DK178243B1 - Fremgangsmåde til forsegling af en ringformet åbning i et borehul - Google Patents

Description

Fremgangsmåde til forsegling af en ringformet åbning i et borehul GPFINDELSiiS OMRÅDE

Den fqreisggende opfindelse angår området olieindvinding tre et borehul. OPFIiDELSENi: BililMIP:

Til indvinding af olie borer man en brønd, dg et brøndrør, såsorn et hylster eller en foring, indføres i brønden. Brendrøret&ud vendige diameter er mindre end borehullets indvendige diameter, hvorved der dannes en ringformet åbning mellem hrøndrøret og borehullet. Brønd røret er perforeret i én eller flere ^ner for at ieite fiowet af carbonbydrider Ind i røret og efterfølgende opadgående flow ti! Indvinding. Somme tider produceres der forurenende materialer, såsom vand og sand, sammen med carbonhydriderne fra en de! af de underjordiske formationer, der omgiver brøndrøret I disse situationer er det ønskeligt at lukke brøndrøret af fra én eller flere dele af den ringformede åbning. I en anden situation kan det endvidere være ønskeligt at forsegle den .ringformede: åbning:.

Til aflukning af en ønsket del af for eksempel en brønd er det én mulighed at isolere brøndrørets indre del under anvendelse af midlertidige packers. Gement eller anden hærdende sammensætning pumpes derefter ned i den Isptereds zøne før at forsegle de perforerede åbninger i den ønskede del· af brøndr# reb Hvis der efterfølgende ønskes produktion fra en zone, der er beliggende længere nede i hylsteret, er det nødvendigt at fjerne eller penetrere førseglingene

Hidtil er anbringelse af en "behandIi ngsvæskefør eksempel en syre, en polymer, eller cement, inden i et borehul blevet udført under anvendelse af en "baller”, der indføres i brønden på en wire eller lignende. Balteren Indeholder et specifikt volumen og kan aktiveres på sbm følge af forskellen me item behand kngsvæskens densitet og de naturlige væskers, som er til stede i borehullet på behandlingstidspunktet og behandlingsiokationen. Selv modificerede bailersystemer leverer ikke på tilfredsstillende vis en forudbestemt mængde af en behandlingsvæske på den eksakte lokation, især i stærkt devierede brønde eller i brøndrøret, som er blevet "corkscrewed" (snoet). Der er derfor blevet udviklet en række andre systemer til at anbringe en "behandlingsvæske" på en korrekt lokation for eksempel til tilvejebringelse af en forsegling.

US 6,955,216 beskriver en anordning til injicering afen væske ind i en jordformation, der omgiver et borehul. Anordningen omfatter et legeme, der er egnet til anbringelse i en brøndboring, og som er forsynet med et væskekammer til opbevaring af et egnet tætningsmiddel og et par oppustelige packers, der er anbragt således, at de isolerer en del af borehullet mellem packerne ved oppustning af packerne. Det egnede tætningsmiddel injiceres derefter under pres ind i formationen gennem perforationer, der er isoleret mellem packerne. Tætningsmidlets sammensætning beskrives som værende et egnet materiale, såsom en vulkaniseret eller ikke-vulkaniseret gummisammensætning.

US 4,972,906 beskriver anvendelse af en blanding af et flydende epoxymateriale og en hærder til propning af en zone i en underjordisk zone. Det anvendte epoxymateriale er tungere end væsken i brønden, og karakteriseres yderligere som, at det er frit for faststoffer og har lav viskositet ved downhole-temperatur og -tryk. Materialet anbringes i en brønd ved anvendelse afen positiv-fortrængningsbailer. Det flydende epoxymateriale udviser således uønsket aksial dispersion, der kun delvist kan overvindes ved anvendelse af en excessiv mængde af epoxymaterialet. Metoden har således den ulempe, at den ikke muliggør en stedsspecifik anbringelse af forseglingen.

US 2006/0144593 A1 beskriver tætning afen brøndboring omfattende sekventielt fortrængende vekslende lag af mindst to forskellige forseglende sammensætninger i et ringvolumen mellem en væg af borehullet og en ledning i borehullet.

Der er derfor et behov for at anvise forbedrede procedurer til indføring af en forsegling i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation.

RESUMÉ AF OPFINDELSEN

For at overvinde ovennævnte begrænsninger ved de kendte fremgangsmåder til etablering afen forsegling tilvejebringer den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til etablering af én eller flere forseglinger i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation eller mellem rør i et borehulssystem, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnene a) bestemmelse af in-situ temperatur, tryk, jordformationens egenskaber og væske(r), der er til stede i den eller de positioner, hvor nævnte ene eller flere forseglinger ønskes, b) tilvejebringelse af en forseglingssubstans, der er en hærdende epoxybaseret, phenolbaseret eller polyesterbaseret væske, som omfatter mindst én fast komponent, og hvor forseglingssubstansen har fysiske og væskedynamiske egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte in-situ parametre, c) anbringelse af forseglingssubstansen på én eller flere lokationer, der gør det muligt for den at strømme ind i den ringformede åbning og undergå hærdning til dannelse af nævnte ene eller flere forseglinger.

I én udførelsesform har forseglingssubstansen thixotrope egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte parametre. Ved anvendelse af en forseglingssubstans, der er thixotrop, har det vist sig, at en sådan forseglingssubstans kohæsion tilvejebringer unikke egenskaber for så vidt angår dispersion af væsken, især med hensyn til at sætte væsken i stand til at strømme rundt om et rørs fulde diameter uden slump eller excessiv dispersion udad fra røret.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer nu en fremgangsmåde til tilvejebringelse af én eller flere forseglinger med stor præcision og uden at indføre excessive mængder forseglingssubstans i den ringformede åbning.

KORT BESKRIVELSE AF TEGNINGERNE

Figur 1 viser injektionssystemet, der omfatter to deformerbare patroner, som hver indeholder en væske. Drejer det sig om et tokomponentsystem, vil dette være en basisvæske og en hærder. Væskerne trækkes ud af patronerne under anvendelse af positiv-fortrængningspumper. Disse pumper drives af en enkelt motor, og hver pumpe har en forudbestemt fortrængning per omdrejning, hvilket muliggør definitionen af blandingsforholdet mellem væskerne. Et lignende design kan laves til væskesystemer, der består af en enkelt eller flere end to komponenter.

Henvisningstallene for figur 1 er som følger:

Hus med huller, der lader trykket i borehullet komme ind i huset (1); deformerbart rør fyldt med substansen (2); indvendig stang med huller, der lader substansen komme ind i pumpen 4 (3); pumpe med indvendig ventil (4); elektrisk motor, som driver begge pumper 4 og 7 (5); afgangsledning for pumpe 4 (6); pumpe med indvendig ventil (7); deformerbart rør fyldt med substansen (8); hus med huller, der lader trykket i borehullet komme ind i huset (9); afgangsledning for pumpen (7).

Figur 2 viser væskernes fortrængningssekvens, når de fortrænges ind i den ringformede åbning, der dannes af borehullet (2) og brøndrøret (1). Områderne (3), (4), (5), (6) og (7) repræsenterer væskens progression under fortrængningen i trin taget vilkårligt fra videotapene. Figur 2 viser, at væsken holder sammen, dvs. der sker hverken slump eller blanding under fortrængningen. Den tid, det tog at fortrænge 15 liter ind i en ringformet åbning på 1,5 inch, er omkring 10-20 minutter. Denne tid kan varieres ved anvendelse af forskellige motor- og pumpekombinationer. I det tidsrum, hvor væsken fortrænges ind i den ringformede åbning, vil "hærdning" af væsken være forhindret ved anvendelse af retard-kemikalier.

Henvisningstallene for figur 2 er som følger:

Indvendigt rør, der repræsenterer foringen i borehullet (1); udvendigt rør, der repræsenterer borehullets væg (2); trin 1 ved fyldning (3); trin 2 ved fyldning (4); trin 3 ved fyldning (5); trin 4 ved fyldning (6); endelig fyldning (7); fyldningsdyse (8); fyldningsrør (9).

DETALJERET BESKRIVELSE AF OPFINDELSEN

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en fremgangsmåde til etablering af én eller flere forseglinger i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation eller mellem rør i et borehulssystem, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnene a) bestemmelse af in-situ temperatur, tryk, jordformationens egenskaber og væske(r), der er til stede i den eller de positioner, hvor nævnte ene eller flere forseglinger ønskes, b) tilvejebringelse af en forseglingssubstans, der er en hærdende epoxybaseret, phenolbaseret eller polyesterbaseret væske, som omfatter mindst én fast komponent, og hvor forseglingssubstansen har fysiske og væskedynamiske egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte in-situ parametre, c) anbringelse af forseglingssubstansen på én eller flere lokationer, der gør det muligt for den at strømme ind i den ringformede åbning og undergå hærdning til dannelse af nævnte ene eller flere forseglinger.

Forseglingssubstansen er en epoxy-, phenol- eller polyesterbaseret væske. Sådanne hærdende væsker er velkendte til en lang række industrielle anvendelsesformål, og de er kommercielt tilgængelige som et stort antal forskellige sammensætninger. En epoxidholdig væske kan for eksempel vælges fra gruppen af diglycidyletheren af 1,4-butandiol, diglycidyletheren af neopentylglycol, diglycidyletheren af cyclohexandimethanol og blandinger deraf. I én udførelsesform består epoxyen af epichlorhydrin og bisphenol A. Det skal forstås, at en blanding af forskellige epoxider også er anvendelig som forseglingssubstans. Ligeledes vil fagfolk inden for området forstå, at en række phenol- og polyesterbaserede væsker også kan anvendes. Forsegl ingssubstansen kan omfatte et epoxy-, phenol- eller polyesterindhold i området fra ca. 10 vægt-% til ca. 95 vægt-%, eller fra ca. 20 vægt-% til ca.

80 vægt-%, eller fra ca. 10 vægt-% til ca. 75 vægt-%, eller fra ca. 10 vægt-% til ca. 50 vægt-%, eller fra ca. 30 vægt-% til ca. 80 vægt-%, eller fra ca.

40 vægt-% til ca. 80 vægt-%, eller fra ca. 60 vægt-% til ca. 75 vægt-%.

Et egnet hærdemiddel til epoxy er mindst ét medlem valgt fra gruppen af alifatiske aminer, aromatiske aminer og carboxylsyreanhydrider. Ikke-begrænsende eksempler på sådanne hærdemidler til epoxybaserede væsker er alifatiske aminer, aromatiske aminer, amidaminer, amidoaminer, imidazoler og carboxylsyreanhydrider. Eksempler på hærdemidler til epoxyvæsker er triethyientetraamin, ethylendiamin, N-cocoalkyltrimethylendiamin, isophorondiamin, diethyltoluendiamin og tris(dimethylaminomethylphenol). Disse hærdemidler kan være til stede i epoxyvæsken i en mængde i området fra ca. 15 vægt-% til ca. 40 vægt-% af væsken.

I én udførelsesform har forseglingssubstansen thixotrope egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte parametre. Ved anvendelse af en forseglingssubstans, der har thixotrope egenskaber, har det vist sig, at en sådan forseglingssubstans kohæsion tilvejebringer unikke egenskaber for så vidt angår dispersion af væsken, især til at sætte væsken i stand til at strømme rundt om et rørs fulde diameter uden slump eller excessiv dispersion udad fra røret. En epoxy-, phenol- eller polyesterbaseret væskes thixotrope egenskaber kan kontrolleres med forskellige additiver, for eksempel ved tilsætning af silicaflager for at øge de thixotrope egenskaber eller ved tilsætning af acetone for at reducere de thixotrope egenskaber. I en anden udførelsesform omfatter forseglingssubstansen silicaflager. I en anden udførelsesform omfatter forseglingssubstansen carbonfibre. I en anden udførselsform er forseglingssubstansens densitet i området fra ca. 700 kg/m3 til ca. 1400 kg/m3, såsom i området fra ca. 800 kg/m3 til ca. 1200 kg/m3, i området fra ca. 900 kg/m3 til ca. 1100 kg/m3, i området fra ca. 700 kg/m3 til ca. 900 kg/m3, i området fra ca. 900 kg/m3 til ca. 1200 kg/m3, eller i området fra ca. 1000 kg/m3 til ca. 1200 kg/m3.

I en anden udførelsesform har forseglingssubstansen en densitet, der i hovedsagen er den samme som den eller de i trin a) bestemte væskers. I dette tilfælde kan forseglingssubstansen indføres i den ene eller flere lokationer i omtrent samme vertikale position, som forseglingssubstansen skal strømme ind i den ringformede åbning.

I endnu en anden udførelsesform har forseglingssubstansen en densitet, der er lavere end den eller de i trin a) bestemte væskers densitet. I dette tilfælde kan forseglingssubstansen indføres i den ene eller flere lokationer i en lavere vertikal position end den ringformede åbning, som forseglingssubstansen skal strømme ind i.

1 endnu en anden udførelsesform har forseglingssubstansen en densitet, der er højere end den eller de i trin a) bestemte væskers densitet. I dette tilfælde kan forseglingssubstansen indføres i den ene eller flere lokationer i en højere vertikal position end den ringformede åbning, som forseglingssubstansen skal strømme ind i.

I alle tilfælde er forseglingssubstansen designet til det specifikke anvendelsesformål. For at modulere forseglingssubstansens densitet kan den således også omfatte barit eller en letvægtspolymer. Andre ingredienser, der kan anvendes til at justere forseglingssubstansens egenskaber som nødvendigt til det specifikke anvendelsesformål, er krystallinske silicaer, amorfe silicaer, lerarter, calciumcarbonat og lignende.

I en anden udførelsesform styres den tid, som det tager forseglingssubstansen at undergå hærdning i trin c), ved tilsætning af en katalysator, såsom en accelerator eller en retarder. Katalysatoren, såsom en accelerator eller en retarder, kan tilblandes som del af forseglingssubstansen, når denne substans fremstilles i overensstemmelse med de under trin a) bestemte parametre, I dette tilfælde skal hærdetiden designes således, at anbringelse af forseglingssubstansen på lokationen eller lokationerne samt flow af forseglingssubstansen ind i den ringformede åbning gøres muligt. I en anden udførelsesform blandes forseglingssubstansen og katalysatoren, såsom en accelerator eller retarder, in-situ under anvendelse af en downhole mixer.

Dette eliminerer behovet for i hovedsagen ikke at have nogen ændring af forseglingssubstansens viskoelastiske egenskaber under overførslen af forseglingssubstansen fra overfladen til dens downhole-position, hvor der skal ske injektion. Sådanne downhole-mixere er kendte inden for området, se foreksempel US 5,582,251.

I en anden udførelsesform udviser forseglingssubstansen lav hærde-krympning, såsom mindre end 2 % eller mindre end 1 %. I en anden udførelsesform udviser forseglingssubstansen ingen hærdekrympntng eller udviser ekspansion ved hærdning. Én måde til at reducere hærdekrympning eller fremkalde ekspansion ved hærdning er at anvende en forseglingssubstans, der omfatter et materiale, som ekspanderer ved absorption af vand, for eksempel træfibre og lignende.

I en anden udførelsesform omfatter forseglingssubstansen et fyld materiale, der afgør substansens mekaniske egenskaber efter hærdning.

I en anden udførelsesform, hvor forseglingssubstansen i nævnte trin c) anbringes i nævnte ene eller flere lokationer under anvendelse af et system til injektion af en substans ind i en ringformet åbning. Et system til injektion er baseret på anvendelse af tryk for at injicere væsken. I en anden udførelsesform udføres anbringelsen af forseglingssubstansen i én eller flere lokationer med en enhed, der indføres i brøndrøret, hvilken enhed omfatter: en skæredel, der er i stand til at lave et hul gennem brøndrøret, et substanskammer til opbevaring af forseglingssubstansen, og en injektionsdel, der er i stand til at injicere forseglingssubstansen ind i den ringformede åbning. Eksempler på sådanne enheder til injektion af forseglingssubstanser kan findes i US patentansøgning nr. 11/372,490. I en anden udførelsesform anbringes forseglingssubstansen i nævnte trin c) på den ene eller flere lokationer via et enkelt hul i brøndrøret eller i rørene.

I et andet aspekt tilvejebringer den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til fjernelse af én eller flere forseglinger i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation eller mellem rør i et borehuls-system, hvor forseglingerne er blevet tilvejebragt ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, hvilken fremgangsmåde til fjernelse omfatter opvarmning af forseglingerne til en temperatur på mindst 250 °C, såsom ca. 300 °C .

Alle referencer, herunder publikationer, patentansøgninger og patenter, der er anført heri, inkorporeres herved ved henvisning i deres helhed og i samme grad, som hvis hver reference individuelt og specifikt var indikeret som værende inkorporeret ved henvisning og var anført heri i dens helhed, uanset eventuel separat anført inkorporering af bestemte dokumenter andetsteds heri.

Anvendelsen af ordene "den", "en", "et", og lignende henvisninger i forbindelse med beskrivelse af opfindelsen skal udlægges som dækkende både ental og flertal, medmindre andet er indikeret heri eller tydeligt modsiges af konteksten.

Medmindre andet er anført, er alle heri anførte eksakte værdier repræsentative fortilsvarende cirkaværdier (for eksempel kan alle eksakte værdieksempler, som er givet for en bestemt faktor eller mål, opfattes som også givende et tilsvarende cirkamål, modificeret med "ca.", hvor dette er passende).

Hensigten med beskrivelsen heri af et hvilket som helst aspekt eller udførelsesform af opfindelsen under anvendelse af termer såsom "omfattende", "havende", "indbefattende" eller "indeholdende" med henvisning til et element eller elementer er at give basis for et tilsvarende aspekt eller udførelsesform af opfindelsen, der "består af, "i det væsentlige består af', eller "i hovedsagen omfatter" det eller de bestemte elementer, medmindre andet er anført eller klart modsiges af konteksten (for eksempel skal en sammensætning, der er beskrevet heri som omfattende et bestemt element, forstås som også beskrivende en sammensætning bestående af dette element, medmindre andet er anført eller klart modsiges af konteksten).

Alle overskrifter og underoverskrfter anvendes heri kun for nemheds skyld og skal ikke tolkes som begrænsende for opfindelsen på nogen måde.

Hensigten med anvendelsen af et hvilket som helst og alle eksempler eller eksempelvis sprogbrug (for eksempel "såsom"), der er anført heri, er blot at belyse opfindelsen bedre, og begrænser ikke opfindelsens omfang, medmindre andet er påberåbt. Intet sprogbrug i beskrivelsen skal tolkes som, at det indikerer noget ikke-påberåbt element som værende essentielt for udførelsen af opfindelsen.

Anførelse og inkorporering af patentdokumenter heri er kun sket for nemheds skyld og afspejlet ikke noget synspunkt angående gyldigheden, patenterbarheden og/elier muligheden for håndhævelse af sådanne patentdokumenter.

Denne opfindelse omfatter alle modifikationer og ækvivalenter til det i kravene anførte og/eller hertil knyttede aspekter, som tilladt i henhold til gældende lov.

Den foreliggende opfindelse illustreres yderligere ved følgende eksempler, der imidlertid ikke skal udlægges som værende begrænsende for beskyttelsesomfanget. De i foregående beskrivelse og i efterfølgende eksempler beskrevne træk kan såvel separat som i en hvilken som helst kombination deraf være væsentlige for realisering af opfindelsen i forskellige former deraf.

EKSEMPLER

Eksempel 1

Laboratorieforsøg har vist, at normal epoxy vil slumpe, flyde og/eller dispergere i vand og olie. Væskesystemet som beskrevet i dette dokument vil imidlertid opføre sig som vist i Figur 2, som bekræftet ved en række udførte laboratorieforsøg.

Aktuelt laboratoriearbejde vil stramme op på de initiale data angående væskesammensætningen på en sådan måde, at der etableres en præstationsindhyllingskurve ("performance envelope") for væskesystem- erne. Denne præstationsindhyliingskurve vil indeholde, men er ikke begrænset til:

Tryk, temperatur som funktion af hærdetid per væskesystem, som indeholder en blanding af væsker og mindst ét faststof. Dette faststof kan bestå af en hul struktur {gasfyldt), hvorved væskens generelle densitet reduceres.

Claims (14)

1. Fremgangsmåde til tilvejebringelse af én eller flere forseglinger i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation eller mellem rør i et borehulssystem, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnene: a) bestemmelse af in-situ temperatur, tryk, jordformationens egenskaber og væske(r), der er til stede i den eller de positioner, hvor nævnte ene eller flere forseglinger ønskes, b) tilvejebringelse af en forseglingssubstans, som er en hærdende epoxybaseret, phenolbaseret eller polyesterbaseret væske, der omfatter mindst én fast komponent, og hvor forseglingssubstansen har fysiske og væskedynamiske egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte in-situ parametre, c) anbringelse af forseglingssubstansen på én eller flere lokationer, der gør det muligt for den at strømme ind i den ringformede åbning og undergå hærdning til dannelse af nævnte ene eller flere forseglinger hvor forseglingssubstansen har en densitet, der i hovedsagen er den samme som den eller de i trin a) bestemte væskers densitet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvorved forseglingssubstansen i trinnet c) anbringes i den ene eller flere lokationer under anvendelse af et system til injektion af en substans ind i en ringformet åbning.

3. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved anbringelsen af forseglingssubstansen i én eller flere lokationer udføres med en i brøndrøret indført enhed, hvilken enhed omfatter: en skæredel, der er i stand til at lave et hul gennem brøndrøret, et substanskammer til opbevaring af forseglingssubstansen, og en injektionsdel, der er i stand til at injicere forseglingssubstansen ind i den ringformede åbning.

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen har thixotrope egenskaber, der er kompatible med de i trin a) bestemte parametre.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen omfatter silicaflager.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen omfatter carbonfibre.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansens densitet ligger i området fra ca. 700 kg/m3 til ca. 1400 kg/m3.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen omfatter barit.

9. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved den tid, det tager forseglingssubstansen at undergå hærdning i trinnet c) kontrolleres, ved tilsætning af en katalysator, såsom en accelerator eller en retarder.

10. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen udviser lav hærdekrympning, såsom mindre end 2 % eller mindre end 1 %.

11. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen ikke udviser nogen hærdekrympning eller udviser ekspansion ved hærdning.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, hvorved forseglingssubstansen omfatter træfibre.

13. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvorved forseglingssubstansen i trinnet c) anbringes i den ene eller flere lokationer via et enkelt hul i brøndrøret eller i rørene.

14. Fremgangsmåde til fjernelse af én eller flere forseglinger i en ringformet åbning mellem et brøndrør og den omgivende formation eller mellem rør i et borehulssystem, hvor forseglingerne er blevet tilvejebragt ved fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af krav 1-13, hvilken fremgangsmåde til fjernelse omfatter opvarmning af forseglingerne til en temperatur på mindst 250 °C, såsom ca. 300 °C.