NO323534B1 - Differensialtrykkventil for pakningsavgrenset ringrom - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse gjelder redskaper og fremgangsmåter for å pro-dusere fluider fra det indre av jorden: Nærmere bestemt angår foreliggende oppfinnelse en differensialtrykkdrevet produksjonsventil.

BESKRIVELSE AV TIDLIGERE KJENT TEKNIKK

I industrielle sammenheng med petroleumsproduksjon og jordutboring er differensialtrykkdrevne produksjonsvenner strømningsningsreguleringsinnret-ninger plassert nede i borehull sammen med en petroleumsproduksjonsrørted-ning. Et formål som ventilen anvendes for er for å isolere en petrdleumsproduk-sjonssone under ferdigstilling av en brønn. Etter at en eller flere ringformede iso-lasjonspakninger er plassert på oversiden eller undersiden eller begge i forhold til vedkommende produksjonssone, vil differensialventilen åpnet for å tillate brønnflu-id i å strømme inn i produksjonsrøret. Ventilen åpnes ved hjelp av forhøyet fluidtrykk inne i produksjons- eller ferdigstiliingsrøret. Etter at pakningene er anbrakt på plass og produksjonssonen er isolert fra atmosfæreoverflaten.

Tidligere kjente ventiler blir åpnet ved en trykkverdi som er forskjellen mellom trykket i rørledningens utboring og ringromstrykket i brønnen. Følgelig vil stør-relsen av det fluidtrykk som er nødvendig for åpning av ventilen være avhengig av ringromstrykket i den umiddelbare nærhet av ventilen. På grunn av at produksjonssonen er isolert fra atmosfæretrykkhodet ved pakninger på oversiden av produksjonssonen, så vil produksjonssonetrykket ikke alltid være kjent. I isolert til-stand vil produksjonssonetrykket kunne være betraktelig høyere eller lavere enn overf latetrykkhodet. Denne ukjente når det gjelder produksjonssonetrykket vil da innebære at et ukjent pumpetrykk er påkrevet for åpne ventilen.

WO 99/19602 viser en pakning og et system med en glidehylse der en kompresjonsfjær 40 virker sammen med et gassfyft kammer for komprimerbart forspenne hylse 36 mot den lukkede stillingen. For å drive verktøyet, heves ringromstrykket over pakningen 16 slik at tappene 52 og bristskive 54 brytes. Dette forårsaker at stempelflaten på hylsen 36 skyves nedover for å innrette portene 34 og 38 og tillate at fluid kan strømme gjennom.

US 5,170,844 viser en pakning og et glidehylsesystem hvori økningen av ringromstrykket over pakningen 20 overføres til kammeret 148. Trykket i kammeret 148 bryter skiven 144, og tillater at fluidtrykket virker mot stempelet 120. Stempelet 120 beveger seg oppover, bryter tappene 100 og beveger hylsen 78 oppover og avdekker åpningen 74.

Det er derfor et formål foreliggende oppfinnelse å frembringe en produk-sjonsverdi for nedhullsbruk og som har et arbeidstrykk som er uavhengig av pro-duksjonssonens trykk.

Et formål for oppfinnelsen er også en nedhullsventil som i drift vil reagere på ringromtrykket på oversiden av en forutbestemt opphullspakning.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en brønnredskapskombinasjon som omfatter en brønnringromspakning og en brønnproduksjonsventil for å åpnes av differensialtrykk og anordnet under av nevnte pakning. Nevnte ventil har;

en regulert strømningsport mellom en brønnutboring på utsiden av nevnte ventil og en rørutboring på innsiden av nevnte ventil, hvor nevnte strømningsport er anordnet for å lukkes av en glidende muffe som er elastisk forspent til en åpen portstilling. Nevnte glidende muffe omfatter elastisk forspente sperrer i inngrep med forsenkninger i nevnte stilling med lukket port. Den glidende hylsen holdes i en lukket portstilling av et presstempel med første og en andre trykkflater, idet nevnte pakning omfatter en overføringskanal for fluidtrykk fra et bore-brønnsringrom på oversiden av nevnte pakning til den ene trykkflate på nevnte presstempel.

Oppfinnelsesgjenstanden er brønnfluid-produksjonsventii som er plassert nedhulls i et lukket område på undersiden av en øvre formasjonspakning. Utløs-ningstrykk for åpning av ventilen for å tillate innstrømning av brønnfluider fra produksjonssonen er et forutbestemt differensialtrykk mellom brønntrykket på oversiden av pakningen, som vanligvis er en funksjon av brønndybden, og det operatorregulerte trykk inne i den tilsluttede produksjonsrørledning. Formasjonstrykket, som kan være høyere eller lavere enn det tilsvarende trykkhode, er isolert fra ven-tilutløseren og bidrar derfor ikke til ventilens utløsningstrykk. Det er anordnet en fluidtrykkanal som overfører fluidtrykk fra en ringromssone i brønnen på oversiden av formasjonspakningen til forbi pakningen og innenfor denne til ventilutløsnings-sylinderen.

Brønnens fluidstrømningsporter er slisser eller store åpninger i en sylinderformet dor. Konsentrisk omkring doren og i radial avstand fra denne befinner det seg en ytre rørledningsvegg. Brønnens fluidstrømningsbane forløper da fra et ringrom mellom doren og den indre utboring i produksjonsrøret på undersiden av ventilportene.

Innenfor dette ringrom befinner det seg en fluidtrykksylinder, fortrinnsvis anordnet på oversiden av ventilportene. Den øvre ende av denne sylinder befinner seg i åpen fluidkommunikasjon med brønnens ringrom på oversiden av pakningen. Den nedre ende av sylinderen ender på et sted i nærheten av ventilportene. På undersiden av sylinderens nedre ytterende utvides området mellom doren og produksjonsrørets utboring radialt. Brønnventileiis utløsningsopérator er en glidemuffe med en fluidtrykkavtettet pasning mot dorens utside og den nedre ende av den ringformede sylinder. Muffeveggens tykkelse er tilstrekkelig tynn til å tillate tilstrekkelig strømningstverrsnitt mellom utsiden av muffen og innsiden av rørled-ningens utboring på undersiden av sylinderen når muffen aksialt forskyves til undersiden av strømningsportene i åpen portstilling for fluidstrømning. Ventilens operatormuffe er forspent til åpen portstilling ved hjelp av en spiralfjær viklet omkring doren på undersiden av operatormuffen.

Spennhylsefingere strekker seg oppover fra overkanten av operatormuffen tett inntil dorens utside. Disse spennhylsefingere omfatter klemsko som elastisk ligger an mot dorens ytre overflate. Når operatørmuffen befinner seg aksialt i en slik stilling langs doren at strømningsportene lukkes, så vil spennhylsefingernes klemsko falle inn i fordypninger i dorens utside for å motsette seg forskyvnings-forspenningen fra spiralfjæren.

For å holde spennhylsefingernes klemsko i forsenkningene på doren er det anordnet en pressmekanisme som omfatter et omkretsskjørt på et ringstempel. Dette ringstempel danner en fluidtett pakningen sammen med ringsylinderen mellom dorens utside og rørledningens innside. Presstempelskjørtet strekker seg aksialt fra den nedre endekant av stemplet for tett fylling av ringrommet mellom spennhylsefingerne og rørledningens innside. På tross av fjærkraften fra forspenningsfjæren kan spennhylsefingerne ikke utbøyes tilstrekkelig til å løfte klemskoe-ne ut av forsenkningene i doren. Operatormuffen er således låst i den stilling som lukker strømningsportene.

Operatormuffen lukker strømningsportene ved hjelp av en ytre O-ringtetning mellom utsiden av muffen og innsiden av sylinderen på oversiden av strømnings-portene, samt en indre O-ringtetning mellom innsiden av muffen og utsiden av doren på undersiden av strømningsporten. Skjønt strømningsporten er lukket mellom den indre utboring i doren og fluidstrømnings-ringrommet mellom dorens utside og den indre utboring i produksjonsrøret, vil følgelig en fluidtrykkanal forbli mellom den indre utboring i doren og en bunnflate på det ringformede stempel. Denne fluidkanal er ført gjennom strømningsportene og de langsgående slisser mellom spennhylsefingerne. Motstående sideplater av stemplet utsettes følgelig for trykk fra forskjellige trykkilder, idet oversiden er utsatt for ringromstrykket på oversiden av pakningen, mens undersiden er utsatt for det indre trykk i dorens utboring.

Den indre utboring i doren står i åpen forbindelse med produksjonsrørets utboring og betjenes av betjeningspumpene på brønnoverflaten. Den indre utboring i doren utgjør således en regulerbar variabel, mens det øvre brønn-ringrom utgjør en hovedsakelig kjent konstant verdi.

Presstemplet er sikret i den strømningsportsperrende stilling av en skjær-pinne eller et skruefeste. Når åpning er ønsket, blir trykket inne i dorens indre utboring økt til å frembringe tilstrekkelig trykkforskjell i forhold til trykket i det øvre ringrom til at stempelfeste avskjæres. Når avskjæringsfestet opphører på grunn av den påførte trykkforskjell, vil det ringformede stempel gli oppover slik at stempel-skjørtet fjernes fra den spennhylseblokkerende stilling. Forspenningen fra spiralfjæren foreligger konstant og når det spennhylseblokkerende skjørt fjernes, så vil den vedvarende forspenning på operatormuffen drive muffens spenhhylse-klemsko ut av forsenkningene og muffen bort fra den strømningsportsperrende stilling, slik at ventilen åpnes.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

I den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, vil like henvisningstegn angi like eller tilsvarende elementer i alle de forskjellige figurer på tegningene, hvor: Fig. 1 viser et aksialt kvartsnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i lukket brønninnløpsstilling, og Fig. 2 viser et aksialt kvartsnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i åpen stilling for innstrømning av brønnfluider.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Oppfinnelsen gjelder en brønnfluid-produksjonsventil som er posisjonsinnstilt nede i borehullet i lukket stilling på undersiden av en øvre formasjonspakning. Utløsningstrykk for åpning av ventilen for å tillate en strømning av brønnfluider fra produksjonssonen er et forutbestemt differensialtrykk mellom brønntrykket på oversiden av pakningen, som vanligvis er en funksjon av brønnens dybde, og et operatorregulert trykk inne i den tilsluttede produksjonsrørledning. Formasjonstrykket, som kan være større eller mindre enn det tilsvarende trykkhodet, er isolert fra ventilutløseren og bidrar derfor ikke til ventilens utløsningstrykk. Det er opprettet en fluidtrykkanal som overfører fluidtrykk fra en ringromssone i brønnen på oversiden av den øvre formasjonspakning og ned forbi pakningen samt innenfor denne til ventilens utløsningssylinder.

På snittegningen i fig. 1 er det vist at et brønnproduksjonsrør kan omfatte flere verktøy for spesialformål koplet i serie. Foreliggende oppfinnelsesgjenstand angir bare en av flere mulige redskapskombinasjoner og er i den for tiden foretrukne utførelse en kombinasjon av to redskaper, nemlig en borébrønnspakning 10 og en muffeventil 12. Fig. 1 viser pakningen og ventilen som tett sammenkop-let. Slik tett sammenkopling mellom pakningen 10 og ventilen 12 utgjør imidlertid ikke noe vesentlig særtrekk ved oppfinnelsesgjenstanden.

Ved betraktning av den øvre del i fig. 1 som opphullsretningen, vil det inn-ses at produksjonsrørstrengen bærer en rørboksskjøt 20 med flere trykkover-føringskanaler 20 boret gjennom skjøtskuideren hovedsakelig parallelt med skjø-tens omdreiningsakse. Inne i boksen forbinder gjenger en øvre ventildor 40 som har en indre strømningsutboring 41 som befinner seg i åpen strømningskommuni-kasjon, med produksjonsrørledningens utboring på oversiden av skjøten 20.

Ytre boksgjenger 24 mottar den øvre sub 30 for en trykkutløsbar pakning 10 med en pakningssåle 34 avtettet omkring en pakningsdor 36. Som vist i fig. 1, befinner pakningssålen seg i anlegg mot pakningsdoren 36 for nedhullsplassering.. En nedre sub 32 mottar den nedre ende av pakningsdoren 36 og fastholder den nedre kant av sålen 34. Indre gjenger på den nedre ende av den nedre sub 32 er vist i fig. 1 og 2 i inngrep med de øvre yttergjenger på en rørledningssub 38. Det bør imidlertid erkjennes at sammenstillingsseksjonen som er representert ved rør-ledningssuben 38 kan ha en lengde på opptil 100 m eller mer.

For å lette sammenstillingen er den øvre ventildor 41 avsluttet nær inntil den nedre pakningssub 32 og er gjengeforbundet med den nedre ventildor 50.

Ved en øvre ende av den øvre ventildor 40, er den hovedsakelig kontinuer-lig dorvegg gjennomhullet med flere kanaler 44. Disse kanaler er anordnet for å frilegge pakningsventilene for trykket i den sentrale utboring. Fagkyndige på området vil kjenne til at pakningen er oppblåst mellom sålens underside og pakningsdoren 36. Pakningens oppblåsningsstrømning reguleres aven spoleventil 35. Spolens ende er belastet med samme trykk som skal til for irreversibel å lukke kanalen 44 når den ønskede oppblåsningsgrad for pakningen er oppnådd, samt for å beskytte pakningen mot et betraktelig høyere trykk ved et senere tidspunkt. Mellom den øvre ventildor 40 og pakningsdoren 36 er fluidtrykk-overføringsrom 47 innbyrdes forbundet ved hjelp av langsgående kanaler 46.

Nedre ende av rørledningssuben 38 er sammenstilt ved hjelp av en kopling 39 med en ventilsylinderboks 60 med en glatt indre veggflate 62. Denne indre veggflate 62 danner da en yttervegg for en ringformet sylinder 56.

Konsentrisk med, men i radial avstand fra ventilsylinderboksen 60 er det anordnet en nedre ventildor 50. Den øvre ende av denne nedre ventildor tjener som innervegg for den ringformede sylinder 56. På undersiden av sylinderområdet 56 befinner det seg en rundtgående forsenkning 68, f .eks. i utsiden av den nedre ventildor. Denne forsenkning 68 utgjør en holdersliss for en fingersperre 73 på ventilmuffen.

På undersiden av holdeforsenkningen 68 er det anordnet flere fluidstrøm-ningsporter 54 gjennom ventildorens vegg rundt dorens periferi; Nedhullsenden av den nedre dorstrømningsutboring er vist lukket av en rørplugg 58. Hvis ikke doren i drift er forbundet med ytterligere nedhullsredskaper, er denne strømningsutbo-ring oftere posisjonsinnstilt inne i brønnen i åpen rørstilling og derpå gjenplugget ved hjelp av et nedpumpnings-pluggelement. I slike tilfeller vil rørpluggen 58 være erstattet av et åpent ventilsete, som ikke er vist.

Områden 47 og 56 mellom sylinderboksen 60 og dén nedre dor 50 utgjøres av et ringformet presstempel 64 med et tynt presskjørt 65 som overlapper ventil-presshytsefingere 72.1 lukket ventiltilstand befinner presstemplet 64 seg på linje med sylinderen 56 for innstilling av skjærtet 65 for å overlappe presshylsefingerne 72. Denne innstilling på linje fratar presshylsefingerne 72 ethvert radialt utvidelses-rom for uttrekk av fingersperrene 73 fra forsenkningen 68.1 denne lukkede veh-tilstilling er stemplet 64 sikret ved en eller flere åvskjæringsskruer 66 mot utilstiktet aksial forskyvning fra den lukkede ventilstilling. Ytre og indre O-ringtetninger hen-holdsvis 82 og 84, avtetter det ringromstrykk som foreligger i borebrønnen på oversiden av pakningen 10 i den ringformede sylinder 56 fra trykket i dorens utbo ring.

Strømningen av borebrønnsfluid gjennom strømningsportene 56 blir direkte regulert av ventilmuffen 70. O-ringtetningen 76 samarbeider med den ytre sylin-dervegg 62 og O-ringtetningen 76 samarbeider med utsiden av den nedre dor 50 for å isolere produksjonsrørvolumét på undersiden av pakningen 10 fra trykket i produksjonsrørets utboring på oversiden av strømningsportene 48. Spiraffjæren 80 som er viklet omkring den nedre ventildor 50 er festet til den nedre kant av ventilmuffen 70 samt til tilbakeholdskoplingen 52. Den vedvarende forspenning fra fjæren 80 er slik at den forsøker å trekke ventilmuffen 70 nedover for å bryte O-ringtetningen mellom muffen 70 og innerveggen 62 i sylinderboksen 60.

Spennhylsefingerne 72 utgjør integrerte forlengelser av ventilmuffen 70 og er spissforbundet ved hjelp av det integrerte bånd 74. Hver finger 72 er isolert fra de nærliggende fingere ved hjelp av langsgående slisser. Den spenning fjæren 80 utøver på ventilmuffen 70 er tilstrekkelig til å drive spennhylsefingernes spérresko 73 ut fra forsenkningen 68 og åpne strømningsbanen gjennom portene 54, hvis det ikke var for trykket fra presskjørtet 65. Dette skjørt 65 hindrer utvidelse av tingerne 72 og frigjøring av sperreskoene 73 fra forsenkningen 68.

Når det gjelder fig. 2, vil den indre trykkøkning, f.eks. på 42 kp/cm<2> inne i den øvre rørledningsutbbring og ventildorutboring 41 bli overført gjennom dorveg-gens kanaler 44 for å drive pakningssålen 34 mot borebrønnens vegg for å isolere brønnringrommet på oversiden av pakningen fra det tilsvarende rom på undersiden av pakningen 10.

Videre trykkøkning f.eks. til 560 kp/cm2, blir ikke overført til pakningssålen på grunn av at sålekanalventilen 56 er utløst ved å lukke såleoppblåsningskanalen ved f.eks. 46 kp/cm<2>.

Skjønt pakningen 10 kan være innstilt ved en meget mindre brønndybde enn driftsdybden for ventilen 12, på grunn av trykkontinuiteten gjennom overfø-ringskanalene 22,46 og 47 blir oversiden av stemplet 64 bare utsatt for brønn-trykket på oversiden av det utvidede ringrom. Undersiden av stemplet 64 er frilagt for det trykk som foreligger i dorens strømningsutboring 41 gjennom strømnings-portene 54 og slissene mellom presshylsefingerne 72. Dette nedre stempelflate-trykk er derfor en overflatestyrt variabel. Når det er ønsket å åpne ventilén 12 for brønnfluidstrømning fra det indre av den nedre produksjonsrørsub 90, vil overfla-tepumpens trykk økt inntif trykkforskjellen, og således det differensialtrykk som virker på de motsatte sider av ringstemplets 64 er tilstrekkelig til å avskjære innstillingsskruene 66. Når innstillingsskruene avskjæres, vil ringstemplet 66 bevege seg til den øvre ende av sylinderen 56 og trekke bort presskjørtet 65. Når denne blok-kering er fjernet, så vil presshylsefingerne 72 være fri til å utbøyes og trekkes av forspenningsfjæren 80 ut av forsenkningen 68. Når den er frigjort fra å bli tilbake-holdt av forsenkningen, vil O-ringens 76 på ventilmuffen 70 gli fra avtetningskon-takt med innsiden av sylinderboksen 60 til å åpne strømning gjennom portene 54.

Etter å ha fullstendig beskrevet de foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse vil det være klart for fagkyndige på området at visse modifikasjoner vil kunne tilpasses de variasjoner og forskjellige omstendigheter som er regnet for visse brønntilstander og fremstillingsmuligheter. Det er imidlertid tilsiktet at alle variasjoner som ligger innenfor rammen og begrepsomfanget for de etterfølgende patentkrav skal inngå i den ovenfor angitte fremstilling.

Claims (6)

1. Brønnredskapskombinasjon som omfatter en brønnringromspakning (10) og en brønnproduksjonsventif (12) for å åpnes av differensialtrykk og anordnet under av nevnte pakning, idet nevnte ventil har; en regulert strømningsport (54) mellom en brønnutboring på utsiden av nevnte ventil og en rørutboring (41) på innsiden av nevnte ventil, hvor nevnte strømnings-port er anordnet for å lukkes av en glidende muffe (70) som er elastisk forspent til en åpen portstilling; nevnte glidende muffe omfatter elastisk forspente sperrer (73) i inngrep med forsenkninger (68) i nevnte stilling med lukket port; karakterisert ved at: den glidende hylsen holdes i en lukket portstilling av et presstempel (64) med førs-te og en andre trykkflater, idet nevnte pakning omfatter en overføringskanal (22) for fluidtrykk fra et borebrønnsringrom på oversiden av nevnte pakning til den ene trykkflate på nevnte presstempel (64).

2. Brønnredskapskombinasjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at fluidtrykk inne i nevnte brønnutboring er påført den første trykkflate på nevnte muffe og fluidtrykk inne i nevnte rørutboring er påført den andre trykkf late på nevnte glidende muffe.

3. Brønnredskapskombinasjon som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte presstempel (64) er fastholdt i nevnte lukkede portstilling ved hjelp av et brytbart feste (66), slik at nevnte strømningsport åpnes av et større trykk på nevnte andre trykkflate enn dét foreliggende trykk på nevnte første trykkflate og bryter nevnte brytbare feste (66).

4. Brønnredskapskombinasjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte presstempel (64) omfatter et skjørtparti (65) anordnet for å ligge over nevnte forspente sperrer (73) når de er ført inn i nevnte forsenkninger.

5. Brønnredskapskombinasjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at sperrene (73) er utformet på elastisk forspente hyl-sefingre (72) som strekker seg fra den sleidende hylsen, idet nevnte sperrer elastisk forspenner hylsefingrene inn i forsenkninger (68) i doren når den sleidende hylsen er aksielt innrettet for å dekke porten (54).

6. Brønnredskapskombinasjon som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ytterligere omfatter en spiralfjær (80) som elastisk forspenner den sleidende hylsen til en posisjon med åpen port.