NO129924B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for deteksjon av

tilstanden i et borehull.

Borehull blir vanligvis boret gjennom en geologisk formasjon bestående av flere lag. Det er forutsatt at hvert slikt lag vil utøve et normalt trykk på borevæsken i borehullet. Disse lagene består av fluidum som gasser, hydrokarboner, vann, saltvann, etc, og kan i enkelte tilfeller utøve et unormalt trykk på borevæsken i borehullet. Tettheten til borevæsken bør være så høy at den gir et hydrostatisk trykk som er så stort at fluidum fra formasjonen ikke trenger inn i borehullet. Men trykket må allikevel ikke være så stort at formasjonen blir brutt ned.

Hvis trykket av fluidum i spesielle formasjonslag blir for stort, eller hvis det hydrostatiske borevæske-trykket synker merkbart, vil der oppstå en inntrengning av fluidum fra formasjonen til borehullet. Hvis formasjonen blir brutt ned, vil borevæske bli tapt til omgivelsene. Tap av borevæske resulterer i en senkning av det hydrostatiske trykk.

Blir dette tapet merkbart, så kan ikke borevæskens trykk engang motstå det normale trykket fra formasjonen. Hvis høytrykk-fluidum finnes i formasjonen, så vil, i dette tilfelle, dette fluidum trenge inn i borehullet. Slik kan et opprinnelig tap av borevæske til formasjonen gjøre at formasjons-fluidum trenger inn i borehullet.

En inntrengning av et lite volum er i det følgende betegnet som et "tilbakeslag" ("kick"), og en inntrengning av et stort volum, som et "gjennomslag" ("blowout").

Det er blitt observert at når det bores et borehull,

så vil hoveddelen av gjennomslagene forekomme under "tripping". Med "tripping" menes arbeidsoperasjoner som når man beveger rørseksjoner e.l. inn og ut av borehullet for f.eks. å skifte borkrone, fjerne forstoppelser, utføre logge-operasjoner, etc. Med en "inngående trip" menes å føre inn et volum av fast materiale f.eks. i form av rørseksjoner eller borstenger inn i borehullet. Med en "utgående trip" menes å føre ut av borehullet et slikt volum av fast materiale eller faste deler. Med en trip menes da en utgående trip, en inngående trip, eller begge deler.

En utgående trip-operasjon krever med den hittil kjente teknikk visuell telling av antall fjernede seksjoner eller rørdeler og fylling av borehullet opp til et nivå fra hvilket borevæske kan flyte ut av hullet. Denne operasjonen har visse ulemper som i verste fall kan skade arbeiderne, oljeforekomster eller boreutstyret. Det kan også oppstå alvorlige økologiske ødeleggelser» Denne metoden er heller ikke tilstrekkelig nøyaktig og er fremfor alt også underlagt menneskelige feil. Hvis f.eks. vinning eller tap av et lite volum borevæske ikke blir oppdaget i tide, så kan det utvikle seg til vinning eller tap av et stort volum. Hvis et gjennomslag positivt skal av-verges, må vinning eller tap av borevæske oppdages fortrinnsvis like etter at de oppstår for derved å kunne sette igang effektive hjelpetiltak.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte og en anordning for automatisk å opprettholde nivået av borevæske i borehullet på eller nær et referansenivå mens det foretas tripping og senere. Det gis også en tidlig varselindi-kasjon når det oppstår unormale tilstander i borevæsken. Bore-

væsken i borehullet blir altså kontinuerlig og automatisk overvåket

under en trip og etter denne.

Oppfinnelsen kan brukes av relativt ufaglært peronale

og innen et minimum av tid for derved å redusere kostnader såvel som den potensielle risiko ved bore-operasjoner. Oppfinnelsen gir bore-mannskapet tid til annet arbeid enn det som direkte er forbundet med å føre borevæske inn og ut av borehullet.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved

a) måling av volumet av fast materiale som beveges ut eller inn av borehullet under hver trip for derved å bestemme ønsket volum

borevæske,

b) levering av et målt volum borevæske til eller fra borehullet for derved å opprettholde nivået av borevæske i borehullet på

et referansenivå,

c) sammenlikning av nevnte ønskede volum med nevnte leverte volum,

d) av sammenlikningen å frembringe signaler som indikerer tilstanden i borehullet.

Hvis borevæske blir tapt til formasjonen etter en trip,

gjør oppfinnelsen det også mulig automatisk å få levert borevæske til borehullet for derved å gjenopprette det hydrostatiske trykk og således forhindre et mulig gjennomslag.

I en foretrukket utførelse av en trip-kontrollerings-innretning ifølge oppfinnelsen, blir antallet rør-deler som be-

veges under hver trip, talt. Antallet blir så multiplisert med en passende tellefaktor avhengig av de fysiske karakteristika for rør-delene for derved å få angitt det nødvendige ønskede volum av borevæske for borehullet. Det nødvendige volum blir så sammen-

liknet med et målt volum av den borevæske som er levert til borehullet for å holde borevæsken på det normale referansenivå. Denne sammenlikningen gir automatisk en indikasjon om tilstanden til borevæsken i borehullet.

Oppfinnelsen vil lettere bli forstått når ved hjelp av

den følgende beskrivelse det refereres til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser en anordning ifølge oppfinnelsen i forbindelse med en utgående trip, og

fig. 2 viser en anordning som kan brukes for enten en utgående trip eller en inngående trip,

KONTROLLUTSTYR FOR UTGÅENDE TRIP

Fig. 1 viser en konvensjonell brønn 11 som bores gjennom en formasjon 13. Brønnen 11 inneholder vanligvis et brønnrør 10, et brønnhode 12, beskyttelse mot overflate-gjennomslag 14 og 16 og en muffe-nippel 17. Et overflatesystem for sir-kulering av borevæske 19 omfatter en pumpe 18 som sirkulerer borevæsken i tanken 22 gjennom en væskeledning 24. Pumpen 18 er en lav-trykks/høyvolum-pumpe i motsetning til de høytrykk/lav-volum-pumpene som vanligvis brukes til å fylle borehullet. De sistnevnte pumpene (ikke vist) er slag-pumper som også er usedvanlig store og uhåndterlii En fylle-ledning 25 er forbundet med en dertil egnet ventil 3 0 som har porter 26, 27 og 29 og et kontrollelement 31. Vanligvis opprett-holder ventilen 30 væskestrømmen i ledningen 24 gjennom de normalt åpne portene 26 og 27. Når elementet 31 blir aktivert gjennom styre-ledningen 28, stenger ventilen 30 portene 26 og 27 og etablerer væske forbindelse gjennom de normalt lukkede porter 26 og 29„

For å måle væskevolumet som pumpes og leveres til borehullet, er det i fylle-ledningen 25 plasert en væskemåler 32 hvis utgangssignal fortrinnsvis er et elektrisk signal som mates via linjei 33 til en teller 62 for levert volum. Slike væskemålere leveres f.eks. av Foxboro Company i U.S.A, og er magnetiske eller turbin-gjennomstrømninysmålere.

På gulvet 36 i boretårnet er montert et konvensjonelt, roterende bord 37 og en trip-kontrollinnretning 40 som er vist innenfor den bruttelinjen. Kontrollinnretningen 40 er fortrinnsvis et digitalt system for derved å få en hurtigere respons og en større allsidighet. For en fagmann på området vil det være klart at også

et analogt system kan brukes.

Over boretårn-gulvet 36 er elevatorer 42 montert

mellom en bore-rør-del 44, som skal dras ut av borehullet, og en krok 46. Kroken 46 blir båret av en blokk 48 på konvensjonell måte. Hver rør-del 44 består vanligvis av et antall, f.eks. 3, borrør-seksjoner 45. Rør-delene eller -seksjonene og tilhørende ut-styr danner en konvensjonell borstreng.

For å telle antallet rør-deler 44 som under hver

trip ved hjelp av blokken 48 blir trukket tilbake, er det anordnet en del-detektor 50 som detekterer tilbaketrekkingen av hver rør-del og gir et tilsvarende elektrisk eller pneumatisk signal gjennom linjen 51 til del-telleren 52. Del-detektoren 50 er fortrinnsvis plasert på side-veggen til boretårnet og i en avstand over boretårn-gulvet 36 som tilnærmet er lik lengden av en rør-del. De-

tektoren 50 kan være et mekanisk system, et optisk system som nytter en lysstråle og fotoceller, et pneumatisk system eller et elektro-mekanisk system med mikrobrytere for å lukke en elektrisk krets etter passeringen av hver rør-del 44»

Uansett hvilket system som anvendes for detektoren 50, kan linjen 51 nyttes for å motta et antall signaler eller pulser lik antallet av tilbakeførte rør-deler. Dette antallet, her il-lustrert med 3» vil komme til syne i vinduet til del-telleren 52 som 00%

En teller 56 for ønsket volum, som kan være en digi-

tal elektronisk multiplikator, kan ved hjelp av en knapp 57 ma-nuelt motta en telle-faktor. Telle-faktoren blir bestemt av de fysiske parametre til de rør-deler som blir trukket tilbake. Telleren 56 multipliserer så denne telle-faktoren med tallet på deler trukket tilbake. Tallet på deler blir mottatt gjennom linjen 58 fra del-telleren 52. Tallet i vinduet på telleren 56 er da det ønskede volum som tilsvarer de tre deler som blokken 48

har beveget.

Det ønskede væskevolum er da det væskevolum som er nødvendig for å bringe væskenivået i borehullet tilbake til re-£eransenivået 60'. Dette nivået blir overvåket av en "normal"-nivå-detektor 60 som er koplet til muffe-nippelen 17» Det øns-

kede volum er det volum av væske som er nødvendig for å erstatte volumet av fast materiale (rør-deler) som er fjernet fra borehullet.

Hvis det leverte væskevolum tilsvarer det ønskede volum, og væskenivået i muffe-nippelen 17 fremdeles er under referansenivået 60', vil pumpen 18 fortsette å levere væske til borehullet, men som senere skal beskrives, vil et alarm eller var— sel-signal bli gitt„

Hvis væsken i borehullet plutselig stiger over et høynivå 61', vil en "høynivå"-detektor 61, som er koplet til muffe-nippelen 17, detektere denne stigningen i nivået av borevæske og derved fremkalle et varsel-signal.

Tellingen av det leverte volum blir vist i vinduet på telleren 62V Hvis det antas normalt forløp og en telle-faktor på 0,-59, vil levert volum tilsvare 1,77 enheter volum.

En komparator 64 mottar på linjen 66 tallet fra telleren 56 for det ønskede volum og på linjen 68 tallet fra telleren 62 for det pumpede (leverte) volum. Komparatoren 64 sammen-likner så tallene mottatt på linjene 66 og 68. I det tilfelle at det ønskede volum er lik det leverte volum, vil resultatet bli indikert på et "væske normal"-indikeringsutstyr 70. Hvis det leverte volum er større enn det ønskede volum, vil komparatoren 64 gi et utgangssignal til en ,,væsketap"-indikeringsanordning 72. Hvis det leverte volum er mindre enn det ønskede volum, vil komparatoren 64 gi et utgangssignal til en "væskevinnings"- eller "tilbakeslag"-indikeringsanordning 74.

Før starten av den utgående trip velger boreren, slik som beskrevet ovenfor, en passende telle-faktor og angir denne på telleren 56 for det ønskede volum. Han velger også antall rør-deler som skal beveges under hver utgående trip og justerer telleren 56 tilsvarende. Så startes den utgående trip, Del-detektoren 50 gir telling i del-telleren 52 slik at denne øker med en for hver rør—del som dras ut.

Som tidligere nevnt, vil ved slutten av en utgående trip, detektoren 50 ha detektert tre deler, tallet i vinduet til del-telleren 52 vil være 003, og tallet i telleren 56 for det ønskede volum vil være 1,77o Deretter vil et signal fra telleren 56 via linjen 53 tilføres en ventil-kontroll-mekanisme 55 som via linjen 28 aktiverer ventilen 30 og får denne til å etablere en væske-strøm mellom dens porter 26 og 29o Dette markerer be-gynnelsen av fylle-operasjonen gjennom fylle-ledningen 25 og måleoperasjonen ved væskemåleren 32. Fylle-operasjonen stopper når væsken når referansenivået 60<*>. ;Hvis fylle-operasjonen forløper normalt, vil, etter ;at væskemåleren 32 har målt et levert volum som tilsvarer det ønskede volum, væskenivået i borehullet være på referansenivået 60'. Nivået blir detektert av normal-nivå-detektoren 60, og lampen 70 vil aktiveres. Hvis det målte leverte væskevolum er større enn det ønskede volum, vil komparatoren 64 aktivere taps-varsel-lampen 72, Hvis levert volum er mindre enn det ønskede volum, vil tilbakeslags-lampen 74 bli aktivert» ;Etter at væsken i borehullet har nådd referansenivået 60', vil normal-nivå-detektoren 60 via linjen 63 gi et signal til ventilkontrollen 55 for å aktivisere ventilen 30 for derved å stoppe væskestrømmen mellom portene 26 og 29 og gjenopprette væskestrømmen mellom portene 26 og 27. Tellerne 52, 56 og 62 vil da være. klar for den neste utgående trip. ;Hvis, etter at ventilen 30 er koplet tilbake til sin normale tilstand der væske strømmer mellom portene 26 og 27, det skulle oppstå en plutselig økning av væskenivået over referansenivået 60' og opp til nivået 61',. så vil høynivå-detektoren 61 ;gi et signal til varsel-lysene 71 via linjen 73»;Mens det ovenfor er beskrevet spesielle komponenter i forbindelse med oppfinnelsen, er det klart at også andre komponenter kan nyttes innenfor rammen av oppfinnelsen. Pumpen 18 be-høver f,eks, ikke å være en sirkulasjonspumpe for væsken i tanken 22, En pumpe uavhengig av væskesirkulasjonssystemet 19 kan istendet nyttes for å pumpe væske fra tanken 22 til borehullet 11 og ventilen 30 kan derved utelates. Andre ventiler kan også nyttes og andre volum-måleinnretninger kan nyttes for å måle volumet, av fast materiale som fjernes, ;I fig. 2 er for enkelhets skyld de samme elementer ;gitt samme betegnelser som på fig. 1. Bare de elementer i fig. 2 som enten er nye eller forskjellige, vil bli spesielt beskrevet i forbindelse med fig, 2, ;Pumpen 18 i væskesirkulasjons-systemet 19 på overfla-ten, sirkulerer væsken gjennom tanken 22 ved hjelp av en suge-ledning 24 og en tømmeledning 23, I tillegg til ventilen 30 er der nå en ventil 80 som har. portene 82, 83 og 84 og et kontrollelement 81, Væskestrømningsmåleren 32 er montert i en ledning mellom portene 29 og 83. Fylleledningen 25 og returstrømnings-ledningen 34 forbinder muffenippelen 17 til portene 82 h.h.v. 84. ;Mens detektoren 61 i fig. 1 fungerte som en høy-nivådetektor, fungerer detektoren 61 i fig, 2 som en lav-nivå-detektor. Ventilkontrollen 55 har nå tre inngangslinjer 53, 63, 73 og to utgangslinjer 28 og 85. ;UTGÅENDE TRIP ;Por å demponstrere funksjonen til trip-kontrollen 40 i fig, 2 under en utgående trip, antar vi at telleren 52 teller en rør- ;del og at 0,59 er det volum av væske som tilsvarer en rør-del. ;Ved hjelp av knappen 57 settes så tellefaktoren 0,59 inn. Telleren 56 vil telle 059 og sende et signal via linjen 53 til ventilkontrollen 55. Kontrollen 55 sender så et signal via oinjen 28 til ventil-elementet 31, og et signal via linjen 85 til ventil-elementet 81. Ventilen 30 vil opprette væskestrøm mellom portene 82 og 83. Strømmen av borevæske går da fra tanken 22, gjennom pumpen 18,. tømmeledningen 23, ventilen 30, måleren 32, ventilen 80 og fylleledningen 25o ;Når væskenivået i muffe-nippelen 17 stiger til refe-rannenivået 60', vil detektoren 60 via linjen 73 sende et signal til ventilkontrollen 55. Dette signalet gjør at ventilkontrollen 55 bryter væskestrømmen mellom portene 82 og 83, såvel som mellom portene 27 og 29. Det leverte væskevolum målt av måleren 32 blir angitt i vinduet på telleren 62, Hvis vi antar et normalt forløp av boringen, uten noe tap eller vinning av borevæske i borehullet og for det antall rør-deler som nevnt tidligere, vil telleren 62 vise 059, Komparatoren 64 vil så sammenlikne tallene fra tellerne 56 og 62 og sender signaler til lysene 70, 72 og 74 på samme måte som beskrevet under fig. 1, ;INNGÅENDE TRIP ;Når kontrollen vist i fig. 2 blir brukt for en inngående trip, vil hver rør-del 44 som senkes ned i borehullet igjen bli registrert av detektoren 50. Telleren 56 vil indikere det volum av væske som tilsvarer volumet av fast materiale som føres inn i borehullet. Etter at telleren 52 har talt en rør-del, vil telleren 56 via linjen 53 gi et reguleringssignal til ventilkontrollen 55. Kontrollen 55 vil så etablere væskestrøm gjennom portene 83 og 84 på ventilen 80 og gjennom portene 26 og 29 på ventilen 30, ;Mens det under den utgående trip blir levert væske fra tanken 22 til borehullet 11, blir det under den inngående trip levert væske fra borehullet 11 til tanken 22. Volumet av borevæske som strømmer fra borehullet og inn i tanken 22 blir igjen målt av strømningsmåleren 32. ;Når man fører fast materiale inn i borehullet, vil nivået av borevæske stige over referansenivået 60'. Leveringen av borevæske fra borehullet vil derfor fortsette inntil nivået av væske i muffe-nippelen 17 synker til referansenivået 60'. Da vil detektoren 60 via linjen 73 sende et signal til ventilkontrollen 55 som så stopper væskestrømmen mellom portene 82, 83 og mellom portene 26, 29. ;Det leverte væskevolum fra borehullet til tanken 22, målt av måleren 32, vil bli registrert av telleren 62. Tallene fra tellerne 56 og 62 vil igjen bli sammenliknet i komparatoren 64 og resultatet av sammenlikningen vil igjen bli indikert av lysene 70, 72 og 74. ;AUTOMATISK KONTROLL ;I tillegg til å være trip-kontroll, kan systemet i ;fig. 2 automatisk holde nivået av. borevæske i borehullet over et minimum-nivå 61<1> detektert av lav-nivå-detektoren 61. Når nivået av borevæske, i den automatiske tilstanden, synker under nivået 61', vil et reguleringssignal fra detektoren 61 sendes via linjen 63 til ventilkontrollen 55. Kontrollen 55 vil da la væske strømme mellom portene 27, 29 og portene 82, 83. På denne måte vil det strømme væske fra tømmeledningen 23 til fylleledningen 25 og ned i borehullet 11. ;Denne strømmen vil fortsette inntil nivået av borevæske i muffe-nippelen 17 igjen er på minimumsnivået 61<*>. Detektoren 61 vil gjøre at kontrollen 55 stopper væskestrømmen mellom portene 27, 29 og portene 82, 83.-

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for deteksjon av tilstanden i et borehull ved under en trip av borstrengen e.l. å kontrollere volumet av borevæske i borehullet, samt gi et tidlig varsel om unormale tilstander i borehullet, karakterisert ved a) måling av volumet av fast materiale som beveges ut eller inn av borehullet under hver trip for derved å bestemme ønsket volum borevæske, b) levering av et målt volum borevæske til eller fra borehullet for derved å opprettholde nivået av borevæske i borehullet på et referansenivå, c) sammenlikning av nevnte ønskede volum med nevnte leverte volum, d) av sammenlikningen å frembringe signaler som indikerer tilstanden i borehullet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det leverte volum måles ved hjelp av en væskestrømningsmåler.

3. 1 Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det ønskede volum måles ved å telle antallet enheter av fast materiale som beveges og så multiplisere dette tallet med en tellefaktor som er avhengig av de fysiske karakteristika til enhetene av fast materiale.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at ved referansenivået i borehullet utløses et første kontrollsignal som brukes til å bestemme det leverte volum.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at når nivået i borehullet er under referansenivået, utløses et andre kontrollsignal som sti-mulerer leveringen av borevæske til borehullet, hvorved nivået av borevæske holdes over et ønsket minimumsnivå.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at strømmen av borevæske etter at den er stimulert av det andre kontrollsignalet, blir stoppet når nivået av borevæske når referansenivået.

7. Anordning for deteksjon av tilstanden i et borehull ved under en trip av borstrengen e.l. å kontrollere volumet av borevæske i borehullet, samt å gi et tidlig varsel om unormale tilstander i borehullet, for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-6, karakterisert ved innretninger (56) som måler det ønskede volum av borevæske som tilsvarer volumet av fast materiale som beveges under hver trip, innretninger (18,30,80) som leverer et bestemt volum borevæske for å holde nivået av borevæske i borehullet på et referansenivå, og innretninger (64) som sammenlik-ner det ønskede volum med det leverte bestemte volum for derved å gi en tidlig varsling.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at borehullet omfatter en muffe-nippel (17) og at referansenivået er fiksert i nevnte muffe-nippel av en nivådetektor (60).

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at innretningen for levering av borevæske omfatter en væske-strømningsmåler (32).

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at innretningen for måling av det bestemte volum omfatter en første teller (52) som teller antall enheter av fast materiale som beveges, en andre teller (56) , avhengig av den første teller, som gir en indikasjon om det ønskede volum.

11. Anordning ifølge kravene 7-10, karakterisert ved at borevæsken leveres av en sirkulasjonspumpe (18) i borevæskens sirkulasjons-system.