NO20111378A1 - Formasjonsfraktureringsmetode i et apent borehull - Google Patents

Abstract

En fraktureringsoperasjon blir utført i et åpent hull uten ringromsisolasjon. Ringrommet utspennes av teleskopstrukturer som er anordnet bak isolasjonsventiler. Et gitt sett av teleskopstrukturer kan bli avdekket og teleskopstrukturene bli matet ut slik at de strekker seg over ringrommet og griper inn i formasjonen på en forseglende måte. Trykksatt fraktureringsfluid kan bli pumpet gjennom teleskoppassasjene og den ønskede andelen av formasjonen kan bli frakturert. I en god formasjon er ikke sementering nødvendig for å bevare brønnhullets integritet. Teleskopstrukturene kan eventuelt ha siler. Normalt er formasjonens beskaffenhet slik at gruspakking heller ikke er nødvendig. En produksjonsstreng kan bli satt inn i strengen med teleskopanordningene og formasjonsandeler av interesse kan bli produsert gjennom de selektivt avdekkede teleskopstrukturene.

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Oppfinnelsen vedrører generelt frakturering, og mer spesifikt en fremgangsmåte for frakturering i åpent hull uten ytre soneisoleringer.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Det er to utbredte teknikker for å frakturere i en kompletteringsmetode.

Figur 1 viser et borehull 10 med en foringsrørstreng 12 som er sementert 14 i det omkringliggende ringrommet 16. Dette gjøres normalt gjennom en sementerings-sko (ikke vist) ved den nedre enden av foringsrørstrengen 12.1 mange tilfeller, dersom videre boring er planlagt, blir skoen frest ut og boreprosessen fortsettes. Etter at strengen 12 er sementert og sementen 14 har satt seg, blir en perforeringskanon (ikke vist) kjørt inn og avfyrt for å danne perforeringer 18 som deretter blir frakturert med fluid levert fra overflaten, etterfulgt av installasjon og setting av en pakning eller broplugg 20 for å isolere perforeringene 18. Etter dette gjentas prosessen der kanonen perforerer etterfulgt av frakturering og etterfulgt av setting av en annen pakning eller broplugg over de nydannede og frakturerte perforeringene. Par bestående av perforering og pakning/broplugg 22, 24; 26, 28; 30, 32; og 34 blir satt på plass sekventielt i brønnen 10 med start fra bunnen 36 mot brønnoverflaten 38.

[0003] En variasjon av denne metoden er å fjerne behovet for perforering ved å sette inn teleskopstrukturer i foringsrørveggen som selektivt kan strekkes ut gjennom sementen før sementen stivner for å skape passasjer inn i formasjonen og for å danne en bro over det sementerte ringrommet. Bruk av utstrekkbare strukturer for å erstatte perforeringsprosessen er illustrert i US 4,475,729. Når strukturene er strukket ut, blir ringrommet sementert og de filtrerte passasjene gjennom de utmatede strukturene blir åpnet slik at i dette konkrete tilfellet brønnen kan bli anvendt for injeksjon. Selv om perforering unngås med de utstrekkbare strukturene, kan kostnaden forbundet med en sementeringsjobb pluss riggtid være veldig høy, og noen steder kan logistikkmessige komplikasjoner knyttet til brønnstedet øke kostnadene ytterligere.

[0004] I den senere tid har eksterne pakninger som sveller i brønnfluider eller som blir satt på annen måte, så som 40, 42, 44, 46, og 48 i figur 2, blitt satt på utsiden av strengen 49 for å isolere soner 50, 52, 54 og 56 der det er en ventil, typisk en glidemuffe 58, 60, 62 og 64, i de respektive sonene. Strengen 49 er hengt av fra foringsrøret 66 og har et lokk ved sin nedre ende 67. Ved hjelp av forskjellige kjente anordninger for å forskyve muffene kan de bli åpnet i en hvilken som helst ønsket rekkefølge, slik at ringrommene 68, 70, 72 og 74 mellom to pakninger kan bli isolert slik at trykksatt frakkefluid kan bli levert inn i ringrommet og samtidig som trykk rettes inn i den omkringliggende formasjonen. Denne fraktureringsmetoden krever korrekt plassering av pakninger når strengen settes sammen og forsinkelser for å gi pakningene tid til å svelle for å isolere sonene. Det er også mulige usikkerheter knyttet til hvorvidt alle pakningene har dannet en forsegling slik at trykket som utvikler seg i strengen på en pålitelig måte styres til den tiltenkte sonen når trykket blir levert inn i strengen 49 ved overflaten. Noen eksempler på svellepakninger er US 7,441,596; US 7,392,841 og US 7,387,158.

[0005] Det som trengs og som tilveiebringes av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er en teknikk for nøyaktig å bestemme frakketrykket påført på den ønskede formasjonen samtidig som en unngår dyre prosesser, så som sementering, og ringromspakninger der hvor formasjonens egenskaper er slik at hullet vil bevare sin integritet. Trykket i strengen blir levert gjennom utstrekkbare kanaler som står inn i formasjonen. Gitte sett av kanaler er koblet til en isolerings-anordning slik at bare det eller de settene av interesse som skal fraktureres på et gitt tidspunkt selektivt åpnes. Trykket som blir levert gjennom de utstrakte kanalene går rett til formasjonen og unngår det mellomliggende ringrommet. Disse og andre trekk ved foreliggende oppfinnelse vil lettere forstås av fagmannen etter en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen og den tilhørende figur 3, selv om det er underforstått at oppfinnelsens fulle ramme bestemmes av ordlyden og ekvivalensrammen til de vedføyde kravene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006] En fraktureringsoperasjon blir utført i et åpent hull uten ringromsisolasjon. Ringrommet utspennes av teleskopstrukturer som er anordnet bak isolasjonsventiler. Et gitt sett av teleskopstrukturer kan bli avdekket og teleskopstrukturene matet ut slik at de spennes over eller strekker seg over ringrommet og griper inn i formasjonen på en forseglende måte. Trykksatt fraktureringsfluid kan bli pumpet gjennom teleskoppassasjene og den ønskede andelen av formasjonen bli frakturert. I en god formasjon er ikke sementering nødvendig for å opprettholde brønnhullets integritet. Teleskopstrukturene kan eventuelt ha siler. Normalt er formasjonens beskaffenhet slik at gruspakking heller ikke er nødvendig. En produksjonsstreng kan bli satt inn i strengen med teleskopanordningene og formasjondelene av interesse kan bli produsert gjennom de selektivt avdekkede teleskopstrukturene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] Figur 1 er et kjent system for sementering av et foringsrør og sekvensiell perforering og innsetting av interne pakninger eller broplugger for å isolere sonene etter hvert som de blir perforert og frakturert;

[0008] Figur 2 er et annet kjent system som anvender ytre svellepakninger i ringrommet for å isolere soner som kan aksesseres med en glidemuffeventil;

[0009] Figur 3 viser en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse som anvender passasjer som kan strekkes ut inn i formasjonen som selektivt blir aksessert med en ventil slik at formasjonen kan bli frakturert direkte fra strengen mens en unngår ringrommet i det åpne hullet;

[0010] Figur 4 er en detaljert skisse av en teleskoppassasje i utmatet posisjon;

[0011] Figurene 5a og 5b viser en teleskopstruktur matet ut med en glidemuffe og samtidig åpnet for aksess av formasjonen; og

[0012] Figurene 6a og 6b viser en kjørestreng med utstrekkbare anordninger for å mate ut teleskoppassasjene til formasjonen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORM

[0013] Figur 3 illustrerer et åpent hull 100 nedenfor et foringsrør 102. Et forlengningsrør 104 er hengt av fra foringsrøret 102 ved hjelp av et forlengnings-røroppheng 106. En fraktureringsenhet 108 er typisk for de andre illustrert i figur 3, og fagmannen vil forstå at et hvilket som helst antall enheter 108 kan bli anvendt som er hovedsakelig tilsvarende, men kan varieres for å muliggjøre aktivering i en ønsket sekvens, som vil bli forklart nedenfor. Som vist i figur 4 har hver enhet 108 en lukkeanordning som fortrinnsvis er en glidemuffe 110 som eventuelt kan bli aktivert av en kule 114 som lander i et sete 112.1 én utførelsesform har setene og kulene som lander i dem alle forskjellig størrelse, og muffene kan bli lukket i rekkefølge nedenfra og oppover ved først å lande mindre kuler i mindre seter anordnet på de nedre enhetene 108 og slippe gradvis større kuler som vil lande i forskjellige seter og lukke ventilen 110.

[0014] Gruppen av teleskopstrukturer 116 som selektivt dekkes av en ventil 110 kan omfatte hvilke som helst antall eller oppstillinger eller størrelser som nødvendig i den aktuelle anvendelse for de forventede strømningsmengder for frakturering eller påfølgende produksjon. Teleskopenheten 116 er vist i inntrukket posisjon i figur 3, mens teleskopstrukturer 116' er vist i den samme figur 3 i utmatet posisjon mot borehullsveggen 100.1 den foretrukne utførelsesformen er alle teleskopenhetene 116 innledningsvis blokkert av en plugg 118 slik at internt trykk i forlengningsrøret 104 vil resultere i teleskopforlengelse mellom eller blant strukturer i hver enhet, så som 120 og 122 eller det antall relativt bevegende segmenter som er nødvendig avhengig av bredden til den ringformede spalten som må krysses for å sette de fremre endene 124 inn i formasjonen slik at rettet trykk vil trenge inn i formasjonen og ikke gå inn i det åpne ringrommet 126. Pluggene 118 er derfor å gjøre at alle enhetene 116 skal kunne mates ut som reaksjon på at ventilen 110 i hver enhet 116 er åpen og trykk er påført inne i forlengningsrøret 104. Når alle teleskopenhetene er strukket ut, kan pluggene 118 i hver av disse bli fjernet. Dette kan gjøres på mange mulige måter, men én måte er å anvende plugger som blir borte, så som plugger av aluminiumslegering som vil løse seg opp i et tilført fluid. Alle eller noen av enhetene kan ha et silmateriale 128 i den gjennomgående passasjen som dannes etter forlengelse og etter fjerning av pluggen 118.

[0015] Ventilen 110 tilknyttet hver teleskopenhet 116 kan også bli aktivert med et muffeskifteverktøy i en hvilken som helst ønsket rekkefølge. Hver ventil kan ha et unikt profil som kan gripes av et skifteverktøy i den samme eller i separate tripper for å gjøre fraktureringsprosesen raskere med én ventil 110 og dens tilhørende teleskopgruppe 116 klar for frakturering eller flere enn én ventil 110 og teleskopgruppe 116.

[0016] Som et annet alternativ for lukking av ventilen 110 kan dreibare kuleseter bli anvendt som tar imot en kule med en gitt diameter og muliggjør aktivering av ventilen 110 og slipper kulen gjennom etter flytting av settet, der denne sete-bevegelsen klargjør et annet sete i en annen ventil 110 til å ta imot et annet objekt som har samme diameter som det første sluppede objektet, med likevel aktiverer en annen ventil 110. Andre metoder kan bli anvendt for å gjøre det mulig å aktivere flere enn én ventil i én enkelt tripp i brønnen. For eksempel kan et leddet skifteverktøy bli kjørt inn og aktivert slik at den på veien ut av eller inn i brønnen kan åpne eller lukke én eller flere enn én ventil enten basert på unike inngreps-profiler på hver ventil, som fortrinnsvis er en glidemuffe, eller i stedet med felles skifteprofiler ved hjelp av den kjente posisjonen til hver ventil og aktivering av skifteverktøyet før det kommer til en bestemt ventil som skal omkobles.

[0017] Alternativt kan bristeskiver innrettet for å svikte ved forskjellige trykk bli anvendt for å sekvensiere hvilke teleskoppassasjer som vil åpne seg ved et gitt trykk og i en gitt rekkefølge. Når en bristeskive er brutt for å åpne for strømning gjennom et sett av teleskoppassasjer, kan imidlertid ikke disse passasjene lukkes igjen når et annet sett av skiver blir brutt for å aksessere en annen sone. Med glidemuffer kan alt tilgjengelig volum og trykk bli rettet mot et forbestemt sett av passasjer, mens en med bristeskiver har mindre fleksibilitet dersom bestemte soner skal fraktureres isolert.

[0018] Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjør frakturering i åpne hull med retting av fraktureringsfluidet inn i formasjonen uten behov for ringformssperrer, og i en god formasjon kan fraktureringen skje i åpne hull uten at forlengningsrøret sementeres. En slik teknikk i kombinasjon med ventiler i de fleste eller alle teleskopenhetene gjør det mulig å utføre frakturering på de nødvendige steder og i ønsket rekkefølge. Etter frakturering kan noen av eller alle ventilene bli lukket, enten for å stenge inn hele brønnen der frakturering ble utført eller for selektivt å åpne ett eller flere steder for produksjon gjennom forlengnings-røret og inn i en produksjonsstreng (ikke vist). Den resulterende fremgangsmåten sparer kostnaden forbundet med sementering og kostnaden forbundet med ringromssperrer og gjør at hele prosessen frem til fraktureringsjobben kan bli utført på kortere tid enn de tidligere metodene, så som de illustrert i figurene 1 og 2.

[0019] Selv om teleskopenheter er angitt som den foretrukne utførelsesform kan en tenke seg andre utførelser som effektivt kan spenne over eller strekke seg over mellomrommet i det omkringliggende ringrommet og gripe inn i formasjonen på en måte som letter trykkoverføring og reduserer trykk- eller fluidtap inn i ringrommet rundt. Fagmannen vil forstå at denne fremgangsmåten hovedsakelig er rettet seg velkonsoliderte formasjoner der hullkollaps er et ubetydelig problem.

[0020] Ett alternativ til å mate ut enhetene 116 hydraulisk er å gjøre det mekanisk. Som vist som 130 i figur 5 er teleskopenhetene trukket inn i foringsrøret slik at de ikke strekker seg utover dets utvendige diameter 132 når de installeres. Når glidemuffen 134 forskyves i figur 5b, for eksempel når kulen 138 lander i setet 140, har glidemuffen 134 en avsmalning 136 som påfører mekanisk kraft på teleskopenhetene 130 og strekker dem ut til kontakt med formasjonen, som vist som 131. Selv om en glidemuffe er foretrukket, kan hvilke som helst mekaniske anordninger bli anvendt for mekanisk å strekke ut teleskopenhetene. Ett eksempel, vist i figurene 6a og 6b, er å anvende en kjørestreng 142 med sammenfoldbare utdrivere 144 for å skyve ut teleskopenhetene som vist i figurene 6a og 6b. Utdriverne kan bli matet ut med internt trykk eller på annen måte. I dette tilfellet er ikke en lukkeanordning påkrevet.

[0021] Et annet alternativ til å skyve ut enhetene 116 med trykk ved hjelp av teleskopelementer er å anvende utvidelse forlengningsrøret 104 for å føre

enhetene til den omkringliggende formasjonen. Dette kan være med en kombinasjon av en teleskopenhet koblet med rørutvidelse. Utvidelsen av forlengningsrøret kan skje med en svenke som når den føres fremover driver ut enhetene, som kan befinne seg inne i forlengningsrøret 104 under innkjøring. Alternativt kan utvidelsen skje med trykk som ikke bare ekspanderer forlengningsrøret, men også mater ut enhetene 116.

[0022] Eventuelt kan den ytre enden av det ytterste teleskopsegmentet 122 være laget hard og spiss, for eksempel med karbid eller diamantinnsatser, for å lette inntrengning i formasjonen samt forsegling mot den. Den fremre enden kan være forsynt med pigger eller inneholde andre mønstre av punkter for å lette inntrengning inn i formasjonen.

[0023] Beskrivelsen over illustrerer den foretrukne utførelsesformen, og mange modifikasjoner kan gjøres fagmannen uten å fjerne seg fra oppfinnelsen, hvis ramme skal bestemmes fra ordlyden og ekvivalensrammen til de vedføyde kravene.

Claims (26)

1. Fremgangsmåte for frakturering av en formasjon, omfattende trinn med å: kjøre inn en kompletteringsstreng som omfatter flere veggpassasjer i et åpent hull; spenne over et ringrom rundt nevnte streng med i hvert fall noen av nevnte passasjer som griper inn i formasjonen samtidig som de etterlater nevnte ringrom hovedsakelig åpent mot formasjonen; og levere trykksatt fluid gjennom minst én av nevnte passasjer for å sprekke opp formasjonen med nevnte ringrom hovedsakelig åpent mot formasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: selektivt lukke for tilgang til minst én av nevnte passasjer fra inne i nevnte streng.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, omfattende trinnet med å: anvende et ventilelement for trinnet med selektivt å lukke for tilgang.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: forlenge eller forskyve nevnte passasjer til kontakt med formasjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, omfattende trinnet med å: danne nevnte passasjer av innbyrdes bevegelige teleskopstrukturer.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, omfattende trinn med å: innledningsvis blokkere innsiden av nevnte passasjer; og bygge opp trykk i nevnte blokkerte passasjer for å bevege nevnte teleskopstrukturer i forhold til hverandre.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: mekanisk eller hydraulisk strekke ut eller forskyve nevnte passasjer til forseglende kontakt med formasjonen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: utvide nevnte streng for å redusere avstanden nevnte passasjer må spenne over eller strekke seg over for å komme i kontakt med formasjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, omfattende trinnet med å: anvende en svenke for å utvide nevnte streng.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, omfattende trinnet med å: strekke ut eller forskyve nevnte passasjer ved å utvide nevnte streng.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 6, omfattende trinnet med å: fjerne blokkeringen fra nevnte passasjer etter at de er strukket ut til kontakt med formasjonen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, omfattende trinnet med å: løse opp eller fjerne blokkeringen ved hjelp av et fluid i brønnen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 3, omfattende trinnet med å: tilveiebringe flere atskilte glidemuffer som nevnte ventilelementer for selektivt å åpne eller isolere et flertall passasjer tilknyttet hver glidemuffe.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, omfattende trinn med å: sekvensielt frakturere gjennom et flertall passasjer tilknyttet minst to glidemuffer, der nevnte muffer velges for å åpnes sekvensielt slik at forskjellige grupper av passasjer tilknyttet forskjellige glidemuffer kan bli anvendt for å frakturere i en hvilken som helst nødvendig rekkefølge.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 8, omfattende trinnet med å: strekke ut eller forskyve nevnte passasjer uavhengig av utvidelse av nevnte streng.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å: utvide nevnte streng etter at nevnte passasjer er fullt utstrakt eller forskjøvet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: spenne over nevnte ringrom med samtlige av nevnte passasjer ved å strekke dem ut eller forskyve dem omtrent samtidig.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 13, omfattende trinnet med å: holde bare én glidemuffe åpen mens trykksatt fluid leveres til passasjene tilknyttet nevnte åpne glidemuffe.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, omfattende trinn med å: lukke nevnte åpne glidemuffe og åpne en annen glidemuffe som befinner seg oppihulls den lukkede glidemuffen; og sekvensielt lukke og så åpne muffer i oppihulls retning inntil trykksatt fluid er levert gjennom samtlige av nevnte passasjer.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, omfattende trinn med å: lukke nevnte åpne glidemuffe og åpne en annen glidemuffe som befinner seg nedihulls den lukkede glidemuffen; og sekvensielt lukke og så åpne muffer i nedihulls retning inntil trykksatt fluid er levert gjennom samtlige av nevnte passasjer.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 18, omfattende trinn med å: åpne samtlige av nevnte glidemuffer og ta inn produksjon gjennom nevnte passasjer.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende trinnet med å: plassere en fremre ende av nevnte passasjer i forseglende kontakt med formasjonen.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, omfattende trinnet med å: trenge inn i formasjonen med nevnte fremre ende.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, omfattende trinnet med å: tilveiebringe en spiss eller herdet behandling på nevnte fremre ende for å lette nevnte inntrengning.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 3, omfattende trinnet med å: forlenge eller forskyve nevnte passasjer til kontakt med formasjonen ved hjelp av nevnte ventilelement.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 4, omfattende trinnet med å: bringe nevnte passasjer i inngrep med et utvidbart element på en andre streng kjørt inn i nevnte kompletteringsstreng for å strekke ut eller forskyve nevnte passasjer til formasjonen.