NO178980B - Fremgangsmåte og anordning for plassering av sonder mot veggen i en foret brönn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for midlertidig montering av én eller flere sonder mot innerveggen av en foret brønn. Brønnsonden ifølge oppfinnelsen kan installeres i en brønn, eksempelvis for gjennomfø-ring av ulike prosesser i forbindelse med utvinningen av hydrokarboner.

En brønn som er utstyrt for oljeproduksjon, kan f.eks. omfatte et foringsrør som monteres under boringen. Røret holdes i stilling ved anvendelse av sement som injiseres i ringrommet mellom foringsrøret og brønnkanalen. En rørstreng for videreleding av fluider utenfor produksjonssonen, innmon-teres i den forede brønnkanal.

Brønnsonden ifølge oppfinnelsen kan i denne forbindelse anvendes for opptaking av seismiske eller akustiske sensorer (akselerometre, geofoner, piezoelektriske sensorer, etc.) som skal sammenkoples med foringsrøret, for passiv overvåking av den angjeldende produksjonssone, eksempelvis for å bestemme dennes utvikling over tid.

Brønnsonden ifølge oppfinnelsen kan også benyttes f.eks. innenfor rammen av prosesser for hydraulisk frakturering av en oljeproduserende sone, hvor et fluid under trykk injiseres i en avgrenset brønnseksjon, for å frembringe frakturer i denne, slik at produksjonen fremmes. Det er kjent at i forbindelse med prosesser av denne type er gunstig at det i brønnen inn-monteres en sonde som er utstyrt med retningssensorer som er følsomme overfor de lyder som overføres gjennom bergartene som påvirkes av fraktureringsfluidet, for å bestemme de retninger hvori frakturene utbredes. Temperatur- og trykksensorer kan også inngå i en slik sonde.

Ulike sonder som er egnet for anvendelse i forbindelse med de hydrauliske fraktureringsprosesser, er kjent fra US-patentskrift 4.690.214, 4.898.237, 4.898.240 og 4.898.241. Sondene nedfores til brukssonen ved hjelp av en rørstreng bestående av sammenkoplede rørseksjoner og forbundet med en kontroll- og registreringsinstallasjon på overflaten gjennom en strømledende kabel som eventuelt kan tilkoples etter at sonden allerede er nedfort i brønnen. Anvendelse av en slik rørstreng kan i visse tilfeller medføre ulemper. Dette gjel-der særlig fraktureringsprosesser hvorved avstivende midler må injiseres gjennom rørstrengen hvilket, som det kan iakttas, kan bevirke errodering av den strømledende kabel og stundom blokkering av rørstrengen, hvilket iblant kan forhindre opp-henting av sonden etter bruk.

En metode og en anordning for installering av en mot-takergruppe i en brønn, hvorved det i hovedtrekk anbringes, utenfor foringsrøret, sensorer som druknes i sementvelling som injiseres i ringrommet mellom foringsrøret og brønnen, er kjent fra US-patentskrift 4.775.009. Ved anvendelse av denne metode oppnås særlig god forbindelse mellom sensorene og de omgivende formasjoner. Fordi den er irreversibel, er metoden særlig egnet for en stasjonær installasjon.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er egnet for midlertidig montering, for anvendelse i en brønn med et foringsrør, av minst én målesonde som gjennom ledninger er forbundet med et kontroll- og registreringssystem, og for tilbakehenting av sonden etter bruk, uten at de ovennevnte ulemper vil forekom-me.

Fremgangsmåten omfatter i kombinasjon:

- utstyring av hver sonde med magnetiske koplingsdeler som kan holde sonden trykket mot foringsrørets innervegg, - beveging, mot en driftssone i brønnen, av hver sonde som med en magnetisk kopling holdes trykket mot nevnte innervegg, ved hjelp av et stivt drivelement som er forbundet med en styreinnretning, og, innen hver sonde bringes i funksjon, - mekanisk løskopling av hver sonde fra det stive drivelement ved forskyving av drivelementet i langsgående retning i forhold til sonden.

Ifølge en første prosessversjon forflyttes hver sonde ved direkte kontakt mellom sonden og det stive drivelement.

Hver sonde kan f.eks. forflyttes ved hjelp av trykk-skyvedeler som er forbundet med det stive koplingselement på hver side av sonden og anordnet i en innbyrdes avstand som overstiger sondens største lengdedimensjon, og dessuten ved hjelp av radiale sentreringsdeler for begrensing av sondens

vinkelklaring i forhold til det stive koplingselement.

Ifølge en andre prosessversjon forflyttes hver sonde ved overføring av en trekkraft til de fleksible kabler som forbinder sonden med det stive koplingselement.

Fremgangsmåten kan innbefatte overføring av de signaler som mottas av sensorene i sonden, til kontroll- og registreringssystemet gjennom en mellomliggende boks som er fastgjort til det stive drivelement. Overføringen foregår i såfall gjennom fleksible forbindelsesledninger eller eventuelt gjennom et mindre betydningsfullt ledd mellom sonden og den mellomliggende boks, og gjennom ledninger mellom boksen og kontroll- og registreringssystemet.

Ved utøving av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan en sonde lettvint fastmonteres før, og tilbakehentes etter anvendelse i en brønn. Når sonden anbringes på utsiden og løs-gjøres fra rørstrengen, kan langvarige overvåkingsperioder gjennomføres i brønner som anvendes for injiseringen. Rør-strengen kan helt fritt benyttes for produksjon eller for-skjellig annen bruk. Særlig i forbindelse med fraktureringsprosesser kan rørstrengen anvendes for injisering av avstivin-gsmidler, uten risiko for sonden som befinner seg utenfor rekkevidde i ringrommet.

Fremgangsmåten kan anvendes i forbindelse med prosesser eksempelvis i produserende brønner, og i såfall kan rørstren-gen med fordel være forbundet på yttersiden med en drivinnret-ning, f.eks. et stivt element, for beveging av sonden som tvinges mot brønnforingsrøret. Gjennom rørstrengen kan det fritt sirkulere f.eks. utvundne oljefluider eller aktive midler for anvendelse i den produserende sone.

Anordningen for utøving av fremgangsmåten omfatter minst én sonde for måleinstrumenter eller sensorer, og utstyrt med magneter som kan holde sonden trykket mot innerveggen av et foringsrør i en brønn, og et stivt element i tilknytning til drivsystemet, for forflytting langs foringsrøret av sonden som tvinges mot innerveggen.

Drivsystemet kan f.eks. omfatte trykkdeler som er fastgjort til det stive element og som kan bringes i anlegg mot den trykkbelastede sonde ved beveging av rørstrengen.

Drivsystemet kan også omfatte stropper eller fleksible kabler som er fastgjort til rørstrengen og til sonden, og som kan strammes ved beveging av rørstrengen.

I anordningen kan det også inngå midler for kontrollering av sondens mekaniske løskopling fra drivsystemet.

Anordningen kan også omfatte et mottaker- og sendersystem som er forbundet med sonden gjennom koplingsdeler, og/eller en vinkelmåler, for fastlegging av sondens posisjon i brønnen.

Det stive element kan eksempelvis bestå av en rørstreng som ved underenden er forbundet med et ekspanderbart tetningselement, f.eks. en brønnpakning. Brønnutstyret kan også omfatte forskjellige hjelpesensorer (såsom hydrofoner, trykk-målere, temperaturfølere, etc.) som er anordnet under brønn-pakningen og i tilknytning til elektriske ledninger som krysser tetningselementet og gjør det mulig å oppnå et mer omfattende sett av måledata.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser en brønnsonde av kjent type som er magnetisk sammenkoplet med en foringsbrønnvegg, samt drivmidler for beveging av sonden langs en brønnkanal. Figur 2 viser en brønnsonde som er konstruert med henblikk på sikker kontakt med brønnveggen og likeledes omsluttet av drivmidler av samme type. Figur 3 viser en ringformet brønnsonde omfattende eksempelvis to halvmantler som er anbragt på hver sin side av rørstrengen og løst forbundet med hverandre. Figur 5 viser skjematisk hvordan de samme kabler forløper under en bevegelse av det stive koplingselement i den motsatte retning. Figur 6 viser en prosessversjon hvorved sonden med sensorene forbindes med en mottaker- og senderboks som er fastgjort til det stive koplingselement. Figur 7 viser anvendelsen av en innretning, såsom en pendel, i en avviksbrønn, for kontrollering av hver sondes plasseringsstilling i en avviksbrønn. Figur 8 viser en prosess for utøving av fremgangsmåten, hvorved midlene som anvendes, er fordelt på hver side av et element som avtetter brønnen. Figur 9 viser en variant av den ovennevnte utøvings-prosess, hvorved samtlige midler som anvendes, er anordnet ovenfor et element som avtetter brønnen. Figur 10 viser en fremgangsmåte for anvendelse av anordningen ved montering av en akustisk skjerm.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan eksempelvis anvendes for montering av en målesonde i en brønn som er utstyrt for oljeutvinning. Brønnen omfatter et foringsrør 2 som fastholdes i stilling ved sementinjisering i ringrommet mellom foringsrøret og brønnkanalen. En rørstreng 3 som er forsynt med et ekspanderbart tetningselement 4, såsom en brønnpakning, nedføres i brønnen til produksjonssonen, eventuelt med etter-følgende, hydrauliske fraktureringsprosesser. En sonde som gjennom en flerlederkabel CL er forbundet med et kontroll- og registreringssystem på overflaten, skal nedføres nesten til produksjonssonen, for gjennomføring av ulike målinger for overvåking av forekomstens utvikling.

Ved anvendelse av fremgangsmåten,ifølge oppfinnelsen blir det i sonden som skal nedføres, innmontert magneter 5 i tilstrekkelig antall til å holde sonden trykket mot metall-for-ingsrøret 2. Det kan f.eks. brukes magneter som er tilvirket av en samarium-koboltlegering med et meget fordelaktig vekt/volum-forhold. En rørformet seksjon 6 med drivdeler innkoples på rørstrengen 3. Drivdelene består av to skuldre eller trykkelementer 6 av metall- eller elastomermateriale, hvis innbyrdes avstand i langsgående retning overstiger lengden av sonden som skal drives. Drivdelene kan også være i form av to radiale forlengelser 7, hvis sonden skal plasseres i bestemt vinkelstilling i forhold til den stive rørstreng. Vinkelavstanden mellom disse to forlengelser er større enn den vinkelsektor som opptas av sonden som derved, i en mellomstilling, ikke vil berøre noen av de to forlengelser. Magneter 8 inngår fortrinnsvis i de radiale forlengelser 7. Sonden innbefatter også elektromagnetiske sensorer 9 for sporing av

eventuell kontakt mellom sonden og forlengelsen 7.

Sonden innføres deretter i brønnen ved å tvinges mot metall-foringsrøret 2, slik at den plasseres mellom de to skuldre 6 og de to radiale forlengelser 7 på rørstrengsek-sjonen 3. Rørstrengen nedføres i brønnen ved suksessive tilkoplinger av seksjoner, og flerlederkabelen CL avspoles gradvis. Under nedføringen vil rørstrengen drive sonden som tvinges mot foringsrøret, mot driftssonen.

Når sonden befinner seg i den valgte posisjon, aktiveres drivmidlene, hvorved rørstrengen tilbakeføres over en strek-ning som omtrent tilsvarer det halve av avstanden mellom skuldrene 6. Den øvre langsgående drivskulder 6 som har vært anvendt for nedskyving av sonden, kan derved føres bort fra sonden. Operatøren kan også bringe rørstrengen til å dreie om seg selv dersom en av sensorene 9 oppdager kontakt mellom sonden og en av de radiale forlengelser. Etter den planlagte bruk kan sonden forflyttes mot en annen brukssone eller tilbakehentes til overflaten ved forskyving av rørstrengen, slik at den nedre skulder atter ligger an mot sonden, for å skyve denne oppad.

Når sonden benyttes i forbindelse med produksjonsprosess-er, vil det vanligvis være anordnet akustiske eller seismiske sensorer 10 (akselerasjonsmålere, geofoner, hastighetsmålere, piezoelektriske sensorer, etc.) for oppfanging av lyder fra den produserende forekomst. Det kan eksempelvis anvendes tre-aksede geofoner for sporing av den retning hvori de mottatte, akustiske bølger forplantes.

Når sonden tvinges mot foringsrøret, vil det opprettes tilfredsstillende, akustisk forbindelse mellom sensorene og formasjonen i kontaktsonen. For å utvide denne sone, velges fortrinnsvis en sonde 11 hvis yttervegg har stort sett samme bøyningsradius som foringsrøret (figur 2). Den rundveggede sonde kan ha form av en større eller mindre vinkelsektor, avhengig av situasjonen. Når sensorer skal plasseres langs hele brønnkanalperiferien, anvendes en ringformet sonde (figur 3) som er delt i flere seksjoner. Sonden kan således bestå av to halv-skall 11A og 11B som er slik sammenføyd at hvert enkelt er tilstrekkelig bevegelig til å holdes trykket mot foringsrøret under enhver omstendighet, og er forsynt med magneter som holder hvert enkelt i stilling mot foringsrøret. Ringen som danner sonden, kan selvsagt også være videredelt i flere vinkelsektorer som er identisk fordelt om rørstrengen. Avstandene mellom de ulike deler er tilstrekkelig med henblikk på eventuell fluidgjennomstrømning.

Ifølge en andre prosessversjon anvendes fleksible kabler eller stropper 12 av stål eller nylon for beveging av sonden. • Kabelen er fastgjort dels til sonden og dels til punkter på rørstrengen 3. Lengderetningsavstanden mellom disse kabel-fester overstiger lengden av sonden. Lengden av kablene er slik valgt at samtlige er slakk når sonden befinner seg i en mellomstilling, og at de ikke kan overføre forstyrrende vibra-sjoner til sonden. Sonden forskyves mot brukssonen, ved at det gjennom de nedre kabler overføres en trekkraft til sonden. Sonden opphentes (figur 5) ved å påføres en trekkraft gjennom de øvre kabler 12.

Uansett prosessversjon kan sonden bestå av to deler. En første del 13 inneholder sensorer og er utstyrt med magneter for å tvinges mot foringsrøret. En andre del er innmontert i en boks 14 som eksempelvis er fastgjort til den stive rør-streng og sammenkoplet med den første del gjennom fleksible, elektriske ledninger 15. Denne andre del er innrettet for å oppta signalene som mottas av sensorene i sonden 13, og for å overføre disse gjennom en forbindelseskabel CL som ved overflaten står i forbindelse med kontroll- og registreringssystemet .

Ifølge en variant av den ovennevnte prosessversjon kan forbindelsen som er opprettet med fleksible, elektriske ledninger mellom sonden og opptakerboksen 14, erstattes av elektromagnetiske senderinnretninger, hvis signalene som skal overføres er av moderat styrke.

Det kan anvendes midler for nøyaktig vinkelinnstilling av sonden med sensorene. Hvis sonden er plassert i en brønn-avvikssone (figur 7), kan det f.eks. benyttes vinkelmålings-elementer av pendeltypen, med et elektrisk potensiometer for måling av posisjonen av det vertikalplan hvori potensiometeret er plassert.

En prosessversjon omfatter bruk av to vinkelmålings-elementer 16, 17 av ovennevnte type. Det ene element 16 er tilknyttet sonden som tvinges mot foringsrøret, og det annet element 17 er tilknyttet den elektroniske boks som er fastgjort til rørstrengen. Ved at rørstrengen bringes til å dreie om seg selv kan sonden plasseres i et forutbestemt plan og, ved utjevning av informasjonen fra de to elementer 16, 17, kan disse plasseres praktisk talt i samme radialplan.

De beskrevne prosessversjoner vil muliggjøre opprettelse av en meget god forbindelse mellom akustiske eller seismiske sensorer og brønnkanalveggen. For mer effektivt å kunne spore lyder fra de omgivende formasjoner kan sensorene skjermes mot de styrte bølger som forplantes langs brønnen, ved å isoleres med én eller flere akustiske skjermer 18 som er fastgjort til rørstrengen og derved forsegler ringrommet mellom rørstrengen og foringsrøret.

Ved versjonen ifølge figur 10 er sonden anbragt ovenfor og nær en brønnpakning 19 som avgrenser eksempelvis en produksjonssone og under en akustisk skjerm 18 som i vesentlig grad kan dempe de styrte bølger.

Sondens tverrsnitt kan iblant være for stort for det tilgjengelige ringrom. I et slikt tilfelle kan det anvendes bortsentrerings-innretninger som forskyver rørstrengen i sideretning, ihvertfall i sonde-installeringssonen.

Ved utøving av prosessen som er skjematisk vist i figur 8, 9 kan det oppnås et mer omfattende datasett. Den er egnet for visse anvendelser, særlig i oljeproduserende brønner, hvorved det nedføres en rørstreng 3 som ved underenden er utstyrt med et ekspanderbart tetningselement 19 av brønnpak-ningstypen, eksempelvis for avsperring av den undergrunnssone hvori prosesser gjennomføres, enten for innplassering av rørstrengen eller for fraktureringsprosesser, f.eks. ved injisering av fraktureringsmidler. Den elektroniske boksen 15 blir i såfall sammenkoplet dels med sonden 1 som er magnetisk forbundet med innerveggen av foringsrøret 2, og dels med hjelpesensorer som er tilpasset for måling av visse parametre i den avsperrede sone.

Hjelpesensorene kan være i form av hydrofoner 20 og et element 21 for måling av det rådende trykk i den avsperrede sonen. De er forbundet med den elektroniske boksen 15 gjennom ledninger 22 som krysser tetningselementet 19. Disse sensorer kan om ønskelig være forbundet med foringsrøret.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det benyttes installerte, mer eller mindre kompliserte målerinnretninger. Ved bruk av prosessen ifølge figur 8 er brønnpakningen 19 anbragt ved produksjonssonen. En, eller i noen tilfeller flere bokser 13 inneholdende sensorer tvinges ovenfor brønn-pakningen mot foringsrørveggen, hver i tilknytning til trykk-skyveskuldrene 6 og sentreringsforlengelsene 7. Sensorboksene 13 kan være forbundet med en felles mottaker- og senderboks 14. På den motsatte side av brønnpakningen kan det være anordnet en streng av hjelpesensorer 20, for gjennomføring av målinger i flere forskjellige dybder, hvilket i tilfelle av hydrofoner, tillater undergrunnsfokuseffekter. Det kan eventuelt tilføyes én eller flere sensorbokser 13. Hjelpesensorene 20 og disse eventuelle bokser er samtlige, ved hjelp av ledninger 22, forbundet gjennom brønnpakningen 19 med den felles elektroniske boks 14.

Ved fremgangsmåten ifølge figur 9 kan tetningselementet 19 også være anbragt ved brønnhodet. Montasjen vil i såfall bestå av målerinnretningen med sensorboksene 13 og den tilhø-rende, elektroniske boks 14, og samtlige hjelpesensorer er anordnet under tetningselementet.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for gjennomføring av et inngrep i en brønn med et foringsrør (2), ved midlertidig montering, i bestemte inngrepssoner langs brønnen, av et målerutstyr omfattende minst én målersonde (1) som gjennom en senderanordning (CL) står i forbindelse med et kontroll- og registreringssystem, karakterisert ved: montering på hver sonde (1) av magnetiske koplingsdeler (5) som kan fastholde sonden trykket mot foringsrørinnerveg-gen, forflytting i brønnen av hver sonde som av en magnetisk koplingsdel holdes trykket mot foringsrørveggen, ved hjelp av et stivt drivelement (3) som er forbundet med et drivverk, innen hver sonde bringes i funksjon, og mekanisk løsgjøring av hver sonde fra det stive drivelement (3) ved at dette forskyves i langsgående retning i forhold til sonden.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at forflyttingen av hver sonde gjennomføres med direkte kontakt mellom sonden og det stive drivelement (3) .

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at forflyttingen av hver sonde gjennomføres ved hjelp av skyvedeler (6) i form av trykkskuldre som er fastgjort til det stive drivelement (3) på hver side av sonden og med en innbyrdes avstand i langsgående retning, som overstiger sondens største lengderetningsdimen-sjon, og ved hjelp av radiale sentreringsdeler (7) for be-grensning av hver sondes vinkelklaring i forhold til det stive drivelement (3).

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at forflyttingen av hver sonde gjennomføres ved overføring av en trekkraft til fleksible kabler (12) som forbinder sonden med det stive drivelement (3) .

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at signalene som mottas av sensorene i sonden (13) overføres til kontroll- og registreringssystemet gjennom en mellomliggende boks (14) som er fastgjort til det stive drivelement.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at overføringen foregår gjennom fleksible forbindelsesledninger (15).

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at overføringen foregår gjennom et immaterielt ledd mellom sonden (13) og den mellomliggende boks (14), og gjennom ledninger (CL) som forbinder den mellomliggende boks med kontroll- og registreringssystemet .

8. Anordning for utøving av fremgangsmåten i samsvar med krav 1, karakterisert ved et målerutstyr omfattende minst én sonde (1, 13) for målerinstrumenter eller sensorer og utstyrt med magneter (5) som kan holde sonden trykket mot innerveggen av et foringsrør (2) i en brønnkanal, og et stivt element (3) i tilknytning til drivdeler (6, 7) for beveging av sonden som trykkes mot foringsrørinnerveggen.

9. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at drivdelene omfatter trykkskuldre (6) som er fastgjort til det stive element og som kan bringes i anlegg mot den trykkpåvirkede sonde ved forskyving av rørstrengen.

10. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at drivdelene omfatter stropper eller fleksible kabler (12) som er fastgjort til det stive element og til sonden og som kan strammes ved forskyving av elementet.

11. Anordning i samsvar med et av kravene 8-10, karakterisert ved innretninger (8, 9) for kontrollering av den mekaniske løskopling av hver sonde i forhold til drivdelen (7).

12. Anordning i samsvar med et av kravene 8-11, karakterisert ved et mottaker- og sendersystem (14) som gjennom koplingselementer er forbundet med sonden (13) .

13. Anordning i samsvar med et av kravene 8-12, karakterisert ved en vinkelmålerinnretning (16) for fastlegging av sondens (13) posisjon i brønnkanalen.

14. Anordning i samsvar med krav 8 eller 12, karakterisert ved at det stive element (3) består av en rørstreng som ved sin nedre ende er utstyrt med et ekspanderbart tetningselement (19), og at det i utstyret også inngår hjelpesensorer (20, 21) som er tilknyttet gjennom forbindelsesledninger (22) som krysser tetningselementet (19).

15. Anordning i samsvar med krav 14, karakterisert ved flere sonder i tilknytning til rørstrengen i forskjellige posisjoner langs denne ihvertfall på én side av tetningselementet, og flere hjelpesensorer som er anordnet på én og samme side av tetningselementet.