NO346422B1 - Kopling for å montere filter til hovedrør uten sveising eller smiing - Google Patents

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

[0001] Området for denne oppfinnelse er brønnfiltre og mer spesielt de som er porøse og sveller i åpent hull for å stenge av et irregulært formet borehull og mer spesielt fastgjøringsanordninger for å feste hylser av slikt materiale til et hovedrør med åpninger.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Tidligere har sandstyrings-fremgangsmåter vært dominert ved gruspakking på utsiden av brønnfiltre. Ideen var å fylle det ringformede rom på utsiden av filtre med sand for å forhindre produksjonen av uønsket faststoff fra formasjonen. Mer nylig, med ankomsten av rørekspansjons-teknologi ble det antatt at behovet for gruspakking kunne elimineres hvis et filter eller filtre kunne ekspanderes på plass for å eliminere det omgivende ringformede rom som fram til nå hadde blitt pakket med sand. Problemer oppsto med filterekspansjons-teknikken som en erstatning for gruspakking på grunn av brønnboringsform-uregelmessigheter. En fast senke (eng. swage) ville ekspandere et filter en fast størrelse. Problemene var at en utvasking i brønnboringen ville fremdeles etterlate et stort ringformet rom på utsiden av filteret. Omvendt, kunne et trangt sted i brønnboringen skape risikoen for fastlåsing av den festede senke.

[0003] En forbedring av den festede senketeknikk var å bruke forskjellige former av fleksible senker. I teorien var disse fleksible senker ettergivende slik at i et trangt sted ville de bøye seg innover og redusere muligheten for fastgjøring av senken. På den annen side, hvis det var et hulromsområde, vedvarte det samme problem ved at den fleksible senke hadde en uendelig ytre dimensjon til hvilken den ville ekspandere filteret. Derfor etterlot fremdeles bruken av fleksible senker problemet med ringformede åpninger på utsiden av filteret med en resulterende uønsket produksjon av faststoff når brønnen ble satt i produksjon fra denne sone.

[0004] Tidligere utforminger av filtre har benyttet på forhånd komprimerte matter holdt av en metallkappe som så er utsatt for et kjemisk angrep når plassert i det ønskede sted nede i hullet. Matten er så tillatt å ekspandere fra sin på forhånd komprimerte tilstand. Filteret er ikke ekspandert. Denne utforming er beskrevet i US patenter 2,981,332 og 2,981,333. US-patent 5,667,011 viser en fast senke som ekspanderer en slisset fôring nede i hullet. US patenter 5,901,789 og 6,012,522 viser brønnfiltre som ekspanderes. US 6,253,850 viser en teknikk på innføring av en massiv fôring i en annen allerede ekspandert slisset fôring for å stenge av og anvendelsen av gummi eller epoksy for å tette mellom fôringene. US patent 6,263,966 viser et filter med langsgående folder som ekspanderes nede i hullet. US patent 5,833,001 viser gummi herdet på stedet for å lage en plugg etter å være ekspandert med et oppblåsbart middel. Til slutt er US patent 4,262,744 av generell interesse som en teknikk for å lage filtre ved å benytte former.

[0005] USP 7,318,481 adresserer et problem ved å tilveiebringe en filtersammenstilling med et ytterlag som kan forme seg til borehullsformen ved ekspansjon. Det valgte materiale vil svelle i kontakt med brønnboringsfluider for ytterligere fremme fylling av hulromsområdet i borehullet etter ekspansjon. I en alternativ utforming er filterekspansjon ikke nødvendig og de ytterste lag sveller for å forme seg til borehullsformen fra kontakt med brønnfluider eller andre fluider introdusert i brønnboringen. Filterseksjonen er fabrikkert på en måte som reduserer eller eliminerer sveiser. Sveiser er plassert under hard belastning i en ekspansjonsprosess, og således minimalisere eller eliminere sveiser sørger for sikrere filteroperasjon etter ekspansjon.

[0006] Imidlertid, må det ytre laget som er filteret som beskrevet i USP 7,318,481 gjøre turen inn i borehullet og beholde sin relative posisjon til hovedrøråpningene som er initielt under dette. Når plassert ved det ønskede sted, behøver det fremdeles noe langsgående fastgjøring for å holde riktig posisjonering i forhold til hovedrøret nedenfor. Siden slike filtermaterialer er varmesensitive, er sveiseholdere ikke passende for denne anvendelse. Hva som er nødvendig er en fastgjøringsanordning som hurtig kan monteres og mekanisk forankres til riktig sted og holde hylsene som omfatter filterseksjonene som glir over hovedrøret i sammenstillingsprosessen. I mange tilfeller er disse sammenstillinger sammenstilt på feltet slik at komponentene må være enkelt konstruert slik at de kan monteres med tilgjengelig verktøy ved et borehullssted eller et distrikt-distribusjonssted.

[0007] I andre ikke-relaterte anvendelser for svellende pakninger som holder store differensialtrykk-endeholdeanordninger for de svellende elementer som tetter et borehull har blitt benyttet som en integral komponent av tetningssammenstillingen for beskyttelse mot og ekstrudering under høye differensialtrykk. Noen få eksempler på slike pakninger er USP: 7,013,979; 7,552,767; 7,441,596 og 7,387,158.

Andre ringformede holdere for plassering på rør er laget av Downhole Products Ltd, Edinburgh, Skottland og illustrert på deres nettside med en mengde styresko og sentreringsrør ved http://www.downhole.org/products.html.

[0008] Hva som er nødvendig og tilveiebrakt ved den foreliggende oppfinnelse er en hurtig anbringelse over rørholderen for å riktig posisjonere porøse hylser benyttet i forbindelse med hovedrør som har åpninger for å holde hylsene i den ønskede posisjon for turen ned i hullet og under drift når strømming gjennom hylsen starter. Hylsen er initielt tilbakeholdt for turen inn i borehullet og fortsetter å tilbakeholdes etter den er i posisjon og har svellet eller på annen måte vokst for å spenne over det ringformede rom rundt hovedrøret til borehullsveggen. Utvendige flater eller rygger er anordnet for hurtig sammenstilling ved å benytte håndverktøy for å sørge for feltsammenstilling av et filtersystem. Disse og andre egenskaper til den foreliggende oppfinnelse vil lettere komme frem for de som er faglært på området fra en gjennomgang av beskrivelsen av de foretrukkede og alternative utførelser og de tilhørende tegninger idet en forståelse av det fullstendige omfang av oppfinnelsen er bestemt av de vedføyde krav.

US 2009/0272541 beskriver et nedihulls apparat med en svellbar konnektor. US 5,931,232 beskriver en mekanisk forbindelse mellom hovedrør og filter og fremgangsmåte for bruk derav. US 6,530,431 beskriver en filterkappesammenstillingsforbindelse og fremgangsmåter for bruk derav. US 2008/0196879 beskriver et mekanisk koblet filter og fremgangsmåte. US 6,062,307 beskriver filtersammenstillinger og fremgangsmåter for sikring av filtere.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en filtersammenstilling for underjordisk bruk i en boring dannet ved en vegg, karakterisert ved at den omfatter: et hovedrør med i det minste en åpning gjennom en vegg derav; i det minste et ringformet filtersegment montert over nevnte hovedrør; i det minste et holderhus med en passasje derigjennom for å tillate at nevnte holderhus kan gli over nevnte hovedrør og selektivt festet til hovedrøret ved et forhåndsbestemt sted, nevnte holderhus forhindrer aksial bevegelse av nevnte filtersegment i i det minste én retning; nevnte holderhus omfatter videre i det minste en gripesammenstilling aktuert gjennom en åpning i en vegg som danner nevnte holderhus; nevnte gripesammenstilling kontakter selektivt nevnte vegg som danner nevnte hovedrør; nevnte gripesammenstilling anvender en kompresjonskraft på nevnte vegg som danner nevnte hovedrør; nevnte gripesammenstilling omfatter i det minste et holdekilesegment kilet inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør.

Ytterligere utførelsesformer av filtersammenstillingen i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremgår av de uselvstendige patentkrav.

[0009] Et underjordisk filtersystem viser åpninger i et hovedrør og hylseseksjoner til et porøst materiale som fortrinnsvis sveller i borehullet for å spenne over et ringformet rom rundt hovedrøret. Holdere er montert til hovedrøret i et ønsket sted og mekanisk festet ved å benytte innvendig gripesystem aktuert gjennom veggen til holderen. En kilevirkning av holdekilesegmenter er initiert ved en vinkelmessig fremføringssammenstilling gjennom veggen til holderen. Holderen kan ha enderinger som strekker seg forbi én eller begge ender over hvilken filterhylsen strekker seg. Flater eller rygger på det utvendige av holderen eller enderinger gjør sammenstilling enklere med håndverktøy for å sørge for hurtig feltsammenstilling, hvis nødvendig. Filtrering skjer gjennom hylsene som støter mot borehullsveggen og inn i hovedrøråpningene og til overflaten.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0010] Fig.1 er et snittriss av en holder som benytter en enkel endering;

[0011] Fig.2 er et utvendig riss av holderen i fig.1;

[0012] Fig.3 er et snittriss av alternative utførelser med motstående enderinger; og

[0013] Fig.4 er utvendig riss av holderen i fig.3.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKKEDE UTFØRELSE

[0014] Fig.1 illustrerer en enkeltsidet holdersammenstilling 10. Den omfatter et hovedrør (basisrør) 12 over hvilket en endering 14 er montert ved å gli den over en ende av en skjøt som er del av hovedrøret 12. Et filterelement 16 er en hylse som er porøs og når den er i borehullet fortrinnsvis utvider seg for å møte borehullsveggen slik at den presser mot borehullsveggen (ikke vist) og i motsatt retning tilbake mot enderingen 14. Initielt, under sammenstilling, er innsidediameteren 18 fortrinnsvis en klaring eller lett presspasning til utsideoverflaten 20 til endering 14. Gjenger 22 på enderingen 14 opptar gjenger 24 på forankringsringhuset 26. En skulder 28 på huset 26 virker som en bevegelsesstopper for gjenger 22 og 24. Segmenterte holderkiler 30 er innført gjennom enden 32 eller huset 26 når hovedrøret 12 allerede er gjennom huset 26. Holderkilesegmentene brer seg ut mot skulder 34 med flettverk 36 vendende mot hovedrøret 12.

Flettverkene 36 kan være skarpe rygger hvis orientering kan være radial direkte inn i hovedrøret 12 eller noen flettverk kan helle i opposisjon til andre flettverk 36 for å motstå påførte krefter til huset 26 som kommer fra enhver retning. Holderkilesegmentet 30 har en utvendig koning 38 på hvilken konus 40 til kilering 42 rir. Laterale åpninger 44 i huset 26 er gjenget for å tillate setteskrue 46 å fremføre en gummidel 48 og en kule 50 mot overflate 51 til kileringen 42. Holder 52 er sammenstilt ved å benytte gjenger 54 til huset 26 som den siste komponent til sammenstillingen. Dreining av setteskruen 46 komprimerer gummielementet 48 mot kulen 50 for å holde kileringen 42 mot holdekilesegmentene 30 slik at flettverkene 36 penetrerer veggen til hovedrøret 12 når ringen 52 er bygd opp til ende 32. Hovedrøret 12 har en rekke av åpninger 56 for å tillate strømming fra formasjonen gjennom filterelementet 16. Idet fig.1 og 2 viser en enkel sidesammenstilling med en endering 14, vil de som er faglært på området forstå at istedenfor holder 52 kan en annen endering 14 være skrudd inn med et annet filterelement 16 glidd over denne slik at en speilbildesammenstilling er fremvist.

[0015] Enderinger 14 eller holdere 52 kan ha utvendige flater eller rygger for å tillate at verktøy får et grep for hurtig og sikker skruing av gjengene 22 og 24 eller gjenger 54. Fig.2 illustrerer rygger 58 på huset 26 for også å tilrettelegge grep for verktøy for sammenstilling og for å tilveiebringe en strømningskanal mellom tilstøtende filterelementer 16 eller til et enkelt element 16 ved enden av en rekke av disse som vist i fig.2.

[0016] Fig.3, som ikke er del av oppfinnelsen, er en alternativ utførelse som viser et hovedrør 60 med åpninger 62. Det har en gripering 64 med gjenger 66 og 68 ved motstående ender. Dekker eller enderinger 70 og 72 skrur inn ved motstående ender til gjenger 66 og 68. En filterhylse 74 og 76 passer henholdsvis over dekkene 70 og 72. Som tidligere er tilpasningen over dekkene fortrinnsvis en klaring eller presstilpasning. Dekker 70 og 72 har spor 78 og 80 inn i hvilke innoverforløpende fremspring 82, 84 strekker seg og dermed holder dekkene 70 og 72 i et fast avstandsforhold til hverandre når dekkene 70 og 72 er sammenstilt på forhånd til griperingen 64 før de alle tre er glidd over hovedrøret 60. Én eller flere gjengede åpninger 86 rommer en setteskrue 88 som er fremført inn i et gripende forhold med den utvendige overflate av hovedrøret 60. Bunnen 90 til hver setteskrue 88 kan ha fletteverk eller en eller annen overflateruhet eller annen innføring for å tilrettelegge grep eller penetrasjon inn i hovedrørets 60 vegg for å øke grepet. Som vist i fig.4, som ikke er del av oppfinnelsen, kan én eller flere utvendige spor 92 være fremskaffet for å tillate strømming under innkjøring.

Dekker 70 og 72 kan ha utvendige flater for å hjelpe til med å benytte verktøy ved skruing av disse deler til gripehuset 64. Sekskantede fordypninger 94 tilrettelegger kjøring av setteskruene 88 med en Allen nøkkel.

[0017] De som er faglært på området vil nå forstå at en filtersammenstilling bygget opp av individuelle hylser over hovedrør med åpninger hvor hylsene er porøse og fortrinnsvis sveller til den omgivende brønnboringsvegg er laget sikrere med festeanordninger som holder hylsen i posisjon ikke bare for turen inn i brønnen men også etter at fluider strømmer gjennom filterhylsene. Idet svelling av hylsene for å forme seg til borehullsformen er ønskelig, er også en porøs hylse med slike egenskaper overveid. Hylsen kan være et skummateriale eller en samling av sammenfiltrede langstrakte materialer for å danne en porøs struktur som vil holde faststoff av en gitt størrelse eller størrelsesområde. Hylsen kan være sømløs eller en rulle med overlappende ender eller den kan ha en langsgående eller spiralsøm. Idet høye differensialtrykk ikke er forutsett med mindre det er en fullstendig strømningsblokkering, hjelper holderne, slik som 26 eller 64, til å opprettholde hylsene tettende over åpningene 56 eller 62. Holderne oppveier for søylestyrken som mangler i filterhylsene, spesielt hvis de sveller eller på annen måte utvider seg hvilken tilstand kan ytterligere redusere deres søylestyrke. Alternativt, kan også metallfilterhylser med passende endetetninger være tilbakeholdt av holderne til et hovedrør med åpninger. Idet noen arrangementer for fastgjøring har blitt illustrert i figurene, skal det forstås at andre teknikker for fastgjøring er overveid. Idet holdekilesegmenter er illustrert kan holdekilene være en ring med bristbare forbindelser slik at segmentene kun er dannet som setteskruer 46 og dreid. Andre fastgjøringsarrangementer slik som pressing av en klo inn i et vindu på holderingen 52 er f.eks. også overveid. Hva som er foretrukket er en låsesammenstilling som er enkel, lett å anvende selv ved brønnstedet og som kan holde grep for lengre tidsperioder under levetiden til anordningen.

Claims (16)

PATENTKRAV

1. Filtersammenstilling for underjordisk bruk i en boring dannet ved en vegg, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

et hovedrør (12) med i det minste en åpning gjennom en vegg derav;

i det minste et ringformet filtersegment (16) montert over nevnte hovedrør (12);

i det minste et holderhus (26) med en passasje derigjennom for å tillate at nevnte holderhus (26) kan gli over nevnte hovedrør (12) og selektivt festet til hovedrøret (12) ved et forhåndsbestemt sted, nevnte holderhus (26) forhindrer aksial bevegelse av nevnte filtersegment (16) i i det minste én retning;

nevnte holderhus (26) omfatter videre i det minste en gripesammenstilling aktuert gjennom en åpning i en vegg som danner nevnte holderhus (26);

nevnte gripesammenstilling kontakter selektivt nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12);

nevnte gripesammenstilling anvender en kompresjonskraft på nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12);

nevnte gripesammenstilling omfatter i det minste et holdekilesegment (30) kilet inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12).

2. Sammenstilling ifølge krav 1, hvori:

nevnte gripesammenstilling omfatter i det minste en gjenget setteskrue (46) som er selektivt fremført inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12) ved rotasjon derav.

3. Sammenstilling ifølge krav 2, hvori:

nevnte setteskrue (46) er fremført radialt inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12) og omfatter videre en endeoverflate-egenskap som fremmer penetrasjon inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12).

4. Sammenstilling ifølge krav 1, hvori:

nevnte gripesammenstilling omfatter en kilering (42) med en konet overflate som rir på en konet overflate til nevnte glidesegment for å presse nevnte glidesegment radialt.

5. Sammenstilling ifølge krav 4, hvori:

nevnte kilering (42) er tilbakeholdt av i det minste en setteskrue (46) som skyver på en elastisk del (48) lokalisert mellom nevnte setteskrue (46) og nevnte kilering (42).

6. Sammenstilling ifølge krav 5, hvori:

nevnte elastiske del (48) skyver på en gripekule (50) som kontakter nevnte kilering (42).

7. Sammenstilling ifølge krav 4, hvori:

nevnte kilering (42) er tilbakeholdt til nevnte holderhus (26) med en holderring;

nevnte holderhus (26) omfatter videre en endering (14) som strekker seg forbi nevnte holderhus (26) på en motsatt ende fra nevnte holderring, nevnte endering (14) er montert over nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12) og festet til nevnte holderhus (26).

8. Sammenstilling ifølge krav 7, hvori:

nevnte ringformede filtersegment (16) passer over nevnte endering (14) i en klarering eller presstilpasning.

9. Sammenstilling ifølge krav 8, hvori:

nevnte filtersegment (16) vokser mot veggen til boringen ved eksponering mot brønnfluider og inntar formen av boringen.

10. Sammenstilling ifølge krav 4, hvori:

nevnte kilering (42) er holdt i nevnte holderhus (26) med en første endering (14) som forløper utover nevnte holderhus (26);

nevnte holderhus (26) omfatter videre en andre endering (14) som forløper utover en motsatt ende av nevnte holderhus (26) enn nevnte holderring;

hver av nevnte enderinger (14) har et nevnt filtersegment (16) montert over seg i en klarering eller trykktilpasning.

11. Sammenstilling ifølge krav 10, hvori:

nevnte filtersegmenter (16) vokser mot veggen til boringen når eksponert mot brønnfluider og inntar formen av boringen.

12. Sammenstilling ifølge krav 2, hvori:

nevnte holderhus (26) omfatter en første endering (14) som strekker seg utover nevnte holderhus (26);

nevnte holderhus (26) omfatter videre en andre endering (14) som strekker seg utover en motsatt ende av nevnte holderhus (26) enn nevnte første endering (14);

hver av nevnte enderinger (14) har et nevnte filtersegment (16) montert over seg i en klarering eller trykktilpasning.

13. Sammenstilling ifølge krav 12, hvori:

nevnte filtersegmenter (16) vokser mot veggen til boringen ved eksponering mot brønnfluider og inntar formen av boringen.

14. Sammenstilling ifølge krav 1, hvori:

nevnte filtersegment (16) vokser mot veggen av boringen ved eksponering mot brønnfluider og inntar formen av boringen.

15. Sammenstilling ifølge krav 14, hvori:

nevnte holderhus (26) omfatter videre en endering (14) som strekker seg forbi nevnte holderhus (26) på i det minste en ende av nevnte holderring, nevnte endering (14) er montert over nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12) og festet til nevnte holderhus (26);

nevnte endering (14) har et nevnte filtersegment (16) montert over seg i en klarering eller trykktilpasning.

16. Sammenstilling ifølge krav 15, hvori:

nevnte holderhus (26) omfatter videre i det minste en gripesammenstilling aktuert gjennom en åpning i en vegg som danner nevnte holderhus (26);

nevnte gripesammenstilling kontakter selektivt nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12);

nevnte gripesammenstilling anvender en kompresjonskraft på nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12);

nevnte gripesammenstilling omfatter i det minste et glidesegment kilet inn i nevnte vegg som danner nevnte hovedrør (12);

nevnte gripesammenstilling omfatter en kilering (42) med en konet overflate som rir på en konet overflate av nevnte glidesegment for å presse nevnte glideelement radialt.