NO338522B1 - Hylseventil med permanent sluttstilling og fremgangsmåte for bruk av hylseventil - Google Patents

Description

HYLSEVENTIL MED PERMANENT SLUTTSTILLING OG FREMGANGSMÅTE FOR BRUKAV HYLSEVENTIL

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en hylseventil med permanent sluttstilling, særlig til bruk ved leting og produksjon av hydrokarboner. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for bruk av hylseventil

Beslektet og kjent teknikk.

Ved leting etter, og produksjon av, olje, gass og andre hydrokarboner bores først et borehull med relativt stor diameter. Borestrengen trekkes ut, og et stålrør eller en foring føres inn i borehullet. Foringen sementeres vanligvis fast i formasjonen omkring. Når sementen er herdet tilstrekkelig, bores en ny seksjon, borestrengen trekkes ut og et forlengelsesrør henges av i den eksiterende foringen. Deretter sementeres forlengelsesrøret fast i formasjonen, og prosessen gjentas inntil brønnhullet har ønsket dybde. Det er også vanlig å bore horisontale grener inn i geologiske lag som inneholder hydrokarboner. Et ferdig foret brønnhull består derfor av en rekke rørseksjoner som har suksessivt mindre diameter jo lenger borte fra overflaten de befinner seg.

Sementering skjer vanligvis ved at sement pumpes ned gjennom foringen og ut gjennom en ventil nederst i brønnhullet slik at den presses ut i ringrommet mellom formasjonen og foringen og tilbake i retning av overflaten. Så snart ringrommet er fylt med flytende

sement skal sementeringsventilen stenges permanent før overskuddssement fjernes fra det indre av brønnhullet. For å unngå at et langt rør fylles opp med overskuddsement, er det vanlig å sette inn skilleplugger foran og bak sementstrømmen. Disse skillepluggene skiller mellom et parti med sementeringsmasse og sirkulasjonsvæske (slam) foran og bak sementen i fluidstrømmen.

Det er derfor behov for en ventil som kan åpnes og lukkes flere ganger for å lede de ulike fluidstrømmene tikl ulike steder før ventilen stenges permanent.

En sementert seksjon blir gjerne perforert med en rettet eksplosiv ladning som slår hull i foringen og danner sprekker i formasjonen omkring slik at hydrokarboner kan strømme inn i brønnen. Slike eksplosive ladninger kan skade eller ødelegge porøse formasjoner. Det kan derfor være ønskelig å utstyre en seksjon med én eller flere ventiler og/eller sandskjermer som skal kunne åpnes når brønnen settes i produksjon, i stedet for å bruke den forannevnte metoden med sementering og eksplosiv penetrering. Det kan videre være ønskelig å åpne og lukke slike ventiler flere ganger før de åpnes eller stenges permanent.

På større olje- og gassfelt er det vanlig å bore injeksjonsbrønner i avstand fra produksjonsbrønnen(e). Disse brukes til å tilføre fluider for å øke reservoartrykket og/eller tilføre kjemikalier for å øke produksjonen fra feltet. I injeksjonsbrønner er det også behov for ventiler som kan åpnes og stenges en rekke ganger før de låses permanent.

Hylseventiler er en vanlig form for ventiler i anvendelsene nevnt ovenfor. Den foreliggende oppfinnelsen er basert på samme prinsipp som andre hylseventiler, der en indre hul aksling eller hylse beveges aksialt eller roterende i et ytre ventilhus. Når åpninger i den indre hylsen faller sammen med åpninger i det ytre huset er ventilen åpen, og når åpningene ikke faller sammen er ventilen stengt.

Det er kjent en rekke teknikker for å bevege den indre hylsen i forhold til det ytre ventilhuset, f.eks. ved hjelp av en rørstreng, et kveilrør eller en brønntraktor. Man kan også i noen anvendelser benytte et aktiveringsverktøy opphengt i en kabel ("wireline" eller, hvis kabelen er strømførende, "e-line"). Som siste variant nevnes aktivering ved bruk av en droppball som pumpes eller slippes ned i et rør inntil den

treffer et sete på verktøyet som skal aktiveres, og tetter for videre gjennomstrømming. Deretter brukes hydraulisk trykk i væskesøylen over verktøyet til å aktivere eller deaktivere ventilen. En hvilken som helst av disse teknikkene eller en annen kjent teknikk for å åpne eller lukke en hylseventil i et brønnhull kan benyttes sammen med den foreliggende oppfinnelsen.

I konvensjonell teknikk brukes radialt forspente låseklakker til å låse sammen en indre hylse og et ytre hus mer eller mindre permanent. I noen anvendelser er en ulempe med slike låseklakker at fjæren som tilveiebringer den radiale forspenningen, enten det er en bladfjær, en spiralfjær eller noe annet, samt resten av mekanismen må være laget av relativt dyrt stål med høy kvalitet for å unngå korrosjon og slitasje.

I andre anvendelser er det viktig at låsemekanismen er skjermet slik at ikke f eks. sement, borkaks, sand fra formasjonen osv. trenger inn i mekanismen og hindrer at den virker som den skal. Det er med andre ord behov for en ventil som kan stenges permanent uten bruk av fordyrende stålkvaliteter og/eller tetningsmidler.

Amerikansk patentsøknad US 2003/0192703 A1 beskriver ulike teknikker for å holde en ventilklaff i åpen posisjon. Varianter der en krage som kjøres ned på et verktøy og deformeres plastisk radialt og låser seg til en indre vegg av ventilhuset og på den måten sperrer for et strømningsrør som igjen holder ventilklaffen i åpen posisjon er beskrevet. En ulempe med denne fremgangsmåten er at nye deler må sendes ned fra overflaten for å holde klaffen åpen.

Det er således behov for ventiler som kan åpnes og lukkes med konvensjonelle midler, og som kan holdes permanent i en åpen eller lukket sluttstilling.

Et mål med den foreliggende oppfinnelsen er således å tilveiebringe en slik ventil som er mer robust, pålitelig og rimeligere å fremstille enn kjente ventiler for slike formål, og som dessuten ikke er beheftet med de forannevnte ulempene.

Oppsummering av oppfinnelsen

Dette oppnås ifølge den foreliggende oppfinnelsen ved å tilveiebringe en hylseventil med permanent sluttstilling omfattende en indre hylse anbrakt konsentrisk i en ytre hylse med minst én radialt rettet ytre åpning, hvor den indre hylsen er konfigurert til å forflytte seg relativt den ytre hylsen mellom en åpen posisjon hvor den indre hylsen ikke tetter den ytre åpningen, en stengt posisjon hvor den indre tetter den ytre åpningen og en låseposisjon hvor den indre hylsen tetter den ytre åpningen, hvor den stengte posisjonen er mellom den åpne posisjonen og låseposisjonen,karakterisert vedat hylseventilen omfatter minst ett plastisk deformerbart låseområde i hylseveggen på den ene av den ytre eller indre hylsen som er tilpasset å bli deformert radialt inn i et låsespor på den andre av den ytre eller indre hylsen når den indre hylsen beveges til låseposisjonen.

Videre oppnås målene med den foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for bruk av hylseventilen, omfattende: å stenge ventilen minst én gang ved å forskyve den indre hylsen fra den åpne posisjonen til den stengte posisjonen, og å forskyve den indre hylsen til låseposisjonen slik at et plastisk deformerbart låseområde i hylseveggen på den ene av den ytre eller indre hylsen deformeres plastisk inn i et låsespor i den andre av den ytre eller indre hylsen, hvorved den ytre og den indre hylsen låses permanent mot hverandre.

Når den indre hylsen befinner seg i arbeidsområdet, ligger det plastisk deformerbare området an mot en hylsevegg og deformeres derfor ikke. Dermed kan ventilen åpnes og stenges gjentatte ganger inntil den indre hylsen beveges ut av arbeidsområdet til det deformerbare området er innrettet mot et låsespor. Dersom det er tilstrekkelig høyt trykk mot en arbeidsflate i deformasjonssonen, vil det plastisk deformerbare området trenge inn i låsesporet, og ventilen låses permanent.

Derved kan relativt dyre og korrosjonssikre metallelementer erstattes med et enkelt rørformet element eller stykke fastmontert i en av hylsene.

Kort beskrivelse av tegningene

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelse beskrives nå nærmere med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor; Figur la er et skjematisk snitt gjennom en del av en ventil der en indre hylse kan forskyves aksialt i en ytre hylse.

Figur lb viser delen i Fig. la i stengt posisjon.

Figur lc viser delen i Fig. la forskjøvet til en permanent stengt posisjon.

Figur ld viser delen i Fig. la der hydraulisk trykk frembringer plastisk deformasjon. Figur 2 er et skjematisk snitt gjennom en ventil der en indre hylse kan rotere i en ytre hylse. Figur 3 viser delen i Fig. la der en aksialt rettet kraft frembringer plastisk deformasjon.

Detaljert beskrivelse

Av praktiske grunner beskrives her en indre hylse som beveges i forhold til en fast ytre hylse. Det bemerkes at relative bevegelser mellom den ytre og indre hylsen kan beskrives på denne måten uten tap av generalitet. Det skal også forstås at hylsene kan ha en hvilken som helst form som tillater aksial bevegelse eller rotasjon mellom dem. Den ytre hylsen kan således ha en vilkårlig ytre form og en rotasjonssymmetrisk, f.eks. sylindrisk eller konisk, indre flate hvis hylsene skal roteres i forhold til hverandre. Den indre flaten kan ha forhøyninger i rotasjonsretningen hvis aksial bevegelse mellom hylsene skal forhindres, eller forhøyninger i lengderetningen hvis den indre hylsen skal være aksialt bevegelig og rotasjonslåst i den ytre hylsen. Av praktiske grunner er begge hylsene fremstilt sylindrisk i figurene.

Det skal også forstås at nødvendige pakninger og andre deler som ikke direkte angår den foreliggende oppfinnelsen ikke er tatt med i figurene av hensyn til klarhet. Figurene la -ld viser skjematisk en del av en hylseventil omfattende en hul indre hylse 2 aksialt glidbart anbrakt i en ytre hylse 1. En andre utførelsesform der den indre hylsen 2 er roterbart anbrakt i den ytre hylsen er vist i figur 2 og nærmere beskrevet nedenfor. Figur la viser et snitt gjennom en del av en ytre hylsevegg 1 med en radialt rettet ytre åpning 10 og en del av en indre hylsevegg 2 med en radialt rettet indre åpning 20. I figur 1 a er hylseventilen vist i en åpen posisjon der de indre åpningene 20 er innrettet med de ytre åpningene 10. Hylsen 2 har videre et plastisk deformerbart område 50, som i figurene la til ld er utstyrt med et låsestykke 41. Låseområdet 50 kan for eksempel være en tynn integrert del av veggen av den indre hylsen 2 som skyver ett eller flere låsestykker 41 radialt ut i tilsvarende låsespor. Det skal også forstås at det plastisk deformerbare området eller låseområdet 50 i noen utførelsesformer kan skyves ut i låsesporet 30 uten låsestykket 41, men at den viste kombinasjonen mellom et mykt deformerbart element og et hardere låsestykke 41 i det plastisk deformerbare låseområdet 50 kan være fordelaktig. Figur lb viser de samme delene som figur la, men i figur lb er den indre hylsen 2 forskjøvet til en stengt posisjon innenfor et arbeidsområde 100.

De indre åpningene 20 er ikke strengt nødvendige i en aksialt forskyvbar indre hylse 2. I en alternativ utførelsesform (ikke vist) kan den åpne posisjonen defineres ved at den indre hylsens ene ende er trukket tilbake (til venstre i figur 1) slik at den indre hylsen ikke stenger for de radialt rettede ytre åpningene 10. Den stengte posisjonen kan defineres tilsvarende ved at den indre hylsens ene ende er skjøvet frem (til høyre i figur 1) slik at den indre hylsen stenger for de radialt rettede ytre åpningene 10.

Den indre hylsen 2 stenger de radialt rettede ytre åpningene 10 både i varianten med radialt rettede indre åpninger 20 og i varianten (ikke vist) uten radialt rettede indre åpninger.

Når den indre hylsen 2 i figur 1 befinner seg i arbeidsområdet 100, er det støtte for et plastisk deformerbart låseområde 50 anbrakt på en av hylsene. Som vist i figurene la - ld, er det plastisk deformerbare området 50 anbrakt på den indre hylsen, og en indre vegg i den ytre hylsen 1 utgjør støtten som hindrer at området 50 deformeres og låses permanent i låseport 30 når den indre hylsen 2 beveges mellom åpen og stengt posisjon i arbeidsområdet 100. En fagmann vil forstå at det i andre anvendelser vil være hensiktsmessig å utstyre den ytre veggen med en deformasjonssone, slik at en ytre flate på den indre hylsen 2 danner støtten som hindrer deformering.

Figur lc viser en mulig situasjon der den indre hylsen 2 er forskjøvet i den ytre hylsen 1 inntil det deformerbare området 50 med låsestykket 41 er innrettet med låsesporet 30. Denne posisjonen betegnes som "utenfor arbeidsområdet". I figur lc er det plastisk deformerbare området 50 ikke deformert, og låsestykket 41 er ikke skjøvet ut i låsesporet 30. Figur lc kan illustrere en øyeblikks-situasjon i en anvendelse der deformeringen av området 50 begynner straks låsestykket 41 er innrettet med låsesporet 30. Figur lc kan alternativt illustrere en mellomtilstand der ingen deformering finner sted før et tilstrekkelig høyt hydraulisk trykk påtrykkes i en sentral boring i den indre hylsen 2. Et slikt hydraulisk trykk som virker på en indre arbeidsflate i den indre hylsen 2, og derved påtrykker en radialt rettet kraft, er illustrert med korte piler i figur lc.

Når et plastisk deformerbart låseområde 50 med eller uten et låsestykke 41 anbringes på en første hylse, tilvirkes altså et låsespor på den andre hylsen. Hensikten med låsesporet 30 er å fjerne støtten som hindrer deformering, slik at det deformerbare området 50, eventuelt omfattende et låsestykke 41 som illustrert, kan deformeres inn i låsesporet for permanent låsing av ventilen.

Det skal forstås at ventilen kan låses permanent åpen eller permanent stengt avhengig av hvor den skal brukes, og hva den skal brukes til. Figur 2 viser en utførelsesform av en hylseventil der en indre hylse 2 kan roteres i en ytre hylse 1 mellom den stengte posisjonen vist i figur 2, og en åpen posisjon der den indre hylsen 2 ikke stenger for de radiale ytre åpningene 10. Den indre hylsen 2 har i utførelsesformen som vises i figur 2 radialt rettede indre åpninger 20, som i den åpne posisjonen er innrettet med de ytre åpningene 10. Et arbeidsområde 200 er illustrert som en vinkel mellom åpen og stengt posisjon. Det skal forstås at et plastisk deformerbart område 50 med eller uten et låsestykke 41 og et låsespor 30 også tilveiebringes i denne utførelsesformen, men at disse ikke er vist i figur 2. Virkemåten til det plastisk deformerbare området 50 og låsesporet tilsvarer virkemåten til de tilsvarende elementene beskrevet i forbindelse med figurene la - ld. Figur 3 viser en alternativ utførelsesform av en detalj av samme ventil som den som vises i figurene la til ld. I figur 3 deformeres det plastisk deformerbare låseområdet 50 ved at det påtrykkes en aksial kraft F. En skulder 11 i den indre overflaten av den ytre hylsen 1 hindrer at den indre hylsen 2 skyves ytterligere aksialt langs den ytre hylsen 1 når kraften F påtrykkes. Når låseområdet 50 deformeres, skyves et låsestykke 41 ut i låsesporet 30. Den aksiale kraften F kan for eksempel påtrykkes gjennom en rørstreng eller med kjøreverktøy. I denne utførelsesformen er det således ikke nødvendig å tilføre et hydraulisk trykk i den sentrale boringen som er tilstrekkelig høyt til at det plastisk deformerbare låseområdet 50 deformeres.

Claims (10)

1. Hylseventil med permanent sluttstilling omfattende en indre hylse (2) konsentrisk anbrakt i en ytre hylse (1) med minst én radialt rettet ytre åpning (10), hvor den indre hylsen (2) er konfigurert til å forflytte seg relativt den ytre hylsen (1) mellom en åpen posisjon hvor den indre hylsen (2) ikke tetter den ytre åpningen (10), en stengt posisjon hvor den indre hylsen (2) tetter den ytre åpningen (10) og en låseposisjon hvor den indre hylsen (2) tetter den ytre åpningen (10), hvor den stengte posisjonen er mellom den åpne posisjonen og låseposisjonen,karakterisert vedat hylseventilen omfatter minst ett plastisk deformerbart låseområde (50) i hylseveggen på den ene av den ytre eller indre hylsen (1, 2) som er tilpasset å bli deformert radialt inn i et låsespor (30) på den andre av den ytre eller indre hylsen (1, 2) når den indre hylsen (2) beveges til låseposisjonen.

2. Hylseventil i følge krav 1,karakterisert vedat den indre hylsen (2) er aksialt glidbart anbrakt i den ytre hylsen (1) og arbeidsområdet (100) er definert i lengderetningen av den ytre hylsen (1).

3. Hylseventil i følge krav 2,karakterisert vedat låsesporet (30) er ringformet og strekker seg rundt hele omkretsen av en hylsevegg på den andre av den ytre eller den indre hylsen (1, 2).

4. Hylseventil i følge krav 1,karakterisert vedat den indre hylsen (2) er roterbart anbrakt i den ytre hylsen (1) og arbeidsområdet (200) er definert ved en vinkel.

5. Hylseventil i følge krav 2 eller 4,karakterisert vedat låsesporet (30) har en aksiell og en radiell utstrekning.

6. Hylseventil i følge krav 1,karakterisert vedat låseområdet (50) omfatter minst ett låsestykke (41).

7. Hylseventil i følge krav 1,karakterisert vedat låseområdet (50) omfatter en integrert del av den indre hylsen (2).

8. Hylseventil i følge krav 1,karakterisert vedat låseområdet (50) er et deformerbart element fast forbundet med den indre hylsen (2).

9 Fremgangsmåte for bruk av hylseventil omfattende en indre hylse (2) konsentrisk anbrakt i en ytre hylse (1) med minst én radialt rettet ytre åpning (10), og et arbeidsområde (100, 200) definert av en åpen posisjon hvor den indre hylsen (2) er konfigurert til å forflytte seg relativt den ytre hylsen (1) mellom en åpen posisjon hvor den indre hylsen (2) ikke tetter den ytre åpningen (10), en stengt posisjon hvor den indre hylsen (2) tetter den ytre åpningen (10) og en låseposisjon hvor den indre hylsen (2) tetter den ytre åpningen (10), omfattende: - å stenge ventilen minst én gang ved å forskyve den indre hylsen (2) fra den åpne posisjonen til den stengte posisjonen, viderekarakterisert ved- å forskyve den indre hylsen (2) til låseposisjonen slik at et plastisk deformerbart låseområde (50) i hylseveggen på den ene av den ytre eller indre hylsen (1, 2) deformeres plastisk inn i et låsespor (30) i den andre av den ytre eller indre hylsen (1, 2), hvorved den ytre og den indre hylsen (1, 2) låses permanent mot hverandre.

10. Fremgangsmåte i følge krav 9, ytterligere omfattende å øke det hydrauliske trykket i en sentral boring i den indre hylsen (2) for å frembringe den plastiske deformasjonen.