellom det andre stempellegemet og veggen av brønnboringen/foringsrøret. I ett aspekt er det andre stempellegemet tilveiebrakt med noe rotasjonsbevegelse. Denne rotasjonsbevegelsen kan være begrenset sammenlignet med rotasjonsbevegelsen av det første stempellegemet. Det andre stempellegemet, fortrinnsvis omkretsoverflaten av det andre stempellegemet, kan være tilveiebrakt med rulleinnretninger, slik at denne rotasjonsbevegelsen kan foretas. I dette aspektet av oppfinnelsen, må de tredje tetningsinnretningene være forberedt slik at det ikke blir lekkasje mellom det andre stempellegeme og brønnboringen/foringsrøret under rotasjonsbevegelsen av det andre stempellegemet.

I ett aspekt kan stempelet omfatte ytterligere stempellegemer anordnet mellom det første og andre stempellegemet.

Verktøyenheten kan være tilveiebrakt med innretninger for å sentralisere verktøyenheten i brønnboringen. Videre, kan det være tilveiebrakt glideinnretninger slik som glidelager mellom det andre stempellegemet og brønnboringen/foringsrøret, for å anordne for aksial bevegelse av det andre stempellegemet/stempelet i forhold til brønnboringen/foringsrøret.

Et eksempel på utførelser av oppfinnelsen er illustrert i de vedføyde figurer, og skal beskrives nedenfor med referanse til de vedføyde figurer, hvor:

Fig. 1 viser en første utførelse av et stempel for et nedihulls brønnverktøy.

Fig. 2 viser en andre utførelse av et stempel for et nedihulls brønnverktøy.

Fig. 3 viser en tredje utførelse av et stempel for et nedihulls brønnverktøy.

Fig. 4 viser en fjerde utførelse av et stempel for et nedihulls brønnverktøy.

Fig. 5 viser en femte utførelse av et stempel for et nedihulls brønnverktøy.

Fig. 1 illustrerer en første utførelse av et nedihulls brønnverktøy som viser en verktøyenhet 1 anordnet i en brønnboring 5. Verktøyenheten 1 omfatter et første fluidrør 2, og et returfluidrør 3, posisjonert innvendig i det første fluidrør 2. Fluid, slik som et borefluid, passerer i den ytre fluidpassasjen 2a, og returfluidstrømningen i den indre fluidpassasjen 3a. Verktøyenheten omfatter et stempel 4 posisjonert i brønnboringen 5, mellom verktøyenheten 1 og veggen av brønnboringen, og deler brønnringrommet inn i brønnringromseksjoner 6a, 6b. Verktøyenheten kan også omfatte mer enn ett stempel, og i det tilfellet vil brønnringrommet bli delt inn i ytterligere ringromsseksjoner. Verktøyenheten 1 kan også bli benyttet for ekspansjon av et foringsrør, og i det aspektet er verktøyenheten forberedt for å kjøres innvendig i et foringsrør.

Verktøyenheten 1 kjøres gjennom et hult parti av et første stempellegeme 4a, hvori det første stempellegemet 4a er anordnet til å rotere med verktøyenheten 1, når den siste roteres i brønnboringen 5. Et andre stempellegeme 4b opptar det første stempellegemet 4a i et hult parti av det andre stempellegemet 4b, og tilrettelegger for at det andre stempellegemet 4b anordnes omsluttende det første stempellegemet 4a, i en posisjon radielt forskjøvet relativt det andre stempellegemet 4b. Verktøyenheten 1 og det første stempellegemet 4a, roterer sammen innvendig i det andre stempellegemet 4b. Det er ingen rotasjonsbevegelse eller i noen tilfeller en begrenset rotasjonsbevegelse, av det andre stempellegemet 4b. Det første og andre stempellegemet 4a, 4b er vist på linje i en posisjon hvor det første stempellegemet 4a er holdt innvendig i det andre stempellegemet 4b, og dermed er de to stempellegemene plassert i korresponderende aksial posisjon relativt i forhold til verktøyenheten. De to stempellegemene 4a, 4b kan også være anordnet forskjøvet relativt hverandre i andre posisjoner, hvori partier av omkretsoverflaten 4c, 4d fremdeles vil være vendt mot hverandre, og første tetningsinnretninger 7 er anordnet mellom de to stempellegemene. Omkretsoverflatene 4c, 4d kan også være tilveiebrakt med innretninger f.eks. former, som er tilpasset hverandre for å sikre at det første og andre stempellegemet 4a, 4b ikke er forflyttet relativt hverandre i den aksiale retningen av brønnboringen, men holdes i essensielt det samme radiale forholdet som vist på figurene.

Første tetningsinnretninger 7 er anordnet mellom det første og andre stempellegemet 4a, 4b, for å forhindre lekkasje fra en av brønnringromsseksjonene 6a, 6b, til det andre. Første tetningsinnretninger 7 har trekk som gjør det mulig å tilveiebringe en tilstrekkelig tetningseffekt ved relativ rotasjonsbevegelse mellom de to stempellegemene, de første tetningsinnretningene kan være en dynamisk tetning.

Andre tetningsinnretninger 8 er anordnet mellom det første stempellegemet 4a og verktøyenheten 1 for å sikre at det ikke er noen lekkasje mellom det første stempellegemet 4a og verktøyenheten 1. Siden det ikke er rotasjonsbevegelse mellom verktøyenheten 1 og det første stempellegemet 4a, trenger ikke de andre tetningsinnretningene 8 å tilveiebringe tetningseffekt under rotasjonen, men de bør ha mulighet for å tilveiebringe tetningseffekt under en relativ bevegelse mellom det første stempellegemet 4a og verktøyenheten 1 i den aksiale retningen av brønnboringen 5. Stempelet 4, og dermed det første stempellegemet, er anordnet til å beveges aksielt i brønnboringen f.eks. når man benytter det for ekspansjon av et foringsrør, eller når man utfører andre nedihullsoperasjoner.

Tredje tetningsinnretninger 9 er tilveiebrakt for å forhindre lekkasje mellom det

andre stempellegemet 4b og veggen av brønnboringen eller et foringsrør. De tredje tetningsinnretningene 9 bør ha mulighet til å tilveiebringe en tettende effekt når det er relativ bevegelse i den aksiale retningen mellom det andre stempellegemet 4b og

brønnboringen/foringsrøret, slik som under ekspansjon av et foringsrør, når stempelet 4, og derved det andre stempellegemet 4b, er beveget relativt i forhold til brønnboringen/foringsrøret. I ett aspekt er det andre stempellegemet 4b tilveiebrakt for noe rotasjonsbevegelse, fortrinnsvis at rotasjonsbevegelsen av det andre stempellegemet 4b er begrenset/minimalisert sammenlignet med rotasjonsbevegelsen av det første stempellegemet 4a. For å oppnå denne rotasjonen av det andre stempellegemet 4b, kan rulleinnretninger 10 være anordnet i den ytre omkretsen av det andre stempellegemet 4b. Rulleinnretningene 10 kan ha en skrå orientering relativt til aksialaksen av verktøyenheten, noe som gir en helisk rotasjonsbevegelse av det andre stempellegemet 4b. Når det andre stempellegemet 4b tilrettelegges for rotasjonsbevegelse, må den tredje tetningsinnretningen også tilrettelegges for å tilveiebringe en tetningseffekt også under rotasjon av det andre stempellegemet 4b relativt veggen av brønnboringen eller et foringsrør.

Fig. 2 viser en andre utførelse av verktøyenheten 1, hvori det første stempellegemet 4a er dannet som en integrert del av verktøyenheten 1.1 henhold til et aspekt av denne utførelsen, kan det første stempellegemet 4a også være festet ved passende innretninger, slik som bolteinnretninger, til verktøyenheten. Det er ingen behov for andre tetningsinnretninger når det første stempellegemet 4a er dannet som en del av verktøyenheten, men de første og tredje tetningsinnretningene som definert i

beskrivelsen av fig. 1, er tilstede. Beskrivelsen av andre deler av oppfinnelsen som presentert ved beskrivelsen av fig. 1, er også gjeldende for den andre utførelsen av oppfinnelsen.

I den tredje utførelsen av verktøyenheten 1 som illustrert på fig. 3, er en annen konfigurasjon av det første stempellegemet 4a og det andre stempellegemet 4b vist. Det første stempellegemet 4a er anordnet til å rotere med verktøyenheten, og er tilveiebrakt med andre tetningsinnretninger 8 i et arrangement lignende til det beskrevet for fig. 2. Det andre stempellegemet 4b er posisjonert ved siden av det første stempellegemet 4a over, som vist på fig. 3, eller under det første stempellegemet 4a, forskjøvet i en aksial retning av brønnboringen 5. Som i utførelsen vist på fig. 1 og 2, har det andre stempellegemet 4b en begrenset rotasjonsbevegelse eller ingen rotasjonsbevegelse. Første tetningsinnretninger 11 er tilstede for å tilveiebringe tettende effekt mellom de to stempellegemene, under rotasjon av i det minste det første stempellegeme 4a, eller i tilfelle hvor en begrenset rotasjonsbevegelse av det andre stempellegemet 4b er tillatt. Kravene for de første tetningsinnretningene 11 som sådan, er lignende til de for de første tetningsinnretningene 7 vist på fig. 1 og 2, selv om de første tetningsinnretningene er anordnet mellom endeoverflater av de to stempellegemene som ligger mot hverandre. Beskrivelsen av andre deler av oppfinnelsen som presentert når man forklarte fig. 1, gjelder også for denne utførelsen av oppfinnelsen.

Fig. 4 viser en fjerde utførelse av verktøyenheten 1, hvori arrangementet av det første stempellegemet 4a er integrert eller festet til verktøyenheten, på lignende måte som arrangementet på fig. 2. Arrangementet av posisjonen av det første og andre stempellegemet 4a, 4b er lignende til konfigurasjonen og elementer som beskrevet ovenfor, med referanse til fig. 3.

Beskrivelsen av komponenter av oppfinnelsen som presentert over på fig. 1 og fig. 2, gjelder også til utførelsene på fig. 3 og 4, hvor komponentene på fig. 3 og 4 ikke er definert på annen måte.

Fig. 5 viser en utførelse av oppfinnelsen hvori det indre første stempellegemet 4a er festet til det første fluidrøret 2 av verktøyenheten 1, ved bolter 15. Verktøyenheten 1 er tilveiebrakt med to andre stempellegemer 4b, hvert anordnet med tredje tetningsinnretninger 9. Første tetningsinnretning 7 er tilveiebrakt mellom det første stempellegemet 4a, og hvert av de to andre stempellegemene 4b. I tillegg til første tetningsinnretninger 7, er rullelager 12 tilveiebrakt mellom det første og andre stempellegemet 4a, 4b, respektivt, for å tilrettelegge for rotasjonsbevegelse av det første stempellegemet 4a. Verktøyenheten 1 er videre tilveiebrakt med øvre og nedre sentreringsenheter 13, 14, for å sikre at det første fluidrøret 3 holdes i en sentralisert posisjon i brønnboringen, hvori det andre stempellegemet 4b og den tredje tetningsinnretningen 9 er sentrert i brønnboringen 5. Verktøyenheten 1 i henhold til utførelsen vist på fig. 5 og de andre figurene, kan i ett aspekt av oppfinnelsen også være tilveiebrakt med glidelager som del av sentraliseringsenhetene 13, 14, eller som separate komponenter tilveiebrakt for å tilrettelegge for aksial bevegelse av verktøyenheten 1 i brønnboringen 5 eller et foringsrør.

Claims

1. Et nedihulls brønnverktøy omfattende en verktøyenhet (1), omfattende i det minste et første fluidrør (2) og et returfluidrør (3), som ved benyttelse danner et brønnringrom (6), mellom verktøyenheten (1) og en brønnboring (5), og i det minste ett stempel (4) som deler brønnringrommet (6) inn i brønnringromseksjoner (6a, 6b), karakterisert vedat stempelet (4) omfatter i det minste to stempellegemer (4a, 4b), hvori et første stempellegeme (4a) er anordnet til å roteres med verktøyenheten (1), og et andre stempellegeme (4b) er anordnet i en posisjon mellom det første stempellegemet (4a) og brønnboringen (5), og hvori det første stempellegemet (4a) er anordnet til å roteres relativt det andre stempellegemet (4b) og første tetningsinnretninger (7, 11) er anordnet mellom det første stempellegemet (4a) og det andre stempellegemet (4b) og tredje tetningsinnretninger (9) er tilveiebrakt mellom det andre stempellegemet (4b) og brønnboringen (5) eller et foringsrør.

2. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til krav 1, karakterisert vedat det andre stempellegemet (4b) er anordnet til å roteres, hvor rotasjonsbevegelsen av det andre stempellegemet (4b) er begrenset/forhindret sammenlignet med rotasjonsbevegelsen av det første stempellegemet (4a).

3. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat det første stempellegemet (4a) er en integrert del av verktøyenheten (1).

4. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til krav 3, karakterisert vedat det første stempellegemet (4a) omfatter et holdeparti for verktøyenheten (1) for å kjøres gjennom.

5. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til krav 3, karakterisert vedat det andre stempellegemet (4b) omfatter et holdeparti for å holde det første stempellegemet (4a).

6. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til krav 3, karakterisert vedat det første stempellegemet (4a) og andre stempellegeme (4b) er anordnet forskjøvet relativt hverandre i aksial retning av verktøyenheten (1).

7. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til et av de foregående krav,karakterisert vedat andre tetningsinnretninger (8) er tilveiebrakt mellom verktøyenheten (1) og det første stempellegemet (4a).

8. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til et av de foregående krav,karakterisert vedat en omkretsoverflate av det andre stempellegemet (4b) er tilveiebrakt med rulleinnretninger (10).

9. Et nedihulls brønnverktøy i henhold til et av de foregående krav,karakterisert vedat verktøyenheten (1) er tilveiebrakt med innretninger (13, 14) for sentralisering av verktøyenheten i brønnboringen.