NO20131682A1 - Kontroll av nedihulls sikkerhetsanordninger - Google Patents

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTEDE SØKNADER

[0001] Denne søknaden tar prioritet fra US-søknaden 13/170954, innlevert den 28. juni 2011, som inntas her som referanse i sin helhet.

BAKGRUNN

1. Oppfinnelsens område

[0002] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt boring, og spesielt aktivering av nedihulls sikkerhetsanordninger.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0003] Borehull blir boret dypt inn i jordgrunnen for mange anvendelser, så som karbonsekvestrering, geotermisk produksjon og leting etter og produksjon av hydrokarbon. I alle anvendelsene blir borehullene boret slik at de krysser gjennom eller kan gi tilgang til et materiale (f.eks. gass eller fluid) inneholdt i en formasjon beliggende under jordens overflate. Mange forskjellige typer verktøy og instrumenter kan bli utplassert i borehullene for å utføre forskjellige oppgaver, og noen av disse kan bli anvendt for å innhente målinger av forskjellige verdier mens borehullet blir boret.

[0004] Ett ugunstig fenomen som kan oppstå under boring omtales som et "brønnspark", eller bare et "spark". Med et spark menes generelt en betingelse hvor formasjonsfluid eller formasjonsgass strømmer fra formasjonen og inn i borehullet under boring. Spark kan oppstå når formasjonstrykk overstiger det hydrostatiske trykket som utøves på formasjonen av boreslam som anvendes ved boring av borehullet. Denne typen spark omtales generelt som et "underbalansert spark". En annen type spark omtalt som et "fremkalt spark" kan oppstå når bevegelse av borestrengen eller foringsrøret forårsaker fluktuasjoner i trykket i borehullet.

[0005] Uavhengig av årsaken kan sparket, i ekstreme tilfeller, resultere i ukontrollert strømning av formasjonsfluid eller -gasser ut i atmosfæren ved overflaten i et fenomen omtalt som en "utblåsning". For å hindre utblåsning installeres typisk en utblåsningssikring i rommet mellom borerøret og foringsrøret ved overflaten. Utblåsningssikringen blir aktivert når et spark detekteres og tetter av ringrommet mellom borerøret og foringsrøret for å hindre at fluidet eller gassene lekker ut. Tidlig deteksjon av et spark er nødvendig for effektiv betjening av utblåsningssikringen og inkluderer typisk visuell observasjon av bobler i boreslammet på overflaten.

KORT OPPSUMMERING

[0006] Det beskrives et boresystem for boring av et borehull som innbefatter en borestreng som inkluderer en bunnhullsenhet og et telemetrisystem som er koblet sammen. Systemet innbefatter også en kommunikasjonsanordning koblet til borestrengen innrettet for å sende sensordata til og motta styredata fra en styreenhet anbragt et sted på overflaten gjennom telemetrisystemet, og en sensor koblet til borestrengen, der sensoren leverer sensordataene til kommunikasjonsanordningen. Systemet innbefatter også en nedihulls-sikkerhetsanordning koblet til borestrengen og i funksjonell kommunikasjon med kommunikasjonsanordningen, der nedihulls-sikkerhetsanordningen er innrettet for å utløse etter mottak av et aktiveringssignal innledet av styreenheten.

[0007] Videre beskrives en fremgangsmåte ved utløsning av en nedihulls-sikkerhetsanordning i et boresystem, som omfatter å innhente informasjon som angir borehullsforhold på et sted nedihulls; sende informasjonen til en styreenhet på overflaten; bestemme at nedihulls-sikkerhetsanordningen skal utløses; sende et utløsningssignal gjennom et telemetrisystem til nedihulls-sikkerhetsanordningen; utløse nedihulls-sikkerhetsanordningen ved anvendelse av utløsningssignalet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0008] De følgende beskrivelsene er ikke å anse som begrensende på noen som helst måte. I de vedlagte tegningene er like elementer gitt like henvisningstall, og:

[0009] Figur 1 illustrerer et boresystem der utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan realiseres; og

[0010] Figur 2 er et flytdiagram som illustrerer en fremgangsmåte ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0011] En detaljert beskrivelse av én eller flere utførelsesformer av apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil bli gitt her som en illustrasjon og ikke en begrensning med støtte i figurene.

[0012] Figur 1 er et skjematisk diagram av et eksempel på et boresystem 100 som innbefatter en borestreng med en boreenhet festet til sin nedre ende som kan bli betjent i samsvar med eksemplene på fremgangsmåter og apparater som vises her. Figur 1 viser en borestreng 120 som omfatter en boreenhet eller bunnhullsenhet ("BHA") 190 som fraktes i et borehull 126. Boresystemet 100 innbefatter et tradisjonelt boretårn 111 oppstilt på en plattform eller et gulv 112 som understøtter et rotasjonsbord 114 som roteres av en kraftkilde, så som en elektrisk motor (ikke vist), med en ønsket rotasjonshastighet. En rørledning (så som borerør) 122 med boreenheten 190 tilknyttet ved sin nedre ende strekker seg fra overflaten til bunnen 151 av brønnhullet 126. Rørledningen 122 er såkalt kablet rør i en utførelsesform og muliggjør høyhastighets toveiskommunikasjon derigjennom.

[0013] En borkrone 150, tilknyttet boreenheten 190, maler opp de geologiske formasjonene når den roteres for å bore borehullet 126. Borestrengen 120 er koblet til et heiseverk 130 via et rotasjonsrør 121, en svivel 128 og en line 129 gjennom en trinse. Heiseverket 130 betjenes for å styre borkronetrykket ("WOB"). Borestrengen 120 kan bli rotert av et toppdrevet rotasjonssystem (ikke vist) i stedet for av drivmotoren og rotasjonsbordet 114. Kombinasjonen driv-motor/rotasjonsbord 114 eller et toppdrevet rotasjonssystem, eller en hvilken som helst annen innretning for å rotere borestrengen 120, vil bli omtalt her som en borestrengaktuator. Virkemåten til heiseverket 130 er kjent for fagmannen og vil således ikke bli beskrevet i detalj her.

[0014] Et passende borefluid 131 (også omtalt som "slam") fra en kilde 132 for dette, for eksempel en slamtank, sirkuleres under trykk gjennom borestrengen 120 av en slampumpe 134. Borefluidet 131 føres fra slampumpen 134 og inn i borestrengen 120 via en desurger 136 og fluidrøret 138. Borefluidet 131 føres ut i bunnen 151 av borehullet gjennom åpninger i borkronen 150. Det returnerende borefluidet 131b sirkulerer oppihulls gjennom ringrommet 127 mellom borestrengen 120 og borehullet 126 og tilbakeføres til slamtanken 132 via en retur-ledning 35 og en borekaksskjerm 185 som fjerner borekaksen 186 fra det returnerende borefluidet 131b.

[0015] I noen anvendelser blir borkronen 150 rotert ved å rotere borerøret 122. I andre anvendelser, derimot, kan en nedihullsmotor 155 (slammotor) anordnet i boreenheten 190 også rotere borkronen 150. Borehastigheten ("ROP") for en gitt borkrone og BHA avhenger i stor grad av borkronetrykket eller skyvekraften på borkronen 150 og dens rotasjonshastighet.

[0016] En styreenhet eller kontroller 140 på overflaten mottar signaler fra sensorer og anordninger nede i hullet og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner forsynt av et program til overflatestyreenheten 140. Overflatestyreenheten 140 viser ønskede boreparametere og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 141 som anvendes av en operatørperson for å kontrollere boreoperasjonene. Overflatestyreenheten 140 kan være en data-maskinbasert enhet som kan innbefatte en prosessor 142 (for eksempel en mikroprosessor), en lagringsanordning 144, for eksempel et halvlederminne, et lagringsbånd eller en harddisk, og ett eller flere dataprogrammer 146 i lagrings-anordningen 144 som er tilgjengelig for prosessoren 142 for å eksekvere instruksjoner inneholdt i disse programmene for å utføre fremgangsmåtene som vises her. Overflatestyreenheten 140 kan behandle data vedrørende boreoperasjonene, data fra sensorene og anordningene på overflaten og data mottatt fra nede i hullet, og kan styre én eller flere operasjoner av anordningene nede i hullet og på overflaten.

[0017] Boreenheten 190 inneholder også formasjonsevalueringssensorer eller

-anordninger (også omtalt som måling-under-boring-("MWD")-sensorer eller logging-under-boring-("LWD")-sensorer) som bestemmer borehullstrykk, formasjonstrykk, resistivitet, densitet, porøsitet, permeabilitet, akustiske egenskaper, kjernemagnetisk resonansegenskaper, korrosive egenskaper ved fluidene eller formasjonen nedihulls, saltinnhold og andre valgte egenskaper ved formasjonen 195 rundt boreenheten 190. Slike sensorer er i sin alminnelighet kjent for fagmannen og er for enkelhets skyld betegnet generelt her med henvisningstall 165 og kan for eksempel omfatte resistivitetssensorer, densitetssensorer, porøsitets-sensorer, permeabilitetssensorer, temperatursensorer, trykksensorer, vibrasjons-sensorer, bøyemomentsensorer, rotasjonssensorer, orienteringssensorer og skjærsensorer. Boreenheten 190 kan videre innbefatte en rekke forskjellige andre sensorer og kommunikasjonsanordninger 159 for å kontrollere og/eller fastslå én eller flere funksjoner og egenskaper vedrørende boreenheten (så som hastighet, vibrasjon, bøyemoment, akselerasjon, oscillasjoner, spinn, rykkvis gange, osv.) og

boreoperasjonsparametere, så som borkronetrykk, fluidstrømningsmengde, trykk, temperatur, borehastighet, asimut, toolface, borkronerotasjon, osv.

[0018] En passende telemetrikomponent (kommunikasjonsanordning) 180 som anvender, for eksempel, toveistelemetri, er også innlemmet som illustrert i boreenheten 190 og leverer informasjon fra de forskjellige sensorene til overflatestyreenheten 140 gjennom de kablede rørene 122. Telemetrikomponenten 180 kan også levere styre- eller aktiveringsdata mottatt fra styreenheten 140 til sensorene eller andre anordninger som befinner seg ved eller i nærheten av bunnhullsenheten 190.1 en utførelsesform leverer telemetrikomponenten 180 aktiveringssignaler til nedihulls-sikkerhetsanordninger 167.

[0019] Fortsatt med henvisning til figur 1 innbefatter borestrengen 120 videre en energiomdannelsesanordning 160. I et aspekt er energiomdannelsesanordningen 160 anbragt i bunnhullsenheten 190 for å forsyne elektrisk kraft eller energi, så som strøm, til sensorer 165 og/eller kommunikasjonsanordninger 159. Energiomdannelsesanordningen 160 kan omfatte et batteri eller en energiomdannelsesanordning som for eksempel kan omdanne eller høste energi fra trykkbølger i boreslam som mottas av og strømmer gjennom borestrengen 120 og BHA 190. Alternativt kan en kraftkilde på overflaten bli anvendt for å forsyne kraft til det forskjellige utstyret nedihulls.

[0020] Borestrengen 120 innbefatter videre én eller flere nedihulls sikkerhetsanordninger 167. Disse sikkerhetsanordningene 167 kan for eksempel omfatte utblåsningssikringer (BOP'er). Utblåsningssikringene, som vil være kjent for fagmannen, blir utløst for å tette av slik at innkommende fluid fra formasjonen 169 ikke kan strømme opp ringrommet mellom borerøret 122 og borehullet 126. Det må forstås at sikkerhetsanordninger 167 kan motta et aktiveringssignal fra styreenheten 140 gjennom telemetrikomponenten 180. I noen tilfeller kan en BOP også være anordnet på overflaten som hindrer at fluid strømmer ut i atmosfæren.

[0021] Ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan sensorene 165 avføle én eller flere av formasjonstrykk, strømningsmengde av boreslam og boreslammets sammensetning. Informasjon innhentet av sensorene 165 blir levert til styreenheten 140 gjennom kablet rør 122. Ved styreenheten 140 blir det avgjort om et spark er i ferd med å inntreffe eller har inntruffet. Avgjørelsen kan være automatisk eller basert på analyse av dataene av en operatør. Dersom er spark har funnet sted eller er i ferd med å oppstå, kan styreenheten 140 sende et signal gjennom det kablede røret 122 til sikkerhetsanordninger 167 som gjør at de aktiveres.

[0022] I kjent teknikk, etter deteksjon av et spark på overflaten, har aktivering av sikkerhetsanordninger 167 til nå blitt innledet manuelt med en betydelig tids-forsinkelse fra overflaten ved å slippe en kule eller liknende eller sende et nedlinje-signal. I begge tilfeller blir sikkerhetsanordningene 167 utløst uavhengig av de andre delene av boresystemet 100. Slik aktivering, selv om den er egnet til å redusere eller fjerne konsekvensen av spark, er ikke veldig effektiv som følge av tidsforsinkelsen og kan skape ytterligere problemer. Dersom for eksempel sikkerhetsanordningen 167 blir aktivert før rotasjonsbordet 114 er stanset, kan borestrengen 120 bli skadet. I noen tilfeller vil ikke en utblåsning en gang bli oppdaget på overflaten (underjordisk utblåsning).

[0023] Ved å slå fast en sparktilstand basert på nedihullsinformasjon på overflaten kan andre beslektede systemer stanses eller endres i riktig rekkefølge. Dersom for eksempel sensorene detekterer forhold som tyder på spark, kan rotasjonsbordet 114 bli stoppet, en BOP på overflaten (ikke vist) bli aktivert, og deretter kan styreenheten 140 sende signalet for å gjøre at sikkerhetsanordningene 167 utløses. Kort sagt, takket være muligheten til høyhastighets kommunikasjon gjennom f.eks. kablede rør, kan korrekt sekvensiering av en spark-forårsaket nedstenging styres fra overflaten i sann tid.

[0024] En slik sikkerhetsanordning kan også bli anvendt ved slamtap for å stenge av ringrommet og hindre en underbalansert tilstand som gjør borehullet instabilt eller utløser et spark.

[0025] Figur 2 er et flytdiagram som viser en fremgangsmåte ifølge en utførelses-form. I trinn 200 overvåkes gjeldende boreforhold av sensorer anordnet på eller i nærheten av bunnhullsenheten i en borestreng. Forholdene kan for eksempel omfatte strømningsmengden av eller sammensetningen til boreslammet og hydrostatisk trykk i formasjonen, for å nevne noen. I trinn 202 sendes boreforholdene til overflaten. På overflaten gis boreforholdene til en styreenhet som angitt i trinn 204. Det må forstås at styreenheten kan befinne seg på samme sted som eller fjernt fra stedet hvor boringen utføres. Nærmere bestemt kan styreenheten befinne seg fjernt fra boreriggen i en utførelsesform.

[0026] Uansett hvor styreenheten befinner seg besluttes det i trinn 206 at en nedihulls sikkerhetsanordning anordnet langs borestrengen skal utløses. Denne beslutningen kan bli tatt enten av en operatør, helautomatisk av styreenheten gjennom en ekspertsystemløsning, eller kombinasjoner av operatørbestemt og automatisk styring. I trinn 208 gis minst én andre del av boresystemet (f.eks. rotasjonsbordet) en kommando for å bevirke den til å variere sin virkemåte (f.eks. stanse). Etter at trinn 208 er avsluttet, sendes i trinn 210 en aktiveringskommando fra styreenheten til nedihulls-sikkerhetsanordningen. I noen tilfeller overvåkes nedihullsforhold videre for å avgjøre om aktiveringskommandoen oppnådde det ønskede resultatet eller om ytterligere sikkerhetsanordninger må utløses eller andre tiltak iverksettes.

[0027] Elementer i utførelsesformene har blitt introdusert med ubestemte entalls-former. Entallsformen er ment å forstås som at det kan være ett eller flere av elementene. Ord som "innbefatter", "omfatter", "inkluderer", "har" og "med" og liknende er ment inkluderende slik at det kan være ytterligere elementer utover de angitte elementene. Konjunksjonen "eller", når den anvendes med en opplisting av minst to elementer, er ment å bety et hvilket som helst element eller en hvilken som helst kombinasjon av elementer. Ordenstallene "første", "andre" og "tredje" anvendes for å skille elementer og anvendes ikke for å angi en bestemt rekke-følge.

[0028] Det vil forstås at de forskjellige komponenter eller teknologier kan mulig-gjøre bestemte nødvendige eller nyttige funksjoner eller trekk. Disse funksjonene og trekkene, som kan være nødvendige i støtte for de vedføyde kravene og variasjoner av disse, skal derfor forstås som naturlig innlemmet som en del av idéene her og en del av den viste oppfinnelsen.

[0029] Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med støtte i eksempler på utførelser, vil det forstås at forskjellige endringer kan gjøres og at ekvivalenter kan bli anvendt i stedet for elementer i disse uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme. I tillegg vil mange modifikasjoner sees for å tilpasse et gitt instrument, scenario eller materiale til idéene i oppfinnelsen uten å fjerne seg fra dennes ramme. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den konkrete utførelsesformen omtalt som den forventet beste måte å realisere denne oppfinnelsen, men at oppfinnelsen skal inkludere alle utførelsesformer som faller innenfor rammen til de vedføyde kravene.

Claims (15)

1. Boresystem for boring av et borehull, omfattende; en borestreng som omfatter en bunnhullsenhet og et telemetrisystem som er koblet sammen; en kommunikasjonsanordning koblet til borestrengen innrettet for å sende sensordata til og motta styredata fra en styreenhet anbragt et sted på overflaten, gjennom telemetrisystemet; en sensor koblet til borestrengen, der sensoren leverer sensordataene til kommunikasjonsanordningen; og en nedihulls-sikkerhetsanordning koblet til borestrengen og i funksjonell kommunikasjon med kommunikasjonsanordningen, der nedihulls-sikkerhetsanordningen er innrettet for å utløse eller igangsette etter mottak av et aktiveringssignal innledet av styreenheten.

2. Boresystem ifølge krav 1, hvor sensoren avføler én av: formasjonstrykk i en formasjon som omgir borehullet, slamstrømning og slamsammensetning, eller kombinasjoner derav.

3. Boresystem ifølge krav 1, hvor nedihulls-sikkerhetsanordningen omfatter en utblåsningssikring.

4. Boresystem ifølge krav 1, hvor aktiveringssignalet blir innledet automatisk.

5. Boresystem ifølge krav 1, hvor aktiveringssignalet blir innledet relativt til et andre signal som gjør at en annen del av boresystemet varierer sin virkemåte, hvor aktiveringssignalet blir dannet basert på sensordataene.

6. Boresystem ifølge krav 5, hvor aktiveringssignalet og det andre signalet blir innledet på en forutbestemt samordnet måte.

7. Boresystem ifølge krav 5, hvor den andre delen er en borestrengaktuator.

8. Boresystem ifølge krav 5, hvor den andre delen er en utblåsningssikring på overflaten.

9. Fremgangsmåte for utløsning av en nedihulls-sikkerhetsanordning i et boresystem, fremgangsmåten omfattende trinn med å: innhente informasjon som angir borehullsforhold på et sted nedihulls; sende informasjonen til en styreenhet på overflaten; beslutte eller bestemme at nedihulls-sikkerhetsanordningen skal utløses eller igangsettes; sende et utløsningssignal gjennom et telemetrisystem til nedihulls-sikkerhetsanordningen; og utløse eller igangsette nedihulls-sikkerhetsanordningen ved anvendelse av utløsningssignalet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor nedihulls-sikkerhetsanordningen er en utblåsningssikring.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende trinn med å: sende et variasjonssignal til en annen del av boresystemet som bevirker den andre delen til å variere sin virkemåte, der variasjonssignalet sendes relativt til utløsningssignalet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor variasjonssignalet og utløsnings-signalet innledes på en forutbestemt samordnet måte.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor den andre delen er en borestrengaktuator.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor den andre delen er en utblåsningssikring på overflaten.

15. System ifølge krav 1, hvor telemetrisystemet innbefatter et flertall sammen-føyde kablede rørdeler.