NO20140164A1 - Ekspanderbart og borbart landingssete - Google Patents

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

[0001] Den foreliggende oppfinnelsen angår generelt brønner som strekker seg inn i undergrunnformasjoner, og spesielt et ekspanderbart og borbart landingssete for slike brønner.

Kjent os beslektet teknikk

[0002] I den følgende beskrivelsen brukes brønner i olje- og gassindustrien som eksempel. Oppfinnelsen kan imidlertid brukes i en hvilken som helst brønn, for eksempel en brønn for geotermiske anvendelser. Brønnen avsluttes i et brønnhode, som kan befinne seg på tørt land eller på en sjøbunn.

[0003] For å lage en brønn, bores først et borehull med stor diameter et stykke ned i bakken. Deretter føres en stålforing inn i borehullet og sementeres til formasjonen. Når sementen har herdet, bores et borehull med mindre diameter videre ned i bakken, og en ny foring settes og sementeres på plass. Prosedyren gjentas inntil brønnen har ønsket dybde, og kan omfatte å bore én eller flere horisontale grener som forløper sideveis inn i formasjonen.

[0004] Komplettering av brønnen omfatter å installere plugger for å skille forskjellige soner, f eks flere lag av et reservoar som inneholder hydrokarboner, en produksjonsstreng for å frakte olje eller gass til overflaten og ventiler for å åpne eller stenge for en strøm fra formasjonen til produksjonsstrengen. Ventiler brukes også til sementering og stimulering, for eksempel hydraulisk oppsprekking eller injeksjon av tensider.

[0005] Utstyr i brønnen, f eks ventiler og plugger, kan aktiveres av en fallkule. Som kjent på fagfeltet, er en fallkule et hinderelement innrettet til å lande på et forhåndsinstallert sete i brønnen. Fallkulen slippes eller fraktes med en strøm inne i et rør og lander på der forhåndsinstallerte setet. Dermed kan et trykk påføres bak kulen, og den resulterende kraften kan brukes til å aktivere en innretning.

[0006] Et sett av fallkuler med forskjellige størrelser kan frembringes for å aktivere forskjellige innretninger, hvor hver innretning er forsynt med et sete med mindre diameter enn den foregående innretningen nærmere overflaten. Størrelsene til fallkulene i et slikt sett må være tilstrekkelig forskjellige slik at en kule ikke utilsiktet lander på et sete med litt mindre diameter enn det den er ment for eksempel på grunn av rusk eller avsetninger. Behovet for vesentlig forskjellige størrelser begrenser det praktiske antallet fallkuler i et slikt sett, for eksempel til omkring 10 fallkuler med forskjellige størrelser.

[0007] I noen anvendelser er det ønskelig å aktivere et antall innretninger som er vesentlig større enn antallet fallkuler som er tilgjengelige i et sett av typen beskrevet ovenfor. For disse anvendelsene er det utviklet ekspanderbare kuleseter. Et ekspanderbart kulesete mottar en fallkule og aktiverer sin tilhørende innretning på måten beskrevet ovenfor. Så snart innretningen er aktivert, spres kulesetet, dvs landingssetet, utover for å la kulen eller hinderelementet fortsette nedover til det neste ekspanderbare kulesete.

[0008] Et typisk eksempel på et slikt ekspanderbart kulesete omfatter et sete dannet av seteelementer på de ytre endene av kragefingre og er koblet til en kuleaktivert innretning, så som en glidehylseventil. Når innretningen er inaktiv, ligger ytre flater på kragefingrene typisk an mot en indre flate slik at de er forhindret fra å spre seg radialt utover. Aktiveringen forårsaker en aksial forskyvning bort fra den indre støtteflaten som beveger de ytre endene til et område med større diameter. Så snart innretningen er aktivert, spres dermed kragefingrene utover i området med større diameter slik at fallkulen kan passere.

[0009] Mer detaljerte eksempler på ekspanderbare fallkuler finnes i US 2009/0308588 Al overdratt til Halliburton Energy Services, US 20110198100 Al overdratt til i-Tec AS og US 2011/0278017 Al overdratt til Packers Plus Energy Services, Inc.

[0010] Utvidelser av den ytre diameteren av et brønnrør vil trolig skape problemer når brønnrøret føres inn i et borehull, en foring eller et forlengelsesrør. Derfor har brønnrøret som fallkulen passerer gjennom for å aktivere en rekke ekspanderbare kuleseter fortrinnsvis en ytre overflate med i det vesentlige ensartet diameter langs hele lengden. En jevn ytre overflate og begrenset veggtykkelse i brønnrøret medfører typisk at deler av setene rager inn i brønn-røret når en rekke ekspanderbare kuleseter har ekspandert. De fremstikkende setene kan gi problemer senere, slik som å hindre fri passasje for verktøy og/eller kveilrør.

[0011] Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å frembringe et ekspanderbart kulesete som muliggjør en jevn indre overflate på en rørformet vegg etter radial utvidelse utover og inn i rørveggen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0012] Formålet oppnås med et ekspanderbart kulesete ifølge krav 1.

[0013] Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et ekspanderbart kulesete omfattende en hoveddel laget av et første materiale og omfattende en indre sylindrisk overflate og flere seteelementer. Seteelementene er tilpasset til å danne et landingssete for en fallkule i en utgangsposisjon og er radialt bevegelig til en sluttposisjon hvor fallkulen kan passere mellom dem. Hvert seteelement omfatter en borbar del laget av et andre materiale som er mindre hardt og har lavere strekkfasthet enn det første materialet. Bare den borbare delen tillates å forløpe radialt lenger innover enn den sylindriske overflaten i sluttposisjonen.

[0014] Ettersom det andre materialet er relativt mykt og har relativt lav evne til å kun deformeres ved boringen, er det andre materialet enklere å bore bort enn de andre delene av det ekspanderbare kulesetet, som er laget av et hardere og seigere materiale. Dermed kan de borbare delene bores bort i en separat operasjon etter aktivering av innretningene styrt av de ekspanderbare kulesetene, hvorved brønnrøret får en indre flate uten fremspring. De mindre harde og strekkfaste borbare delene reduserer slitasje på borekronen.

[0015] I en foretrukket utførelsesform er det andre materialet også mindre hardt og har lavere strekkfasthet enn materialet i et brønnrør som det ekspanderbare kulesetet er innfelt i. Dermed kan borekronen lages av et materiale som er hardere enn de borbare delene og mindre hardt enn brønnrøret og hoveddelen for å redusere risikoen for skade på de indre permanente flatene forårsaket av boringen.

[0016] I noen utførelsesformer omfatter hoveddelen flere kragefingre og hver kragefinger har en ytre ende med et innfestet seteelement. Andre utførelsesformer med seteelementer glidbart festet til radiale føringer er imidlertid foregrepet.

[0017] I noen utførelsesformer er hele seteelementet laget av det mindre harde og mindre seige materialet. Dette trekket forenkler tilvirking av seteelementene.

[0018] I noen utførelsesformer er seteelementet plassert aksialt mellom hoveddelen og en kleminnretning. Disse utførelsesformene omfatter utførelsesformer med kragefingre så vel som utførelsesformer med glidbart innfestede seteelementer.

[0019] I utførelsesformer med kragefingre og kleminnretninger, er hver kragefinger fortrinnsvis klemt radialt mellom seteelementet og kleminnretningen.

[0020] I en foretrukket utførelsesform er det andre materialet støpejern. Det finnes tallrike kvaliteter som er tilstrekkelig harde og seige til å motstå kreftene som påføres under aktiveringen, og likevel enklere å bore enn stålkvaliteter brukt i brønnrør og hoveddelen av det ekspanderbare kulesetet.

[0021] Andre trekk og fordeler fremkommer i de uselvstendige kravene og den detaljerte beskrivelsen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0022] Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart ved hjelp av et eksempel på en utførelsesform og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk langsgående snitt gjennom en foretrukket utførelsesform tatt langs planet I-l på figur 2 og 4; Fig. 2 er et skjematisk tverrsnitt gjennom en foretrukket utførelsesform tatt langs planet li-ll på figur 1; Fig. 1 er et skjematisk langsgående snitt gjennom en foretrukket utførelsesform tatt langs planet I-l på figurene 1 og 3; og

Fig. 3 er et sideriss av utførelsesformen i de foregående figurene.

DETALJERT BESKRIVELSE AV EN FORETRUKKET UTFØRELSESFORM

[0023] Tegningene er skjematiske, og ikke nødvendigvis i skala. Tallrike detaljer kjent for den fagkyndige er utelatt av hensyn til klarhet.

[0024] Fig. 1 er et skjematisk langsgående snitt gjennom en foretrukket utførelsesform av et ekspanderbart kulesete 100 tatt langs planet I-l på figurene 2 og 4.1 bruk danner det ekspanderbare kulesetet en del av en aktiveringsmekanisme koblet inn i et brønnrør for å aktivere en kuleaktivert innretning med en fallkule som kortfattet beskrevet i innledningen. I tegningene er det ekspanderbare kulesetet 100 vist i en utgangstilstand hvor den tilknyttede kuleaktiverte innretningen fortsatt er inaktiv, og det ekspanderbare kulesetet frembringer et landingssete for fallkulen. Det forstås imidlertid at det ekspanderbare kulesetet har en utvidet sluttilstand hvor den tilknyttede kuleaktiverte innretningen er aktivert og fallkulen tillates å passere gjennom det ekspanderbare kulesetet 100.

[0025] Det ekspanderbare kulesetet omfatter en hoveddel 110 med en indre sylindrisk flate 111. Flere kragefingre 115 forløper aksialt fra hoveddelen 110.

[0026] Kragefingrene 115 er plassert nær hverandre og danner en hovedsakelig sylindrisk og fluidtett vegg. En liten lekkasje av det trykksatte fluidet mellom kragefingrene er akseptabel så lenge den ikke hindrer oppbygging av trykket som kreves for å forskyve kulesetet 100 aksialt og aktivere den tilknyttede kuleaktiverte innretningen. I utgangsstillingen vist i figurene, vil minst deler av kragefingrene 115 være støttet radialt av en flate anbrakt omkring det ekspanderbare kulesetet slik at kragefingrene 115 ikke kan spres radialt utover. En aksial forskyvning til et område med større indre diameter bør få kragefingrene 115 til å utvides radialt og forbli utvidet. I sluttilstanden bør altså kragefingrene 115 fortrinnsvis deformeres inn i området med større område uten å brekke og uten å returnere elastisk til stillingen vist i tegningene.

[0027] De ytre endene 116 av kragefingrene er endene som peker bort fra hoveddelen 110, dvs de nederste endene i figur 1.1 utførelsesformen på figur 1 omfatter en ytre ende et seteelement 120 fastklemt på en finger som forløper fra hoveddelen 110 med en kleminnretning 130.

[0028] Seteelementene 120 forløper radialt innover og danner samlet et landingssete 121 med mindre diameter enn den indre diameteren i brønnrøret og den indre overflaten 111 i hoveddelen.

[0029] Hvert seteelement 120 er fastklemt aksialt til fingeren med en tilknyttet kleminnretning 130.1 tillegg er fingeren av hoveddelen 110 fastklemt radialt mellom seteelementet 120 og kleminnretningen 130 ved hjelp av en skrue 140 som forløper fra kleminnretningen 130 gjennom fingeren og inn i seteelementet 120.

[0030] Da seteelementet 120 er aksialt fastklemt mellom fingeren og kleminnretningen 130, rager bare en del av setet 120 inn i det indre av det ekspanderbare kulesetet 100. Strengt tatt trenger bare en del av seteelementet 120 å være borbart for å oppnå den ønskede effekt. Den fastklemte delen er imidlertid liten sammenlignet med den borbare delen, så det er åpenbart praktisk å lage hele seteelementet som ett stykke, dvs av ett borbart materiale.

[0031] Mens en utførelsesform med kragefingre er vist i tegningene, foregripes alternative utførelsesformer med seteelementer glid montert på radialt rettede føringer. Å tilpasse prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen til en slik utførelsesform anses opplagt for den fagkyndige.

[0032] Figur 2 er et tverrsnitt gjennom den ytre enden av utførelsesformen i figur 1, og viser 8 delte kragefingre sett langs rotasjonsaksen av hoveddelen 110 og brønnrøret. Det ekspanderbare kulesetet kan ha færre eller flere enn 8 segmenter.

[0033] Fig. 3 er et sideriss av utførelsesformen beskrevet ovenfor. Den indre flaten 111, seteelementene 120 og landingssetet 121 vises ikke i figur 3. Ellers er henvisningstallene som beskrevet ovenfor.

[0034] Oppfinnelsen er beskrevet ved hjelp av et eksempel, og tallrike alternativer vil være innlysende for en fagkyndig på området. Oppfinnelsen er derfor definert av gjenstanden beskrevet i de vedlagte patentkravene.

Claims (7)

1. Ekspanderbart kulesete (100) omfattende en hoveddel (110) laget av et første materiale og omfattende en indre sylindrisk overflate (111) og flere seteelementer (120), hvor seteelementene (120) er tilpasset til å danne et landingssete (121) for en fallkule i en utgangsposisjonog er radialt bevegelig til en endelig posisjon hvor fallkulen kan passere mellom dem,karakterisert vedat hvert seteelement (120) omfatter en borbar del laget av et andre materiale som er mindre hardt og har lavere strekkfasthet enn det første materialet, og hvor bare den borbare delen tillates å forløpe radialt lenger innover enn den sylindriske overflaten (111) i den endelige posisjonen.

2. Ekspanderbart kulesete ifølge krav 1, hvor det andre materialet er mindre hardt og har lavere strekkfasthet enn materialet i et brønnrør som det ekspanderbare kulesetet (100) er innfelt i.

3. Ekspanderbart kulesete ifølge krav 1 eller 2, hvor hoveddelen (110) omfatter flere kragefingre og hver kragefinger (115) har en ytre ende (116) med et innfestet seteelement (120).

4. Ekspanderbart kulesete ifølge et av de foregående krav, hvor hele seteelementet (120) er laget av det mindre harde og mindre seige materialet.

5. Ekspanderbart kulesete ifølge krav 4, hvor seteelementet (120) er plassert aksialt mellom hoveddelen (110) og en kleminnretning (130).

6. Ekspanderbart kulesete ifølge krav 3 og 5, hvor kragefingeren (115) er klemt radialt mellom seteelementet (120) og kleminnretningen (130).

7. Ekspanderbart kulesete ifølge et av de foregående krav, hvor det andre materialet er støpejern.