NO326674B1 - Rorledningsoppfylling og testeventil - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører ventiler som brukes i under-runnskompletteringer, og særlig ventiler i produksjons-rørstrenger som tillater at brønnfluider fritt kommer inn produksjonsrør-strengen fra nedenfor ventilen, men som kan isolere produksjons-rørstrengen nedenfor ventilen mot trykk som påføres på fluidet i produksjons-rørstrengen over ventilen.

Rør som brukes i en undergrunnsbrønn så som produksjonsrør, blir generelt sammenstilt på brønnstedet ved bruk av seksjonslengder eller rørlengder. En første rørlengde senkes inn i brønnen inntil dens øvre ende er ved brønnens (eller plattfor-mens) overflate. Hver etterfølgende rørlengde etter den første blir deretter sammen-føyd med rørlengden rett nedenfor den, vanligvis ved bruk av gjengede konnektorer med hunngjenger og hanngjenger, og den sammenstilte seksjon av rørstreng senkes inn i brønnen med lengden av den tilføyde rørlengden. Prosessen gjentas inntil en rørstreng av ønsket lengde er sammenstilt.

Det er generelt ønskelig å tillate at brønnhullsfluider kommer inn i produksjons-røret når det senkes inn i brønnen. Dette oppnås enkelt ved å ha en åpen bunn i den første rørlengden, eller på annen måte ved å tilveiebringe fluidforbindelse mellom brønnen og produksjonsrørets indre, så som ved tilveiebringelse av porter. Det er imidlertid viktig å sørge for at den sammenstilte produksjonsrørstrengen kan motstå trykk. For å sikre trykkintegritet må en operatør nå og da teste slik integritet, etter som forskjellige rørlengder tilføyes, ved å påføre trykk på fluidet i produksjonsrørets indre. Fluidforbindelsesløpet mellom brønnen og produksjonsrørets indre forhindrer imidlertid at slikt trykk bygges opp, med mindre kommunikasjonsløpet blir selektivt blokkert.

En forsøkt løsning bruker en første nippel som plasseres over en pakning som en del av produksjonsrørstrengen. En første plugg kan kjøres på en glatt vaier, en

kabel, kveilrør, eller et rør og settes inne i den første nippelen for å blokkere kommu-nikasjon mellom brønnen og produksjonsrørets indre. Dette muliggjør trykktesting av produksjonsrøret til fullt trykk uten å sette den hydraulisk satte pakningen. Med denne konfigurasjonen blir inntakstrykkporten for setting av pakningen ikke utsatt for det produksjonsrør-trykket som opptrer over pluggen. Etter trykktesting fjernes den første pluggen og produksjonsrørstrengen blir videre sammenstilt.

Denne fremgangsmåten krever en intervensjon for å sette og fjerne pluggen hver gang en operatør ønsker å trykkteste produksjonsrør-strengen. I tillegg for å sette den hydraulisk satte pakningen, må en annen nippel inkluderes i produksjons-rørstrengen under pakningen. En annen plugg kjøres og settes inn i den andre nippelen under pakningen, og trykk påføres i produksjonsrøret for å sette pakningen. Pluggen blir deretter fjernet. Dette krever ytterligere intervensjon, hvilket forvandles til kostbar riggtid, særlig i en offshoreomgivelse. Hver intervensjon øker også faren for å bli sittende fast i hullet, og kan skape en meget farlig situasjon.

I en alternativ løsning, kjøres en nippel og en plugg nedenfor pakningen, og en fylleventil for produksjonsrøret kjøres over nippelen/pluggen, men under pakningen. Produksjonsrøret fylles gjennom pakningens fylleventil. Pakningens fylleventil steng-es, fortrinnsvis ved bruk av en intervensjonsløs fremgangsmåte så som pumping av fluid fra produksjonsrøret til ringrommet i en viss mengde for å danne en trykkdiffe-ranse fra produksjonsrøret til foringsrøret som kan brukes til å stenge fylleventilen for produksjonsrøret. Trykk kan deretter påføres i produksjonsrøret for å trykkteste pro-duksjonsrørets integritet. Porten for setting av den hydrauliske pakningen utsettes for produksjonsrørets trykk, siden pluggen (i dette tilfelle) kjøres nedenfor pakningen. Produksjonsrøret kan således ikke testes med det ønskede fulle trykk uten setting av pakningen. Trykket for setting av pakningen er vanligvis lavere enn det ønskede test-trykket for produksjonsrøret. Produksjonsrøret kan derfor testes kun med trykket for setting av den nedre pakningen, og dette er i de fleste tilfeller uønsket.

Etter den (nedre) trykktesten, må fylleventilen for produksjonsrøret på ny åpnes med ett eller annet middel for å tillate fylling av produksjonsrøret etter som pro-duksjonsrøret sammenstilles og senkes inn i hullet. Dette tar mer riggtid, og det er en mulighet for stempelsuging av pakningens tetningselement på grunn av fluid som strømmer forbi pakningselementet i en stor mengde, selv om fylleventilen for produk-sjonsrøret er ikke åpnet på ny.

Det finnes således et behov for selektivt å isolere fluidforbindelsen mellom produksjonsrørets indre og brønnen når det måtte være ønskelig under innkjøring i hullet. Samtidig som det fortsatt tillates at brønnhullsfluidene fritt kommer inn i pro-duksjonsrørets indre når trykkintegriteten ikke testes. Det er også et behov for å tillate trykktesting av produksjonsrøret til et ønsket trykk som generelt er høyere enn trykket for setting av pakningen, uten å sette pakningen under trykktesten.

Fra US 6 125 930 fremgår det en nedihullsventil med et legeme, en kanal og en ventilenhet montert i legemet. Ventilenheten omfatter et ventilelement bevegelig fra en første konfigurasjon til en andre konfigurasjon. I den første konfigurasjonen hindrer ventilelementet strøm i en retning gjennom passasjen, og i den andre konfigurasjonen holdes ventilelementet i en åpen posisjon.

Fra US 4 100 969 fremgår det en ventilanordning tilpasset for å bli innkorporert i en rørstreng for å tillate trykktesting av denne i en brønn.

Fra EP 0250144 B1 fremgår det en ventil for testing av rør, og spesielt en rør-testventil som reagerer på ringromtrykk.

Fra US 4 134 455 og US 4 122 898 fremgår det testanordninger for brønnrør, og fra US 3 958 633 fremgår det en undergrunns sikkerhetsventil i form av en klaffventil.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ventil i en produksjonsrørstreng som gjør det mulig å fylle produksjonsrørstrengen med brønnf luider etter som strengen sammenstilles og senkes inn i et brønnhull, men som kan brukes til å sjekke trykkintegritet i produksonsrør-strengen under forskjellige trinn av sammenstillingen. Fordeler og andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse, teg-ninger og krav.

Den foreliggende oppfinnelsen beskriver således en kompletteringsenhet til bruk i en brønn. Kompletteringsenheten omfatter et hus med en gjennomgående passasje og en ventilmodul som er lokalisert i huset og som har en ventil for å tillate eller blokkere fluidstrøm gjennom passasjen. En kraftmodul er bevegelig montert til huset. Kraftmodulen omfatter en krafthylse, en foringshylse tilknyttet krafthylsen og et rør montert til ventilen. En innvendig diameter av ventilen er hovedsakelig den samme som en innvendig diameter av en passasje nedenfor ventilen, og kraftmodulen er tilpasset for i utgangspunktet å inngripe ventilen med krafthylsen for å åpne ventilen og etter åpning av ventilen, sette inn foringshylsen gjennom ventilens sete for å fast-gjøre ventilen i den åpne posisjon.

Videre beskrives en fremgangsmåte for anvendelse i en brønn, omfattende å tilveiebringe en ventilsammenstillings klaff for å styre fluidstrømning gjennom et ventilsete dannet i et rør av ventilsammenstillingen. Fremgangsmåten omfatter videre kjøring av ventilsammenstillingen nedihulls i brønnen med klaffen lukket. Klaffen er tilpasset for å åpne i respons på fluidtrykk nedihulls for klaffen mens ventilsammenstillingen senkes ned i brønnen, og en aktuator omfattende et bevegelig element an-bringes innvendig i røret for å rotere klaffen mot elementet for å åpne klaffen og opprettholde klaffen i åpen posisjon.

Beskrivelse av figurer

Fig. 1 er et delvis tverrsnitt og et skjematisk riss av en fylle- og testeventil som er konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2-7 er forstørrede snittriss av oppfinnelsen på fig. 1.

Med henvisning til alle figurene, men særlig til fig. 1, omfatter en fylle- og testeventil 10 for et produksjonsrør en kraftmodul 12 og en ventilmodul 14. Kraftmodulen 12 og ventilmodulen 14 er montert i et hus 16. Huset 16 kan være en enkelt del eller kan omfatte flere elementer som er sammenføyd på konvensjonell måte, så som med gjengede forbindelser.

Kraftmodulen 12 omfatter en bevegelig krafthylse 18 som har et stempelhode 20 som beveger seg inne i tettet kammer 22. Kammeret 22 er på oversiden og un-dersiden avgrenset av tetninger 24 henholdsvis 26, og er delt i et øvre kammer 28 og et nedre kammer 30 av en tetning 32 som sitter på stempelhodet 20. Det øvre kammeret 28 er i fluidforbindelse med en kontrolledning 34. Det nedre kammer 30 står i fluidforbindelse med et ringformet område 36 mellom huset 16 og et brønnhull eller et foringsrør 38 via en port 40. Tetningen 24, 26 og 32 tetter alle mot en innvendig flate i huset 16. Den innvendige flate i huset 16 er litt forsenket i det område hvor stempelhodet 20 beveger seg, for tilpasning til stempelhodet 20. Krafthylsen 18 har en glatt profil langs mesteparten av sin innvendige flate. Den glatte innvendige profilen av-grenser en innvendig passasje 41 gjennom et øvre parti av fylle- og testeventilen 10 for produksjonsrøret. Et avvik fra denne glatte innvendige profilen er en selektiv profil 43 som er lokalisert på den innvendige overflate i krafthylsen 18.

Ventilmodulen 14 omfatter en bevegelig ventilhylse 42, en klaff 44, og et rør 46. Ventilhylsen 42 har en øvre ende 48 som har en skulder 50 som er egnet til å motta og gå i inngrep med den nedre ende 52 av krafthylsen 18. Den nedre ende 52 har en foringshylse 53 som forlenger passasjen 41 i en viss lengde under skulderen 50. Når den nedre ende 52 er mottatt og i inngrep med den øvre ende 48, beveger ventilhylsen 42 og krafthylsen 18 seg sammen. Ventilhylsen 42 har en nedre ende 54 som er konisk eller har en kontur, slik at ventilhylsen 42 er lengre på en side enn på den motsatte side. Mellom røret 46 og huset 16 er det en ringformet utsparing 56. Utsparingen 56 mottar den nedre ende 54 av ventilhylsen 42 når ventilhylsen 42 beveger seg til sin nedre posisjon inne i huset 16.

Røret 46 har et sete 58 som er lokalisert på en øvre ende 60 av røret 46. Klaffen 44 er ved hjelp av et hengsel 62 dreibart festet til den øvre ende 60 av røret 46. Klaffen 44 kan være forspent av en fjær (ikke vist) til en stengt posisjon. Når klaffen 44 er i sin stengte tilstand, tetter klaffen 44 mot et sete 58. Klaffen 44 har en utadra-gende tange 64 som strekker seg for hengslet 62 over utsparingen 56. Røret 46 har også en port 66 som tillater fluidforbindelse mellom en indre passasje 67 i røret 46 og utsparingen 56. En isolasjonshylse 68 er bevegelig montert i røret 46 inne i utsparingen 56. Isolasjonshylsen 68 har tetninger 70, 72 som blokkerer porten 66 når isolasjonshylsen 68 er posisjonert slik at tetningene 70 og 72 tetter på en utvendig overflate av røret 46 ovenfor og nedenfor porten 66. Isolasjonshylsen 68 kan holdes på plass over porten 66 av skjærpinner 74.

I operasjon kjøres fylle- og testeventilen 10 for produksjonsrøret inn i brønnen 38 på kompletteringsstreng. Fylle- og testeventilen 10 for produksjonsrøret kan plasseres og holdes i sin åpne tilstand, eller den kan fortrinnsvis plasseres i sin stengte tilstand, siden brønnfluider ikke vil forhindres i å komme inn i de indre passasjer 41 og 67 fra nedenfor klaffen 44. Selv om klaffen er forspent mot stengt stilling, så vil forspenningen ikke være så sterk at den gir vesentlig motstand mot inngang av flui-der nedenfra. På enhver ønsket dybde kan det utføres en trykkintegritetstest ved å påføre fluidtrykk inne i passasjen 41 ovenfor den stengte klaffen 44. Trykket driver klaffen 44 mot dens tettende konfigurasjon. Slike trykktester kan kjøres på forskjellige dybder etter som lengden av kompletteringsstrengen øker.

Når en ønsket dybde er nådd, og etter fullføring av alle trykktester, kan trykk-satt fluid påføres gjennom kontrolledningen 34 for å plassere og holde klaffen 44 i sin åpne tilstand. Det trykksatte fluidet trykker på stempelhodet 20 gjennom det øvre kammer 28. Det trykksatte fluidet driver krafthylsen 18 nedover, hvilket også presser ventilhylsen 42 nedover. Når ventilhylsen 42 beveger seg nedover møter dens lang-side isolasjonshylsen 68. Fortsatt nedoverrettet bevegelse skjærer av skjærpinnene 74 og skyver isolasjonshylsen 68 nedover inn i utsparingen 56 og blottlegger porten 66, hvilket tillater fluidforbindelse mellom passasjene 41 og 67. Dette gjør at trykkdif-feranser over klaffen 44 utlignes.

Fortsatt nedoverrettet bevegelse bevirker at kortsiden av ventilhylsen 42 møter og ligger an mot tangen 64. Dette tvinger klaffen 44 til å dreie seg til åpen stilling. Ytterligere nedoverrettet bevegelse bevirker at foringsrørhylsen 53 passerer langs den (nå hevede) nedre overflate av klaffen 44 og går i inngrep med den øvre ende 60 av røret 46. Passasjene 41 og 67 blir da således sammenføyd. Klaffen 44 er innestengt i den åpne posisjon mellom den utvendige overflate av foringshylsen 53 og en innvendig overflate av ventilhylsen 42. Klaffen 44 befinner seg utenfor strømningsløpet. Det er således ingen fare for at et intervensjonsverktøy blir hengende på klaffen 44, etter som den nå er isolert.

En selektiv profil 43 er anordnet til å tillate at et forflytningsverktøy låses på krafthylsen 18 hvis fluidtrykket ikke er tilstrekkelig, fluidforbindelse gjennom kontroll-odningen 34 blokkeres eller brytes, eller det på annen måte er en svikt i fluidet for å bevege krafthylsen 18. Forflytningsverktøyet kan for eksempel kjøres på kveilrør, kabel, glatt vaier eller borerør for å skyve eller trekke krafthylsen 18 ned eller opp for å åpne eller lukke ventilen 10. Innen kjent teknikk for å åpne en klaffventil, støter en kraftaktuator, vanligvis benevnt et strømningsrør, mot klaffen slik at klaffen roterer bort fra aktuatoren. Aktuatoren skyver på tetningssiden av klaffen, dreier klaffen til åpen tilstand, og passerer ved siden av klaffen for å dekke den og danne et uhindret strømningsløp. I konvensjonelle ventiler for fylling av produksjonsrør ved bruk av en klaffventil, er det ikke mulig å åpne klaffen ved bruk av et mekanisk forflytningsverk-tøy, fordi klaff aktuatoren befinner seg nedenfor den lukkede klaffventilen. For å få mekanisk adkomst til klaffaktuatoren må klaffen først åpnes. Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å plassere klaffaktuatoren på den øvre (ikke-tettende) side av klaffen. Et forflytningsverktøy kan således kjøres inn og låses på aktuatoren selv om klaffen er i den stengte posisjon.

Den foreliggende oppfinnelse øker også diameteren gjennom klaffventilen sammenlignet med ventiler i henhold til kjent teknikk. I ventiler i henhold til kjent teknikk, fordi klaffaktuatoren befinner seg nedenfor klaffen og må passere gjennom den øvre ende av produksjonsrøret, må den ha en utvendig diameter som er mindre enn den innvendige diameter av produksjonsrøret. Den foreliggende oppfinnelse bruker en aktuator, foringshylsen 53, som befinner seg ovenfor klaffen og har en innvendig diameter som er lik den innvendige diameter av produksjonsrøret 46. Dette muliggjør en større innvendig diameter gjennom klaffventilen uten å øke den utvendige diameter.

Selv om den er beskrevet ved spesifikk terminologi ved bruk av spesifikke komponenter, er oppfinnelsen ikke begrenset til disse komponentene. Andre elementer kan brukes ombyttbart, kanskje med små modifikasjoner for å ta hånd om varia-sjoner. For eksempel kan det brukes andre ventiltyper enn en klaffventil. Oppfinnelsen kan også ha andre anvendelser hvor det er ønskelig å påføre produksjons-rørtrykk, som er innenfor rammen for denne oppfinnelsen. For eksempel kan pro-duksjonsrørtrykk brukes til å blåse opp eller aktuere en pakning eller en annen nedi-hullskomponent.

Andre fremgangsmåter til å tilveiebringe kraft for åpning av klaffen kan brukes sammen med det klaffarrangement som er her er beskrevet. En nitrogengassfjær, en kompressibel væskefjær, en mekanisk fjær, en atmosfærisk forspenningsfjær, en bruddskive, en kraftmodul som er operert med en hydromekanisk trykkpuls, eller en smartaktuator kan brukes for å tilveiebringe kraft for å aktuere klaffventilen. En indek-seringsmekaniske sammen med en nitrogengasskraftfjær, som beskrevet i US patent nr. 6 352 119, kan med passende modifikasjoner brukes til å operere klaffventilen. Selv om kun noen få eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i detalj ovenfor, vil fagpersoner innen området lett forstå at mange modifikasjoner av de eksemplifiserende utførelser er mulige uten i vesentlig grad å avvike fra den nye lære og fordeler ved denne oppfinnelsen.

Claims (19)

1. Kompletteringsenhet til bruk i en brønn, omfattende et hus (16) med en gjennomgående passasje; en ventilmodul (14) som er lokalisert i huset (16) og som har en ventil (44) for å tillate eller blokkere fluidstrøm gjennom passasjen; en kraftmodul (12) som er bevegelig montert til huset (16), idet kraftmodulen (12) omfatter en krafthylse (18) og en foringshylse (53) tilknyttet krafthylsen (18); og et rør (46) montert til ventilen (44), karakterisert ved at: en innvendig diameter av ventilen (44) er hovedsakelig den samme som en innvendig diameter av en passasje nedenfor ventilen (44), og kraftmodulen (12) er tilpasset for i utgangspunktet å inngripe ventilen (44) med krafthylsen (18) for å åpne ventilen (44) og etter åpning av ventilen (44), sette inn foringshylsen (53) gjennom ventilens sete for å fastgjøre ventilen i den åpne posisjon.

2. Kompletteringsenhet ifølge krav 1, hvor røret (46) som er montert til ventilen (44) omfatter minst én port (66) for selektivt å tillate fluid å strømme rundt ventilen (44).

3. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, hvor kraftmodulen (12) videre omfatter en krafthylse (18) som har et stempelhode (20) som beveger seg i et tettet kammer (22).

4. Kompletteringsenhet ifølge krav 3, videre omfattende en kontrolledning i fluidforbindelse med det tettede kammer (22).

5. Kompletteringsenhet ifølge krav 3, hvor krafthylsen (18) har en selektiv profil (43) konfigurert for å tillate at et sjalteverktøy hakes fast på krafthylsen (18).

6. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, hvor kraftmodulen (14) videre omfatter en ventilhylse (42).

7. Kompletteringsenhet ifølge krav 6, hvor ventilhylsen (42) har en konisk nedre ende (52).

8. Kompletteringsenhet ifølge krav 6, hvor ventilhylsen (42) har en skulder for inngrep med en komplementær skulder på en krafthylse (18).

9. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, hvor ventilmodulen (14) videre omfatter en klaffventil (44).

10. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, hvor røret (46) og huset (16) danner en ringformet utsparing.

11. Kompletteringsenhet ifølge krav 9, hvor klaffventilen (44) har en tange (64) som strekker seg fra en klaff (44) i klaffventilen.

12. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, videre omfattende: en hylse (68) som er bevegelig montert på røret (46) for å blokkere eller tillate strøm gjennom den minst ene port (66).

13. Kompletteringsenhet ifølge krav 2, hvori ventilen (44) omfatter en klaff (44) og klaffen (44) er tilpasset for å bli rotert vekk fra en lukket posisjon for å tillate at fluid nedihulls for setet kan strømme gjennom setet ettersom enheten senkes inn i brøn-nen.

14. Kompletteringsenhet ifølge krav 13, ytterligere omfattende: et element omfattende en overflate tilpasset for å presse mot klaffen (44) for å rotere klaffen (44) mot overflaten til en åpen posisjon for å tillate fluidstrømning gjennom setet og opprettholde klaffen (44) i den åpne posisjonen.

15. Fremgangsmåte for anvendelse i en brønn, omfattende å tilveiebringe en ventilsammenstillings (14) klaff (44) for å styre fluidstrømning gjennom et ventilsete (58) dannet i et rør av ventilsammenstillingen (14), karakterisert ved: kjøring av ventilsammenstillingen (14) nedihulls i brønnen med klaffen (44) lukket og idet klaffen (44) er tilpasset for å åpne i respons på fluidtrykk nedihulls for klaffen (44) mens ventilsammenstillingen (14) senkes ned i brønnen; og tilveiebringe en aktuator (12) omfattende et bevegelig element innvendig i røret for å rotere klaffen (44) mot elementet for å åpne klaffen (44) og opprettholde klaffen (44) i åpen posisjon.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvori handlingen med å tilveiebringe ventilsammenstillingens (14) klaff (44) omfatter å konstruere ventilenheten (14) slik at klaffen (44) hovedsakelig har samme diameter som en innvendig diameter av en passasje under klaffen (44); og hvori handlingen med å tilveiebringe en aktuator (12) omfatter plassering av aktuatoren (12) på den samme siden av ventilsammenstillingens (14) klaff (44) som åpningsretningen til klaffen (44).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvori handlingen med å tilveiebringe aktuatoren (12) omfatter å tilveiebringe minst én hylse (18, 53) innvendig i røret.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvori handlingen med å tilveiebringe aktuatoren (12) omfatter å tilveiebringe en første hylse (18) for å rotere klaffen (44) til en åpen posisjon; og tilveiebringe en andre hylse (53) for å opprettholde klaffen (44) i den åpne posisjonen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 16, videre omfattende å selektivt bevege klaffen (44) for å styre fluidstrøm mellom passasjen plassert under klaffen (44) og en passasje plassert oppihulls for klaffen.