NO336111B1 - System og fremgangsmåte for avstengning av gass i en brønn - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt et system og en fremgangsmåte for produ-sering av brønnfluider fra en brønnboring. Mange produksjonslønner brukes til å produsere en ønsket væske, så som en hydrokarbonbasert væske, fra under-grunnsformasjoner. Gassinnstrømming inn i hydrokarbonvæsken som produseres kan imidlertid føre til uheldige resultater. For eksempel kan nivået av gassmetning over tid øke til et punkt hvor gassandelen er for høy for økonomisk produksjon av det flytende hydrokarbon. Problemet kan eksistere i en eller flere produserende reservoarer inne i den samme brønn.

Det har blitt gjort forsøk på å regulere gassmetningen til produserte væsker. Disse forsøk har imidlertid vært basert på relativt komplekse innretninger av høy kostnad, som enten styres fra overflaten eller beveges ned i hullet ved hjelp av intervensjonsteknikker.

US 2002053426 beskriver en nedihulls injektor 10, 26, 38 og 54 som er anordnet ved den nedre ende av produksjonsrørstrengen TS for å føre væske fra en nedihulls formasjon inn i rørstrengen samtidig som det hindres at gasser føres gjennom injektoren. Injektoren kan inneholde en forbedret skjerm 36 for å hindre formasjonssand fra å komme inn i injektoren. Systemet kan inkludere en pakning 44 i det ringformede rom A over injektoren. I en anvendelse strekker et ventile-ringsrør 46 seg oppover fra pakningen inn i ringrommet for å opprettholde et ønsket væskenivå i ringrommet over pakningen. En flerhet av gjennomgående porter 40 etablerer fluidkommunikasjon i ringrommet over pakningen og produksjonsrør-strengen, slik at en nedihulls pumpe P effektivt kan pumpe brønnfluider til overflaten.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter et system og en fremgangsmåte som automatisk regulerer innstrømningen av gass. En ventil er kombinert med et nedihullsverktøy som en brønnvæske strømmer inn i. Ventilen forblir i en åpen posisjon under strøm av brønnvæske gjennom ventilen, men ventilen beveger seg automatisk mot en stengt posisjon når den utsettes for en gass-strøm inn i ventilen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system for bruk i en brønnboring for å stoppe innstrømming av gass, omfattende: et nedihullsverktøy som en væske strømmer inn i fra en omkringliggende formasjon; en ventil som er posisjonert i et strømningsløp langs hvilket væske strømmer inn i nedihullsverktøyet, der ventilen har en trykkresponsiv aktuator som automatisk holder ventilen i en åpen tilstand når den utsettes for strøm av væsken og automatisk stenger ventilen når den utsettes for en gass-strøm inn i ventilen, hvor den trykkresponsive aktuatoren omfatter et stempel som er blottlagt overfor fluidstrømpassasjen og som er forskyvbart montert inne i et hulrom, idet stempelet ved hjelp av en fjær er forbelastet mot den stengte posisjon, hvor forbelastningen av fjæren overvinnes av trykk fra strømmen av væske som virker mot en side av stempelet motsatt rettet fjæren, der systemet videre omfatter en gassoverføringsmekanisme som omfatter en gasspermeabel tetning.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte, omfattende: lokalisering av en ventil i et nedihullsverktøy; og å åpne ventilen ved hjelp av trykket i en brønnvæske som strømmer inn i nedihullsverktøyet gjennom ventilen; og å forsyne ventilen med en gassoverføringsmekanisme for å muliggjøre en automatisk omstilling av ventilen mot stengning ved strømning av gass inn i ventilen, hvor forsyningen videre omfatter tilveiebringelse av gassoverføringsmekanis-men i form av en gasspermeabel tetning som er anordnet omkring en aktuator.

Visse utførelser av oppfinnelsen vil heretter bli beskrevet med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor like henvisningstall angir like elementer, og:

Figur 1 er et oppriss av et brønnsystem som er utplassert i en brønnboring,

i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et tverrsnitt riss av en automatisk gasskontrollventil som kan brukes i det brønnsystem som er illustrert på figur 1, i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og Figur 3 er et tverrsnitt riss av et brønnverktøy som er kombinert med den automatiske gasskontrollventil, i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

I den følgende beskrivelse er det fremsatt tallrike detaljer for å tilveiebringe en forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Av de som har ordinær kunnskap innen teknikken vil det imidlertid forstås at den foreliggende oppfinnelse kan prak-tiseres uten disse detaljer, og at tallrike variasjoner eller modifikasjoner fra de beskrevne utførelser kan være mulige.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en metodologi for regulering av gassmetning i en væske som produseres fra en brønn. En eller flere ven tiler er kombinert med et eller flere nedihullsverktøy for å regulere innstrømningen av gass inn i nedihullsverktøyene under produksjon av en ønsket væske. Hver ventil kan omfatte et ventilaktuatorsystem som aktiveres automatisk ved å tillate et fluid med lavere viskositet, nemlig gass, og migrere fra en sone med høyere trykk i ventilen til en sone med lavere trykk i ventilen. Så snart gassen strømmer inn i sonen med lavere trykk, utlignes fluidkreftene som virker på ventilen, hvilket setter en fjærinnretning i stand til å omstille ventilen mot stengning, for å redusere eller hindre ytterligere innstrømning av gass inn i nedihullsverktøyet ved denne lokalisering.

Med generell henvisning til figur 1, er det vist et brønnsystem 20 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Brønnsystemet 20 omfatter for eksempel et nedihullsverktøy 22 som er utplassert til bruk i en brønn 24 som har en brønnboring 26 som er båret inn i et reservoar 28 som inneholder væsker man ønsker å få fatt i, så som hydrokarbonbaserte væsker. I mange applikasjoner er brønnboringen 26 foret med et brønnboringsforingsrør 30 som har perforeringer 32 som væske kan strømme inn i brønnboringen 26 gjennom, fra en eller flere omkringliggende formasjoner inne i reservoaret 28. Nedihullsverktøyet 22 er utplassert i brønnboringen 26 under et brønnhode 34 som er anordnet ved en overflate-lokalisering 36, så som jordens overflate eller en havbunn. Brønnboringen 26 kan være tildannet i områder som har en eller flere formasjoner av interesse, så som formasjonene 38 og 40.

Et eller flere av nedihullsverktøyene 22 er lokalisert inne i det indre av fo-ringsrøret 30, og er generelt opphengt ved hjelp av et utplasseringssystem 42, så som et produksjonsrør. Minst en ventil 44 er kombinert med hvert nedihullsverktøy 22 og anordnet i strømningsløpet langs hvilket væske strømmer fra den omkringliggende formasjon inn i nedihullsverktøyet 22. I den utførelse som er vist på figur 1 brukes en flerhet av ventiler 44, eksempelvis to ventiler, til å slippe væske inn i nedihullsverktøyet 22, samtidig som de begrenser eller blokkerer innstrømningen av gass. Ventilene 44 kan kombineres med et mangfold av nedihullsverktøy 22, inkludert sandskjermer, perforerte rør eller foringer som er forsynt med spalter.

Hver ventil 44 er generelt designet til automatisk å regulere strømmen eller inntrengningen av gass under produksjon av en væske fra reservoaret 28. I andre applikasjoner kan ventilene 44 imidlertid også brukes til å regulere strømmen av gass inn i reservoaret. En utførelse av ventilen 44 er på figur 2 vist posisjonert i et strømningsløp, representert med piler 46, langs hvilket en brønnvæske strømmer inn i nedihullsverktøyet 22. Ventilen 44 omfatter en strømningspassasje 48 som danner en del av strømningsløpet 46. Strømningspassasjen 48 kan åpne seg automatisk for væskestrøm gjennom strømningspassasjen 48, og stenges, eller i det minste innskrenkes, ved tilstedeværelsen av gass-strøm inn i ventilen 44.

I den viste utførelse omfatter ventilen 44 en aktuator 50 som er trykkresponsiv og som samvirker med strømningspassasjen 48 mellom et fluidinnløp 52 og et fluidutløp 54. Aktuatoren 50 er bevegelig inne i et ventilhus 56, for selek-tivt å tillate kommunikasjon mellom fluidinnløpet 52 og fluidutløpet 54. Når fluid-strøm tillates og det er kommunikasjon mellom fluidinnløpet 52 og fluidutløpet 54, er ventilen 44 i en åpen posisjon, som vist. Imidlertid, når aktuatoren 50 omstiller ventilen 44 til en stengt posisjon, er det ingen kommunikasjon mellom fluidinnløpet 52 og fluidutløpet 54.

Selv om ventilen 44 kan anvende forskjellige komponenter, alternative kon-figurasjoner eller forskjellige størrelser, illustrerer figur 2 en utførelse av en enkel ventil som kan brukes til automatisk å regulere enhver innstrømning av gass gjennom ventilen. I denne utførelse omfatter aktuatoren 50 et stempel 58 og et ventilstengningselement 60, så som en tallerken, som er forbundet til stempelet 58. Stempelet 58 er forskyvbart montert i et hulrom 62 som er anordnet inne i huset 56, og kan bevege ventilstengningselementet 60 inn i og ut av kontakt med et ven-tilsete 64. I tillegg omfatter ventilen 44 en fjærinnretning 66 og en gassoverfø-ringsmekanisme 68 som brukes til å utligne trykk over ventilen 44 når en gass virker på aktuatoren 50. Utligningen av trykk over ventilen setter en fjærinnretning 66 i stand til å bevege aktuatoren 50 til en stengt posisjon, og derved blokkere strøm langs strømningspassasjen 48. Det bør legges merke til at aktuatoren 50 kan omfatte andre typer av aktuatorer, så som sporaktuatorer eller doseringsventilaktua-torer.

I drift strømmer en væske, så som en hydrokarbonvæske, inn i fluidinnløpet 52 og virker mot aktuatoren 50 ved å tilveiebringe trykk mot en første ytterflate 70 av stempelet 58. Ved tilstedeværelsen av strømmende væske, er den kraft som er et resultat av at trykk virker mot den første ytterflate 70 høyere enn den motsatt rettede kraft på grunn trykk inne i et lavtrykkskammer 72. Ethvert trykk inne i lav trykkskammeret 72 virker mot en motstående eller annen ytterflate 74 av stempelet 58. Fjærinnretningen 66 virker også mot en annen ytterflate 74 av stempelet 58, for å forbelaste aktuatoren 50 mot stenging av ventilen. Det differansetrykk som dannes av væskestrømmen er imidlertid i stand til å overvinne forbelastningen fra fjæren og bevege aktuatoren 50 til en åpen posisjon, hvilket muliggjør strøm av brønnvæske gjennom strømningspassasjen 48.

Så lenge væske strømmer langs strømningspassasjen 48, holdes ventilen 44 i en åpen tilstand. I den spesifikke utførelse som er illustrert, strømmer væsken inn i et høytrykkskammer 76 på høytrykkssiden av stempelet 58 via en passasje 78 som forløper mellom ventilsetet 64 og høytrykkskammeret 76. Gassoverfø-ringsmekanismen 68 hindrer væsken i å passere inn i lavtrykkskammeret 72. Imidlertid, når gass strømmer inn i ventilen 44 gjennom innløpet 52, er den i stand til å bevege seg gjennom passasjen 78, høytrykkskammeret 76 og gassoverførings-mekanismen 68, inntil den kommer inn i lavtrykkskammeret 72. Denne gassgjen-nomtrengningen gjennom gassoverføringsmekanismen 68 fortsetter inntil fluidtrykket inne i høytrykkskammeret 76 er hovedsakelig likt fluidtrykket inne i lavtrykkskammeret 72. Når denne trykkutligningen over ventilen skjer, er fjærinnretningen 66 ikke lenger overvunnet av trykkdifferansen som virker på stempelet 58, og fjærinnretningen kan bevege aktuatoren 50 mot stengning inntil ventilstengningselementet 60 kommer i inngrep med ventilsetet 64 for å stenge ventilen 44.

Fjærinnretningen 66 kan omfatte et mangfold av mekanismer for å forbelaste aktuatoren 50 mot en stengt posisjon. For eksempel kan fjærinnretningen 66 omfatte en mekanisk fjær 80, så som en skruefjær. Alternativt eller i tillegg kan fjærinnretningen 66 omfatte en gassfjær 82, så som en nitrogenfjær. Uten hensyn til den spesifikke design er fjærinnretningen 66 valgt til å tilveiebringe en passende forbelastning som er mindre enn den motsatt rettede kraft som virker mot aktuatoren 50 på grunn av trykket i brønnvæsken som strømmer inn i fluidinnløpet 52 og gjennom ventilen 44.

Gassoverføringsmekanismen 68 kan også omfatte et mangfold av mekanismer eller kombinasjoner av mekanismer som muliggjør strømmen av gass der-igjennom samtidig som det opprettholdes en væsketetning. For eksempel kan gassoverføringsmekanismen 68 omfatte et mangfold av gasspermeable materialer, regulerte mekaniske åpninger, så som de som har små, sterkt innsnevrede passasjer, og innsnevrede, strupede strømningspassasjer. Som et eksempel kan gassoverføringsmekanismen 68 omfatte et gasspermeabelt materiale som er ut-formet som en membran eller som en elastomerisk tetning 84 som er anordnet rundt stempelet 58 mellom høytrykkskammeret 76 og lavtrykkskammeret 72. Ek-sempler på gasspermeable materialer som kan brukes til å danne tetninger, membraner eller andre gassoverføringsmekanismer inkluderer Viton™, Butyl™, Nitrile™, Neoprene™ og Silicon™. Forskjellige materialer har forskjellige gass-permeabilitetshastigheter, og kan velges basert på de spesifikke design-parametere til et gitt ventilsystem.

I en utførelse er ventilen 44 designet slik at den ikke omstilles direkte fra den åpne tilstand til den stengte tilstand. I denne utførelse beveges ventilen 44 gradvis fra den åpne tilstand til den stengte tilstand når ventilen for eksempel utsettes for større konsentrasjoner av gass. Således, når mer gass strømmer inn i ventilen 44 over tid, omstilles ventilen gradvis mot stengning inntil den stengte posisjon nås og ytterligere strøm av fluid inn i nedihullsverktøyet 22 forhindres. I denne utførelse har ventilen 44 effektivt strupede posisjoner mellom den åpne tilstand og den stengte tilstand.

Med generell henvisning til figur 3, er ventilen 44 vist utplassert i kombina-sjon med et eksempel på et nedihullsverktøy 22. I denne utførelse omfatter nedi-hullsverktøyet 22 en sandskjerm 86. Sandskjermen 86 omfatter et hovedrør 88, en skjerm 90 og et ledningsrør 92, så som et shuntrør. Ledningsrøret 92 er posisjonert mellom skjermen 90 og hovedrøret 88, for å lede strømmen av fluid som pas-serer gjennom skjermen 90 inn i ventilen 44. I denne utførelse er fluidinnløpet 52 i ventilen 44 i kommunikasjon med ledningsrøret 92, og fluidutløpet 54 i ventilen 44 er i kommunikasjon med det indre 94 av hovedrøret 88 via minst en port 96 som er tildannet gjennom hovedrøret 88. Ventilen 44 muliggjør følgelig automatisk strømmen av væsker fra ledningsrøret 92 inn i det indre 94 av hovedrøret 88 for produksjon til en ønsket lokalisering. Ventilen 44 begrenser imidlertid også automatisk strømmen av gass fra ledningsrøret 92 inn i det indre av hovedrøret 88.

På denne måte kan en eller flere ventiler 44 anvendes i et mangfold av nedihullsverktøyet 22. I enkelte applikasjoner kan for eksempel ventiler 44 inkor-poreres i den nedre komplettering av en produserende oljebrønn. I tillegg kan en flerhet av ventilene 44 være lokalisert langs lengden av en enkelt sandskjerm eller flere sandskjermer som strekker seg over en flerhet av soner inne i en brønnbo-ring. Således, i tilfelle av gassgjennombrudd i en bestemt sone, omstilles ventilen 44 nær denne sonen fra en åpen tilstand til en stengt tilstand, eller fra en åpen tilstand til en strupet posisjon, for å forhindre eller begrense gassinntrenging inn i den olje som produseres fra denne sonen. Hver ventil 44 er helt og holdent selv-stendig og opptrer som et frittstående system uten behov for kommunikasjon til eller fra overflaten. I tillegg krever ventilene 44 ingen intervensjon for å operere effektivt ved hindring av gassinnstrømning i den produserte væske.

Ventilene 44 kan følgelig brukes i et mangfold av nedihullssystemer og verktøy for automatisk å åpne, stenge eller dosere strøm ved tilstedeværelse av et fluid med lav viskositet, eksempelvis gass. Så snart hver ventil utsettes for gass, beveges gassen automatisk fra et høytrykksområde i ventilen til et område med lavere trykk via en gassoverføringsmekanisme, hvilket utligner trykk over ventilen. Dette setter et forbelastningselement, eksempelvis fjærinnretningene 66, i stand til å bevege en ventilaktuator mot en posisjon hvor ventilen er stengt.

Følgelig, selv om kun noen få utførelser av den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i detalj i det ovenstående, vil de som har ordinær kunnskap innen teknikken lett forstå at mange modifikasjoner er mulige uten i vesentlig grad å avvike fra denne oppfinnelseslære. Det er meningen av slike modifikasjoner skal inkluderes innenfor omfanget av denne oppfinnelse slik den er definert i kravene.

Claims (21)

1. System for bruk i en brønnboring (26) for å stoppe innstrømming av gass, omfattende: et nedihullsverktøy (22) som en væske strømmer inn i fra en omkringliggende formasjon; og en ventil (44) som er posisjonert i et strømningsløp (46) langs hvilket væsken strømmer inn i nedihullsverktøyet,karakterisert vedat ventilen har en trykkresponsiv aktuator (50) som automatisk holder ventilen i en åpen tilstand når den utsettes for strøm av væsken og automatisk stenger ventilen når den utsettes for en gass-strøm inn i ventilen, hvor den trykkresponsive aktuatoren omfatter et stempel (58) som er blottlagt overfor fluidstrømpassasjen (48) og som er forskyvbart montert inne i et hulrom (62), idet stempelet ved hjelp av en fjær (66) er forbelastet mot den stengte posisjon, hvor forbelastningen av fjæren overvinnes av trykk fra strømmen av væske som virker mot en side av stempelet motsatt rettet fjæren, der systemet videre omfatter en gassoverføringsmekanisme (68) som omfatter en gasspermeabel tetning (84).

2. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat ventilen omfatter et ventilstengningselement (60) som er bevegelig mellom en åpen posisjon hvor fluidstrømpassasjen (48) er åpen for strømning og en stengt posisjon hvor fluid-strømpassasjen er stengt for strømning.

3. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat gassoverførings-mekanismen gjør det mulig for en gass å passere til den side av stempelet som påvirkes av fjæren, men hindrer væskestrøm til den side av stempelet som påvirkes av fjæren.

4. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat fjæren omfatter en mekanisk fjær (80).

5. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat fjæren omfatter en nitrogenfjær (82).

6. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat nedihullsverk-tøyet omfatter en sandskjerm (86).

7. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat nedihullsverktøyet omfatter et perforert rør (30).

8. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat nedihullsverktøyet omfatter en foring som er forsynt med spalter.

9. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat gassoverførings-mekanismen gjør det mulig for en gass i ventilen å utligne trykk over aktuatoren, slik at aktuatoren forbelastes til den posisjon som blokkerer strømning.

10. System som angitt i krav 9,karakterisert vedat aktuatoren omfatter et stempel (58).

11. System som angitt i krav 9,karakterisert vedat aktuatoren (50) er forbelastet i den motsatte retning ved hjelp av en fjær (66).

12. System som angitt i krav 9,karakterisert vedgassoverføringsme-kanismen omfatter et gasspermeabelt materiale.

13. System som angitt i krav 1,karakterisert vedat den gasspermeable tetningen (84) er posisjonert omkring aktuatoren, for å muliggjøre gassmigre-ring på en måte som reduserer et differansetrykk på aktuatoren, slik at fjærinnretningen kan bevege aktuatoren til den stengte posisjon.

14. System som angitt i krav 13,karakterisert vedat fjæren omfatter en mekanisk fjær (80).

15. System som angitt i krav 13,karakterisert vedat fjæren omfatter en gassfjær (82).

16. System som angitt i krav 13,karakterisert vedat aktuatoren omfatter stempelet (58) som har en første ytterflate (70) som utsettes for fluidstrøm gjennom ventilen, slik at en strøm av brønnvæske tilveiebringer tilstrekkelig trykk som virker på den første ytterflaten til å bevege aktuatoren til den posisjon som åpner for strømmen.

17. System som angitt i krav 16,karakterisert vedat stempelet omfatter en annen ytterflate (74) på en motsatt side i forhold til den første ytterflaten, idet den andre ytterflaten utsettes forforbelastningen av fjæren og trykket av enhver gass som migrerer gjennom den gasspermeable tetningen (84).

18. Fremgangsmåte, omfattende: lokalisering av en ventil (44) i et nedi-hullsverktøy (22);karakterisert vedå åpne ventilen ved hjelp av trykket i en brønnvæske som strømmer inn i nedihullsverktøyet gjennom ventilen; og forsyning av ventilen med en gassoverføringsmekanisme (68) for å muliggjøre en automatisk omstilling av ventilen mot stengning ved strømning av gass inn i ventilen, hvor forsyningen videre omfatter tilveiebringelse av gassoverføringsmekanis-men i form av en gasspermeabel tetning (84) som er anordnet omkring en aktuator (50).

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18,karakterisert vedå lokali-sere omfatter lokalisering av ventilen inne i en nedihullssandskjerm (86).

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 18,karakterisert vedå åpne omfatter å lede brønnvæske mot en første ytterflate (70) av aktuatoren (50), for å bevege aktuatoren og åpne ventilen.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20,karakterisert vedat forsyning omfatter: istandsetting av gassoverføringsmekanismen til å overføre gass som virker på den første ytterflate (70) til en andre ytterflate (74) av aktuatoren, for å utligne gasstrykk som virker på den første ytterflate og den andre ytterflaten; og forbelastning av aktuatoren mot stenging av ventilen.