NO166296B - Fremgangsmaate for boring av avviksbroenner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår rotasjonsboring, og mer be-stemt en retnings-boreteknikk for å fremskaffe avviksbrønner med vesentlig større skråvinkel og/eller over horisontale strek-ninger som er vesentlig større enn det som i dag oppnås ved konvensjonell retningsboring. Gjennomføring av slik retningsboring vil først og fremst være fordelaktig for fralands-boreprosjekter idet plattformkostnader er en hovedfaktor ved de fleste fralands-produksjonsoperasjoner. Brønner med stor skråvinkel eller horisontal strekning gir store muligheter for (1) utvikling av fralands-reservoarer som ellers ikke ansees økonomiske, (2) tapping av reservoarseksjoner som for tiden ansees å ligge utenfor økonomisk eller teknologisk rekkevidde,

(3) fremskynding av produksjon ved lengre intervaller i pro-duksjonsformas jonen som følge av de sterkt avvikende hull, (4) kreve færre plattformer for utvikling av store reservoarer, (5) utgjøre et alternativ for enkelte undervanns-kompletteringer, og (6) boring under skipsleder eller til andre områder som for tiden ikke kan nåes.

Avviksboring i stor vinkel byr på mange problemer. Skråvinkler på 60° eller mer, kombinert med lange borehullseksjoner eller kompliserte brønnprofiler byr på vesentlige problemer som må løses. Tyngdekraften, friksjonskoeffisienter, og avsetting av slampartikler er vesentlige fysiske fenomener man må ta i betraktning.

Ved rotasjonsboring av sterkt avvikende brønner, anvendes en borestreng bestående av vektrør og borerør for fremføring av en borkrone som er festet til borestrengen inn i jorden for å danne brønnen. Etterhvert som borehullets skråvinkel øker avtar den ønskede vekt på borkronen for effektiv boring fra borestrengen som ligger an mot brønnens underside med sinus til skråvinkelen. Kraften som motvirker borestrengens bevegelse langs det skråttløpende borehull er produktet av den tilsynelatende friksjonskoeffisient og summen av de krefter som presser strengen mot veggen. Ved en tilsynelatende friksjonskoeffisient på ca. 0,58 for et vanlig vannbasert slam, vil borestrenger kunne gli inn i hullet ved hjelp av tyngdekraften ved skråvinkler opptil ca. 60°. Ved større skråvinkler vil borestreng-ene ikke kunne senkes ved hjelp av tyngdekraften alene, og må skyves eller trekkes ad mekanisk vei, eller alternativt kan friksjonskoeffisientene reduseres.

I henhold til foreliggende oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte og et system for boring av en avviksbrønn ved ro-tas jonsboring der en borestreng anvendes for å fremføre en borkrone gjennom jorden og et borefluid sirkuleres ned gjennom borestrengen og tilbake fra borehullet i ringrommet som dannes rundt borestrengen.

Et vertikalt første parti av borehullet bores i jorden fra et sted på overflaten til et avvikspunkt ved rotasjon og frem-føring av en borestreng og borkrone i jorden. Et avvikende annet parti innledes ved avvikspunktet. Borestrengen og borkronen blir så trukket tilbake fra borehullet. Et foringsrør nedsenkes i borehullet og sementeres på plass fra jordoverflaten til et punkt under avvikspunktet. Deretter blir en f6ringsrør-foring ("casing liner") nedsenket i foringsrøret og fiksert i stilling i avstand fra foringsrøret ved hjelp av et foringsrøroppheng beliggende over avvikspunktet. Denne foring har en utvendig diameter som er mindre enn foringsrørets innvendige diameter og strekker seg sammen med foringsrøret fra i det minste over avvikspunktet til nedre ende av foringsrøret under avvikspunktet. Den er videre avtettet i foringsrøret og forhindret fra å. rotere under boring ved hjelp av en mekanisme, såsom en paknings-boringsmottaker, plassert mellom nedre ende av foringen og foringsrøret.

Borestrengen og borkronen blir så igjen nedført i brønnen gjennom foringen inntil borestrengen ligger langs foringsrørets

nedre side og borkronen er beliggende ved nedre ende av foringen. På dette vis blir foringsrøret ikke skadet ved rotasjon av borestrengen under den fortsatte boring av det avvikende andre parti av borehullet. Etter at foringen er blitt utsatt for sterk slitasje på grunn av rotasjonen av borestrengen som ligger an mot foringens nedre side, avbrytes boringen og borestrengen og borkronen tilbaketrekkes fra brønnen. Foringen blir så fjernet og en erstatningsforing nedsatt i foringsrøret. Denne erstatningsforing er anordnet i avstand fra og festet innvendig i foringsrøret på samme måte som den opprinnelige foring, og strekker seg også sammen med foringsrøret til nedre ende av

foringsrøret under avvikspunktet. Borestrengen og borkronen blir igjen innført i brønnen og boringen av det avvikende andre parti av brønnen fortsettes.

Slik erstatning av f6ringsrør-fåringen ved sterk slitasje under boring kan gjentas etter flere boreintervaller inntil boreoperasjonen er fullført.

Søknadens eneste figur er en skjematisk tegning av en av-viksbrønn som strekker seg inn i jorden der fåringsrør-foringen ifølge foreliggende oppfinnelse er plassert for å beskytte det sementerte foringsrør mot slitasjeskader fra rotasjonen av bore-verktøyet som ligger an mot nedre side av brønnen eller trekkes inn til øvre side av brønnen.

Figuren viser et borehull eller en brønn 1 med et vertikalt første parti 3 som strekker seg fra jordoverflaten 5 til et avvikspunkt 7 og et avvikende annet parti 9 av brønnen som strekker seg fra avvikspunktet 7 til brønnbunnen 11. Et foringsrør 13 er vist i brønnen omgitt av en sementkappe 15. En borestreng 17 med en borkrone 19 ved sin nedre ende er vist i brøn-nen 1. Borestrengen 17 omfatter borerør 21 og borkrone 19, og vil normalt omfatte vektrør (ikke vist). Borerøret 21 er sammensatt av rørlengder som er sammenkoplet enten ved konvensjonelle eller eksentriske gjengemuffer 25 i brønnens vertikale første parti 3 som strekker seg inn i brønnens åpne hullparti under foringsrøret 13 såvel som i det avvikende andre parti 9 av brøn-nen. Gjengemuffene 25 i det avvikende andre parti 9 av brønnen hviler på nedre side 27 av brønnen og understøtter borerøret 21 over brønnens nedside 27.

Ved boring av avviksbrønnen, sirkuleres borefluid (ikke vist) ned gjennom borestrengen 17, ut av borkronen 19, og tilbake via brønn-ringrommet 29 til jordoverflaten 5. Borekaks som dannes ved borkronens 19 oppbryting av jorden føres av det tilbakestrømmende borefluid i ringrommet 29 til jordoverflaten. Dette borekaks (ikke vist) har en tendens til å avsettes langs brønnens underside 27 rundt borerøret 21. De eksentriske gjengemuffer 25 som hviler på brønnens underside 27 understøtter bore-røret 21 over det meste av dette borekaks. Under boreoperasjoner roteres borestrengen 17 og rotasjonen av de eksentriske gjengemuffer 25 virker til å bevege borerøret 21 eksentrisk i brønnen. Denne bevegelse av borerøret 21 virker til å skyve borekakset

(ikke vist) fra brønnens 27 underside inn i hovedstrømmen av det tilbakestrømmende borefluid i ringrommet 29, og særlig inn i den del av ringrommet som ligger rundt oversiden av borerøret 21 der de lettere medføres av det tilbakestrømmende borefluid til jordoverflaten.

Opprettholdelse av ønsket vekt på borkronen 19 er et al-vorlig problem ved boring av brønner med stor vinkel, dvs. skråvinkler større enn ca. 60°. F.eks. vil et vektrør som ligger i en 80° avviksbrønn med en friksjonskoeffisient på 0 bare ha 17% av sin vekt tilgjengelig for å skyve på borkronen. En friksjonskoeffisient på 0,2 kan forventes med oljeslam på en glatt, jevn overflate. Ved denne friksjonskoeffisient vil vektrøret ikke gli inn i 80°-brønnen og vil ikke tilføye noen vekt til borkronen. Den virkelige tilsynelatende friksjonskoeffisient i aksialretningen vil mest sannsynlig være større enn 0,2 med en ikke-roterende borestreng, og vil i henhold til prinsippet for sammensatt friksjonskoeffisient ligge mellom 0,0 og 0,2 for en roterende borestreng. Enhver bevegelse av borestrengen be-virker slitasje på foringsrøret 13. Ettersom hele vekten av borestrengen vil virke langs brønnens underside vil dessuten kantene på gjengemuffene og eventuelle stabilisatorrør grave seg inn i brønnveggen og derved øke den tilsynelatende frik;-sjonskoeffisient i aksialretningen og forårsake stor skade på foringsrør som er innsatt i brønnen, såsom foringsrøret 13. Denne skade kan forårsake svekket trykkfasthet eller til og méd føre til slitasjehull i fåringsrøret. Ettersom det er av vesentlig betydning for sikker boring at foringsrøret er helt, er det viktig at der ikke oppstår for stor slitasje i forings-røret som må tåle brønntrykket.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for boring av avviksbrønner der brønn-fåringsrøret er beskyttet mot sterk slitasje eller skade fra borestrengens rotasjon når den ligger an mot undersiden eller trekkes inn i brønnens overside. Som vist på figuren er foringsrøret 13 vist sementert på plass i det første vertikale parti 3 av brønnen og til et punkt under avvikspunktet 7 for det andre avviksparti 9 i brønnen. Selv om det ikke er vist skal det forstås at gradvis mindre foringsrør kan anvendes istedenfor det ene foringsrør 13 etterhvert som brønnen strekker seg inn i jordformasjonen. Etter boringen av det andre avviksparti 9 forbi avvikspunktet 7 og sementeringen av forings-røret 13, nedsenkes en f6ringsrør-foring 31 innvendig i foringsrøret 13. Foringen 31 har en utvendig diameter som er mindre enn foringsrørets 13 innvendige diameter og strekker seg sammen med foringsrøret til enden av foringsrøret 13 under avvikspunktet 7. Foringen 31, som i figuren er vist som en full-stendig fåringsrør-fåring, er anordnet i avstand fra fårings-røret 13 og opplagret i foringsrør-opphenget 32 som er plassert ved toppen av det første vertikale parti av brønnen over avvikspunktet 7. Dersom en kort fåringsrør-fåring som ikke strekker seg til toppen av fåringsrøret alternativt anvendes, ville den bli opplagret ved hjelp av et fåringsrør-oppheng plassert ved toppen av den korte fåring. Ringrommet mellom foringsrøret 13 og fåringen 31 er avtettet ved de nedre ender av fåringsrøret og fåringen ved hjelp av en mekanisme såsom en paknings-boringsmottaker 35 som også virker til å hindre rotasjon av foringen i fåringsrøret.

Etter at fåringen 31 er satt på plass blir borestrengen 21 og borkronen 19 igjen innført i brønnen inntil borkronen be-finner seg under de nedre ender av foringsrøret 13 og fåringen 31. Boringen av brønnen blir så startet opp igjen med borestrengen roterende mens den ligger an mot fåringens nedside. Etter at boringen har foregått i tilstrekkelig tid til at borestrengens aksielle bevegelse og rotasjon har ført til for stor slitasje eller skade på fåringen, avbrytes boringen og borestrengen og borkronen blir igjen trukket tilbake fra brønnen. Den skadede fåring fjernes fra brønnen og en erstatningsfåring innføres. Borestrengen og borkronen blir så igjen innført i brønnen gjennom erstatningsfåringen og boring av brønnen fortsettes. De arbeidstrinn som foretas for å utskifte foringen når den er sterkt slitt eller skadet kan gjentas så ofte som nød-vendig for full beskyttelse av fåringsrøret inntil boringen av brønnen er fullført.

Et ytterligere arbeidstrinn kan være å plassere en væske under trykk i ringrommet mellom fåringen og fåringsrøret. Enhver endring, eller tap av trykk i slik væske vil være en indi-kasjon på at der er slitt hull i foringen og at foringen bør utskiftes på dette tidspunkt.

I et ytterligere aspekt av oppfinnelsen vil bruk av en foring muliggjøre brønnstørrelse for videre boring lik foringens innvendige diameter og fremdeles gjøre det mulig å sette det siste foringsrør i en større dybde. F.eks. kan en 33,98 cm foring opplagres i et 50,8 cm foringsrør. Når det er nødvendig med et mellomforingsrør dypere i brønnen kan foringen fjernes og et 33,98 cm foringsrør sementeres på plass. Ringrommet for føring av det sirkulerende borefluid forblir akkurat en nominell størrelse fra 30,12 cm borkronen til overflaten. Med sikte på å rense hullet og opprettholde brønnens integritet er det viktig å ha samme brønnstørrelse fra borkronen til overflaten.

Ved en utføringsform har foringsrøret en utvendig diameter på 50,8 cm og foringen en utvendig diameter på 33,98 cm. En 30,12 cm borkrone anvendes.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for boring av en, avviksbrønn i jorden ved hjelp av en rotasjons-boreteknikk hvor en borestreng anvendes til å fremføre en borkrone gjennom jorden og et borefluid sirkuleres ned gjennom borestrengen og tilbake fra brønnen i ringrommet som dannes rundt borestrengen, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: a) boring av et vertikalt første parti av brønnen i jorden fra et sted på overflaten til et avvikspunkt omtrent ved nedre ende av det første parti ved rotasjon og fremføring av en borestreng og borkrone i jorden, b) innledning av et avvikende annet parti av brønnen ved avvikspunktet, c) tilbaketrekking av borestrengen og borkronen fra brønn-en, d) nedsenking av et foringsrør i borehullet og sementering av foringsrøret på plass fra jordoverflaten til et punkt under avvikspunktet, e) nedsenking av en f6ringsrør-foring i foringsrøret, hvilken foring har en utvendig diameter som er mindre enn foringsrørets innvendige diameter, og strekker seg sammen med fåringsrøret i det minste fra over avvikspunktet til den nedre ende av fåringsrøret under avvikspunktet, f) anbringelse av fåringen i avstand fra fåringsrøret, g) befestigelse av fåringen slik at den ikke fritt kan rotere i foringsrøret, h) innføring av borestrengen og borkronen gjennom fåringen inntil borestrengen ligger langs nedre side av fåringen under avvikspunktet og borkronen er beliggende under nedre ende av foringen, hvorved fåringen beskytter fåringsrøret fra skade ved rotasjon av borestrengen under boringen av det andre avvikende parti av brønnen, i) boring av det avvikende andre parti av brønnen ved rotasjon av borestrengen når den ligger langs nedre side av fåringen, j) opptrekking av borestrengen og borkronen fra brønnen etter at fåringen er utsatt for betydelig slitasje ved rotasjon av borestrengen når den ligger på den nedre side, eller er trukket inn til foringens øvre side, k) tilbaketrekking av foringen fra brønnen, 1) nedsenking av en erstatningsforing i fåringsrøret, hvilken erstatningsfåring også strekker seg sammen med fårings-røret i det minste fra over avvikspunktet til nedre ende av foringsrøret under avvikspunktet, og m) gjeninnføring av borestrengen og borkronen i brønnen og fortsettelse av boringen av det avvikende andre parti av brønnen, og n) gjentagelse av trinnene k) t.o.m. m) for et flertall av boreintervaller og et flertall av erstatningsfåringer inntil boringen av det avvikende andre parti av brønnen er fullført.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet som går ut på å anbringe fåringen og er-statningsf åringene i avstand fra fåringsrøret innbefatter plassering av minst ett fåringsoppheng i fåringsrøret over avvikspunktet og opphengning av fåringen og erstatningsfåringer fra fåringsopphenget.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet som går ut på å feste fåringen slik at den ikke fritt kan rotere innbefatter plassering av en mekanisme, såsom en paknings-boringsmottager mellom nedre ende av foringen og fåringsrøret.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet som går ut på å trekke borestrengen og borkronen opp fra brønnen finner sted etter et valgt boreintervall under hvilket man forventer at stor skade er skjedd på fåringen og erstatningsfåringene.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre parti av den avvikende brønn bores på skrå slik at borstrengen ikke utøver noen vekt på borkronen under boringen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre parti av den avvikende brønn bores på skrå slik at borestrengens friksjonskoeffisient med nedre side av foringen i aksialretningen av det andre parti er mellom 0,0 og 0,2 for en roterende borestreng.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre parti av avviksbrønnen bores med en skråvinkel på minst 60° fra vertikalretningen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det andre parti av avviksbrønnen bores med en skråvinkel på minst 80° fra vertikalretningen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter følgende ytterligere trinn: a) plassering av en væske under trykk i ringrommet mellom foringen og foringsrøret, b) utskifting av foringen etter endring av trykket i væsken, idet nevnte endring indikerer at der er slitt hull i foringen ved rotasjon av borestrengen når den ligger på nedre side av foringen eller trekkes inn til øvre side av foringen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter følgende ytterligere trinn: a) tilbaketrekking av foringen fra brønnen, b) forlengelse av foringsrøret til en større dybde ved innføring av et mellomfåringsrør av samme innvendige diameter som foringens diameter i brønnen, c) sementering av mellomfåringsrøret på plass, d) fortsettelse av boringen av brønnen til en større dybde gjennom mellomfåringsrøret, for derved å danne den samme brønnstørrelse fra borkronen til jordoverflaten.