NO20160812L - Underbalansert brønnboring og produksjon - Google Patents

Abstract

Underbalansert produksjon og boring kan oppnås med et system som anvender et roterende hode koplet til en overflateutblåsings (BOP) stakk for fluidstrømningskontroll. En husdel (fôringsrør) forbinder disse overflatekomponenter til en havbunnsavstengningssammenstilling med et par kutteventilinnretninger for å frakople strengen til brønnhodet. Både husdelen og en alternativ ledning kan forsynes med en lås slik at de om nødvendig kan frikoples. Den alternative ledning kan tilveiebringe fluid fra overflaten til havbunnsavstengningssammenstillingen for det formål å variere densiteten av det returnerende boreslam. Det roterende hodet kan inkludere en gummipakning for å hindre oppover strømning av borefluid og produksjonshydrokarboner og samtidig tilveiebringer rotasjon av borestrengen.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Denne oppfinnelse vedrører generelt boring av brønner og produksjon fra brønner.

Generelt bores brønner i en svakt overbalansert tilstand hvor vekten av det anvendte borefluid bare svakt overveier boretrykket i de bergarter som bores.

Boreslam pumpes ned gjennom borestrengen til en borekrone og anvendes for å smøre og avkjøle borekronen og fjerne borekaks fra borehullet mens det bores. Det viskøse boreslam bærer borekakset oppover på utsiden av og omkring borestrengen.

I en balansert situasjon er densiteten av slammet som passerer nedover til borekronen og slammet som passerer oppover fra borekronen hovedsakelig den samme. Dette har den fordel at sannsynligheten for et såkalt "brønnspark" reduseres. I en brønnsparksituasjon er nedovertrykket av boreslamkolonnen ikke tilstrekkelig til å balansere poretrykket i de bergarter som bores, for eksempel poretrykket av gass eller annet fluid, som påtreffes i en formasjon. Som et resultat kan det skje en utblåsing (hvis en effektiv utblåsingssikring (BOP) ikke er montert på brønnen) som er en ekstremt farlig tilstand.

I underbalanser! boring er formålet forsettlig å skape en situasjon som beskrevet i det foregående. Densiteten eller ekvivalent sirkulerende densitet av det oppover returnerende boreslam er nemlig lavere enn poretrykket av den bergart som bores og dette bevirker at gass, olje eller vann i bergarten kommer inn i borehullet fra den bergart som bores. Dette kan også resultere i økte bore-hastigheter, men også føre til høy strømning hvis bergartens permeabilitet og porøsitet tillater tilstrekkelige fluider å komme inn i borehullet.

I denne boresituasjon er det generell praksis å tilveiebringe en rekke forskjellige utblåsingssikringer for å kontrollere ethvert tap av kontrolltiltak eller utblåsinger som kunne skje.

En rekke forskjellige metoder er blitt anvendt for underbalanser! eller dobbelt gradient boring. Generelt innebærer de tilveiebringelse av en densitets senkende komponent til det returnerende boreslam. Gasser, sjøvann og glasskuler er blitt injisert i den returnerende boreslamstrømning for å redusere dens densitet.

I dype undervannsanvendelser kan det oppstå et antall problemer. På grunn av de trykk som er involvert blir alt signifikant mer komplisert. Det trykk som virker ned mot formasjonen inkluderer vekten av boreslammet, mens trykket i de grunne formasjoner dikteres av vekten av sjøvann over formasjonen. På grunn av de høyere trykk som er involvert kan boreslammet faktisk injiseres inn i formasjonen, frakturere denne og kan endog tilstoppe eller på annen måte til-smusse selve formasjonen og alvorlig nedsette potensiell hydrokarbonproduksjon.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er en skjematisk avbildning av en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er en forstørret skjematisk avbildning av undervannsavstengnings-sammenstilling vist i figur 1 i samsvar med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; Figur 3 er en forstørret, skjematisk tverrsnittstegning av spoleelementet 34 vist i figur 2, i samsvar med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; og Figur 4 er en skjematisk tverrsnittstegning av det roterende hode vist i figur 1 i samsvar med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

I noen utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan både boring og produksjon av fluider fra en formasjon foregå i en underbalanser! tilstand. Som anvendt heri betyr "underbalanser!" at vekten av boreslammet er mindre enn til-svarende boretrykket av formasjonen. Som anvendt heri refererer "dobbeltgradient" til det forhold at den densiteten av fluidet, ved noe punkt langs sitt forløp under bevegelse bort fra borekronen, er lavere enn densiteten av det fluid som beveger seg mot borekronen. Dobbeltgradientmetodene kan anvendes for å implementere underbalanser! boring. Etablering av en dobbeltgradient- eller underbalanser! tilstand kan implementeres ved hvilke som helst kjente metoder, inklusive injeksjon av gasser, sjøvann og glasskuler, for å nevne noen få eksempler.

Med henvisning til figur 1 kan et bore- og produksjonsapparat 11 inkludere et roterende hode 10 som roterer en streng for det formål å bore en brønn i en undervannsformasjon SF. Det roterende hode 10 roterer strengen gjennom en overflateutblåsingssikringsstakk (BOP-stakk) 12. Overflate utblåsingssikrings-stakken 12 kan inkludere ringromssikringer oppover strømningen av fluid fra brønnhodet til den overliggende flottørrigg 14.

Flottørriggen 14 kan strekkes ved bruk av strekkbøyler 16 koplet over en talje 54 til hydrauliske sylindere 56 for å skape et strekksystem 50. Strekk-systemet 50 tillater at den øvre del av apparatet 11 kan bevege seg relativt til den nedre del, for eksempel i respons til sjøtilstander. Strekksystem et 50 tillater denne relative bevegelse og regulering av den relative posisjonering mens det opprett-holdes strekk på husdelen (foringsrøret) 22 som strekker seg fra flottørriggen 14 nedover til en havbunnsavstengningssammenstilling 24.

Overflatedelen av apparatet 11 er koplet ved hjelp av en konnektor 20 til husdelen 22. Husdelen 22 er forbundet til den nedre seksjon av apparatet 11 via en frakoplingslås 72 lokalisert under havoverflaten WL. Frakoplingslåsen 72 kan være hydraulisk operert fra overflaten for å kople den øvre del av apparatet 11 fra den nedre del som inkluderer havbunnsavstengningssammenstillingen 24.

På riggen 14 er det også anordnet en kilde for fluid som har lavere densitet enn densiteten av det slam som pumpes ned gjennom borestrengen 24 fra overflaten i en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Fluidet med den lavere densitet kan tilveiebringes gjennom tilførselsrøret 60.

Et hengersystem 58 inkluderer et hengersystem 58 som hviler mot et underlag 56. Hengersystemet 58 strekker strekkrøret 26 som løper hele veien ned til en havbunnsfrakoplingslås 74 over havbunnsavstengningssammenstillingen 24. I likhet med frakoplingslåsen 72 kan havbunnsfrakoplingslåsen 74 være fjernstyrt eller overflatestyrt for å frakople strekkrøret 26 fra havbunnsavstengningssammenstillingen 24. I en utførelsesform kan underlaget 56 inkludere hydrauliske sylinder-innretninger som beveger seg i likhet med kutteventiler i utblåsingssikringer for å gripe strekkrøret 26.

Strømningsmengden av lavere densitetsfluid gjennom strekkrøret 25 fra overflaten kan kontrolleres fra overflaten ved hjelp av fjernstyrt ventilutstyr i havbunnsavstengningssammenstillingen 24, i en utførelsesform. Det er fordel-aktig å tilveiebringe dette lavere densitetsfluid fra overflaten i motsetning til å forsøke å tilføre det fra en undervannslokalitet, som for eksempel i havbunnsavstengningssammenstillingen 24, på grunn av at det er mye lettere å kontrollere og operere store pumper fra flottørriggen 14.

Havbunnsavstengningssammenstillingen 24 opererer med utblåsings-sikringsstakken (BOP-stakken) 12 for å hindre utblåsinger. Mens overflate-utblåsingssikringsstakken 12 kontrollerer fluidstrømning er havbunnsavstengningssammenstillingen 24 ansvarlig for å avstenge eller skille brønnhodet fra delen av apparatet 11 derover, ved bruk av kutteventiler 30a og 30b som vist i figur 2. Foringsrøret 22 kan således koples ved hjelp av en konnektor 28a til kutteventilen 30a. Kutteventilen 30a er ved hjelp av et spoleelement 34 med flenser 32a og 32b koplet til kutteventilen 30b. Kutteventilen 30b kan ved hjelp av flensen 38 koples til en brønnhodekonnektor 28b, i sin tur forbundet til brønnhodet.

Som vist i figur 2 er strekkrøret 26 forbundet til en fjernstyrt ventil 36 som kontrollerer strømningsmengden av lavdensitet fluid gjennom strekkrøret 26 til det indre av spoleelementet 34. Innløpet fra strekkrøret 26 til spoleelementet 34 er mellom de to kutteventiler 30a og 30b.

Injeksjonen av lavere densitetsfluid, som vist i figur 3, anvender den fjernstyrte ventil 36 på spoleelementet 34. Spoleelementet 34 kan få boreslam, angitt som Minn til å bevege seg nedover gjennom huset 22. Det returnerende boreslam, angitt som Mut, passerer oppover i ringrommet 46 som omgir strengen 40 og spolerøret 44. Lavere densitet fluid kan således når den fjernstyrte ventil er åpnet injiseres inn i den returnerende boreslam/hydrokarbonstrømning for å nedsette dens densitet.

En underbalanser! situasjon kan skapes som et resultat av dobbelt densitetene av boreslammet i en utførelsesform. Boreslam over den fjernstyrte ventil 36 kan nemlig befinne seg ved en lavere densitet enn densiteten av boreslammet under den fjernstyrte ventil 36, så vel som densiteten av det slam som beveger seg nedover til formasjonen. Den fjernstyrte ventil 36 kan inkludere et roterende element 37 som tillater at den fjernstyrte ventil 36 kan åpnes eller kontrolleres. Som et ytterligere eksempel kan den fjernstyrte ventil 36 være en svingbar portventil med en hydraulisk avbruddssikring som automatisk lukker ventilen i tilfellet av et tap av hydraulikk. Den fjernstyrte ventil 36 kan muliggjøre graden av underbalanser! boring til å være overflatestyrt eller fjernstyrt avhengig av avfølte tilstander, inklusive det oppover trykk som leveres av formasjonen. For eksempel kan den fjernstyrt ventil 36 styres akustisk fra overflaten.

I noen utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan strømnings-kontroll foretas mest effektivt ved overflaten, mens avstengingskontroll foretas best på havbunnen. Pumpingen av det lavere densitetsfluid foretas også på overflaten, men injeksjonen av dette fluid kan foretas ved havbunnsavstengningssammenstillingen 24, i en utførelsesform mellom kutteventilene 30a og 30b.

Det roterende hode 10, vist mer detaljert i figur 4, er koplet til overflate-utblåsingssikringsstakken 12 ved en skjøt 70. Returnerende fluid, indikert som Mut, føres gjennom en ventil 68 til et passende oppsamlingsområde. Opp-samlingsområdet kan oppsamle både boreslam med medrevet borekaks, så vel som produksjonsfluider som for eksempel hydrokarboner. Produksjonsfluidene kan separeres ved bruk av velkjente metoder.

Oppoverstrømningen av fluidet Mut begrenses av en pakning 62. I en utførelsesform er pakningen 62 en gummi- eller elastisk ring som tetter ringrommet omkring strengen 40 og hindrer den videre oppoverstrømning av fluider. Samtidig muliggjør pakningen 62 utøvelsen av en roterende kraft i retningen av den sirkulære pil fra det roterende hode 66 til strengen 40 for boreformål. Tetninger 65 kan være anordnet mellom en teleskopskjøt 64 og det roterende hode 66 ettersom både boring og produksjon kan gjennomføres i en underbalanser! situasjon.

I noen utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan en hav-bunnsavstengingssammenstilling 24 være anordnet for å avstenge strengen i tilfellet av en svikt, som for eksempel en utblåsing. Samtidig kontrollerer overflate ringromsutblåsingssikringerfluidstrømning. Dobbeltgradient boring kan oppnås ved tilveiebringelse av fluid fra overflaten gjennom et sideinnløp inn i regionen mellom øvre og nedre utblåsingssikringer 30 av kutteventiltypen. Ved anordningen av det separate strekkrør 26 med en fjernstyr! havbunnsfrakoplingslås 74 kan passende volum av fluid tilføres som ellers ikke ville være tilgjengelig med konvensjonelle drepe- og strupeledninger. Strekkrøret 26 for tilveiebringelse av densitetskontrollfluidet kan både strekkes og låses. Som et resultat kan dobbeltgradient produksjon og boring oppnås i noen utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse.

Mens den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer vil de fagkyndige innse tallrike modifikasjoner og variasjoner derfra. Det er ment at de etterfølgende patentkrav skal dekke alle slike modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor den reelle idé og ramme for den foreliggende oppfinnelse.

Claims (15)

1. Borerigg, omfattende: et roterende hode (10); en overflateutblåsingssikring (12) montert under det nevnte roterende hode (10) på den nevnte borerigg; karakterisert ved at boreriggen videre omfatter: et apparat for å pumpe fluid til en havbunnslokalitet for å nedsette densiteten av borefluid som returnerer til den nevnte borerigg.

2. Borerigg ifølge krav 1, karakterisert ved at den inkluderer et foringsrør koplet fra den nevnte overflateutblåsingssikring (12) til en havbunns under-vannsutblåsingssikring (24).

3. Borerigg ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte havbunns-utblåsingssikring (24) inkluderer et par utblåsingssikringer av kutteventiltypen.

4. Borerigg ifølge krav 2, karakterisert ved at den inkluderer en fjernstyrt lås for å kople det nevnte foringsrør fra nevnte havbunnsutblåsings-sikring (12).

5. Borerigg ifølge krav 2, karakterisert ved at foringsrøret er strukket.

6. Borerigg ifølge krav 1, karakterisert ved at den inkluderer en separat ledning for å tilføre lavere densitetsfluid til en havbunnslokalitet for å nedsette densiteten av boreslam som skal returneres til den nevnte borerigg.

7. Borerigg ifølge krav 6, karakterisert ved at ledningen er under strekk.

8. Borerigg ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at en frakoplingslås er anordnet for å frakople ledningen ved en havbunnslokalitet.

9. Borerigg ifølge krav 6, karakterisert ved at den inkluderer en undervannsutblåsingssikring (24) og en kopling for å motta den nevnte ledning.

10. Rigg ifølge krav 9, karakterisert ved at undervannsutblåsings-sikringen inkluderer et par undervannsutblåsingssikringer av kutteventiltypen og at nevnte kopling er arran-gert mellom nevnte par av utblåsingssikringer av kutteventiltypen.

11. Borerigg ifølge krav 6, karakterisert ved at den inkluderer en ventil i nevnte ledning for å kontrollere strømningen av fluid for å nedsette densiteten av nevnte boreslam.

12. Borerigg ifølge krav 1, karakterisert ved at det nevnte roterende hode (10) inkluderer en elastisk pakning og en borestreng og rør, hvor den nevnte elastiske pakning skal tette regionen mellom den nevnte borestreng og nevnte rør og overføre rotasjons-energi fra nevnte rør til nevnte borestreng.

13. Borerigg ifølge krav 3, karakterisert ved at den videre omfatter: en innretning som kopler sammen nevnte utblåsingssikringer, hvori inn-retningen har et innløp for å motta et densitetsnedsettende fluid for å nedsette densiteten av boreslam som beveger seg oppover gjennom den nevnte innretning.

14. Borerigg ifølge krav 13, karakterisert ved at den omfatter en separat ledning for å tilføre densitetsnedsettende fluid, idet den nevnte ledning inkluderer en fjernstyrt ventil.

15. Borerigg ifølge krav 14, karakterisert ved at ventilen lukkes automatisk etter tap av kontroll.