NO20100470A1

NO20100470A1 - Method and apparatus for determining test load in a well in the ground

Info

Publication number: NO20100470A1
Application number: NO20100470A
Authority: NO
Inventors: Bernt Sigve Aadnoy
Original assignee: Bernt Sigve Aadnoy
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-03
Also published as: WO2011122955A1; NO333983B1

Abstract

Fremgangsmåte for å bestemme testbelastning i en brønn (1) i grunnen (2) hvor det idet minste er anbrakt et sementert foringsrør (14,16) hvor fremgangsmåten omfatter: - å anordne en trykkmåler (34) i eller utvendig ved foringsrøret (14,16) hvor trykkmåleren (34) er innrettet til å kunne måle trykket på foringsrørets (14,16) utside eller differansetrykket mellom foringsrørets (14,16) innside og utside; - å avlese måleverdiene og bestemme trykket på foringsrørets (14,16) utside; og - å bestemme testbelastningen med grunnlag i foringsrørets (14,16) eller andrebrønnkomponenters trykkstyrke og det målte utvendige trykk.A method for determining test load in a well (1) in the bottom (2) wherein at least a cemented casing (14, 16) is provided, the method comprising: - arranging a pressure gauge (34) inside or outside of the casing (14, 16) wherein the pressure gauge (34) is adapted to measure the pressure on the outside of the casing (14, 16) or the differential pressure between the inside and outside of the casing (14, 16); - reading the measurement values and determining the pressure on the outside of the casing (14, 16); and - determining the test load on the basis of the compressive strength of the casing (14,16) or second-well components and the measured external pressure.

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR Å BESTEMME TESTBELASTNING I EN BRØNN I GRUNNEN METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING TEST LOAD IN A WELL IN THE GROUND

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å kunne bestemme en testbelastning i en brønn i grunnen. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for å kunne bestemme testbelastning i en brønn i grunnen hvor det i det minste er anbrakt et sementert foringsrør. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for å kunne utøve fremgangsmåten. This invention relates to a method for determining a test load in a well in the ground. More specifically, it concerns a method to be able to determine the test load in a well in the ground where at least one cemented casing has been installed. The invention also includes a device to be able to carry out the method.

En brønn i grunnen, typisk en olje-, gass- eller injeksjonsbrønn, er ofte utformet med et antall foringsrør som er anordnet i hverandre. Foringsrøret som har størst diameter rager noe ned i grunnen. Det neste foringsrør som har noe mindre diameter, rager noe lenger ned i brønnen osv. Antall fåringsrør i brønnen kan variere ut fra brønn-dybde og geologiske forhold. A well in the ground, typically an oil, gas or injection well, is often designed with a number of casing pipes that are arranged in one another. The casing that has the largest diameter protrudes somewhat into the ground. The next casing pipe, which has a somewhat smaller diameter, protrudes somewhat further down the well, etc. The number of casing pipes in the well can vary based on well depth and geological conditions.

Det indre foringsrør betegnes ofte produksjonsfåringsrør og forløper typisk fra et reservoar og opp til et brønnhode. Brønnhodet omfatter sikkerhetsventiler. Et pro-duksjonsrør som er avtettet utvendig ved hjelp av en pakning relativt dypt i brønnen er anordnet i produksjonsforingsrøret. The inner casing is often referred to as production casing and typically runs from a reservoir up to a wellhead. The wellhead includes safety valves. A production pipe which is externally sealed by means of a gasket relatively deep in the well is arranged in the production casing.

Foringsrørene er sementert til den omliggende formasjon. Det er imidlertid vanlig at bare det nedre parti av de indre foringsrør er sementert. Området over sementen og opp til overflaten er fylt med boreslam med en bestemt egenvekt. The casings are cemented to the surrounding formation. However, it is common for only the lower part of the inner casings to be cemented. The area above the cement and up to the surface is filled with drilling mud with a specific specific gravity.

Siden sementen er porøs, antas det at vanntrykk råder omkring foringsrøret i det se-menterte parti. Det er knyttet betydelig usikkerhet til boreslammets tilstand, idet det antas at boreveskens faste partikler over tid bunnfeller, hvorved det gjenværende bo-reslams egenvekt antas å nærme seg vannets egenvekt. Since the cement is porous, it is assumed that water pressure prevails around the casing in the cemented part. There is considerable uncertainty associated with the condition of the drilling mud, as it is assumed that the solid particles of the drilling mud settle over time, whereby the specific gravity of the remaining drilling mud is assumed to approach the specific gravity of water.

Gjeldende regelverk krever at en brønn skal være trykktestet til forventet belastning. Det er innlysende at usikkerhet forbundet med utvendig trykk omkring foringsrørene i betydelig grad påvirker det testtrykk som velges, idet testtrykket ikke velges så høyt at foringsrør eller annet brønnutstyr skades. Det kan derved forekomme at brønnen under drift utsettes for høyere trykk enn testtrykket. Current regulations require that a well must be pressure tested to the expected load. It is obvious that uncertainty associated with external pressure around the casing significantly affects the test pressure that is chosen, as the test pressure is not chosen so high that casing or other well equipment is damaged. It may therefore occur that the well is exposed to a higher pressure than the test pressure during operation.

I senfasen av utvinning fra et felt kan det hende at en produksjonsbrønn gjøres om til en injeksjonsbrønn. Dette påfører brønnutstyret betydelig høyere påkjenninger fordi nødvendig injeksjonstrykk er relativt høyt. Før brønnen anvendes for dette formål, er det nødvendig å bestemme om brønnen kan tåle konverteringen. De nevnte antagel-ser vedrørende utvendig trykk medfører betydelig usikkerhet i beregningene. In the late phase of extraction from a field, a production well may be converted into an injection well. This places significantly higher stresses on the well equipment because the required injection pressure is relatively high. Before the well is used for this purpose, it is necessary to determine whether the well can withstand the conversion. The aforementioned assumptions regarding external pressure entail considerable uncertainty in the calculations.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or reduce at least one of the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bestemme testbelastning i en brønn i grunnen hvor det i det minste er anbrakt et sementert foringsrør og hvor fremgangsmåten omfatter: - å anordne en trykkmåler i foringsrøret hvor trykkmåleren er innrettet til å kunne måle trykket på foringsrørets utside eller differansetrykket mellom foringsrørets innside og utside; A method has been provided for determining test load in a well in the ground where at least one cemented casing has been placed and where the method includes: - arranging a pressure gauge in the casing where the pressure gauge is designed to be able to measure the pressure on the outside of the casing or the differential pressure between the inside and outside of the casing;

- å avlese måleverdiene og bestemme trykket på foringsrørets utside; og - to read the measurement values and determine the pressure on the outside of the casing; and

- å bestemme trykkbelastningen med grunnlag i foringsrørets eller andre brønnkom-ponenters trykkstyrke, innvendig trykk og det målte utvendige trykk. - to determine the pressure load based on the pressure strength of the casing or other well components, internal pressure and the measured external pressure.

Trykket på foringsrørets innside er kjent. Belastningen på foringsrøret kan derved bestemmes med betydelig større sikkerhet enn ved anvendelse av kjent teknikk. The pressure on the inside of the casing is known. The load on the casing can thereby be determined with significantly greater certainty than when using known technology.

Fremgangsmåten kan omfatte å anordne et antall trykkmålere fordelt langs foringsrø-ret. Dette muliggjør bestemmelse av testbelastningen ut fra trykkapasiteten til det svakeste parti i brønnen, idet det utvendige trykk ved dette parti da er kjent. The method may include arranging a number of pressure gauges distributed along the casing pipe. This makes it possible to determine the test load based on the pressure capacity of the weakest part of the well, as the external pressure at this part is then known.

Fremgangsmåten kan videre omfatte: The procedure may further include:

- å bestemme aksial belastning i foringsrøret ved trykkmåleren; og - to determine axial load in the casing by the pressure gauge; and

- å bestemme den totale 3-dimensjonale belastningen på foringsrøret. - to determine the total 3-dimensional load on the casing.

Fremgangsmåten kan utøves ved hjelp av trykkmåleutstyr i en brønn i grunnen hvor det i det minste er anbrakt et sementert foringsrør, og hvor foringsrøret er forsynt med en trykkmåler som er innrettet til å kunne måle trykket på foringsrørets utside eller differansetrykket mellom foringsrørets innside og utside. The procedure can be carried out with the help of pressure measuring equipment in a well in the ground where at least one cemented casing has been placed, and where the casing is equipped with a pressure gauge which is designed to be able to measure the pressure on the outside of the casing or the differential pressure between the inside and outside of the casing.

Foringsrøret kan være forsynt med flere trykkmålerne langs sin lengdeutstrekning. The casing can be provided with several pressure gauges along its length.

Trykkmålerne kommuniserer med en avlesningsenhet på overflaten idet trykkmålerne er individuelt avlesbare. The pressure gauges communicate with a reading unit on the surface as the pressure gauges are individually readable.

Trykkmålerne kan utgjøres av for eksempel strekklappmålere eller halvledermålere. De kan være montert i for eksempel et produksjonsrør, et produksjonsforingsrør eller andre aktuelle foringsrør og være anordnet i selve røret eller i en komponent som er koplet til røret. The pressure gauges can consist of, for example, strain gauges or semiconductor gauges. They can be mounted in, for example, a production pipe, a production casing or other appropriate casing and be arranged in the pipe itself or in a component connected to the pipe.

I noen brønner kan en målelenke som senkes ned i et andre ringrom som omkranser et produksjonsforingsrør gi nyttig informasjon om trykket omkring produksjonsforings-røret. En målelenke er forsynt med et antall trykkmålere langs sin lengdeutstrekning. In some wells, a measurement link that is lowered into a second annulus surrounding a production casing can provide useful information about the pressure around the production casing. A measuring link is provided with a number of pressure gauges along its length.

Usikkerhet omkring rådende poretrykk grunnet for eksempel oppbygging av poretrykk omkring produksjonsrøret medfører også usikkerhet i forhold til testbelastningen i brønnen. Også dette problem løses ved hjelp av den foreslåtte fremgangsmåte. Uncertainty about prevailing pore pressure due to, for example, build-up of pore pressure around the production pipe also leads to uncertainty in relation to the test load in the well. This problem is also solved using the proposed method.

Fremgangsmåten og anordningen i henhold til oppfinnelsen bidrar til en vesentlig bed-re kjennskap til de rådende trykkforhold i en brønn og derved til valg av testtrykk som avspeiler de aktuelle trykk som oppstår under drift av brønnen. Dette kan også bidra til å løse de betydelige integritetsproblemer, det vil si utettheter, som forekommer i eksisterende brønner. Den foreslåtte fremgangsmåte og anordning er velegnet for anvendelse under så vel konstruksjon, overhaling og normal drift av en brønn i grunnen. Den er like anvendbar på brønner som er midlertidig eller permanent tilbake-plugget. The method and device according to the invention contribute to a significantly better knowledge of the prevailing pressure conditions in a well and thereby to the selection of test pressures that reflect the relevant pressures that occur during operation of the well. This can also help to solve the significant integrity problems, i.e. leaks, which occur in existing wells. The proposed method and device is suitable for use during both construction, overhaul and normal operation of a well in the ground. It is equally applicable to wells that are temporarily or permanently plugged back.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og ut-førelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av en brønn som er forsynt med måleutstyr ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser skjematisk og i større målestokk et snitt gjennom et foringsrør som er forsynt med en strekklappmåler; Fig. 3 viser skjematisk et snitt gjennom et foringsrør som er forsynt med en halv-ledermåler; og Fig. 4 viser en graf som illustrerer differansetrykk i brønnen og usikkerhet når testbelastninger bestemmes ifølge kjent teknikk. In what follows, an example of a preferred method and embodiment is described which is visualized in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a principle sketch of a well which is equipped with measuring equipment according to the invention; Fig. 2 shows schematically and on a larger scale a section through a casing which is equipped with a strain gauge; Fig. 3 schematically shows a section through a casing which is provided with a semi-conductor gauge; and Fig. 4 shows a graph illustrating differential pressure in the well and uncertainty when test loads are determined according to known techniques.

Pa tegningene betegner henvisningstallet 1 en brønn i grunnen 2. Grunnen 2 omfatter en formasjon 4 med et reservoar 6. Et ledeforingsrør 8 rager fra et brønnhode 10 og ned i formasjonen 4. Et overflateforingsrør 12 forløper gjennom ledeforingsrøret 8 og noe lenger inn i formasjonen 4. In the drawings, the reference number 1 denotes a well in the ground 2. The ground 2 comprises a formation 4 with a reservoir 6. A guide casing 8 projects from a wellhead 10 down into the formation 4. A surface casing 12 runs through the guide casing 8 and somewhat further into the formation 4 .

Et mellomforingsrør 14 rager gjennom overflateforingsrøret 12 og ytterligere inn i formasjonen 4, mens et produksjonsfåringsrør 16 rager fra brønnhodet 10, gjennom mellomforingsrøret 14 og inn i reservoaret 6. An intermediate casing 14 extends through the surface casing 12 and further into the formation 4, while a production casing 16 extends from the wellhead 10, through the intermediate casing 14 and into the reservoir 6.

Et produksjonsrør 18 forløper gjennom produksjonsforingsrøret 16 mellom reservoaret 6 og brønnhodet 10. Produksjonsrøret 18 er utvendig avtettet mot produksjons-foringsrøret 16 ved hjelp av en pakning 20 ved produksjonsforingsrørets 16 nedre parti. A production pipe 18 runs through the production casing 16 between the reservoir 6 and the wellhead 10. The production pipe 18 is externally sealed against the production casing 16 by means of a gasket 20 at the production casing 16's lower part.

Ledeforingsrøret 8 og overflateforingsrøret 12 er utvendig sementert til formasjonen 4, henholdsvis formasjonen 4 og ledeforingsrøret 8, ved hjelp av sement 22. The guide casing 8 and the surface casing 12 are externally cemented to the formation 4, respectively the formation 4 and the guide casing 8, using cement 22.

Mellomforingsrøret 14 er sementert til formasjonen 4 ved hjelp av sement 24 ved sitt nedre parti. Et første ringrom 26, som befinner seg over sementen 24 mellom mellom-foringsrøret 14 og formasjonen 4, henholdsvis overflatefåringsrøret 12, er fylt med boreslam. The intermediate casing pipe 14 is cemented to the formation 4 by means of cement 24 at its lower part. A first annulus 26, which is located above the cement 24 between the intermediate casing 14 and the formation 4, respectively the surface casing 12, is filled with drilling mud.

Tilsvarende er produksjonsfåringsrøret 16 sementert til formasjonen 4 ved hjelp av sement 28 ved sitt nedre parti. Et andre ringrom 30 som befinner seg over sementen 28 mellom produksjonsforingsrøret 16 og formasjonen 4, henholdsvis mellomforings-røret 14, er fylt med boreslam. Correspondingly, the production casing pipe 16 is cemented to the formation 4 by means of cement 28 at its lower part. A second annulus 30 located above the cement 28 between the production casing 16 and the formation 4, respectively the intermediate casing 14, is filled with drilling mud.

Et tredje ringrom 32 som omkranser produksjonsrøret 18 over pakningen 20, er fylt med væske av kjent egenvekt. A third annulus 32 which encircles the production pipe 18 above the gasket 20 is filled with liquid of known specific gravity.

Et antall trykkmålere 34 er anordnet i produksjonsforingsrørets 16 rørvegg 36, se fig 2 og 3. Trykkmålerne 34 kommuniserer med en avlesingsenhet 38 via en forbindelse 40. Forbindelsen 40 kan for eksempel utgjøres av en elektrisk eller optisk kabel. A number of pressure gauges 34 are arranged in the pipe wall 36 of the production casing 16, see Figs 2 and 3. The pressure gauges 34 communicate with a reading unit 38 via a connection 40. The connection 40 can for example consist of an electrical or optical cable.

Usikkerheten ved bestemmelse av prøvetrykket kan illustreres ved hjelp av et eksempel, se fig. 4, hvor differansetrykket P vises langs en horisontal akse og brønndybden H vises langs en vertikale akse. Linjen 42 viser differansetrykk for produksjonsforings-røret 16 fra testtrykket. Linjen 44 viser differansetrykket dersom væsken i det andre ringrom 30 er boreslam, og linjen 46 viser differansetrykket dersom væsken i ringrommet 30 er bunnfelt boreslam og hvor trykket er forårsaket av vannet i bore slammet. Det skraverte areal 48 indikerer usikkerheten i beregningene. The uncertainty in determining the test pressure can be illustrated with the help of an example, see fig. 4, where the differential pressure P is shown along a horizontal axis and the well depth H is shown along a vertical axis. The line 42 shows the differential pressure for the production casing 16 from the test pressure. Line 44 shows the differential pressure if the liquid in the second annulus 30 is drilling mud, and line 46 shows the differential pressure if the liquid in the annulus 30 is settled drilling mud and where the pressure is caused by the water in the drilling mud. The shaded area 48 indicates the uncertainty in the calculations.

Beregningsmåten er kjent for en fagmann og beskrives derfor ikke nærmere. The method of calculation is known to a person skilled in the art and is therefore not described in more detail.

Overgangen mellom sementen 28 og det andre ringrom 30 befinner seg på 1700 meters dybde, mens pakningen befinner seg på 2000 meters dybde. Eventuell støtte fra sementen 24, 28 neglisjeres fordi den ikke kan testes. The transition between the cement 28 and the second annulus 30 is at a depth of 1700 metres, while the packing is at a depth of 2000 metres. Any support from the cement 24, 28 is neglected because it cannot be tested.

Reservoartrykk tilsvarer en spesifikk gravitet på 1,7 kg/l. Reservoir pressure corresponds to a specific gravity of 1.7 kg/l.

Egenvekter: Eigenweights:

Et overflatetrykk på 196 bar vil gi et differansetrykk på 94,3 bar ved overgangen mellom sementen 28 og det andre ringrom 30, og 97,8 bar ved pakningen 20. A surface pressure of 196 bar will give a differential pressure of 94.3 bar at the transition between the cement 28 and the second annulus 30, and 97.8 bar at the gasket 20.

Dersom boreslammet i det andre ringrom har bunnfalt og egenvekten er 1,03 kg/l, er differansetrykket 219,5 bar ved pakningen? If the drilling mud in the second annulus has settled and the specific gravity is 1.03 kg/l, is the differential pressure 219.5 bar at the seal?

Når bergningen foretas ved hjelp av målte verdier fra trykkmålerne 34, forsvinner den usikkerhet som stammer fra anvendelse av kjent teknikk. Trykket på begge sider av produksjonsforingsrøret 16 og derved differansetrykket er kjent og testtrykk kan bestemmes ut fra produksjonsforingsrørets 16 og andre ikke viste brønnkomponenters trykkapasitet. When the salvage is carried out with the help of measured values from the pressure gauges 34, the uncertainty arising from the use of known techniques disappears. The pressure on both sides of the production casing 16 and thereby the differential pressure is known and test pressure can be determined from the pressure capacity of the production casing 16 and other well components not shown.

Claims

1. Method for determining test load in a well (1) in the ground (2) where at least one cemented casing (14, 16) is placed, characterized in that the method includes: - arranging a pressure gauge (34) inside or outside at the casing (14, 16) where the pressure gauge (34) is arranged to be able to measure the pressure on the outside of the casing (14, 16) or the differential pressure between the inside and outside of the casing (14, 16); - to read the measurement values and determine the pressure on the outside of the casing (14, 16); and - to determine the test load based on the pressure strength of the casing pipe (14, 16) or other well components, internal pressure and the measured external pressure.

2. Method according to claim 1, characterized in that the method includes arranging a number of pressure gauges (34) distributed along the furrow pipe (14, 16).

3. Method according to claim 1, characterized in that the method includes: - determining axial load in the casing (14, 16) at the pressure gauge (34); and - determining the total 3-dimensional load on the casing (14, 16).

4. Device for pressure measuring equipment in a well (1) in the ground (2) where at least one cemented casing (14, 16) is placed, characterized in that the casing is provided with a pressure gauge (34) which is designed to be able to measure the pressure on the outside of the casing (14, 16) or the differential pressure between the inside and outside of the casing (14, 16).

5. Device according to claim 3, characterized in that several of the pressure gauges (34) are arranged along the casing pipe (14, 16).

6. Device according to claim 4, characterized in that the pressure gauges (34) communicate with a reading unit (38) on the surface.

7. Device according to claim 3, characterized in that the pressure gauges (34) are individually readable.

8. Device according to claim 3, characterized in that the pressure gauges (34) consist of strain gauges.

9. Device according to claim 3, characterized in that the pressure gauges (34) consist of semiconductor gauges.