NO20150994A1 - Apparat for plugging av en hydrokarbonbrønn - Google Patents

Description

APPARAT FOR PLUGGING AV EN HYDROKARBONBRØNN

Oppfinnelsen vedrører et arrangement for plugging av et brønnhull i en undergrunnsformasjon, hvor en ikke-roterbar verktøystreng strekker seg fra en brønnpluggingsmodul anordnet over et brønnhode og ned til en pluggingssone i brønnhullet.

Hydrokarbonbrønner som forlates, må plugges før de ordinære barrierene som hindrer lekkasje fra de hydrokarbonholdige strukturene til overflaten, fjernes og feltet ryddes. Plugging er ofte strengt regulert av tilsynsmyndighetene for feltaktiviteten. Norske myn-digheter stiller for eksempel krav til at det over en hydrokarbonførende struktur skal settes to plugger av sement eller tilsvarende, hver med en lengde på 50 meter og i direkte kon-takt med den omkringliggende formasjonsstrukturen, noe som innebærer at brønnens foringsrør må fjernes i dette området. Arbeidet med setting av slike plugger er krevende både teknisk og økonomisk, og plugging av undersjøiske felt krever som regel bruk av store og kostbare borerigger. Fjerning av foringsrør utføres med roterende freseverktøy på enden av en rørstreng langt fra overflaten. Ofte er frese- og sementeringsutstyret tilknyttet en ordinær, seksjonert, roterbar rørstreng. Det er vanskelig å oppnå tilstrekkelig kontroll både med fjerningen av foringsrørene og med den etterfølgende sementeringen, idet det med dagens teknikk er vanskelig å utruste de anvendte verktøyene med instru-menter (sensorer etc.) for overvåking av prosessene som utføres.

Fra US2010326665 A1 er det kjent metoder og apparat for intervensjonsoperasjoner i undersjøiske brønner, inkludert plugging. Til ei rørstamme som kan koples til en kabel eller lignende, er det fastgjort et verktøy, og kabelen kan være tilkoplet en heisekran eller lignende. Energi tilføres gjennom en navlestreng.

WO2013006208 A2 beskriver et system for plugging av en brønn ved hjelp av et kabel-eller kveilerøroperert utstyr uten anvendelse av en borerigg.

US3294185 A beskriver anvendelse av en undervannsfarkost som kan koples sammen med en havbunnsplassert utblåsingssikring for opptrekking og demontering av en seksjonert borestreng.

US8261828 B2 beskriver et freseverktøy for fjerning av brønnforinger. Verktøyet kan være tilknyttet en kabel, et kveilerør eller andre kjente midler for å plassere et verktøy i en brønn.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterføl-gende patentkravene.

Det er tilveiebrakt et arrangement omfattende en seksjonert, ikke-roterbar, aksialforskyv-bar og forlengbar verktøystreng som strekker seg fra et mateapparat på en overflateinstallasjon og inn i et brønnhull. Verktøystrengen forlenges, henholdsvis forkortes ved sukses-siv påkopling, henholdsvis fråkopling av strengseksjoner ved en øvre verktøystrengende som rager opp over mateapparatet. I et nedre endeparti av verktøystrengen er det løs-gjørbart anordnet en verktøymodul. Verktøymodulen kommuniserer med overflateinstallasjonen via én eller flere ledninger som strekker seg langs verktøystrengen via respektive ledningsspoler anordnet på overflateinstallasjonen til dertil egnede energi- eller fluidforsy-ningsenheter og styringsenheter. Ledningene mates suksessivt ut fra, henholdsvis kveiles opp på, de respektive ledningsspolene etter hvert som verktøystrengen forlenges under innføring i brønnhullet, henholdsvis trekkes ut fra brønnhullet. Ledningene anordnes i spor som strekker seg langs verktøystrengen og ligger dermed beskyttet i forhold til elementer som kommer i berøring med verktøystrengen, for eksempel mateapparatet og brønnhul-lets foringsrør. I sin enkleste form kan verktøystrengen være tildannet med tverrsnitt som en H- eller l-bjelke hvor ledningene legges mot stegpartiet som forbinder flensene. For-bindelsen mellom de statisk anordnede energi-/fluidforsynings- og styringsenheter og de roterbare spolene er på i og for seg kjent vis tilveiebrakt ved hjelp av svivler, sleperinger etc.

Verktøystrengens nedre endeparti er innrettet til tilkopling til ulike typer verktøymoduler.

Mateapparatet og verktøystrengen kan være utført slik det er beskrevet i patentsøknad NO 20131157.

For fjerning av foringsrør og omkringliggende betong benyttes et freseverktøy som omfatter et roterende, radielt ekspanderbart fresehode tilkoplet en drivenhet festet til verktøy-strengen. Drivenheten kan være drevet ved hjelp av elektrisk strøm eller hydraulikkfluid tilført fra en energikilde på overflateinstallasjonen via egnede ledninger som strekker seg langs verktøystrengen. Freseverktøyet omfatter fortrinnsvis elementer for radiell sentre-ring i brønnhullet for å stabilisere freseverktøyet. Aksiell forskyvning kan tilveiebringes ved hjelp av aktuatoranordninger tilknyttet sentreringselementene eller ved at verktøystrengen forskyves ved hjelp av mateapparatet på overflateinstallasjonen.

For å avgrense en sementplugg nedover i brønnhullet kan det være nødvendig å sette en avgrensingsplugg. Et pluggsettingsverktøy kan festes til verktøystrengen for dette formålet og føres ned i brønnhullet.

Forfordeling av sement i et utfrest parti av brønnhullet anvendes det et sementeringshode festet til verktøystrengen.

Til de forskjellige verktøyene (fresehodet, pluggsettingsverktøyet og sementeringshodet) er det tilknyttet egnede sensorer tilknyttet styringsenheter på overflateinstallasjonen via signalledninger som er ført langs verktøystrengen, for registrering av relevante prosessda-ta, for eksempel bildedata for kontroll av kvaliteten av det utførte arbeidet, posisjonsdata for verktøyelementer, temperatur- og trykkdata, hastighetsdata, etc. Overføring av slike data kan gjøres sikkert, effektivt og kontinuerlig ved hjelp av ledningsforbindelsene mellom verktøyet og styringsenhetene på overflateinstallasjonen.

To eller flere verktøy kan eventuelt kombineres slik at det ikke må gjøres verktøybytte under pluggeoperasjonen. Pluggsettingsverktøyet kan for eksempel være løsgjørbart tilkoplet sementeringshodet og etterlates i brønnhullet etter at den avgrensende pluggen er anbrakt under det området hvor sementpluggen skal etableres. Freseverktøyet kan omfatte én eller flere sementutløpsåpninger som kan settes i forbindelse med en sementtilfør-selsledning som strekker seg langs verktøystrengen fra et sementblandeverk på overflateinstallasjonen. Under sementering kan fresehodet eventuelt rotere for å fungere som en fordeler.

Overflateinstallasjonen kan være anbrakt over et undersjøisk brønnhode, dvs. på en hav-bunn over en undersjøisk brønn, på en farkost som flyter på en havflate over en undersjø-isk brønn, eller den kan være anbrakt over et brønnhode på landjorden.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene defi-nerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt et arrangement for plugging av et brønnhull i en undergrunnsformasjon, hvor en ikke-roterbar verktøystreng strekker seg fra en brønnplug-gingsmodul anordnet over et brønnhode og ned til en pluggingssone i brønnhullet, kjenne-

tegnet ved at

- brønnpluggingsmodulen omfatter

et mateapparat innrettet til aksial forskyvning av verktøystrengen, og

minst én ledningsspole; og

- verktøystrengen er tildannet av

strengseksjoner som i sine respektive endepartier er forsynt med asymmetriske strengkoplinger, og

verktøystrengen omfatter minst ett ledningsspor innrettet til mottak av én eller flere ledninger som strekker seg fra en energiforsyningsenhet via en første ledningsspole til en verktøymodul anordnet i et nedre endeparti av verktøystrengen; og

- verktøymodulen omfatter

minst ett av et verktøy hentet fra en gruppe omfattende et freseverktøy med et radielt ekspanderbart, roterbart fresehode, et verktøy for setting av en avgrensingsplugg i eller nær pluggingssonen, og et sementeringshode, og

minst én sensor som på signalkommuniserende vis er tilknyttet en styringsenhet via en signalledning som eroppspolbar på en andre ledningsspole på brønnpluggingsmo-dulen.

Verktøymodulen kan være tildannet av en kombinasjon av to eller flere av nevnte verktøy. Dermed oppnår en den fordelen at flere pluggingsoperasjoner kan utføres med et redusert antall innkjøringer av verktøystrengen i brønnhullet.

Verktøymodulen kan være tildannet av en kombinasjon av det radielt ekspanderbare, roterbare fresehodet, verktøyet for setting av avgrensingspluggen, og sementeringshodet, hvor verktøyet for setting av avgrensingspluggen er anordnet løsgjørbart fra fresehodet, og fresehodet omfatter en eller flere sementutløpsåpninger. Dermed oppnår en den fordelen at alle pluggingsoperasjonene kan utføres med bare én innkjøring av verktøystrengen i brønnhullet.

Den minst ene sensoren kan være hentet fra gruppen omfattende bildesensor, posisjonssensor, temperatursensor, trykksensor og hastighetssensor. Dermed kan pluggingsoperasjonene gjennomføres med bedre kvalitet enn tidligere fordi det dannes et bedre inntrykk av tilstanden i brønnhullet og arbeidet som utføres i brønnhullet.

Brønnpluggingsmodulen kan være anordnet på et undersjøisk brønnhode, og energiforsyningsenheten og styringsenheten kan være anordnet på en overflateinstallasjon. Dermed kan pluggingsoperasjonene fjernstyres via fleksible forbindelser mellom overflatein stallasjonen og brønnhullet, for eksempel navlestrengforbindelser for overføring av energi, fluider og signaler.

Brønnpluggingsmodulen kan være anordnet på et undersjøisk brønnhode og kan omfatte en injektorhode innrettet til trykktettende innføring av verktøystrengen i brønnhodet. Dermed kan innføringen av verktøystrengen utføres med større grad av sikkerhet i et brønn-hull som oppviser et overtrykk.

Freseverktøyet kan omfatte flere radielt forskyvbare sentreringselementer. Utfresingen av pluggingssonen kan dermed utføres med større grad av presisjon.

Freseverktøyet kan omfatte en drivenhet som erfikserbar relativt brønnhullet ved hjelp av flere radielt forskyvbare sentreringselementer, og fresehodet kan være forskyvbart relativt drivenheten ved hjelp av én eller flere aksialforskyvningsaktuatorer. Alternativt kan frese-verktøyet være radielt fikserbart relativt brønnhullet ved hjelp av flere radielt forskyvbare sentreringselementer, og fresehodet kan være aksielt forskyvbart ved hjelp av mateapparatet.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er anskuelig-gjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et sideriss av et nedre parti av en verktøystreng med et freseverktøy; Fig. 2 viser i større målestokk et tverrsnitt ll-ll ifølge figur 1 gjennom verktøystreng-en; Fig. 3 viser i mindre målestokk et sideriss av et mateapparat sammen med ledningsspoler og en verktøystrengseksjonsmanipulator; Fig. 4 viser et sideriss av mateapparatet sammen med ledningsspolene og verktøy-strengseksjonsmanipulatoren under nedsenkning fra en overflateinstallasjon langs føringer til et undersjøisk brønnhode; Fig. 5 viser i større målestokk et vertikalsnitt gjennom et brønnhull hvor en sementplugg ved hjelp av et sementeringshode (vist i sideriss) er under etablering over en avgrensingsplugg i et parti hvor et foringsrør er frest bort; og Fig. 6 viser et vertikalsnitt gjennom et brønnhull hvor en verktøymodul (tildannet som en kombinasjon av et freseverktøy, et setteverktøy for en avgrensingsplugg og et sementeringshode er vist i sideriss, og hvor setteverktøyet (vist i

sideriss) er forlatt i et nedre parti av pluggingssonen sammen med avgrensingspluggen.

Et brønnhull 11 (se figurene 5 og 6) strekker seg nedover i en formasjon 1 og er på i og for seg kjent vis avgrenset mot formasjonen 1 ved hjelp av en brønnforing 111 som her er vist som ett foringsrør 111a som er festet til formasjonen 1 ved at ringrommet mellom fo-ringsrøret 111a og formasjonen 1 er fylt med sement 111b. Ei pluggingssone 112 hvor det skal etableres en plugg 12 for varig stenging av brønnhullet 11 tildannes ved at brønnfo-ringen fjernes i en foreskrevet utstrekning av brønnhullet 11 for å sikre at pluggen 12 for-bindes tilstrekkelig til den omsluttende formasjonen 1.

En brønnpluggingsmodul 5 (se figur 3 og 4) omfatter ei ramme 51 som bærer et mateapparat 52 av den art som er beskrevet i patentsøknad NO 20131157 for kontrollert aksiell, ikke-roterbar forskyvning av en verktøystreng 6. Brønnpluggingsmodulen 5 omfatter en verktøystrengseksjonsmanipulator 54 innrettet til håndtering av strengseksjoner 61 ved forlenging eller forkorting av verktøystrengen 6. En første og en andre ledningsspole 53, 53a er anordnet ved et injektorhode 58 som i det minste tildanner føringer for ledninger 55, 55a som er spolet opp på sine respektive ledningsspoler 53, 53a og kan mates ut og trekkes inn sammen med verktøystrengen 6. Den første ledningen 55 er en energiforsy-ningsledning som via en i og for seg kjent svivelanordning (ikke vist) i ledningsspolen 53 er tilknyttet en energiforsyningsenhet 56. Med begrepet «energiforsyning» skal forstås både tilførsel av elektrisk energi og hydraulisk energi, dvs. fluid under trykk, for eksempel hydraulikkolje, kjølevæske og sement. Den andre ledningen 55a er her vist som en signalledning som via en ikke vist svivelanordning er forbundet med en styringsenhet 57.

Det henvises nå til figur 1 og 2, hvor et nedre parti 62 av verktøystrengen 6 er vist i større detalj. Verktøystrengen 6 er sammensatt av flere strengseksjoner 61 som er innbyrdes forbundet via en strengkopling 611, 612 av den art som er beskrevet i patentsøknad NO 20131157, dvs. en asymmetrisk verktøystrengkopling som sørger for at strengseksjonene 61 har samme innbyrdes orientering for å sikre at langsgående spor 613, 614 på streng-seksjonenes 61 periferi (se særlig figur 2) strekker seg ubrutt langs hele verktøystrengen 6. Sporene 613, 614 danner beskyttende utsparinger for ledningene 55, 55a som strekker seg langs verktøystrengen 6 fra ledningsspolene 53, 53a og til verktøymodulen 7. Som vist på figur 2, kan sporene 613, 614 ha forskjellig tverrsnitt for å være nøyaktig tilpasset den ledningen 55, 55a hvert spor 613, 614 skal romme. Selv om utførelseseksemplene viser og omtaler to ledninger og to spor, er oppfinnelsen ikke begrenset til dette. Et spor kan om nødvendig også være tildannet for å romme flere ledninger.

Verktøymodulen 7 omfatter i sin enkleste utførelse ett verktøy, for eksempel et freseverk-tøy 71 slik det er vist på figur 1. Når én operasjon er utført, trekkes verktøystrengen 6 opp for bytte av verktøy før den kjøres ned i brønnhullet 11 igjen for utførelse av neste operasjon. Andre aktuelle verktøy er et pluggsettingsverktøy 72 (se figur 6) og et sementeringshode 73 (se figur 5). Flere verktøy kan kombineres slik det er antydet i figur 6 og nærmere beskrevet nedenfor.

Freseverktøyet 71 (se særlig figurene 1 og 2) omfatter en drivenhet 712 som er dreiestivt festet til verktøystrengen 6. Drivenheten 712 er typisk en elektromotor eller hydraulisk motor som får tilført energi fra energiforsyningsenheten 56 via en effektledning 55. Til drivenheten 712 er det koplet et roterbart fresehode 711 som er forsynt med radielt forskyvbare skjær 711 a. For å stabilisere freseverktøyet 71 under drift, er det forsynt med sentreringselementer 713 som kan føres til anlegg mot brønnforingen 111 eller formasjonen 1.1 utførelsen vist på figur 1 er fresehodet 711 aksielt forskyvbart i forhold til drivenheten 712, og dermed i forhold til verktøystrengen 6, ved hjelp av en aksialforskyvningsaktuator 714. Alternativt kan fresehodet 711 forskyves ved hjelp av verktøystrengen 6.1 denne utførel-sen (ikke vist) er det nærliggende å anordne sentreringselementene 713 slik at freseverk-tøyet 71 kan forskyves aksielt relativt sentreringselementene 713 når disse er spent fast mot brønnforingen 111 eller formasjonen 1.

Pluggsettingsverktøyet 72 er innrettet til å kunne bringe med seg en avgrensingsplugg 8 og sette den i eller nær pluggingssonens 112 nedre ende for å tildanne en avgrensing for pluggens 12 materiale (se figur 5) når dette pumpes inn i pluggingssonen 112. Pluggset-tingsverktøyet 72 kan være av en art som etterlates i brønnhullet 11 sammen med avgrensingspluggen 8, slik det er vist på figur 6.

Sementeringshodet 73 (se figur 5) som kan tilføres et pumpbart pluggmateriale, typisk en sementblanding, fra overflateinstallasjonen 9 via en fluidledning 55, er forsynt med én eller flere utløpsåpninger 731 forfordeling av pluggmaterialet i pluggingssonen 112.

To eller flere verktøy kan kombineres i en og samme verktøymodul 7 slik det er indikert på figur 6, hvor pluggsettingsverktøyet 72 her er vist frigjort fra en verktøykopling 721 på sementeringshodet 73 som igjen utgjør en nedre del av freseverktøyet 71.

Ett eller flere av verktøyene er forsynt med én eller flere sensorer 74, 75, 76, på figur 1 vist på freseverktøyet 61 og på figur 5 vist på sementeringshodet 73. Sensorene 74, 75, 76 kommuniserer med styringsenheten 57, typisk via en eller flere signalledninger 55a som strekker seg langs verktøystrengen 6. Sensorene 74, 75, 76 er valgt fra en gruppe som omfatter bildesensor, posisjonssensor, temperatursensor, trykksensor og hastighetssensor slik at alle prosessene som skal utføres, kan kontrolleres av en operatør.

Brønnpluggingsmodulen 5 kan være anordnet på en overflateinstallasjon 9 som befinner seg over et brønnhode 3, for eksempel på en farkost som flyter på en vannmasse 2, eller direkte på brønnhodet 3. Brønnpluggingsmodulen 5 kan, slik det er indikert på figur 4, senkes ned på et undersjøisk brønnhode 3 og fjernbetjenes via en navlestreng 34. Brønnpluggingsmodulen 5 kan for eksempel ledes ned på brønnhodet 3 ved hjelp av flere ledevaiere 33 som på i og for seg kjent vis strekkes mellom brønnhodet 3 og overflateinstallasjonen 9.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utfø-relsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referan-senumre i parentes ikke sees som begrensende. Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former, ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims (9)

1. Arrangement for plugging avet brønnhull (11) i en undergrunnsformasjon (1), hvor en ikke-roterbar verktøystreng (6) strekker seg fra en brønnpluggingsmodul (5) anordnet over et brønnhode (3) og ned til en pluggingssone (112) i brønnhul-let (11),karakterisert vedat brønnpluggingsmodulen (5) omfatter et mateapparat (52) innrettet til aksial forskyvning av verktøystrengen (6) , og minst én ledningsspole (53, 53a); og verktøystrengen (6) er tildannet av strengseksjoner (61) som i sine respektive endepartier er forsynt med asymmetriske strengkoplinger (611, 612), og verktøystrengen (6) omfatter minst ett ledningsspor (613, 614) innrettet til mottak av én eller flere ledninger (55, 55a) som strekker seg fra en energiforsyningsenhet (56) via en første ledningsspole (53) til en verktøymodul (7) anordnet i et nedre endeparti (62) av verktøystrengen (6); og verktøymodulen (7) omfatter minst ett av et verktøy hentet fra en gruppe omfattende et freseverktøy (71) med et radielt ekspanderbart, roterbart fresehode (711), et verktøy (72) for setting av en avgrensingsplugg (8) i eller nær pluggingssonen (112), og et sementeringshode (73), og minst én sensor (74, 75, 76) som på signalkommuniserende vis er tilknyttet en styringsenhet (57) via en signalledning (55a) som er oppspolbar på en andre ledningsspole (53a) på brønnpluggingsmodulen (5).

2. Arrangement i henhold til krav 1, hvor verktøymodulen (7) er tildannet av en kombinasjon av to eller flere av nevnte verktøy (71, 72, 73).

3. Arrangement i henhold til krav 1, hvor verktøymodulen (7) er tildannet av en kombinasjon av det radielt ekspanderbare, roterbare fresehodet (711), verktøyet (72) for setting av avgrensingspluggen (8) og sementeringshodet (73), hvor verk-tøyet (72) for setting av avgrensingspluggen (8) er anordnet løsgjørbart fra fresehodet (711), og fresehodet (711) omfatter en eller flere sementutløpsåpninger (731).

4. Arrangement i henhold til krav 1, hvor den minst ene sensoren (74, 75, 76) er hentet fra gruppen omfattende bildesensor, posisjonssensor, temperatursensor, trykksensor og hastighetssensor.

5. Arrangement i henhold til krav 1, hvor brønnpluggingsmodulen (5) er anordnet på et undersjøisk brønnhode (3), og energiforsyningsenheten (56) og styringsenheten (57) er anordnet på en overflateinstallasjon (9).

6. Arrangement i henhold til krav 1, hvor brønnpluggingsmodulen (5) er anordnet på et undersjøisk brønnhode (3) og omfatter en injektorhode innrettet til trykktettende innføring av verktøystrengen (6) i brønnhodet (3).

7. Arrangement i henhold til krav 1, hvor freseverktøyet (71) omfatter flere radielt forskyvbare sentreringselementer (713).

8. Arrangement i henhold til krav 1, hvor freseverktøyet (71) omfatter en drivenhet (712) som er fikserbar relativt brønnhullet (11) ved hjelp av flere radielt forskyvbare sentreringselementer (713), og fresehodet (711) er forskyvbart relativt drivenheten (712) ved hjelp av én eller flere aksialforskyvningsaktuatorer (714).

9. Arrangement i henhold til krav 1, hvor freseverktøyet (71) er radielt fikserbart relativt brønnhullet (11) ved hjelp av flere radielt forskyvbare sentreringselementer (713) , og fresehodet (711) er aksielt forskyvbart ved hjelp av mateapparatet (52).