NO180214B - Brönnsonde - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brønnsonde som kan løskoples mekanisk fra en stiv koplingsdel som forbinder sonden med en overflateinstallasjon. Brønnsonden ifølge oppfinnelsen kan særlig tilknyttes en rørformet søyle av den type som særlig forekommer i brønner som er utstyrt for utvinning av hydrokarboner.

Denne brønnsonde kan eksempelvis også forbindes med en borestreng-kjede - og skjøvet helt inn i de sterkt inklinerte deler av brønnen som en del av akustiske eller seismiske undersøkelser.

En brønn som er utstyrt for utvinning av hydrokarboner, kan f.eks. omfatte et foringsrør som er installert under bor-ing. Rørstrengen holdes i stilling av sement som er injisert i ringrommet mellom foringsrøret og borehullveggen. I den forete brønn installeres en rørsøyle eller en rørledning hvor-igjennom fluider kan utstrømme fra produksjonssonen.

Brønnsonden ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å innmon-tere akustiske eller seismiske sensorer i en produksjonsbrønn, med henblikk på seismiske registreringer. Slike registreringer i et reservoar er nyttige for bestemming av dets gradvise utvikling. Det benyttes således en metode, kjent som den seismiske vertikalprofilmetode (VSP) hvorved bølger som sendes tilbake av undergrunnsreflektorer, mottas ved hjelp av én eller flere sensorer som er innmontert i én eller flere brønn-sonder som nedføres i et borehull, hvor bølgene har blitt sendt fra en seismisk generator som er plassert på overflaten eller gjerne i en annen brønn.

Gjennomføringen av seismiske registreringer i en klar-gjort brønn krever installering av et sett sensorer, hvilket bare kan foretas ved avbryting av produksjonsprosessene.

FR-patentskrift 2 593 292 (eller det motsvarende US-patentskrift4775009) omhandler en metode og en anordning for installering av en seismisk mottakerenhet i en brønn. Metoden består hovedsakelig av å plassere sensorer utenfor foringsrøret, hvor de innleires i sement som injiseres i ringrommet. FR-patentskrift 2 642 849 (eller den motsvarende US-patentsøknad 477 503) beskriver også en anordning for forank ring av en akustisk eller seismisk mottakerenhet utenfor et foringsrør innen dette innstøpes i et borehull. Anordningen vil beskytte denne kontrollenhet mot støtpåvirkninger under installeringen av foringsrøret. Det er en fordel at nevnte metode og anordninger gjør det mulig å forbinde sensorene på riktig måte med formasjonen rundt brønnen. På den annen side er fastgjøring av en seismisk anordning ved borehullsementering irreversibel, hvilket iblant kan være en ulempe. Etter borehullsementering er installasjonen definitiv, idet motta-kerenheten ikke kan tilbakehentes dersom den kontrollerte brønn er mindre produktiv enn opprinnelig antatt, og en defekt sensor kan heller ikke utskiftes. Etter at en prosess er igangsatt, kan det dessuten forekomme at visse brønner er mer spesielt lovende, og at det vil være fordelaktig å kunne inn-montere et sett sensorer i disse allerede forete brønner.

Ovennevnte ulemper kan avhjelpes ved brønnsonden ifølge oppfinnelsen. Den kan løskoples mekanisk fra en stiv koplingsdel som forbinder sonden med en overflateinstallasjon, f.eks. en borestreng i en awiksboret brønn eller en rørstreng som muliggjør fluidsirkulasjon. Sonden kjennetegnes ved minst to innbyrdes forskjøvne sko som i viss avstand fra hverandre er fastgjort rundt den stive koplingsdel, minst én mellomsko som er anbrakt rundt koplingsdelen mellom de forskjøvne sko og utstyrt med en midtkanal med større tverrsnitt enn koplingsdelen, minst ett måleinstrumenthus i tilknytning til mellomskoen, en sideforskyvingsanordning for fastgjøring av lnstru-menthuset til formasjonene som omgir brønnen, en sammenførbar anordning for fastgjøring, i translasjon, av mellomskoen til koplingsdelen, og et strømledningssystem som forbinder instrumenthuset med en registreringsenhet, hvor de to forskjøvne sko er slik plassert at den stive koplingsdel, når skoene befinner seg i forankringsstilling, er sentrert i mellomskoens midtkanal og derved forhindrer direkte kontakt mellom skoen og koplingsdelen.

Ved en utførelsesform vil hvert måleinstrumenthus utgjøre en integrerende del av en bevegelig innretning som kan beveges i et sidekammer i mellomskoen, mellom en tilbaketrukket stil ling og en utskjøvet stilling og som er sammensatt av to seksjoner som kan beveges i forhold til hverandre i langsgående retning og slik anordnet at en adskilling av de to seksjoner i denne retning medfører en bevegelse av innretningen mot den fremskutte stilling, idet de to bevegelige seksjoner skyves fra hverandre i langsgående retning ved hjelp av fjærelementer som låses ved hjelp av en utløsbar sperreinnretning, når den bevegelige innretning befinner seg i sin bakre stilling.

En første seksjon av den bevegelige innretning er f.eks. utstyrt med et lite hjul som ligger an mot en skråflate i mellomskoens sidekammer, mens en andre seksjon omfatter en skråstilt åpning for styring av en akseltapp på mellomskoen.

Ved en annen utførelsesform omfatter den utløsbare sperreinnretning et stempel som er utformet i ett med den bevegelige innretnings første seksjon og som kan innføres i et hus i innretningens andre seksjon, samt midler som styrer injiseringen av et hydraulisk fluid i huset, for komprimering av fjærelementene.

Midlene for styring av fluidinjiseringen omfatter en elektromagnetisk ventil som forbinder huset med brønnen.

Midlene for styring av fluidinjiseringen kan også omfatte en akkumulator som er tilknyttet sonden og inneholder et trykkfluid.

I en annen versjon omfatter den bevegelige innretning en avrundet åpning for styring av småhjulets aksel og slik inn-rettet at innretningen, når sonden påvirkes av en strekkraft fra den faste koplingsdel, atter inntar sin tilbaketrukne stilling.

Den tilbaketrekkbare anordning for fastgjøring, i translasjon, av mellomskoen, kan omfatte en stiv del som er fastgjort til en av de forskjøvne sko og en innretning for låsing av delen i skoen, når innretningen befinner seg i sin tilbaketrukne stilling.

I hvert måleinstrumenthus kan det være anordnet kamre for én eller flere seismiske eller akustiske retningsfølsomme mot-takere .

Brønnsonden kan omfatte en elektronisk beholder/pakke og ledningssystemet et kabelelement som forbinder hvert måleinstrumenthus med elektronikkpakken, samt en flerlederkabel som forbinder elektronikkpakken med registreringsenheten.

Den stive koplingsdel kan bestå av en rørsøyle, og ledningssystemet er i såfall fastgjort med klemmer til søylens utside.

Ved å kombinere de to forskjøvne sko med en mellomsko, som tidligere beskrevet, blir de benyttete sensorer koplet til brønninnerveggen eller foringsrøret og samtidig mekanisk adskilt fra koplingsdelen, eksempelvis rørsøylen, som forbinder sonden med overflaten. Forankringskraften som må overfø-res til måleinstrumenthuset, begrenses som følge av at tyngden av de tilknyttete, mekaniske deler reduseres til tyngden av mellomskoen. Den mekaniske løskopling oppnås ved å etterlate en ringformet spalte mellom mellomskoen og den stive søylen, og ved å fjerne koplingsdelen som holder den i stilling i forhold til den nedre, forskjøvne sko, hvorved sensorene også forhindres i å motta parasittvibrasjoner fra søylen.

Et ikke-begrensende utførelseseksempel av oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser et skjematisk riss som illustrerer sonden i forankringsstilling i en foret brønn. Figur 2 viser et skjematisk delsnitt av et parti av mellomskoen i måleinstrumenthusets forskyvningsplan, som illustrerer den bevegelige innretning i dens koplingsstilling. Figur 3 viser et sideriss av samme mellomskoparti, hvor haspen for sammenkopling med den nedre, forskjøvne sko er illustrert i sin utløste stilling. Figur 4 viser et øvre planriss av den bevegelige innretning. Figur 5 viser et riss av den nedre seksjon av den bevegelige innretning ifølge figur 2, i tilbaketrukket stilling i anlegg mot haspen som forbinder innretningen med den nedre, forskjøvne sko.

Figur 6 viser et snitt av sonden i brønnen.

Sonden 1 som er vist i figur 1 kan eksempelvis, som tidligere nevnt, anvendes for gjennomføring av målinger i en brønn 2 som er utstyrt for oljeutvinning. Et foringsrør 3 er faststøpt i brønnen. Sonden er forbundet med en stiv del 4 som inngår i en produksjonsrørsøyle eller -rørledning.

Brønnsonden omfatter to innbyrdes forskjøvne sko 5, 6 og en mellomsko 7. De forskjøvne sko 5 og 6 er fastgjort i viss, innbyrdes avstand rundt søylen 4. De er begge utstyrt med identisk plasserte fjærblader 8 som langs et gitt radialplan vil dekke dem mot innerveggen av foringsrøret 3. Mellomskoen 7 omslutter likeledes av søylen 4. Den har en midtkanal 9 som har større diameter enn søylen 4. Langsgående deler 10, 11 forløper parallelt med aksen til søylen 4, og en øvre stopper 12 samt en nedre stopper 13, montert på mellomskoen 7, avgrenser et hus 14 for en bevegelig innretning 15 med to seksjoner 16, 17. Den første seksjon 16 omfatter et sylindrisk hus 18 for sensoranordningene. Disse omfatter eksempelvis 3 ret-ningsgeofoner 19, 20 og 21 som er orientert langs tre innbyrdes perpendikulære retninger, hvorav den ene kan være parallell med brønnaksen. Det sylindriske hus 18 ender i en bæreplate 22. Den er innmontert i en forlenget føring 23 på siden av den første ytterende av denne. Forbindelsen er gjort tett med tetningsdeler 24. På siden av den motsatte ytterende i forhold til føringen 23, er det innført et bakre endeparti 25, forsynt med pakninger 26, av en elektromagnetisk ventil 27. Ventilen omfatter en ventilstamme 28 som er bevegelig mellom en åpningsstilling for sammenkopling av et første rør 29 med et andre rør 30, og en lukkingsstilling for avsperring av passasjen mellom de to rør. En ende av det første rør 29 utmunner i et innerhus 31 som er anordnet i en hydraulisk jekk 32 og som avgrenses mellom et bakre endeparti 33 av jekkhuset som danner et stempel, og et innerhus 34 i den andre seksjon 17 av den bevegelige innretning 15. Pakninger 35, 36 avtetter huset 34 mot utsiden. Den andre seksjon 17 er også utstyrt med en bæreplate 37. Det andre rør 30 utmunner utenfor mellomskoen 7.

Mellomskoen (figur 6) er forsynt med en bøssing 38 som

danner et innvendig, langsgående spor 39 i den bevegelige innretning 15 (figur 4). To fjærer 40, 41 som er anbrakt på hver sin side av den bevegelige innretning 15 ligger an mot støtte-platene 23 og 37 for innretningens bakre endepartier.

Den nedre seksjon av den bevegelige innretning er forsynt med en avrundet åpning 42 hvori akseltappen 43 på et lite hjul 44 er bevegelig opplagret. Gjennom dette småhjul hviler den bevegelige innretningen 15 mot oversiden 45 av den nedre stopper 13 som avgrenser den nedre ende av huset 14. Denne over-side 45 heller svakt slik at småhjulet 44 og innretningen, under påvirkning av kraften fra de to fjærer 40, 41, vil føres utover i huset 14. Åpningen 42 er slik rettet at strekkraft som overføres fra overflaten til koplingsdelen 4, frembringer en kraftkomponent som vil tilbakeføre hengseltappen 43 på småhjulet 44 innover i huset 14.

Den bevegelige innretnings nedre seksjon omfatter en radial forlengelse 46 på innersiden av huset 14, og platen 45 innebefatter en, i snitt, aksial forsenkning 47 i tilpasning til forsenkningen i en haspe 48 som er utformet i ett med den nedre, forskjøvne sko 6. Haspen 48 er forsynt med en flens 49. Den radiale forlengelse 46 vil befinne seg i anlegg under flensen 49 og derved låse haspen 48, når den bevegelige innretning befinner seg i en tilbaketrukket stilling. Mellomskoen 7 fastholdes derved i stilling i forhold til den nedre, forskjøvne sko 6.

Føringen 23 omfatter en radial forlengelse 50 på innersiden av huset 14, og er utstyrt med en skråstilt styreåpning 51 som opptar en tapp 52 som er integrert i sideveggen av mellomskoen 7.

Åpningen 51 er rettet slik at den bevegelige innretnings første seksjon 16 senkes til den tilbaketrukne stilling i kam-meret 14. Styreåpningens 51 utforming er slik valgt, at enhver strekkraft som overføres fra overflaten til søylen 4, vil forskyve innretningens andre seksjon 17 tilbake mot den sam-mentrukne stilling.

Haspen, i inngrep med mellomskoen (figur 5) gjør det mulig å plassere skoen i en bestemt vinkelretning. Sonen for anbringelse av måleinstrumenthuset 22 mot veggen, er f.eks. på samme side av brønnen som sonene for påføring av bladfjærene 8.

Kanalseksjonen 9 i midtpartiet av mellomskoen 7 er slik valgt, at mellomskoen ikke vil berøre søylen 4, når den bevegelige innretning befinner seg i stilling for sammenkopling med sideveggen av foringsrøret 3.

De elektriske strømledninger (ikke vist) i tilknytning til de forskjellige sensorer 19-21 i måleinstrumenthuset 22 samt strømledningene som tjener for fjernstyring av den elek-tromagnetiske ventil 28, er gjennom en fluidtett, elektrisk koplingsdel 53 og en flerlederkabelseksjon 54 forbundet med en elektronisk instrumentbehoIder/-pakke 55 (figur 1) som er fastgjort til den øvre, forskjøvne sko 5. Gjennom en annen strømkopling 56 er den elektroniske instrumentbeholder/-pakke 55 forbundet med en annen flerlederkabel 57. Sistnevnte er, ved hjelp av klemmer 58, fastgjort langs hele yttersiden av rørsøylen. Gjennom denne kabel er den elektronikkpakken 55 forbundet med et registrerings- og styringslaboratorium (ikke vist) utenfor brønnen. Elektronikkpakken 55 kan eksempelvis inneholde midler til for-forsterking og filtrering av signalene fra sensorene, samt midler for overføring av signalene på kabelen. De elektroniske midler i pakken kan f.eks. være av samme type som beskrevet i FR-patentskrift 2 613 496 (eller US-patentskrift 4 862 425) og 2 616 230 (US-patentskrift 4 901 289).

Avstandsholdere 59 er radialt innskrudd i sideveggen av mellomskoen. Ved justering av deres inntrengningslengde, kan mellomskoen sentreres og derved forhindres i å berøre søylen 4 i en forankringsstilling.

Brønnsonden ifølge oppfinnelsen installeres på følgende

måte: innen mellomskoens 7 foringsrørholder nedføres i brøn-nen, forankres de to forskjøvne sko 5 og 6 til søylen 4, slik at når sistnevnte er plassert i produksjonssonen, vil mellomskoen 7 befinne seg i en valgt driftsdybde. Mellomskoen er

anbrakt mellom de to innbyrdes forskjøvne sko 5 og 6 i slik stilling at haspen 48 griper inn i sporet 47. Den elektromag-netiske ventil 27 åpnes, og gjennom rørene 29 og 30 injiseres hydraulisk fluid i huset 31 i jekken 32, hvorved de to seksjoner 16 og 17 av den bevegelige innretning 15 trekkes nærmere hverandre, og fjærene 40 og 41 komprimeres. Under tilbake-gående bevegelse vil den radiale forlengelse 46 låse haspen 48 i stilling. Deretter stenges ventilen 28. Kabelseksjonen innkoples mellom pakken og koplingen på den mobile innretning 15. For å unngå enhver risiko for mekanisk forankring, er kabelseksjonen 54 helt slakk, idet den f.eks. er viklet flere ganger rundt søylen 4, som vist i figur 1.

Søylen består av suksessivt sammenkoplete rørstrengssek-sjoner. Ved hjelp av klemmene 58 er kabelen 57 trinnvis fastgjort til søylen 4.

Når søylen 4 er brakt i stilling og sentrert med fjærene 8 i forhold til foringsrøret 3 og kabelen (57) er forbundet med registrerings- og styringslaboratoriet, åpnes elektroven-tilen 28 og det hydrauliske fluid i huset 31 i jekken 32 av-ledes utad gjennom rørene 30 og 31, hvorved den bevegelige innretning 15, under påvirkning av mottrykk fra fjærene 40 og 41, beveges mot sin forankringsstilling i tett kontakt med innerveggen av foringsrøret 3. Grunnet forskyvningen av innretningen 15, kan forlengelsen 46 beveges fremad. Haspen 48 blir derfor frigjort og kan løsgjøres fra sporet 47. Søylen 4 drives svakt innad, for å adskille den nedre, forskjøvne sko 6 fra mellomskoen 7 som nettopp er fastgjort til veggen. Mellomskoen er derved fullstendig frakoplet den gjenværende del av sonden, og følgelig fra hele den stive søyle 4. Parasittvibrasjoner som vil kunne oppfanges gjennom søylen, blir ikke overført til de forskjellige sensorer i foringsrøret. Fjærene 40 og 41 er tilstrekkelig for opprettelse av en meget sterk sammenkopling mellom måleinstrumenthuset 22 og foringsrør-innerveggen, fordi tyngden som skal opptas, er redusert til tyngden av den bevegelige innretning, på grunn av den praktisk fullstendige, mekaniske løskopling.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan flere mellomsko forbindes med de to innbyrdes forskjøvne sko, eksempelvis skoene 5 og 6, eller det kan anordnes flere sett av de to forskjøvne sko, på hver sin side av en måleinstrumenthusholder mellom skoene, slik at måleinstrumenter kan plasseres i flere forskjellige dybder.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan også bladfjærene som forskyver skoene 5 og 6, erstattes av hvilken som helst like-verdig anordning, eller ved å anvende forskjøvne sko som adskilles mekanisk eller hydraulisk.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan også mellomskoen 7 fastholdes i stilling i forhold til en av de innbyrdes forskjøvne sko 5 og 6 ved hjelp av fjærer eller en annen, bevegelig koplingsanordning.

Innenfor oppfinnelsens ramme kan også jekken 32 forbindes med en innretning for tilføring av hydraulisk fluid for derved, når haspen 48 atter bringes i inngrep i sitt hus og innretningen tilbakeføres til sin tilbaketrukne stilling ved in-jisering av fluid i jekken, å føre sonden nærmere en annen forankringsstilling. Innretningen kan f.eks. bestå av en hydraulisk akkumulator.

Claims (12)

1. Brønnsonde (l) som kan frikoples mekanisk fra en stiv koplingsdel (4) som forbinder sonden med en overflateinstallasjon,karakterisert vedminst to innbyrdes forskjøvne sko (5, 6) som er fastgjort rundt den stive koplingsdel i viss avstand fra hverandre, og minst én mellomsko (7) som er anbrakt rundt koplingsdelen mellom de forskjøvne sko og utstyrt med en midtkanal (9) av større tverrsnitt enn koplingsdelen, minst ett måleinstrumenthus (18) i tilknytning til mellomskoen, en sideforskyvingsanordning for fastgjøring av instrumenthuset til formasjonene rundt brønnen, en sammen-førbar anordning (46, 48) for fastgjøring, i translasjon, av mellomskoen til koplingsdelen, og et strømledningssystem (54, 57) som forbinder instrumenthuset med en registreringsenhet, hvor de to forskjøvne sko er slik tilpasset at den stive koplingsdel (4), når skoene befinner seg i forankringsstilling, er sentrert i mellomskoens midtkanal (9) og derved forhindrer direkte kontakt mellom skoen og koplingsdelen.

2. Brønnsonde i samsvar med krav 1,karakterisert vedat hvert måleinstrumenthus (18) utgjør en integrerende del av en bevegelig innretning (15) som kan beveges i et sidekammer i mellomskoen mellom en tilbaketrukket stilling og en utskjøvet stilling og som er sammensatt av to seksjoner (16, 17) som kan beveges i forhold til hverandre i langsgående retning og slik anordnet at den bevegelige innretning føres mot den utskjøvne stilling, når de to seksjoner adskilles i lengderetningen, ved hjelp av fjærelementer (40; 41) som sperres av en løsbar innretning når den bevegelige innretning befinner seg i den tilbaketrukne stilling.

3. Brønnsonde i samsvar med krav 2,karakterisert vedat den bevegelige innretnings første seksjon (16) er utstyrt med en skråstilt åpning (51) som kan oppta en aksel (52) som er fastgjort til mellomskoen, mens innretningens andre seksjon (17) er utstyrt med et lite hjul (44) som hviler på en skråflate i mellomskoens sidekammer (45) .

4. Brønnsonde i samsvar med krav 2 eller 3,karakterisert vedat den løsbare sperreinnretning omfatter en hydraulisk jekk (32) med et stempel (33) som er utformet i ett med den bevegelige innretnings første seksjon (16) og som kan innføres i et hus (34) i innretningens andre seksjon (17), og midler som regulerer injiseringen av hydraulisk fluid i huset, for komprimering av fjærelementene (40, 41).

5. Brønnsonde i samsvar med krav 4, karakterisert vedat injeksjonsstyremidlene omfatter en elektroventil (27) som intermitterende kan forbinde huset med brønnen, og en akkumulator som er forbundet med sonden og inneholder trykkfluid.

6. Brønnsonde i samsvar med krav 3,karakterisert vedat den bevegelige innretning (15) er utformet med en føringsåpning (42) for akselen til småhjulet (44)>slik orientert at strekkrefter som overføres fra den stive koplingsdel, fører den bevegelige innretning (15) mot dens tilbaketrukne stilling.

7. Brønnsonde i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat den sammenførbare anordning for fastgjøring, i translasjon, av mellomskoen til koplingsdelen, omfatter en stiv konstruksjonsdel (48) som er fastgjort til én av de forskjøvne sko (6), og en anordning (47) for sperring av denne stive konstruksjonsdel i mellomskoen i en tilbaketrukket stilling av den bevegelige innretning (15) .

8. Brønnsonde i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat sidekammeret i mellomskoen avgrenses av langsgående plater (10, 11, 38) som styrer forskyvningen av den bevegelige innretnings to seksjoner (16, 17).

9. Brønnsonde i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat hvert måleinstrumenthus (18) omfatter minst ett hus (19 - 21) for en akustisk eller seismisk retningssensor.

10. Brønnsonde i samsvar med krav 9,karakterisert vedat hvert instrumenthus omfatter kamre for elementene av en treakset sensor.

11. Brønnsonde i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den stive koplingsdel (4) består av en rørformet søyle hvor strømledningssystemet er fastgjort med mansjetter (58) på søylens ytterside.

12. Brønnsonde i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter en elektronisk beholder/pakke (55) og at strømledningssystemet innbe-fatter et kabelelement (54) som forbinder hvert måleinstrumenthus (48) med den elektronikkpakken (55), og en flerlederkabel (57) som forbinder elektronikkpakken med en registreringsenhet.