NO180499B - Fremgangsmåte for pakking av en brönn - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår komplettering av undergrunnsbrøn-ner og nærmere bestemt en forbedret fremgangsmåte for plasse-ring av et filtermedium i et borehull-ringrom og/eller perforeringer som tillater brønnfluider å strømme inn i borehullet, men motvirker transport inn i borehullet av partikkel-materialer som finnes i formasjonen.

Den praksis som går ut på såkalt gruspakking av en brønn med sikte på i vesentlig grad å blokkere strømmen av formasjonspartikler inn i et borehull samtidig som fri strømning av formasjonsfluider tillates, har lenge vært anvendt. Ved en slik teknikk injiseres et partikkelmateriale mellom jordforma-sjonen og et punkt i borehullet. Partiklenes størrelseområde er forutvalgt og partiklene injiseres på en slik måte at de pakkete partikler vil tillate strømning av det ønskete fluid

(termen som benyttes innbefatter væsker og/eller gasser)

mellom formasjonen og borehullet.

Ved utførelse av en typisk borehullpakke-operasjon blir først en sikt anbragt ved et sted i borehullet som ligger innenfor den ønskete fluidholdige formasjon. I kompletterte brønner er vanligvis et perforert stål-foringsrør anordnet mellom sikten og formasjonen. Et slam av partikkelmateriale i en bærevæske blir så pumpet inn i borehullet for å bringe partikkelmaterialet mellom sikten og foringsrøret (eller formasjonen dersom det ikke er noe foringsrør der), samt i perforeringene i eventuelt foringsrør, og dessuten i eventuelt åpent område som kan strekke seg utenfor det perforerte fo-ringsrør inn i formasjonen. Hensikten med pakking er således i de fleste tilfeller å fylle området mellom siktenheten og formasjonen fullstendig med partikkelmateriale. I enkelte tilfeller blir dette åpne området pakket med partikkelmateriale før sikten plasseres i brønnen. En slik teknikk betegnes ofte som forpakking, slik som beskrevet i US-patent 3.327.783.

Partikkelmaterialet er typisk grus med en densitet (Dp) på ca. 2,65 g/cm<3>. Bærevæsken er vanligvis vann med en densitet (Dc) på 1 g/cm<3>. Gruspartikkel-størrelsesområdet er vanligvis 20 mesh (alle mesh-størrelser er US-mesh når ikke annet er nevnt) til 40 mesh (841 fim til 420 /xm) eller 40 mesh til 60 mesh (420 fim til 250 fim) . Det derav følgende densitetsforhold mellom partikkelmateriale og bærevæske (Dp/Dc) er ca. 2,65/1.

I mange tilfeller er den totale pakkingsgrad (den pro-sentvise andel av det totale volum av hele området mellom sikten og formasjonen som er fylt med grus) mindre enn 100%. Dette gjelder særlig for awiksbrønner og spesielt for sterkt avvikende brønner (slike som avviker fra vertikalretningen med en vinkel på mer enn 45°) og horisontale brønner. Jo lavere pakningsgrad jo større blir selvsagt sannsynligheten for lav produksjon av brønnfluider eller lave injeksjonsrater og/eller sandbevegelse fra formasjonen inn i borehullet og produksjons-strengen.

I den senere tid, f.eks. i US patent 4 733 729, er det antydet at pakningsgraden ved gruspakningsoperasjoner kan forbedres ved bruk av partikulære materialer og bærevæsker med bedre innbyrdes tilpasset densitet (Dp/Dc tilnærmet l/l), særlig i avvikende borehull. Denne teknikk fører til forbed-rete pakningsgrader, særlig for de øvre deler av det pakkete parti såvel som for topp-perforeringene i et sterkt avvikende eller horisontalt borehull, ettersom partiklene har i det vesentlige nøytral oppdrift i bærevæsken og derfor transporte-res mer effektivt til de øvre deler av et borehull og perforeringer. Kostnadene ved disse spesialmaterialer er imidlertid vesentlig høyere enn kostnadene forbundet med enkle sand-pakkingsmaterialer.

Det er derfor et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte hvorved pakningsgraden ved grus-pakkingsoperasjoner i både øvre og nedre deler av borehullet og perforeringer blir vesentlig bedret i forhold til kjente metoder, samtidig som kostnadene ved slike kjente operasjoner med stort sett samme pakningsgrad senkes.

Enda et formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for billig og effektiv anbringelse av en gruspakke i borehullet og perforeringer i en sterkt avvikende eller horisontal brønn.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en lav-kost -metode for effektiv gruspakking av både de nedre og øvre perforeringer og deler av borehull-ringrommet.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med de mer begren-sete sider av en foretrukket utføringsform av denne og i sammenheng med den medfølgende tegning som viser et modell-borehull i hvilket en gruspakning i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan anbringes.

For å sikre virkningene ved å ha partikler av forskjellige densiteter i forhold til bærefluidet i et borehull, ble det anvendt en transparent plast-prøvemodell. Ved modellen søkte man i hovedsak å etterligne, i plast, mange komponenter av en foret brønn klargjort for pakking. Modellen omfattet et langstrakt, hult rør som tjener som et foringsrør 2, idet et antall rør strekker seg radielt fra foringsrøret 2 for å virke som perforeringer 4. Et perforeringskammer 6 kommuniserer med hver perforering 4. For enkelthetens skyld er bare én perforering 4 og dets tilhørende kammer 6 vist i denne figur. Modellen hadde imidlertid et antall på 20 perforeringer, anordnet i fem sett. Hvert sett består av fire perforeringer 1 samme plan, anordnet med en innbyrdes avstand på 90°, og med settene anordnet med en innbyrdes avstand på l fot (ca. 0,3 m). Langs en 5 fot (ca. 1,5 m) seksjon av det hule rør som virker som foringsrøret 2, med start 1 fot (ca. 0,3 m) fra modellens bunn. Hver perforering står i forbindelse med et perforeringskammer 6. Modellen hadde videre en trådduk 8 som strekker seg fra et emnerør 10 og et spylerør 12 som strekker seg inn i duken 8. Ringrommet mellom duken 8 og foringsrøret 2 danner et duk/foringsrør-ringrom.

Hele modellen var slik anordnet at den kunne oppstilles i forskjellige vinkler med vertikalretningen.

Partiklene som ble brukt i samsvar med oppfinnelsen har helst en Krumbein-rundhet og sfærisitet på minst ca. 0,5 og fortrinnsvis minst ca. 0,6; dvs. partiklene har en rundhet og sfærisitet som bestemt ved bruk av det diagram for vurdering av rundhet og sfærisitet som finnes i "Text Stratigraphy and Sedimentation", annen utgave 1963, W. Krumbein og L. L. Sloss, utgitt av W. H. Freeman & Company, San Francisco, California, USA. Partiklene har en densitet innenfor et område på ca. 0,1 til ca. 4,0 g/cm<3> og fortrinnsvis fra ca. 0,8 til ca. 2,65

g/cm3 _ Aller helst har en første partikkel en densitet valgt fra den nedre del av densitetområdet og den andre partikkel har en densitet valgt fra den øvre del av densitetområdet. Hver av partiklene er fortrinnsvis valgt fra en gruppe bestå-ende av termoplast-perler fremstilt av polyolefiner, polystyrendivinylbenzin (SVDB), polyfluorkarboner, polyetereterketoner og polyamidimider, keramiske perler, innkapslete keramiske perler, petroleumkoks, pyrokarbonbelagt keramikk, pyrokarbonbelagt petroleumskoks, bauxitt og sand. Alle partikler som benyttes i denne prosess må tilfredsstille spesifikasjone-ne angitt for grus i sandform med API RP 58.

Av de mange væsker som kan brukes som bærefluid foretrek-kes vann og/eller saltoppløsninger, enten viskositetsøkt (eng.: viscosified) eller ikke-viskositetsøkt, men vanligvis førstnevnte. Væsken kan inneholde tilsetninger for minsking av friksjon som også kan virke som viskositetsøkere. Viskosi-tetsøkere kan innbefatte hvilke som helst vanlige naturlige eller syntetiske viskositetsøkere såsom polysakkarider, modi-fiserte polysakkarider, akrylamidpolymerer, viskoelastiske overflateaktive stoffer, og liknende.

Når det gjelder pumping av partiklene med ulik densitet, går en foretrukket fremgangsmåte ut på å pumpe partiklene samtidig som en partikkel-blanding, idet partiklene med lav densitet forekommer i et område på 10 til 90 % og partiklene med høy densitet forekommer i et område på 90 til 10 % av blandingen. Med sikte på å senke de totale kostnader forbundet med gruspakken, utgjøres en godtagbar gruspakke helst av en blanding av partikler der lavdensitet-partiklene omfatter 25 til 50 % av blandingen mens høydensitet-partiklene omfatter

50 til 75 % av partikkelblandingen.

Som et alternativ til å pumpe partiklene som en blanding kan partiklene med ulik densitet pumpes separat som enkeltvise slamplugger, hvor hver slamplugg inneholder partikler av enten lav eller høy densitet.

For å bestemme pakningsgraden for en blanding av lavdensitet- og høydensitet-partikler, ble komparative tester utført i den på figuren viste modell, under anvendelse av sand med en enkelt densitet på 2,65 g/cm<3> alene, styrendivinylben-zin-perler med en densitet på 1,05 g/sm<3> og en 50/50-blanding av sand og SDVB-perler. Partikkelstørrelsen var 20 til 40 mesh for sanden og 18 til 50 mesh for SDVB-perlene. Resulta-tene er vist i Tabell I.

Det fremgår at pakningsgraden i perforeringene ble vesentlig forbedret ved å erstatte sanden med 50% SDVB-perler, og at slik pakningsgrad i perforeringene var nesten like god som når 100% SDVB-perler ble brukt, men ved bruk av bare det halve av det betydelig dyrere SDVB-materialet. Høy pakningsgrad i perforeringene står i direkte forhold til brønnens evne til å produsere brønnfluider samtidig som man unngår produksjon av formasjonspartikler. Denne test ble utført med modellen skråstilt i 75° til vertikalretningen med en pumperate på 2 fat pr. minutt i en gruskonsentrasjon på 0,3 kg/l fluid.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for pakking av en brønn, omfattende følgen-de trinn: (a) injisering i borehullet av en oppslemming av partikler i en væske, og (b) avsiling av partiklene i oppslemmingen for derved å frembringe en pakket masse av partikler nær formasjonen, hvil-ken pakket masse vil tillate strømning av fluider mellom formasjonen og borehullet, men ialt vesentlig hindre partikkelmaterialet fra formasjonen i å passere gjennom massen og inn i borehullet, karakterisert ved at partiklene er en blanding av minst to ulike densiteter valgt fra et partikkel-densitetsområde på ca. 0,1 til ca. 4 g/cm<3>.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at partiklene med to ulike densiteter velges fra partikkel-densitetsområdet på ca. 0,8 til ca. 2,65 g/cm<3>.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den ene av partiklene med to ulike densiteter velges fra den nedre del av partikkel-densitetsområdet og den andre av partiklene med to ulike densiteter velges fra den øvre del av partikkel-densitetsområdet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den ene av partiklene med to ulike densiteter har en densitet som er lavere enn en densitet til væsken og at den andre av partiklene med to ulike densiteter har en densitet som er høyere enn væskens densitet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den ene av partiklene med to ulike densiteter har en densitet omtrent lik en densitet av væsken og den andre av partiklene med to ulike densiteter har en densitet som er høyere enn væskens densitet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at hver av partiklene med to ulike densiteter velges fra en gruppe som består av termoplastperler fremstilt av polyolefiner, polystyrendivinylbenzin, polyfluorkarboner, polyetereterketoner og polyamidimider, keramikkperler, innkapslete keramikkperler, petroleumskoks, pyrokarbonbelagt keramikk, pyrokarbonbelagt petroleumskoks, koks, bauxitt og sand.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken er ikke-viskositetsøkt vann.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken er viskositetsøkt vann.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at borehullet som pakkes passerer gjennom formasjonen i en vinkel i forhold til vertikalretningen som er større enn 45° .

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at partiklene med to ulike densiteter injiseres samtidig som en blanding av partikler i væsken.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at partiklene med to ulike densiteter injiseres etter hverandre i første og andre slamplugger, inneholdende partikler av henholdsvis en første og en andre densitet i væsken.

12. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at væsken er ikke-viskositetsøkt saltoppløsning.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsken er viskositetsøkt saltoppløsning.