NO347854B1 - Verktøy med segmentert flerstørrelses-sete - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Område for oppfinnelsen

[0001] Oppfinnelsen angår generelt sirkulasjonsventiler og glidehylseverktøy. I spesielle aspekter angår oppfinnelsen utformingen av pluggseter benyttet i aktueringsmekanismer for slike verktøy.

2. Beskrivelse av relatert teknikk

[0002] Brønnboringsverktøy har blitt konstruert som er operert ved bruken av en kule eller aktueringsplugg som landes på et sete innen strømningsboringen til verktøystrengen. Kulen eller aktueringspluggen tjener til å øke trykk og/eller omdirigere fluidstrømning gjennom verktøyet for å operere verktøyet. Verktøy av denne type innbefatter sirkulasjonsventiler som er benyttet for selektivt å åpne og lukke laterale fluidstrømningsporter i en verktøyovergang for å tillate fluid å strømme aksialt gjennom verktøyet for å avledes inn i den omgivende strømningsboring. Sirkulasjonsventiler av denne type er beskrevet i US-patent nr.

4889199, utstedt til Lee, US-patent nr.5499687, utstedt til Lee, US-patent nr. 7281584, utstedt til McGarin mfl. og US-patent nr.7416029, utstedt til Telfer mfl.

[0003] Stamsøknaden til denne beskriver verktøy som opererer ved å benytte kuler eller plugger og som har en pluggfange- og frigjøringsmekanisme som innbefatter en C-ring-type sete. I US 2011/0315390 A1 beskrives en fange- og frigjøringsmekanisme til bruk i et underjordisk hydrokarbonproduksjonsrelatert verktøy som er hydraulisk aktuert.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0004] I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fange- og frigjøringsmekanisme til bruk i et underjordisk hydrokarbon-produksjonsrelatert verktøy som angitt i krav 1 og et verktøy til bruk i en underjordisk hydrokarbonproduksjon, som angitt i krav 5, og et sirkulasjonsventilverktøy som angitt i krav 11. Ytterligere fordelaktige trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremkomme av de tilhørende uselvstendige kravene. Oppfinnelsen tilveiebringer pluggfangeog frigjøringsmekanismer som innbefatter pluggseter med ringer av uforbundne segmenter som er radialt ekspanderbare innen forskjellige kammerpartier til et ekspansjonskammer for å tillate kuler eller aktueringsplugger av forskjellige størrelser å passere gjennom setet. Konfigurasjonen av setet tillater kulesetet å benyttes på nytt. I beskrevne utførelser er setet bygget opp av et flertall av separate bueformede segmenter som kollektivt danner et ringformet sete som fremviser en øvre seteoverflate.

[0005] I noen utførelser sørger setet for en strømningsgrad gjennom setet når kulen eller aktueringspluggen er anordnet på setet. I en beskrevet utførelse har i det minste noen nabosegmenter til setet forskjellige dimensjonerte indre diametre i forhold til andre segmenter. Når en aktueringsplugg er anordnet på setet, er aktueringspluggen anordnet på segmentet som fremviser en mindre innvendig diameter. En mengde av fluid kan strømme forbi setet gjennom rommene anordnet mellom aktueringspluggen og segmentene som har større innvendige diametre. Dette element tillater fluid ved en lav strømningsmengde å passere gjennom setet selv etter at en aktueringsplugg er initielt landet på setet. Som et resultat vil ikke sirkulasjonsventilen eller annet verktøy innen hvilket setet er benyttet flytte seg til åpen eller lukket stilling for tidlig. I beskrevne utførelser er en følgeanordning og fjær benyttet for å stabilisere setesegmentene.

[0006] I en annen beskrevet utførelse er holdesegmentene til setet formet ved de distale (fjerne) ender av et flertall av spennhylser som strekker seg aksialt fra en fundamentring. Bruken av spennhylser og en fundamentring sørger for stabilitet og forhindrer segmentene til setet fra rotasjon som kan resultere i at disse blir feilplassert fra deres posisjoner.

[0007] Pluggseter konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan ekspandere radialt utover for å forme seg til en omgivende innlukning. Under drift er en aktueringsplugg anordnet på setet, og fluidtrykk kan bygges opp mot aktueringspluggen og setet. Når setet er flyttet inn i en innlukning med en mindre indre radius, er setet ekspandert radialt. Holdesegmentene er spredd fra hverandre slik at åpningene mellom disse blir større. Omvendt, når setet er flyttet inn i en innlukning med en mindre indre radius, trekker setet seg sammen radialt. En kompresjonsfjær påfører en aksial belastning for å presse setet mot denne sammentrukne posisjon. Holdesegmentene er flyttet nærmere hverandre slik at åpningene mellom dem krymper. I spesielle utførelser er setet benyttet innen et ekspansjonskammer med i det minste tre kammerpartier av forskjellige indre diametre. Setet er i stand til, ved utforming, å ekspandere for å forme seg innen hver av disse tre eller flere kammerpartier. Som et resultat er setet i stand til å selektivt fange og frigjøre aktueringsplugger med forskjellige størrelser.

[0008] Eksemplifiserende sirkulasjonsventiler er beskrevet som innbefatter seter konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. De eksemplifiserende sirkulasjonsventiler innbefatter et vesentlig sylindrisk hus med en sentral aksial strømningsboring og en stempelhylse bevegbart anbrakt innen strømningsboringen. Verktøyet innbefatter et ytre hus som danner en aksial strømningsboring. Ytre laterale strømningsporter er anbrakt gjennom huset. Huset holder en stempelhylse med indre laterale strømningsporter, og bevegelse av stempelhylsen innen huset vil bringe de indre strømningsporter inn i og ut av innretning med de ytre strømningsporter.

[0009] I beskrevne utførelser er en indekseringsmekanisme benyttet for å styre den aksiale posisjonen til stempelhylsen innen huset. Denne indekseringsmekanisme tillater verktøyet å gå vekslende frem og tilbake mellom en første operasjonsposisjon hvori de ytre laterale strømningsporter er stengt av for fluidstrømning, og en andre opererende posisjon, hvori de ytre laterale strømningsporter er åpnet for fluidstrømning. I en beskrevet utførelse innbefatter indekseringsmekanismen en indekseringshylse med en knastbane innskrevet derpå. Knaster er båret av huset og er anbrakt innen knastbanen for å bevege seg mellom forskjellige posisjoner innen banen ettersom stempelhylsen flyttes aksialt. Den aksiale posisjonen av stempelhylsen styres av lokaliseringen av knastene innen knastbanen.

[0010] Verktøyet viser og en aktueringsmekanisme som tillater verktøyet å byttes mellom sin første og andre opererende posisjon ved hjelp av slippkuler eller andre aktueringsplugger som er landet på setet innen stempelhylsen. Økt fluidtrykk benyttes for å flytte stempelhylsen aksialt nedover mot en forspenningskraft, slik som en fjær. Nedover-bevegelse av stempelhylsen flytter setet inn i et ekspansjonskammer-parti med økt diameter. Den økte diameter tillater setet å frigjøre en aktueringsplugg. Verktøyet krever en størrelse av aktueringsplugg for å flytte verktøyet fra en første opererende posisjon til en andre opererende posisjon og en andre størrelse av aktueringspluggen for å flytte verktøyet fra den andre opererende posisjon tilbake til den første opererende posisjon.

[0011] Under prosessen med å slippe aktueringsplugger gjennom boringen til verktøyet, kan en positiv tilbakemeldingsindikasjon være fremskaffet til en overflateoperatør via det resulterende fluidtrykket i verktøystrengen hvorved operasjonen av verktøyet er bekreftet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0012] Fordelene og ytterligere aspekter av oppfinnelsen vil lett forstås av de som er normalt faglært på området etter at denne bedre forstås ved referanse til den følgende detaljerte beskrivelse når sett i forbindelse med de vedfølgende tegninger i hvilke like referansetall angir like eller lignende elementer ut gjennom de mange figurer i tegningene og hvori:

[0013] Figur 1 er et side, tverrsnittsriss av et eksemplifiserende sirkulasjonsventilverktøy som innbefatter et sete konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og sirkulasjonsventil-verktøyet et i en første operasjonsposisjon.

[0014] Figur 1A er et forstørret tverrsnittsriss av partier av setet til verktøyet vist i fig.1.

[0015] Figur 2 er et side, tverrsnittsriss av verktøyet vist i fig.1, nå i en første mellomliggende posisjon.

[0016] Figur 3 er et side, tverrsnittsriss av verktøyet vist i fig.1-2, nå i en andre operasjonsposisjon.

[0017] Figur 4 er et side, tverrsnittsriss av verktøyet vist i fig.1-3, nå i en andre mellomliggende posisjon.

[0018] Figur 5 er et forstørret side, tverrsnittsriss av partier av verktøyet vist i fig.4, nå i en første operasjonsposisjon.

[0019] Figur 6 er et forstørret side, tverrsnittsriss av verktøypartiene vist i fig.5, nå i den første mellomliggende posisjon.

[0020] Figur 7 er et forstørret side, tverrsnittsriss av verktøypartiene vist i fig.5 og 6, nå i den andre operasjonsposisjon.

[0021] Figur 8 er et forstørret side, tverrsnittsriss av verktøypartiene vist i fig.5-7, nå i den andre mellomliggende posisjon.

[0022] Figur 9 er et sideriss av et eksemplifiserende sete konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, bortsett fra andre komponenter av sirkulasjonsovergangsverktøyet og i en fullstendig sammentrukket posisjon.

[0023] Figur 10 er et øvre riss av setet vist i fig.9.

[0024] Figur 11 er tverrsnittsriss tatt langs linjer 11-11 i fig.10.

[0025] Figur 12 er et utvendig isometrisk riss av setet vist i fig.9-11.

[0025] Figur 13 er et isometrisk riss av et alternativt sete konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

[0026] Figur 14 er et annet isometrisk riss av setet vist i fig.13.

[0027] Figur 15 er et side, tverrsnittsriss av partier av et eksemplifiserende alternativt sirkulasjonsventilverktøy som innbefatter setet i fig.13 og 14.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

[0028] Figurer 1, 1A og 2-8 illustrerer et eksemplifiserende sirkulasjonsventilverktøy 10 som er konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Det øvre parti av vertøyet 10 er vist på den venstre side i fig.1 og 2-4 idet det nedre partiet av verktøyet 10 er vist i den høyre side av fig.1 og 2-4. Sirkulasjonsventilverktøyet 10 innbefatter et generelt sylindrisk ytre hus 12 som fremviser en øvre aksial ende 14 og en nedre aksial ende 16. Den øvre ende 14 innbefatter en boks-type gjenget forbindelse 18, og den nedre ende 16 tilveiebringer en bolt-type gjenget forbindelse 20. Forbindelsene 18, 20 er av en type kjent innen fagområdet for å innlemme verktøyet 10 i en verktøystreng (ikke vist) anbrakt i en brønnboring. Huset 12 danner en sentral strømningsboring 22 langs sin lengde. I en foretrukket utførelse er huset 12 bygget opp av en øvre overgang 24 og en nedre overgang 26 som er gjenget sammen ved forbindelse 28. Ytre laterale fluidporter 30 er anbrakt gjennom huset 12.

[0029] Lokalisert innen huset 12, og fortrinnsvis innen den nedre ende av den øvre overgang 24, er et avtrinnet ekspansjonskammer, generelt vist ved 32. Figurer 1A viser et kammer 32 i større detalj. Som det best sees der, innbefatter ekspansjonskammer 32 tre kammerpartier 32a, 32b og 32c som har indre diametre som sekvensielt øker. Det lille diameterpartiet 32a har den minste diameter. Det store diameter kammerpartiet 32c har den største diameter. Det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b har en diameter som er større enn det lille diameter kammerpartiet 32a, men er mindre enn det til det store diameter kammerpartiet 32c.

[0030] Et indekseringskammer 34 er dannet innen huset 12 under ekspansjonskammer 32. Én eller flere indekseringsknaster 36 er anbrakt gjennom huset og stikker frem inn i indekseringskammer 34. Selv om en enkel knast 36 er synlig i fig. 5-8, er det for nærværende foretrukket at det er flere knaster 36 som er vinkelmessig atskilt omkring omkretsen av huset 12.

[0031] Under indekseringskammer 34 er et dempingskammer 38 dannet innen huset 12. Laterale fylleporter 40 er anbrakt gjennom huset 12 og stengt av med plugger 42.

[0032] En stempelhylse 44 er anbrakt innen ekspansjonskammer 32. Stempelhylsen 44 har et generelt sylindrisk legeme 46 som danner en sentral strømningsbane 47. En flens 48 stikker frem radialt utover fra legemet 46 og har indre radiale fluidporter 50 anbrakt deri. Ringformede fluidtetninger 51 omgir legemet 46 og tetter mot det omgivende hus 12, og derved isolerer fluidportene 50.

[0033] Et pluggsete 52 er lokalisert inne i strømningsboringen 22 og anbrakt på stempelhylsen 44. Et eksemplifiserende sete 52 er vist i større detalj i fig.9-12. Setet 52 er bygget opp av et flertall av separate bueformede segmenter 53 og 54. Segmenter 54 har en større innvendig diameter enn segmentene 53. I den beskrevne utførelse er segmenter 53 og 54 anordnet på en vekslende måte slik at hvert segment 53 er tilstøtende et segment 54 på den ene eller andre side og vise versa.

[0034] Setet 52 kan skapes ved først å oppnå to ringformede hovedringer, én av hvilke har en større innvendig diameter enn den andre ringen. Hovedringen med den større innvendige diameter ville fremskaffe segmentene 54 idet den andre hovedring vil fremskaffe segmentene 53. Hovedringene er hver skåret i segmenter anordnet med segmenter fra den andre hovedring for å danne to seter 52 i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

[0035] I den viste utførelse er en O-ring-holder 55 anbrakt innen et spor 57 som er innskrevet innen den ytre radiale overflate av segmentene 53, 54. O-ring-holderen 55 er nyttig for å holde segmentene 53, 54 på plass sammen under håndtering og sammenstilling av verktøyet 10. Den ytre radiale overflate til setet 52 er dimensjonert for å passe innen det lille diameter kammerpartiet 32a når segmentene 53, 54 er i tilstøtende kontakt med hverandre.

[0036] Segmenter 53 fremviser hver en øvre, innover-vendende primær seteoverflate slik at setet 52 er i stand til å fange både liten aktueringsplugg 84 og en større aktueringsplugg 86. Som det kan sees med referanse til fig.10, 11 og 12 er imidlertid aktueringspluggen ikke anordnet på segmentene 54 idet anordnet på setet 52. Som et resultat er en åpning 59 vist mellom aktueringspluggen 84 og hvert segment 54.

[0037] I den beskrevne utførelse er en flensstøttehylse 61 festet til den øvre ende av stempelhylsen 44. Som best kan sees i fig.1A, er det fortrinnsvis en følgehylse 63 lokalisert over setet 52. En kompresjonsfjær 65 forspenner følgehylsen 63 nedover på setet 52, og denne forspenningskraft hjelper til med å holde de separate segmenter 53, 54 til setet 52 på plass mot flensstøttehylsen 61 ut gjennom operasjon.

[0038] En sentral åpning er dannet sentrisk innen setet 52. Figurer 9-12 viser setet 52 i en fullstendig tilbaketrukket posisjon hvori den sentrale åpning er den minste siden de tilstøtende segmenter 53, 54 er i kontakt med hverandre. Figurer 2 og 4 viser setet 52 i ekspanderte konfigurasjoner hvori den sentrale åpning er større på grunn av at segmentene 53, 54 er spredd fra hverandre.

[0039] Utformingen av setet 52 tillater kuler eller andre aktueringsplugger med forskjellige størrelser og fanges og frigjøres. Det skal bemerkes at aktueringspluggene 84 og 86 vist i tegningene er sfæriske kuler. Piler eller plugger med andre former eller konfigurasjoner kan også benyttes. Når setet 52 er lokalisert innen det mindre diameter kammerpartiet 32a, er setet 52 i den fullstendig tilbaketrukne posisjon og både en mindre aktueringsplugg 84 og en større aktueringsplugg 86 kan anordnes på setet 52. Når setet 52 er lokalisert innen det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b (se fig.3), vil setet 52 være i en delvis utvidet posisjon, siden segmentene 53, 54 er atskilt fra hverandre innen begrensningene av det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b. Som et resultat vil en større aktueringsplugg 86 fremdeles være fanget av setet 52.

Imidlertid, når setet 52 er posisjonert innen det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b, vil den mindre aktueringsplugg 84 gå gjennom den sentrale åpning til setet 52. Når setet 52 er lokalisert innen det større diameter kammerpartiet 32c, vil setet 52 være i en ytterligere utvidet posisjon og både den mindre aktueringsplugg 84 og den større aktueringsplugg 86 vil passere gjennom den sentrale åpning av setet 52.

[0040] En indekseringshylse 56 omgir et nedre parti av legemet 46 innen indekseringskammer 34 og er bevegbar innen indekseringskammer 34. Indekseringshylsen 56 er generelt sylindrisk og har et radialt utvidet skjørtparti 58. Et ringformet fjærkammer 60 er dannet radialt mellom skjørtpartiet 58 og legemet 46 til stempelhylsen 44. Den øvre ende av indekseringshylsen 56 har en innover forløpende flens 62 som opptar legemet 46. En kompresjonsfjær 64 omgir stempelhylsen 44 og er anordnet generelt innen fjærkammeret 60. Den øvre ende av kompresjonsfjæren 64 støter mot flensen 62 idet den nedre ende av fjæren 64 støter mot en ringformet pluggdel 66 som er anbrakt innen indekseringskammeret 34 og tetter av indekseringskammeret 34 fra dempningskammeret 38. Det skal bemerkes at en ringformet fluidtetning 67 danner en tetning mellom den nedre overgang 26 og stempelhylsen 44. Fluidtetninger 69 er lokalisert rundt og innen pluggdelen 66 for å sørge for tetning mot stempelhylsen 44 og indekseringskammer 34.

[0041] Som kan sees med referanse til fig.5-8, fremviser indekseringshylsen 56 en ytre radial overflate 68 som har en knastbane 70 innskrevet deri. Knastbanen 70 er formet og dimensjonert for å holde de indre ender av hver av knastene 36 deri. Knastbanen 70 innbefatter generelt en sentral periferisk bane 72. Et flertall av ben strekker seg aksialt bort fra den sentrale bane 72. Banen 70 er konstruert slik at antallet av hver type av ben er lik med antallet av knaster 36 som er benyttet med banen 70. Lange ben 74 og korte ben 76 strekker seg aksialt nedover fra den sentrale bane 72. I tillegg strekker lange ben 78 og korte ben 80 seg aksialt oppover fra den sentrale bane 72.

[0042] Med referanse igjen til fig.1-4, skal det bemerkes at et dempningsstempel 82 er fortrinnsvis anbrakt innen dempningskammer 38. Dempningsstempelet 82 er sikkert festet til stempelhylsen 44 og inneholder én eller flere begrensningsfluidstrømningsdyser 83 som strekker seg helt rundt dempningsstempelet 82. Fluidtetning 85 omgir radialt dempningsstempelet 82 og danner en fluidtetning mot den indre vegg av dempningskammer 38. Et hydraulisk fluid fyller dempningskammer 38 både over og under dempningsstempelet 82.

[0043] Verktøyet 10 kan repeterende flyttes mellom en første operasjonsposisjon, hvori de ytre fluidporter 30 er stengt mot fluidstrømning, og en andre operasjonsposisjon, hvori de ytre fluidporter 30 er åpne for fluidstrømning. For å gjøre dette er aktueringsplugger 84 og 86 sluppet inn i strømningsboringen 22 til verktøyet 10 for å bevirke at verktøyet 10 aktueres mellom disse posisjoner. Aktueringsplugg 84 er av en mindre størrelse enn aktueringsplugg 86. Når verktøyet 10 er initielt bygget opp til en verktøystreng og kjørt inn i en brønnboring, er det typisk i den første operasjonsposisjon vist i fig.1, selv om aktueringsplugg 84 ikke er tilstede. Setet 52 er lokalisert innen det lille diameter kammerpartiet 32a til ekspansjonskammer 32. Knastene 32 er lokalisert innen de lange nedover forløpende ben 74 (se fig.5). I denne posisjon er fluidstrømning gjennom de laterale fluidporter 30 stengt av ved indekseringshylsen 56. De indre fluidstrømningsporter 50 er også ikke innrettet med de ytre fluidstrømningsporter 30 og fluidtetninger 51 forhindrer fluidkommunikasjon med de indre portene 50. Fluid kan strømme og verktøy kan passeres aksialt gjennom strømningsboringen 22 til verktøyet 10.

[0044] På grunn av konfigurasjonen av setet 52, kan en operatør lande en aktueringsplugg på setet 52 og fortsette å operere et annet verktøy under sirkulasjonsventilverktøyet 10 inntil verktøyet 10 er senere aktuert. Den mindre aktueringsplugg 84 er sluppet inn i strømningsboringen 22 hvor den lander på setet 52 (se fig.1 og 1A). Fluidtrykk kan så økes innen strømningsboring 22 over den landede aktueringsplugg 84. På grunn av tilstedeværelsen av åpningene 59 mellom aktueringspluggen 84 og segmentene 54 til setet 52, kan fluid strømme gjennom setet 52 selv etter at aktueringspluggen 84 har blitt landet.

Fluidstrømning gjennom ventilverktøyet 10 kan benyttes for å operere et verktøy som er under verktøyet 10 i verktøystrengen. Det totale strømningsareal for verktøyet 10 gjennom åpningene 59 bør være mindre enn det totale strømningsareal under verktøyet 10 eller til ethvert verktøy under verktøyet 10 som skal opereres etter landing av aktueringspluggen 84 eller 86. Det skal bemerkes at det totale strømningsareal til verktøyet 10 i dette tilfellet kan forandres ved å bytte ut segmentene 54 og erstatte disse med segmenter som enten har en større eller mindre innvendig diameter. Som et resultat vil størrelsen av åpningene 59 være forandret og således det totale strømningsareal fremskaffet av verktøyet 10.

[0045] Dette gjennomstrømningselement til setet 52 tillater også en operatør å sikkert starte sine riggpumper uten umiddelbar aktuering av verktøyet 10 i tilfelle av at en aktueringsplugg 84 eller 86 har blitt utilsiktet anbrakt i brønnboringen. Pumpestrømningsmengden kan så gradvis økes for å oppnå det nødvendige fluidtrykk for å aktuere verktøyet 10 på en måte som vil beskrives heretter.

[0046] Når det er ønskelig å åpne de laterale fluidporter 30 for å tillate fluidkommunikasjon mellom strømningsboringen 22 og den omgivende brønnboring, bevirker et ytterligere økt fluidtrykk at stempelhylsen 44 og påfestet indekseringshylse 56 flyttes aksialt nedover med hensyn til huset 12, som vist i fig.2. Kompresjonsfjæren 64 er komprimert. Knastene 34 vil bevege seg langs banen 70 for å bli lokalisert innen oppover forløpende ben 80 til banen 70 (se fig.6). Ettersom denne aksiale bevegelse oppstår, er indekseringshylsen 56 og stempelhuset 44 rotert innen huset 12.

[0047] Ettersom stempelhylsen 44 beveger seg aksialt nedover til den første mellomliggende posisjon vist i fig.2 og 6, er setet 42 flyttet inn i det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b til ekspansjonskammer 32. Den utvidede diameter av det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b tillater at segmentene 53, 54 til setet 52 ekspanderer bort fra hverandre og frigjør den lille aktueringspluggen 84, som vist. Knastene 36 vil skubbe ut i de korte, oppover forløpende ben 80 til knastbanen 70 når setet 52 er posisjon for å frigjøre aktueringspluggen 84. Den frigjorte aktueringsplugg 84 kan fanges av en kulefanger (ikke vist) av en type kjent innen fagområdet, som er lokalisert innen verktøystrengen under verktøyet 10.

[0048] Etter at aktueringspluggen 84 har blitt frigjort fra setet 52, vil fjæren 64 presse stempelhylsen 44 og indekseringshylsen 56 aksialt oppover innen huset 12. Oppover-bevegelse av stempelhylsen 44 og indekseringshylsen 56 vil stoppe når knastene 36 skubber ut i de korte nedover forløpende ben 76 til knastbanen 70. Verktøyet 10 vil nå være i den andre operasjonsposisjon vist i fig.3 og 7. I denne operasjonsposisjon er de indre fluidstrømningsporter 50 til stempelhylsen 44 innrettet med de ytre fluidstrømningsporter 30 til huset 12 slik at fluid kan strømme mellom den indre strømningsboring 22 og den omgivende brønnboring. Det skal også bemerkes at setet 52 er nå enda en gang lokalisert radialt innen det lille diameter kammerpartiet 32a til ekspansjonskammer 32.

[0049] Når det er ønsket å returnere verktøyet 10 til den første (lukkede) operasjonsposisjon vist i fig.1 og 5, er den større aktueringsplugg 86 sluppet inn i strømningsboringen 22 og landet på setet 52. Fluidtrykk er så økt innen strømningsboringen 22 over aktueringspluggen 86. Det økte fluidtrykk vil presse stempelhylsen 44 og indekseringshylsen 56 aksialt nedover innen huset 12 og komprimere fjæren 64. Verktøyet 10 er nå i den andre mellomliggende posisjon vist i fig.4. Knastene 36 er flyttet inn i de oppover forløpende lange ben 78 til knastbanen 70 (se fig.8). Som et resultat er setet 52 flyttet nedover inn i det store diameterpartiet 32c til ekspansjonskammer 32, og derved tillate den sentrale åpning av setet 52 å utvides tilstrekkelig for å tillate den større aktueringsplugg 86 å frigjøres fra setet 52.

[0050] Ettersom den større aktueringsplugg 86 er frigjort fra setet 52, vil fjæren 64 presse stempelhylsen 44 og indekseringshylsen 56 aksialt oppover enda mer og returnere verktøyet til den første operasjonsposisjon illustrert i fig.1 og 5. Fra denne første operasjonsposisjon kan den enda en gang flyttes til den andre operasjonsposisjon (fig. 3 og 7) og tilbake igjen ved å repetere de ovenfor beskrevne trinn. Det skal bemerkes at verktøyet 10 kan repeterende flyttes mellom de førte og andre operasjonsposisjoner ved den sekvensielle bruk av en mindre aktueringsplugg 84 etterfulgt av en større aktueringsplugg 86. De som er faglært på området vil forstå at, på grunn av at knastbanen 70 omgir indekseringshylsen 56 på en kontinuerlig måte, kan de ovenfor beskrevne trinn repeteres for å syklusstyre verktøyet 10 mellom operasjonsposisjoner.

[0051] Kun en mindre aktueringsplugg 84 vil være nyttig for å flytte verktøyet 10 fra den første (lukkede) operasjonsposisjon til den andre (åpne) operasjonsposisjon. Hvis en stor aktueringsplugg 86 ble landet på setet 52 når verktøyet 10 er i den første operasjonsposisjon (fig.1 og 5), ville den store aktueringsplugg 86 ikke frigjøres fra setet 52 når setet 52 er flyttet nedover inn i det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b (fig.2). Knastene 36 vil skubbe ut i ben 80 til knastbanen 70 (fig.6). Trykk innen strømningsboringen 22 vil måtte reduseres for å tillate verktøyet 10 å bevege seg til posisjonen vist i fig.3 og 7. Deretter kan fluidtrykk gang etter gang varieres og økes innen strømningsboringen 22, som vil flytte verktøyet 10 til den andre mellomliggende posisjon vist i fig.4 og 8, og den større aktueringsplugg 86 vil frigjøres ettersom setet 52 flyttes inn i det store diameter kammerpartiet 32c.

[0052] Omvendt vil kun en større aktueringsplugg 86 være nyttig for å flytte verktøyet 10 fra den andre (åpne) operasjonsposisjon til den første (lukkede) operasjonsposisjon. Hvis en mindre aktueringsplugg 84 ble sluppet med intensjoner om at den landet på setet 52 når verktøyet 10 er i den andre operasjonsposisjon (fig. 3 og 7), vil den passere gjennom den sentrale åpning av setet 52 når setet 52 ble lokalisert innen det mellomliggende diameter kammerpartiet 32b. Som et resultat er verktøyet 10, med den mindre aktueringsplugg 84, ikke i stand til å flyttes til den andre mellomliggende posisjon (fig. 4 og 8) på grunn av at den vil frigjøre den mindre aktueringsplugg 84 før verktøyet kan nå den andre mellomliggende posisjon.

[0053] Underbevegelsene av stempelhylsen 44 og indekseringshylsen 56 beskrevet ovenfor, styrer en dempningssammenstilling, som innbefatter dempningskammeret 38 og dempningsstempelet 82, den relative hastighet av disse komponenter innen huset 12. For eksempel, ettersom stempelhylsen 44 er flyttet aksialt nedover innen huset 12 (som den vil ved flytting fra posisjonen vist i fig.1 til posisjonen vist i fig.2), vil det tilfestede dempningsstempel 82 presses nedover innen dempningskammer 38. Fluid under dempningsstempel 82 innen dempningskammer 38 må overføres over dempningsstempelet 82 gjennom dysen 83 for å romme dempningsstempelet 82. Denne fluidoverføring krever at noe tid går fordi dysen 83 er begrensende. Derfor er bevegelseshastigheten til dempningsstempelet 82 og den tilfestede stempelhylse 44 dempet.

[0054] Det skal forstås at verktøyet 10 tilveiebringer en aktueringsmekanisme som fremviser et sete 52 som vil frigjøre forskjellig dimensjonerte aktueringsplugger 84 og 86 når verktøyet 10 er flyttet fra hver av to operasjonsposisjoner. Det skal også bemerkes at verktøyet 10 er operert ved å benytte aktueringsplugger 84 og 86 som er av forskjellige størrelser. Kun den store aktueringsplugg 86 kan lukke verktøyet 10, og kun den lille aktueringsplugg 84 kan åpne verktøyet 10. Som et resultat er det enkelt for en operatør å holde oversikt over de innvendige posisjoner av verktøyet 10. Dette element hjelper til med å sikre at utilsiktet retur av verktøy 10 til sin første operasjonsposisjon ikke oppstår. Dette er fordi en mindre aktueringsplugg 84 vil være frigjort av setet 52 før det beveger indekseringshylsen 56 til den første operasjonsposisjon, og kun bruken av en større aktueringsplugg 86 vil fungere for å returnere verktøyet 10 til sin første operasjonsposisjon.

[0055] Figurer 13-15 viser et alternativt pluggsete 90 som kan innlemmes innen et alternativt sirkulasjonsventil-verktøy 10'. Figurer 13-14 viser setet 90 i avstand fra de andre komponenter til verktøyet 10'. Figur 15 viser setet 90 innen sirkulasjonsventil-verktøyet 10'. Det eksemplifiserende setet 90 innbefatter en fundamentring 92 med et flertall av spennhylser 94 som strekker seg aksialt derfra. Et bueformet segment 96 er formet ved den distale (fjerne) ende av hver spennhylse 94. De bueformede segmenter 96 fremviser hver en innover- og oppover-rettet seteoverflate 98 (se fig.15) på hvilken en aktueringsplugg 84 eller 86 kan anordnes.

[0056] Når de bueformede segmenter er lokalisert i de forskjellige dimensjonerte kammerpartier 32a, 32b og 32c, kan de ekspanderes bort fra hverandre eller flyttes nærmere til hverandre, på den samme måte som beskrevet tidligere med hensyn til setet 52, ettersom aktueringsplugger 84 eller 86 er anordnet.

Aktueringsplugger 84 eller 86 er landet ved å anordne disse i strømningsboringen til settestrengen og inn i strømningsboringen til huset 12. Aktueringspluggene 84 eller 86 vil passere gjennom fundamentringen 92 og lande på seteoverflatene 98 til de bueformede segmenter 96. Bruken av spennhylser 94 og fundamentringen 92 for å holde de bueformede segmenter 96 sørger for stabilitet for de bueformede segmenter 96 og forhindrer disse fra å rotere under operasjon og muligens bli feilplassert.

[0057] I visse utførelser fremviser noen av segmentene 96 en indre diameter som er større enn diameteren til én eller flere nabosegmenter 96, og således tilveiebringer gjennomstrømningselementet beskrevet ovenfor.

[0058] Det skal forstås at oppfinnelsen sørger for pluggfange- og frigjøringsmekanismer som er nyttig innen hydraulisk aktuerte verktøy, slik som verktøyet 10 og 10' som er benyttet i relasjon til underjordiske hydrokarbon-produksjon. I spesielt eksemplifiserende utførelser innbefatter fange- og frigjøringsmekanismene ekspansjonskammeret 32 til verktøyet 10, 10' så vel som setene 52 og 90 som tillater aktueringsplugger 84 og 86 å selektivt fanges og frigjøres.

[0059] Den foregående beskrivelse er rettet mot spesielle utførelser av den foreliggende oppfinnelse for illustrasjon og forklaringsformål. Det vil imidlertid være åpenbart for en som er faglært på området at mange modifikasjoner og forandringer i utførelsene fremlagt ovenfor er mulige uten å avvike fra omfanget og ideen til oppfinnelsen.

Claims (16)

PATENTKRAV

1. Fange- og frigjøringsmekanisme til bruk i et underjordisk hydrokarbonproduksjonsrelatert verktøy som er hydraulisk aktuert, fange- og frigjøringsmekanismen omfatter:

et ekspansjonskammer (32) dannet innen verktøyet og med tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) med forskjellige diametre;

et sete (52) for å fange og frigjøre en mindre aktueringsplugg (84) og en større aktueringsplugg (86), setet (52) er holdt innen ekspansjonskammeret (32) og formet av et flertall av separate bueformede segmenter (96) som danner et ringformet sete med en sentral åpning;

setet (52) er anbrakt på en stempelhylse (44) som er aksialt bevegbar innen et hus (12) av verktøyet og hvori aksial bevegelse av stempelhylsen (44) innen huset (12) bevirker at verktøyet forandrer operasjonsposisjoner;

hvori den sentrale åpning til setet (52) har en første diameter når setet (52) er anordnet innen én av nevnte tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) og en andre diameter som er større enn den første diameter når setet (52) er anordnet innen en annen av nevnte kammerpartier;

k a r a k t e r i s e r t v e d a t i det minste én av nevnte bueformede segmenter (96) har en større innvendig diameter enn i det minste en annen av nevnte bueformede segmenter (96) , og derved tillater fluid å strømme gjennom setet (52) når en aktueringsplugg (84, 86) er anordnet på setet (52).

2. Fange- og frigjøringsmekanisme ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter:

en ringformet fundamentring (92); og

et flertall av spennhylser (94) som sammenkobler hvert bueformet segment (96) med fundamentringen (92).

3. Fange- og frigjøringsmekanisme ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det er tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) og hvori den sentrale åpning har en tredje diameter når setet (52) er anbrakt innen det tredje kammerparti (32c).

4. Fange- og frigjøringsmekanisme ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t verktøyet kan være repeterende syklus-styrt mellom operasjonsposisjoner.

5. Verktøy (10) til bruk i en underjordisk hydrokarbon-produksjon, omfattende:

et ekspansjonskammer (32) dannet innen verktøyet og med tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) med forskjellige diameter;

et hus (12) som danner en aksial strømningsboring (22) og med en ytre lateral fluidport (30) formet deri;

en stempelhylse (44) aksialt bevegbart anbrakt innen strømningsboringen (22) og med en indre lateral fluidport (50), stempelhylsen (44) er bevegbar mellom en første posisjon svarende til en første operasjonsposisjon for verktøyet (10), og en andre posisjon svarende til en andre operasjonsposisjon for verktøyet (10); og en aktueringsmekanisme for å flytte verktøyet (10) mellom de første og andre operasjonsposisjoner, aktueringsmekanismen omfatter et sete (52) forbundet med stempelhylsen (44) for å fange og frigjøre en aktueringsplugg (84, 86), setet (52) er holdt innen ekspansjonskammeret (32) og formet av et flertall av separate bueformede segmenter (96) som danner et ringformet sete med en sentral åpning;

hvori:

a) aktueringsmekanismen flytter verktøyet (10) fra den første operasjonsposisjon til den andre operasjonsposisjon ved å lande en første aktueringsplugg (84) på setet (52) og deretter variere fluidtrykk innen strømningsboringen til huset (10);

b) aktueringsmekanismen flytter verktøyet (10) fra den andre operasjonsposisjon til den første operasjonsposisjon ved å lande en andre aktueringsplugg (86) som er av en størrelse forskjellig fra den første aktueringsplugg (84) på setet (52) og deretter å variere fluidtrykk innen strømningsboringen til huset (10);

en første aktueringsplugg (84); og

en andre aktueringsplugg (86);

k a r a k t e r i s e r t v e d a t i det minste én av nevnte bueformede segmenter (96) til setet (52) har en større indre diameter enn i det minste en annen av nevnte bue-formede segmenter (96) og derved tillater fluid å strømme gjennom setet (52) når en aktueringsplugg (84, 86) er anbrakt på setet (52).

6. Verktøy (10) ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t aktueringsmekanismen videre omfatter:

et ekspansjonskammer (32) formet i huset (10), ekspansjonskammeret (32) har tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) med forskjellige diametre,

hvori den sentrale åpning til setet (52) tilveiebringer en første diameter når setet (52) er anbrakt innen én av nevnte tre kammerpartier (32a, 32b, 32c); og den sentrale åpning tilveiebringer en andre diameter når setet (52) er anbrakt innen et annet av nevnte kammerpartier (32a, 32b, 32c).

7. Verktøy (10) ifølge krav 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det er tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) og hvori den sentrale åpning har en tredje diameter når setet (52) er anbrakt innen et tredje kammerparti (32c).

8. Verktøy (10) ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en indekseringsmekanisme som styrer den aksiale posisjonen av stempelhylsen (44) med hensyn til huset (10).

9. Verktøy (10) ifølge krav 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t setet (52) videre omfatter:

en ringformet fundamentring (92); og

et flertall av spennhylser (94) som sammenkobler hvert bueformede segment (96) med fundamentringen (92).

10. Verktøy (10) ifølge krav 7,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en dempningssammenstilling for å styre hastighet av relativ aksial bevegelse av stempelhylsen (44) med hensyn til huset (10), dempningssammenstillingen omfatter:

et dempningskammer (38) dannet mellom huset (10) og stempelhylsen (44), dempningskammeret (38) er fylt med et fluid;

et dempningsstempel (82) festet til stempelhylsen (44) anbrakt innen dempningskammeret (38); og

en begrensende dyse (83) anbrakt gjennom stempelet (82) for å tillate fluid å overføres over stempelet (82).

11. Sirkulasjonsventilverktøy (10) til bruk i underjordisk hydrokarbon-produksjon og

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det omfatter:

et ekspansjonskammer (32) dannet innen verktøyet og med tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) med forskjellige diameter;

et hus (10) som danner en aksial strømningsboring (22) og med en ytre lateral fluidport (30) formet deri;

en stempelhylse (44) aksialt bevegbart anbrakt innen strømningsboringen (22) og med en indre lateral fluidport (50), stempelhylsen (44) er bevegbar mellom en første posisjon svarende til en første operasjonsposisjon for verktøyet (10), og en andre posisjon svarende til en andre operasjonsposisjon for verktøyet (10); en aktueringsmekanisme for å flytte verktøyet (10) mellom den første og andre operasjonsposisjon, aktueringsmekanismen omfatter et sete (52) forbundet med stempelhylsen (44), setet (52) omfatter et flertall av separate bueformede segmenter (96) som danner et ringformet sete med en sentral åpning;

hvori aktueringsmekanismen flytter verktøyet (10) fra den første operasjonsposisjon til den andre operasjonsposisjon ved å lande en første aktueringsplugg (84) på setet (52) og deretter variere fluidtrykk innen strømningsboringen til huset (10); og

hvori aktueringsmekanismen flytter verktøyet (10) fra den andre operasjonsposisjon til den første operasjonsposisjon ved å lande en andre aktueringsplugg (86) som er av en størrelse forskjellig fra den første aktueringsplugg (84) på setet (52) og deretter å variere fluidtrykk innen strømningsboringen til huset (10); k a r a k t e r i s e r t v e d a t i det minste én av nevnte bueformede segmenter (96) til setet (52) har en større indre diameter enn i det minste en annen av nevnte bueformede segmenter (96), og derved tillater fluidstrømning gjennom setet (52) når en aktueringsplugg (84, 86) er anbrakt på setet (52).

12. Verktøy (10) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t setet (54) videre omfatter:

en ringformet fundamentring (92); og

et flertall av spennhylser (94) som sammenkobler hvert bueformede (96) segment med fundamentringen (92).

13. Verktøy (10) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t aktueringsmekanismen videre omfatter:

et ekspansjonskammer (32) formet i huset (10), ekspansjonskammeret (32) har tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) med forskjellige diametre,

hvori den sentrale åpning til setet (52) tilveiebringer en første diameter når setet (52) er anbrakt innen én av nevnte tre kammerpartier (32a, 32b, 32c); og den sentrale åpning har en andre diameter som er større enn den første diameter når setet (52) er anbrakt innen en annen av nevnte kammerpartier (32a, 32b, 32c).

14. Verktøy (10) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det er tre kammerpartier (32a, 32b, 32c) og hvori den sentrale åpning har en tredje diameter når setet (52) er anbrakt innen et tredje kammerparti (32c).

15. Verktøy (10) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en indekseringsmekanisme som styrer den aksiale posisjon av stempelhylsen (44) med hensyn til huset (10).

16. Verktøy (10) ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t verktøyet (10) kan være repeterende syklus-styrt mellom de første og andre operasjonsposisjoner.