NO20034106L - Bronnhullsverktoy - Google Patents

Description

BRØNNHULLSVERKTØY

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et brønnhullsverktøy. Den vedrører spesielt, men ikke utelukkende, et verktøy som kan benyttes til å styre aktivering eller igangsetting av et annet verktøy, innretning eller lignende. Én utførelse av oppfinnelsen vedrører et sirkulasjonsverktøy og en fremgangsmåte for sirkulasjon av fluid i et borehull.

Ved boring av olje- og gassbrønner produseres det borekaks som må føres ut av brønnen og opp til overflaten. Dette oppnås ved å trekke borekaksen med i borefluidet som pumpes fra overflaten og ned gjennom en borestreng, gjennom en borkrone og deretter tilbake opp til overflaten gjennom ringrommet som avgrenses mellom borestrengen og borehullsveggen.

Man ser imidlertid ofte at gjennomstrømningsraten av fluidet som returnerer gjennom ringrommet til overflaten, spesielt under boring av avviksbrønner eller høyawiksbrønner, ikke er tilstrekkelig til å klare å trekke med all borekaksen, og borekaks kan eventuelt avsette seg i borehullet, hvilket re- duserer tilgjengeligheten til brønnen og øker sannsynligheten for at det oppstår andre problemer, for eksempel fastsuging.

Av den grunn er det blitt utviklet sirkulasjonsverktøyer for sirkulasjon av fluider for å underlette bl.a. fjerning av borekaks. Dette er blitt oppnådd ved å anordne et verktøy som muliggjør strømning av et sirkulasjonsfluid, typisk boreslam, direkte fra en streng som bærer verktøyet, gjennom strøm-ningsåpninger i verktøyet og inn i ringrommet. Dette sikrer en forholdsvis høy gjennomstrømningsrate av boreslam i ringrommet og ovenfor verktøysplasseringen.

Sirkulasjonsverktøyer kan også også anvendes til andre formål. For eksemepel kan man under under boring oppleve at alt eller noe av borefluidet forsvinner inn i porøse formasjoner kjent som tapssoner. Slike formasjoner kan behandles med tapt sirkulasjonsmateriale (LCM - lost circulation material) for å hindre eller begrense ytterligere tap. Tapt sirkulasjonsmateriale tilsettes typisk i borefluidet, som så sendes inn i ringrommet via et sirkulasjonsverktøy for å tette forma-sjonen.

I enkelte situasjoner kan det også være ønskelig å endre borefluidets egenskaper i borehullet - for eksempel kan det

ved boring inn i høytrykksformasjoner være ønskelig å injise-re kondisjoneringsslam med forholdsvis høy tetthet i et borehull. Dette krever selvsagt at den borefluidmengde som finnes i borestrengen, sirkuleres til overflaten. Et sirkulasjons-verktøy gjør det mulig å sirkulere borefluidet ved en høyere gjennomstrømningsrate enn for eksempel når fluid ved normal fluidsirkulasjon sendes gjennom en boremotor og stråleåpninger før det strømmer inn i ringrommet og sirkuleres til over-

flaten. Sirkulasjonsverktøyet gjør det derfor mulig å sirkulere borefluidet til overflaten på kortere tid.

Én kjent form for sirkulasjonsverktøy innbefatter et legeme med en strømningsåpning som normalt er stengt ved hjelp av en hylse, idet hylsen også angir en borehullsbegrensende profil, Når det er ønskelig å bevege hylsen for å åpne strømnings-åpningen, føres en plastkule inn i strengen ved overflaten og pumpes ned gjennom strengen for å gå i inngrep med hylsepro-filen. Dette stenger boringen gjennom strengen, og det for-høyede fluidtrykk over kulen beveger hylsen nedover og åpner strømningsåpningen.

Når det er ønskelig å stenge strømningsåpningen og gjenopp-rette strømningen gjennom verktøyet til borekronen, pumpes en metallkule med mindre diameter ned gjennom strengen, hvor denne metallkule stenger strømningsåpningen og gjør det mulig for det forhøyede fluidtrykk over plastkulen å presse den deformérbare kule gjennom profilen. Metallkulen er liten nok til ikke å gå i inngrep med profilen, og begge kuler fanges så opp av en kulefanger som er anordnet under profilen.

Slike verktøyer er ofte lite driftssikre og gjør det nødven-dig å sende komponenter ned gjennom strengen. I tillegg forhindrer verktøyene også kabeltilgang gjennom verktøyet til for eksempel LWD-utstyr (Logging While Drilling - logging under boring) som befinner seg under sirkulasjonsverktøyet.

Det er blant formålene med utførelser av den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et sirkulasjonsverktøy som unngår eller avhjelper i hvert fall én av de ovennevnte ulemper. Det er videre et formål med utførelser av oppfinnelsen å fremskaffe en mekanisme som kan benyttes til å aktivere eller igangsette et verktøy eller en innretning, og spesielt et brønnhullsverktøy eller -innretning.

Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet et sirkulasjonsverktøy som innbefatter: - et rørformet legeme med en strømningsåpning; - første og andre elementer montert for bevegelse i forhold til legemet, idet det andre element stenger strøm-ningsåpningen når elementet befinner seg i en første stilling, og åpner strømningsåpningen når elementet befinner seg i en andre stilling; og - første og andre styrefluidkamre tilknyttet henholdsvis første og andre element,

idet bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling under påvirkning av en fluidtrykkraft som fortrenger styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer, for å bevege det andre element til den andre stilling.

Fluidtrykkraften kan utvikles ved å skape en trykkforskjell over en del av det første element. Trykkforskjellen kan være mellom det indre og det ytre av verktøyet, spesielt mellom fluid i verktøyet og fluid i borehullsringrommet. Dermed kan det første element beveges når trykket i fluidet i legemet er en forutbestemt grad høyere enn i borehullsringrommet. Alternativt kan det første element innbefatte et strupeorgan som for eksempel en dyse, og trykkforskjellen kan forekomme over dysen.

Følgelig kan en utførelse av dette aspekt av oppfinnelsen anordne et sirkulasjonsverktøy der en strømningsåpning kan åpnes for å muliggjøre fluidstrømning til et ringrom avgrenset mellom verktøyet og et borehull i en brønn, gjennom å skape en trykkforskjell over verktøyets første element, slik at det første element utsettes for en fluidtrykkraft. Denne fluidtrykkraft kan bevege det første kammer og fortrenge styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer for å bevege det andre kammer og åpne strømningsåpningen. Åpning av strømningsåpningen muliggjør fluidsirkulasjon i et borehullsringrom for fjerning av borekaks o.l. Man oppnår dermed fluidsirkulasjon uten å sende sekundærkomponenter inn i borehullet.

Det første element kan avgrense et differensialstempel som utsettes for fluidtrykkraften.

Det andre element kan tilpasses for å bevege seg til den andre stilling som en resultat av mer enn én bevegelse av det første element. Spesielt kan det andre element beveges til den andre stilling etter gjentatte, spesielt fire eller flere, bevegelser av det første element.

Dermed kan det være nødvendig å kjøre det første element gjennom flere bevegelsessykluser mellom den første og den andre stilling, idet det dermed skjer flere fortrengninger av fluid fra det første kammer til det andre kammer, før det andre element forskyves til den andre stilling. Dette er spesielt fordelaktig, da strømningsåpningene ikke vil bli åpne ved en feiltagelse under vanlige brønnoperasjoner, hvor trykket i fluidet som strømmer gjennom verktøyet, kan varie-re, for eksempel når fluidpumper på overflaten slås av og på under borearbeidet. En enkelt trykksyklus kan sende det første element gjennom syklusen én gang, men dette vil ikke være nok til å bevege det andre element til den andre stilling og åpne strømningsåpningen.

Det første og andre element er fortrinnsvis forspent mot sine respektive første stillinger. Første og andre element kan forspennes ved hjelp av fjærer.

Verktøyet innbefatter fortrinnsvis videre en énveisventil som lar fluid strømme fra det første kammer til det andre kammer og forhindrer tilbakestrømning av fluid fra det andre kammer til det første kammer.

Første og andre kammer kan avgrense respektive første og andre stempler, hvor det første stempel fortrenger fluid fra det første kammer når det første element forskyves mellom sin første og andre stilling, og det andre stempel utsettes for en fluidtrykkraft for å bevege det andre element når styrefluidet fortrenges inn i det andre kammer. Det første og andre kammer og det første og andre stempel kan være ringformede.

Det første stempel kan innbefatte en énveisventil som mulig-gjør fluidforflytning inne i det første kammer for å erstatte fortrengt fluid på én side av stempelet, og for å gjøre det mulig for det første element å forflytte seg gjennom kammeret og returnere til sin første stilling i kammeret, typisk under påvirkning av en tilbakestillings- eller forspenningskraft. Om ønskelig, kan ventilen selvsagt plasseres et annet sted.

Det andre stempel kan innbefatte en avtapningventil for å slippe fluid ut av det andre kammer. Dette muliggjør en langsom avtapning av fluid fra det andre kammer, hvilket gjør det mulig for det andre element å returnere mot sin første stilling under påvirkning av en tilbakestillings- eller forspenningskraft. Avtåpningsventilen kan selvsagt plasseres et annet sted enn i stempelet, og i forbindelse med det andre kammer. Således kan fluid etter innledende bevegelse av det andre element mot dettes andre stilling, og før strømnings-åpningen er åpen, tappes ut av det andre kammer, hvilket lar det andre element langsomt returnere mot sin første stilling. Følgelig kan bevegelse av det andre element til dettes andre stilling fordre flere sykluser av det første element innenfor en angitt og forholdsvis kort periode. Dette kan bidra til å forhindre uforvarende åpning av strømningsåpningen under vanlige brønnarbeider som medfører syklisk variasjon i fluidtrykket.

Første og andre element kan være hylser montert på den innvendige veggen i legemet. Alternativt kan det første og andre element være hylser som er montert på en yttervegg på legemet. Det andre element kan innbefatte en todelt hylse med en første del for bevegelse mens styrefluidet fortrenges inn i det andre kammer, og en andre del som tjener til å åpne og stenge strømningsåpningen. Den andre del kan bæres på den første del. Det andre element kan innbefatte en strømnings-åpning som er rettet inn med strømningsåpningen i legemet når det andre element befinner seg i sin andre stilling; idet bevegelse av det andre element til dettes andre stilling retter inn de respektive strømningsåpninger med hverandre. Strøm-ningsåpningen i det andre element kan være anordnet i den andre del av dette. Rørelementet kan innbefatte to eller flere strømningsåpninger og et tilsvarende antall strømningsåpninger kan være anordnet i det andre element.

Det andre element kan holdes i den andre stilling mot en forspenningskraft mot elementet fra en fluidtrykkraft som bevir-kes av fluid i verktøyet. Dermed kan strømningsåpningen i legemet, etter at det andre element er forskjøvet til sin andre stilling, holdes åpen så lenge trykket i det sirkule-rende fluid opprettholdes over et forhåndsbestemt nivå. Når fluidtrykket faller, kan det andre element bevege seg under forspenningskraften for å stenge strømningsåpningen.

Det første og andre kammer kan være avgrenset mellom det første, henholdsvis andre, element og legemet. Verktøyet kan angi en strømningsvei for returstrømmen av fluid fra det andre kammer til det første kammer. Alternativt kan fluid leveres til eller fra det første og andre kammer fra en egen fluidkilde.

En bevegelig tetning kan være anbrakt mellom det første element og legemet for å isolere styrefluidet i det første kammer fra fluid som sirkulerer gjennom verktøyet, eller fra brønnfluid.

Verktøyet kan videre innbefatte en plugg for å stenge boringen i legemet og styre strømmen gjennom strømningsåpningen når det andre element befinner seg i sin andre stilling. I den andre stilling kan det andre element gå i inngrep med pluggen for å stenge boringen gjennom legemet. Særlig kan den andre del av det andre element gå i inngrep med pluggen. Pluggen kan være uttakbar, og det kan spesielt være mulig å hente den opp ved hjelp av kabel for å gi adkomst under sirkulasjons-verktøyet. Dette er spesielt fordelaktig ved det at det gjør det mulig å hente opp LWD-utstyr som befinner seg under verk-tøyet, spesielt atomdrevet loggeutstyr som må fjernes dersom borestrengen skal forlates i hullet, for eksempel dersom strengen blir sittende fast.

Ifølge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en hydraulisk verktøysammenstilling for et brønn-hullsverktøy, hvor sammenstillingen innbefatter: - et legeme; - et første og andre element montert for uavhengig bevegelse i forhold til legemet; og - et første og andre styrefluidkammer tilknyttet det første, henholdsvis andre, element, idet bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling som en reaksjon på en anvendt kraft, fortrenger styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer for å bevege det andre element fra en første stilling mot en andre stilling for å utføre en verktøys-funksjon.

Ifølge et tredje aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en hydraulisk verktøysammenstilling innbefattende: - et legeme; - et første og andre element montert for bevegelse i forhold til legemet; - et første og andre styrefluidkammer tilknyttet det første, henholdsvis andre, element, idet bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling som en reaksjon på en anvendt kraft, fortrenger styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer for å bevege det andre element fra en første stilling til en andre stilling for å utføre en verktøys-funksjon; og - det andre styrefluidkammer har en avtapningsventil for å gjøre det mulig å tappe av styrefluid fra dette og la det andre element returnere til den første stilling.

Ifølge et fjerde aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet et brønnhullsverktøy innbefattende: - et rørformet legeme som normalt er åpent for å slippe en fluidstrøm gjennom; - et første og andre element montert for bevegelse i forhold til legemet; og - et første og andre styrefluidkammer tilknyttet det første, henholdsvis andre, element, idet bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling som en reaksjon på en fluidtrykkraft, fortrenger styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer for å bevege det andre element til en andre stil ling hvor det andre element stenger verktøyet for å forhindre fluidgjennomstrømning gjennom dette.

Verktøyet kan innbefatte et kompletteringstestverktøy for å teste fullstendigheten av en komplettering, spesielt for trykktesting av en rørstreng som befinner seg i et borehull i en brønn, for å sikre at strengen er tett og dermed forhindre inn- og utstrømning av fluid.

Ifølge et femte aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for sirkulasjon av fluid i et borehullsringrom i en brønn, hvor fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: - anordning av et rørlegeme med en strømningsåpning; - montering av første og andre elementer for beveglse i forhold til legemet; - anordning av første og andre styrefluidkamre tilknyttet det første, henholdsvis andre, element; - plassering av det andre element i en første stilling hvor det stenger strømningsåpningen; - la et sirkulasjonsfluid sirkulere gjennom verktøyet for å skape en fluidtrykkraft mot det første element for å bevege det første element mellom en første stilling og en andre stilling og dermed fortrenge styrefluid fra det første kammer til det andre kammer og bevege det andre

element til en andre stilling hvor strømningsåpningen er åpen; og - la et sirkulasjonsfluid strømme gjennom den åpne strøm-ningsåpning og inn i borehullsringrommet.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, kun gjennom eksempel, under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 er et langsgående tverrsnitt gjennom en foretrukket utførelse av et sirkulasjonsverktøy i henhold til en utførel-se av den foreliggende oppfinnelse, vist i en første verk-tøyskonfigurasjon hvor en strømningsåpning i verktøyslegemet er stengt; Figur 2 er en tegning av verktøyet ifølge figur 1, som viser verktøyet i en andre konfigurasjon med strømningsåpningen åpen; og Figurer 3 og 4 viser J-sporkonfigurasjoner av verktøyer i henhold til ytterligere utførelser av den foreliggende oppfinnelse.

Idet det først henvises til figurer 1 og 2, er det vist et brønnhullsverktøy i form av et sirkulasjonsvertkøy, angitt ved hjelp av henvisningstall 10. Verktøyet 10 utgjør typisk en del av en rørstreng som er kjørt inn i et borehull i en olje- eller gassbrønn under et borearbeid, og er koplet til strengen via gjengeforbindelser som f.eks. API koniske, gjengede forbindelser 11, 13 av tapp- og bokstypen. Borefluid pumpes ned gjennom verktøyet 10 i retning A til en borkrone

(ikke vist), strømmer ut av borkronen gjennom stråleåpninger og tilbake til overflaten gjennom ringrommet som avgrenses mellom strengen og borehullsveggen eller borehullsforingen. Selv om denne fluidstrømmen gjennom ringrommet fungerer slik at den trekker med seg borekaks og fører dette til overflaten, kan borekaks avsette seg i borehullet dersom gjennom-strømningsraten av tilbakestrømmende borefluid ikke er stor nok. Derfor kan det viste sirkulasjonsverktøy 10 brukes til å sirkulere fluid i borehullsringrommet for å underlette fjerning av borekaks som har avsatt seg i borehullet.

Sirkulasjonsverktøyet 10 omfatter et rørformet legeme 12 hvor et første element i form av en øvre hylse 14 og et andre element 16 er bevegelig montert. Legemet 12 innbefatter et antall normalt stengte strømningsåpninger 28 som kan åpnes etter valg for å muliggjøre strømning av sirkulasjonsfluid direkte fra verktøyet 10 og inn i ringrommet. Det andre element 16 omfatter en todelt hylse med første og andre hylsedeler 18 og 20. Øvre hylse 14 og første og andre hylsedeler 18 og 20 er forspent oppover ved hjelp av respektive fjærer 48, 84 og 94.

Et første styrefluidkammer 24 er anordnet i tilknytning til den øvre hylse 14, og et andre styrefluidkammer 26 er tilknyttet den første hylsedel 18. Første og andre styrefluidkammer 24 og 26 er forbundet ved hjelp av en strømningsvei 72 som innbefatter en énveisventil 27. Denne ventil 27 lar fluid strømme i retning A fra det første kammer 24 og inn i det andre kammer 26, men forhindre fluidstrømning i motsatt retning.

Den øvre hylse 14 kan beveges i retning A mellom en første stilling som vist på figur 1, og en andre stilling som vist på figur 2, som en reaksjon på en anvendt fluidtrykkraft. I dette eksempel utvikles fluidtrykkraften ved å skape en trykkforskjell over den øvre hylse 14. Dette oppnås ved å anordne åpninger 42 i legemet 12 for å utsette enkelte ytre deler av hylsen 14 for ringromstrykk. En øvre ende av hylsen 14 mellom tetninger 33 og 39 avgrenser en differensialstem-pelflate 38, slik at en trykkraft virker mot stempelflaten 38 når fluid pumpes gjennom verktøyet 10.

Når trykkforskjellen mellom fluid i boringen 30 og fluid i ringrommet er høy nok, forskyves den øvre hylse 14 nedover mot tilbakestillingskraften eller returkraften som frembring-es av forspenningsfjæren 48. Et ringstempel 66 montert på hylsen 14 beveger seg gjennom det første kammer 24 og fortrenger fluid fra kammeret 24 og inn i det andre kammer 26, idet fluidet virker på et ringstempel 76 på den første hylsedel 18 for å bevege delen 18 nedover, hvilket fører den andre hylse 20 fra en første stilling mot en andre stilling hvor strømningsåpningene 28 er åpne. Når strømningsåpningene 28 er åpne strømmer sirkulasjonsfluid fra verktøyet og strengboringen direkte inn i borehullsringrommet og unngår dermed det nedre parti av strengen og borkronen. Således er det mulig å sirkulere fluid gjennom ringrommet ved en større gjennom-strømningsrate, hvilket gjør det lettere å fjerne borekaks som har avsatt seg.

Det bør bemerkes at de relative volumer av kamrene 24, 26 er slik at én bevegelse av hylsen 14 kun vil fortrenge nok fluid til å bevege hylsedelene 18, 20 et stykke på vei mot den andre stilling. Som vil bli beskrevet, vil det typisk være nød- vendig med minst fire tett på hverandre følgende arbeidssykluser for hylse 14 for å oppnå full bevegelse av delene 18, 20.

Idet det nå henvises nærmere til verktøy 10, befinner øvre hylse 14 seg i en øvre ende av verktøyet ved skulder 34 og innbefatter en øvre kant 40 som bærer tetning 39, idet tetning 33 bæres av skulder 34. Åpningene 42 løper gjennom en vegg 44 i legemet 12 for å utsette et fjærkammer 46 for ringromstrykk. En fjær 48 befinner seg i kammer 46 og virker mellom skulder 34 og kant 40 for å drive hylsen 14 oppover.

Som bemerket ovenfor, bærer hylsen et ringstempel 66 som kan beveges sammen med hylsen 14 og angir en øvre vegg i det første kammer 24. Dermed får nedoverbevegelse av hylsen 14 stempelet 66 til å fortrenge fluid fra det første kammer 24, langs strømningsvei 72 og gjennom énveisventil 27 inn i andre kammer 26. Den første hylsedel 18 bærer et ringstempel 76 som angir en nedre vegg i det andre kammer 26, hvilket stempel utsettes for en fluidtrykkraft og beveger den første hylsedel 18 nedover når styrefluid fortrenges inn i kammeret 26.

Det øvre stempel 66 innbefatter en énveisventil 67 som gjør det mulig for fluid å fylle det første kammer 24 på nytt når trykkforskjellen over den øvre hylse 14 avtar og hylsen 14 drives oppover i forhold til legemet 12 ved hjelp av fjæren 48. Dette vil typisk skje når trykket i boring 30 reduseres ved å slå av fluidsirkulasjonspumpene på overflaten.

Det nedre stempel 76 omfatter en énveis avtapningsventil 77 som gjør det mulig å tappe av fluid fra det andre kammer 26. Denne avtapningen av fluid muliggjør en langsom retur av den første hylsedel 18 til dennes første stilling under påvirkning av fjæren 84, og forhindrer utilsiktet åpning av strøm-nings åpningene 28 når den øvre hylse 14 beveges flere ganger over et lengre tidsrom, noe som typisk kan forekomme i løpet av en boreoperasjon.

En mellomliggende hylse 52 utgjør en del av legemet 12 og avgrenser første og andre kammer 24 og 26 sammen med henholdsvis den øvre hylse 14 og første hylsedel 18. Den mellomliggende hylse 52 avgrenser også strømningsveien 72 mellom første og andre kammer 24 og 26, og avgrenser sammen med det ytre legeme 12 et ytterligere kammer 58 for returstrømmen av styrefluid fra det andre kammer 26 til det første kammer 24. Tilbakestrømningsveien mellom kamrene 26, 24 går fra det andre kammer 26, inn i et nedre fjærkammer 82 (gjennom fluidav-tapning via avtapningsventil 77), gjennom åpninger 88 i den mellomliggende hylse 52 og inn i kammer 58, gjennom åpninger 86 inn i ringrom 56 mellom stempelet 66 og et flytende stempel 64, og gjennom énveisventilen 67 inn i det første kammer 24, når den øvre hylse 14 beveger seg oppover i forhold til legemet 12.

En nedre ende av den første hylsedel 18 ligger an mot den øvre ende av den andre hylsedel 20, som fremviser en skulder 90 mot hvilken forspenningsfjæren 94 virker for å drive den andre del 20 oppover. Delen 20 fremviser også et antall strømningsåpninger 98 som i den første stilling er forskjøvet i forhold til strømningsåpningene 28 i legemet 12. Et par O-ringer 100 over og under strømningsåpningene 28 tetter den andre hylsedel 20 mot legemet 12 og avskjærer strømnings-åpningene 28 fra den innvendige boring 30.

En nedre ende av den andre hylsedel 20 er profilert for å avgrense et ringsete 102 for tettende inngrep med en plugg 104 når strømningsåpningene 28 er åpne. Pluggen 104 angir en strømningsvei 106 for gjennomstrømning av borefluid forbi pluggen, i retning C, når strømningsåpningene 28 er stengt. Pluggen 104 er satt på en støttehylse 108 ved hjelp av en av-skjærbar bolt 110, og en øvre ende av pluggen 104 fremviser en oppfiskingsprofil 114 som gjør det mulig å ta ut pluggen 104 for å gi tilgang til strengboringen under verktøyet 10.

På figur 2 er verktøyet 10 vist i en konfigurasjon hvor den andre hylsedel 20 er blitt flyttet til sin andre stilling for å rette inn strømningsåpningene 98, 28 med hverandre. I denne stilling går setet 102 i inngrep med en tetningsflate 116 på plugg 104, slik at strømning av borefluid forbi pluggen 104 forhindres. Dermed vil borefluid som strømmer ned gjennom strengen, nå bli sirkulert gjennom strømningsåpningene 98, 28 i retning D og strømme ut av verktøyet 10 i borehullsringrommet. Dette gir sirkulasjon i ringrommet ved en stor gjennom-strømningsrate for å bringe borekaks til overflaten.

Fremgangsmåten for bruk av verktøyet vil nå bli beskrevet.

Verktøyet 10 kjøres ned i borehullet konfigurert som vist på figur 1. Borefluid pumpes ned gjennom verktøyets boring 30 i retning A og strømmer ut av verktøyet via strømningsvei 106, og strømmer til slutt ut av borestrengene gjennom stråleåpninger i borkronen. Fjæren 48 utøver en forspenningskraft mot den øvre hylse 14 og motvirker fluidtrykkraften som frem-bringes ved hjelp av trykkforskjellen over hylse 14. Når trykkforskjellen økes ved å skru opp borefluidpumpene, beveges den øvre hylse 14 nedover mot fjæren 48. Etter hvert som den øvre hylse 14 beveger seg nedover, fortrenges styrefluid fra det første kammer 24 og inn i det andre kammer 26 ved hjelp av stempel 66. Dette forårsaker en tilsvarende nedoverbevegelse av stempel 76, og dermed en nedoverbevegelse av den første hylsedel 18 mot fjæren 84. En slik nedoverbevegelse av den første hylsedel 18 fører den andre hylsedel 20 ett skritt, typisk en fjerdedel, på veien mot pluggen 104, idet én enkelt bevegelse eller arbeidssyklus av den øvre hylse 14 ikke er nok til å rette strømningsåpningene 98 inn med strøm-ningsåpningene 28, slik at strømningsåpningene 28 forblir stengt.

Sirkulasjonspumpene slås deretter av, og den øvre hylse 14 drives oppover ved hjelp av fjæren 48, idet styrefluidet ved hjelp av énveisventilen 27 forhindres fra å strømme fra det andre kammer 26 og tilbake til det første kammer 24, og énveisventilen 67 i stempel 66 gjør det mulig på nytt å fylle det første kammer 24 med fluid. Pumpene slås så på igjen for å øke trykket i verktøysboringen og bevege den øvre hylse 14 ned igjen for andre gang, hvilket sender ytterligere et volum av styrefluid inn i det andre kammer 26 og forårsaker en tilsvarende trinnvis bevegelse av første og andre hylsedeler 18, 20. Denne arbeidssyklus gjentas det nødvendige antall ganger for å bringe den andre hylsedel 20 til den andre stilling, som vist på figur 2, hvor strømningsåpningene 98, 28 er rettet inn med hverandre.

I den viste, foretrukne utførelse kreves det fire bevegelsessykluser for den øvre hylse 14 mellom dennes første og andre stilling for å bevege den andre hylsedel 20 langt nok ned til å rette strømningsåpningene 98, 28 inn med hverandre.

Som bemerket ovenfor, muliggjør énveisventilen 77 i stempel 76 en langsom avtapning av styrefluid fra det andre kammer 26, hvilket har en tendens til å returnere første og andre hylsedeler 18, 20 mot sine første stillinger (figur 1) under påvirkning av forspenningskraften fra de respektive fjærer 84, 94. Denne fluidavtåpning virker slik at den forhindrer utilsiktet åpning av strømningsåpningene 28 under normale brønnoperasjoner hvor den øvre hylse 14 kan bli flyttet til sin andre stilling på grunn av endringer i gjennomstrømnings-raten av og trykket i sirkulasjonsfluidet. Avtapningsventilen fungerer derfor som et sikkerhetstiltak for å hindre utilsiktet åpning av verktøyet.

Med tanke på avtapningsventilens 77 eksistens må bevegelsessyklusene for den øvre hylse 14 utføres med korte mellomrom for å rette inn strømningsåpningene 98, 28 med hverandre. Dersom tiden mellom bevegelsessyklusene for den øvre hylse 14 blir for lang, vil fluid som tappes av gjennom ventil 77 gjø-re det mulig for den første hylsedel 18 å bevege seg oppover, hvilket gjør det mulig for den andre hylsedel 20 å bevege seg oppover og vekk fra sin andre stilling, hvor strømningsåp-ningene 28 er åpne.

Når strømningsåpningene 28 er blitt åpnet, holder fluidtrykket i verktøysboringen 30 den andre hylsedel 20 i inngrep med pluggen 104 mot kraften fra fjæren 94. Dermed vil strøm-ningsåpningene 28 ha en tendens til å forbli åpne mens sirkulas jonspumpene er på, for å sirkulere fluid i ringrommet. I løpet av denne tiden vil fluid som tappes av gjennom avtapningsventil 77 sende den første hylsedel 18 tilbake mot dennes første stilling, og den første hylsedel 18 er på figur 2 vist i en stilling hvor den langsomt beveger seg oppover mot sin første stilling. Når trykket i sirkulasjonsfluidet i den innvendige boring 30 faller, hvilket oppnås gjennom å slå av pumpene, returnerer den andre hylsedel 20 til sin første stilling under påvirkning av forspenningskraften fra fjæren 94, hvilket stenger strømningsåpningene 28 i legemet 12 og lar fluid strømme forbi pluggen 104.

I andre utførelser av oppfinnelsen kan det anordnes et sirkulas jonsverktøy som vil forbli åpent selv når gjennomstrøm-ningsraten av eller trykket i sirkulasjonsfluidet reduseres. For å gjøre det kort og lettfattelig vil et slikt verktøy bli beskrevet under henvisning til verktøy 10 som beskrevet ovenfor, og i tilleg under henvisning til figur 3 av tegningene, hvor denne figur viser en del av et sammenhengende "J"-sporarrangement som utgjør en del av et slikt verktøy. Sporet 120 er anordnet i en hylse som kan roteres i forhold til verktøyslegemet 12, men er aksialt stasjonær i forhold til legemet, mens tappen 130 strekker seg radialt fra den andre hylsedel 20, idet figur 3 viser syv ulike tappstillinger 130a-130f.

Den første tappstilling 130a tilsvarer verktøyskonfigura-sjonen som er vist på figur 1 (det bør bemerkes at sporet 120 er vist omvendt på figur 3). Når pumpene første gang går gjennom arbeidssyklusen, forskyver det sekundære trykkammer-stempel 76 første og andre hylsedel 18, 20 ett skritt nedover og skyver tappen fra 130a til 130b. Dersom pumpene kjøres gjennom arbeidssyklusen tre ganger til (det vil si slås av og på) i rask rekkefølge, vil tappen bevege seg gjennom stillinger 130c og 13d til stilling 130e; flere arbeidssykluser vil ikke bevege tappen noe lenger, ettersom stempelet 76 vil ha nådd enden av slaget.

Dersom pumpene ikke kjøres gjennom en ny arbeidssyklus, vil avtapningsventilen 77 la stempelet 76 og den første hylsedel 18 bevege seg tilbake mot den første stilling, men tappen 130 forblir i stilling 130f, slik at den andre hylsdel 20 forblir i den andre stilling. Altså er verktøyet stabilt i denne konfigurasjon, og åpningene 28, 98 forblir rettet inn med hverandre .

For å stenge åpninger 28 og bevege tappen fra stilling 130f, må pumpene kjøres gjennom fire arbeidssykluser for at den første hylsedel 18 skal forskyves fra sin første stilling og settes i kontakt med den andre hylsedel 20 og skyve tappen 130 til stilling 130g, hvorfra tappen 130 står fritt til å bevege seg og la hylsedel 20 bevege seg oppover i forhold til legemet. Dermed vil avtapningsventilen 77, dersom pumpene ikke kjøres gjennom en ny arbeidssyklus, la stempelet 76, og dermed hylsedeler 18, 20, gå tilbake til den første stilling, og tappen tilbake til stilling 130a.

Sporet eller kamsporet kan selvsagt være i en hvilken som helst hensiktsmessig form, og figur 4 av tegningene viser et sammenhengende spor som krever rotasjon i begge retninger, i motsetning til énveisrotasjonen som kreves for sporet på figur 3.

Én ytterligere alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse anordner en kompletteringstestventil som kan åpnes og lukkes for etter valg å forhindre fluidstrømning gjennom ventilen, for derved å gjøre det mulig å teste fullstendigheten av en streng som bærer verktøyet, for eksempel gjennom en trykktest. Dette kan oppnås ved å anordne et verktøy som i alt vesentlig er det samme som sirkulasjonsverktøyet som be-

skrives under henvisning til figurer 1 og 2, men hvor verk-tøylegemet 12 og den andre hylsedel 20 ikke innbefatter strømningsåpninger. Når den andre hylsedel forskyves til sin andre stilling, tetter den andre hylsedel mot en plugg som for eksempel plugg 104, for å stenge ventilen og forhindre fluidstrømning gjennom denne. Et eventuelt trykkfall forårsa-ket av fluidlekkasje kan dermed påvises gjennom en variasjon i fluidtrykket i den innvendige boring.

Fagfolk på området vil innse at de ulike verktøy som beskri-ves ovenfor, kun er eksempler på den foreliggende oppfinnelse, og at midlene for å betjene disse verktøy, i form av det "hydrauliske sperreverk", hvor styrefluid som fortrenges fra et første kammer, brukes til å bevege et element skrittvis gjennom et andre kammer, kan benyttes i en lang rekke verktøy som ikke begrenser seg til brønnarbeider. Det hydrauliske sperreverk gir imidlertid særlige fordeler i brønnarbeider og anordner en mekanisme som gjør det mulig å gjennomføre de nødvendige normale bore- eller kompletteringsaktiviteter før utførelsen av en bestemt oppgave, som for eksempel åpning av en ventil, som beskrevet ovenfor. Videre kan det hydrauliske sperreverk om nødvendig tilbakestilles til opprinnelig konfigurasjon for å gjøre det mulig å kjøre mange perioder med normal aktivitet hvor det er flettet inn perioder hvor et verktøy eller en innretning aktiveres eller betjenes for å utføre bestemte oppgaver. Mekanismen vil normalt tilbakestilles til opprinnelig konfigurasjon i løpet av en viss tid, og kan deretter, dersom den kjøres gjennom syklusen et antall ganger i rask rekkefølge, om ønskelig igjen utføre den bestemte oppgave, som for eksempel å bevirke aktivering av en aksial- eller dreiebryter eller -innretning før den igjen tilbakestiller seg til opprinnelig konfigurasjon. Alternativt kan mekanismen når den benyttes sammen med en kammekanisme som beskrevet ovenfor, innrettes slik at den er stabil i to eller flere stillinger eller konfigurasjoner, og kun tilbakestilles ved behov.

Fagfolk på området vil innse at det hydrauliske sperreverk kan benyttes for på fjernstyrt måte å utføre en rekke oppgaver på en mer effektiv og kontrollert måte enn det som hittil har vært mulig. Noen eksempler på passende bruksområder er lagt frem nedenfor.

Som bemerket ovenfor, kan mekanismen benyttes til å aktivere en sirkulasjonsventil. Ventilen kan aktiveres på forespørsel og deretter lukkes igjen, og er dermed et flersyklussystem, det vil si at ventilen kan aktiveres og lukkes igjen det nød-vendige antall ganger.

Mekanismen kan brukes som en generell styremekanisme for å låse opp/utløse en bore- eller kompletteringsinnretning. Dette kan oppnås gjennom dreie- eller aksialbevegelse som låser opp en forriglet innretning eller utløser en bryter.

I en annen utførelse kan mekanismen brukes til å aktivere et underrømmerverktøy etter utboring eller passering av en sko. Dette kan oppnås gjennom dreie- eller aksialbevegelse som låser opp en forriglet innretning.

Mekanismen egner seg til bruk ved setting av en pakning, og det hydrauliske sperreverk kan anordnes som en integrerende del av en uttrekkbar pakning eller som et permanent paknings-setteverktøy. Oppfinnelsen vil også kunne egne seg til bruk i en omsettbar pakning, ettersom mekanismen ville gjøre det mulig å sette en pakning, løsgjøre den og deretter sett den på nytt så mange ganger som nødvendig.

I ytterligere utførelser kan mekanismen brukes til å sette en forlengningsrørhenger, en broplugg eller produksjonsrørfor-ankring.

Mekanismen kan også brukes til å utløse perforeringskanoner gjennom aksial- eller dreiebevegelse på en bryter. Mekanismen vil gjøre det mulig å fortsette det vanlige arbeidet til et antall pumpesykluser blir utført i rask rekkefølge.

Det hydrauliske sperreverk kan benyttes til å åpne/stenge en isoleringsventil for komplettering (CIV - completion isola-tion ball valve). ClVen kan benyttes til mange forskjellige formål, deriblant regulering av fluidtap og underbalansert kompletteringsinstallasjon. Ventilen vil kunne åpnes og stenges etter behov ved å bruke det hydrauliske sperreverk. Ventilen kan benyttes til å gjennomføre et ubegrenset antall trykktester i begge retninger.

Sperreverket kan brukes i andre typer ventiler, for eksempel for å åpne/stenge en vanlig kule- eller klappventil i pro-duks jonsrør, eller for å åpne/stenge en kompletteringsskyve-dør for å etablere forbindelse mellom boring og ringrom. I sistnevnte utførelse gjør det hydrauliske sperreverk det mulig å åpne og stenge forbindelsen etter behov uten at det er behov for kabelintervensjon.

Som bemerket ovenfor, kan det hydrauliske sperreverk brukes i forbindelse med en sammenhengende eller lukket J-sporinn-retning, og slike utførelser av oppfinnelsen kan benyttes for å gjøre det mulig å bruke et bore- eller kompletteringsverk-tøy som settes hydraulisk eller ved bruk av vekt (f.eks. en regulerbar stabilisator), i en normalstilling for normale operasjoner, men hvor i rask rekkefølge gjentatte pumpesykluser vil få en ring- og hakemekanisme til å gå i inngrep for derved å hindre verktøyet i å bevege seg til normalstilling-en, det vil si at verktøyet låses i en sekundærstilling.

Claims (25)

1. Hydraulisk verktøysammenstilling for et brønhullsverk-tøy, karakterisert ved at sammenstillingen innbefatter: et legeme; et første og andre element montert for uavhengig bevegelse i forhold til legemet; og et første og andre styrefluidkammer tilknyttet hen holdsvis første og andre element, hvor bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling som en reaksjon på en anvendt kraft, fortrenger styrefluid fra det første kammer inn i det andre kammer for å bevege det andre element fra en første stilling mot en andre stilling for å utfø-re en verktøysfunksjon, idet det andre styrefluidkammer har en avtapningsventil som gjør det mulig å tappe styrefluid av fra dette og lar det andre element returnere til den første stilling, og hvor sammenstilingen er konfigurert slik at bevegelse av det andre element fra den første stilling til den andre stilling krever mer enn én bevegelse av det første element fra sin respektive første stilling til den andre stilling.

2. Sammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved at det kreves minst fire bevegelser av det første element fra dettes første stilling til dettes andre stilling for å bevege det andre element fra dettes første stilling til dettes andre stilling.

3. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første element er forspent mot sin første stilling.

4. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det andre element er forspent mot sin første stilling.

5. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første element er tilpasset for å bevege seg som en reaksjon på en fluidtrykkraft.

6. Sammenstilling som angitt i krav 5, karakterisert ved at det første element er konfigurert slik at det gjør det mulig å skape en trykkforskjell over en del av dette.

7. Sammenstilling som angitt i krav 6, karakterisert ved at det første element avgrenser et differensialstempel med én side som står i forbindelse med verktøyets indre, og en annen side som står i forbindelse med verktøyets utside.

8. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en fluidkanal mellom det første og andre kammer, hvor kanalen innbefatter en énveisventil som muliggjør fluidstrømning fra det første kammer til det andre kammer og forhindrer tilbakestrøm-ning av fluid fra det andre kammer til det første kammer.

9. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første element innbefatter et stempel for å fortrenge fluid fra det første kammer når det første kammer forflyttes mellom sin første og andre stilling.

10. Sammenstilling som angitt i krav 9, karakterisert ved at stempelet i det første element innbefatter en énveisventil som muliggjør fluidforflytning i det første kammer for å erstatte fluid som er fortrengt fra én side av stempelet, og for å gjøre det mulig for det første element å bevege seg gjennom kammeret og tilbake fra sin andre stilling til sin første stilling.

11. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det andre element innbefatter et stempel som er tilpasset for å utsettes for en fluidtrykkraft for å bevege det andre element fra sin første stilling til sin andre stilling når styrefluid fortrenges inn i det andre kammer.

12. Sammenstilling som angitt i krav 11, karakterisert ved at det andre stempel innbefatter en avtapningsventil som gjør det mulig å tappe av styrefluid fra det andre kammer og lar det andre element returnere til sin første stilling.

13. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første element er en hylse.

14. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det andre element er en hylse.

15. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det andre element innbefatter minst to deler, hvor disse kan være atskilt i aksialretningen.

16. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en fluidkanal for tilbakestrømningen av fluid fra det andre kammer til det første kammer.

17. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første kammer innbefatter en bevegelig tetning for å isolere styrefluid i det første kammer fra fluid som sirkulerer gjennom sammenstillingen.

18. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en anordning for å styre bevegelsen av det andre element i forhold til legemet.

19. Sammenstilling som angitt i krav 18, karakterisert ved at anordningen for å styre bevegelsen av det andre element er en kamanordning.

20. Sammenstilling som angitt i krav 19, karakterisert ved at kamanordningen innbefatter et spor som fremvises på ett av det andre element og legemet, og en kamfølger som er forbundet med det andre av det andre element og legemet.

21. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av krav 18 til 20, karakterisert ved at anordningen for å styre bevegelsen av det andre element i forhold til legemet er konfigurert slik at det andre element valgfritt kan holdes på plass i den andre stilling.

22. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av krav 18 til 21, karakterisert ved at anordningen for å styre bevegelsen av det andre element i forhold til legemet innbefatter et sammenhengende J-spor.

23. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av krav 1 til 22, i kombinasjon med én av en sirkulasjonsventil, et underrømmerverktøy, et setteverktøy, en brønnpakning, en forlengningsrørhenger, en broplugg, en produksjons-rørforankring, en perforeringskanon, en isolasjonsventil for komplettering, en kuleventil, en klappventil, en kompletteringsskyvedør, og en regulerbar stabilisator.

24. Sammenstilling som angitt i et hvilket som helst av krav 1 til 22 , karakterisert ved at sammenstillingen fungerer som en styremekanisme for opp-låsing eller utløsning av en bore- eller kompletteringsinnretning.

25. Sirkulas jonsverktøy, karakterisert ved at sirkulasjonsverktøyet innbefatter: et rørformet legeme med en strømningsåpning; et første og andre element montert for å beveges i forhold til legemet, idet det andre element stenger strømningsåpningen når elementet befinner seg i en første stilling, og åpner strømningsåpningen når elementet befinner seg i en andre stilling; og et første og andre styrefluidkammer knyttet til henholdsvis første og andre element, hvor bevegelse av det første element mellom en første stilling og en andre stilling som en reaksjon på en fluidtrykkraft, fortrenger styrefluid fra det første kammer og inn i det andre kammer for å bevege det andre element til den andre stilling.