NO20190900A1

NO20190900A1 - Fremgangsmåte og anordning for trykkregulering av en brønn

Info

Publication number: NO20190900A1
Application number: NO20190900A
Authority: NO
Inventors: Børre Fossli
Original assignee: Enhanced Drilling As
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2004-03-31
Also published as: BR0212430A; CA2803812C; NO20041034L; NO337346B1; US7497266B2; CA2461639C; NO20083950L; US8322439B2; NO321493B1; NO20061852L; NO326509B1; NO344057B1; US20070289746A1; NO326509B3; CA2803812A1; US7264058B2; BRPI0212430B1; CA2461639A1; NO20111225A1; US20120067590A1

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR TRYKKREGULERING AV EN BRØNN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for å opprettholde et ønsket bunnhullstrykk der et væskenivå i stigerøret justeres opp eller ned, fremgangsmåte for å rense ut borerester eller gass fra et stigerør ved å løfte væskenivået til overflaten, fremgangsmåte for å sementere fôringsrør ved å redusere væskenivået i stigerøret slik at det kompenseres for den høyere egenvekten av sementoppslemmingen og anordning for å trekke en sugeslange inn til et utløp på stigerøret ved hjelp av en hivkompensert vinsj. Fremgangsmåtene og anordningen ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet til bruk ved boring av olje- og gassbrønner fra offshoreinstallasjoner som flyter på vannflaten på dyp som typisk er mer enn 500 m over havbunnen. Oppfinnelsen utnytter et stigerørsystem for boring som er innrettet slik at trykket i bunnen av et havbunnsborehull kan kontrolleres på en helt ny måte, og at hydrokarbontrykket fra den utborede formasjon kan håndteres på en like ny og sikker måte i selve stigerørsystemet.

Denne oppfinnelsen angir spesielt en fremgangsmåte som kan redusere borekostnadene på dypt vann og føre til en stor forbedring i sikkerheten ved håndtering av de hydrokarbongasser eller –væsker som eventuelt lekker ut av undergrunnsformasjonen under havbunnen og deretter pumpes fra undergrunnsformasjonen med borefluidet til boreinstallasjonen som flyter på havoverflaten. Ved å gjennomføre boreoperasjoner med den nye fremgangsmåten, vil det åpne for en helt ny måte å kontrollere trykket i bunnen av brønnen på, samtidig som det gir anledning til sikker og effektiv håndtering av hydrokarboner i borerørsystemet. Anordningen omfatter anvendelse av tidligere kjent teknikk, men er anordnet slik at det oppnås en helt ny borefremgangsmåte. Ved å anordne de ulike systemer som er koplet til borerøret, på denne spesielle måte, kan således en helt ny og ikke tidligere brukte fremgangsmåte utføres uten risiko på dypt vann.

Erfaring fra borearbeider på dypt vann har vist at undergrunnsformasjonene som skal bores ut, vanligvis har en bruddstyrke nær det trykket som bevirkes av en søyle sjøvann.

Etter hvert som hullet blir dypere, forblir forskjellen mellom poretrykket i formasjonen og bruddtrykket i formasjonen liten. Den lille marginen fører til at det må settes mange fôringsrørstrenger for å isolere de øvre deler av bergarten som har en mindre fasthet, fra væsketrykket som utøves av borefluidet som brukes til å regulere de høyere formasjonstrykk lenger ned i brønnen. I tillegg til det statiske væsketrykk som virker mot formasjonen fra en stasjonær fluidsøyle i brønnhullet, skapes det også dynamiske trykk når fluid sirkuleres gjennom borkronen. Disse dynamiske trykk som virker mot bunnen av borehullet, skapes når borefluid pumpes gjennom borkronen og opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og formasjonen. Størrelsen på disse kreftene avhenger av flere faktorer, som for eksempel fluidets reologi, hastigheten til fluidet som pumpes opp gjennom ringrommet, borehastigheten og borehullets karakteristiske egenskaper. Disse ekstra, dynamiske krefter blir spesielt viktige for borehuller med mindre diameter. I dag kontrolleres disse kreftene ved å bore forholdsvis store huller og dermed holde borefluidets ringromshastighet nede, og ved å regulere borefluidets reologi. Formelen for å beregne disse dynamisk trykk er angitt i den etterfølgende, detaljerte beskrivelse. Dette nye trykk som opptrer ved formasjonen i bunnen av hullet og forårsakes av boreprosessen, kalles ofte ekvivalent sirkulasjonstetthet (Equivalent Circulating Density - ECD).

Ved alle borearbeider i dypvannsbrønner offshore som har funnet sted til dags dato, har bunnen av brønnen blitt utsatt for det kombinerte væsketrykk som utøves av fluidsøylen fra borefartøyet til bunnen av brønnen, og det ekstra trykk som følger av sirkulasjonen. En borerørstreng som forbinder havbunnen med borefartøyet, rommer dette borefluid. Bunnhullstrykket som skal overvinne formasjonstrykket, reguleres ved å øke eller minske tettheten til borefluidene i tradisjonell boring til det må settes et fôringsrør for å unngå å bryte opp formasjonen.

For å utføre borearbeider på en sikker måte må brønnen romme minst to barrierer.

Hovedbarrieren vil være borefluidet i borehullet med tilstrekkelig tetthet til å kontrollere formasjonstrykket, også i det tilfelle at borestigerøret koples fra brønnhodet. Denne trykkforskjell som følger av tetthetsforskjellen mellom sjøvann og borefluid, kan på dypt vann være betydelig. Den andre barriere vil være utblåsingssikringen (UBIS) (engelsk forkortelse BOP), i tilfelle av tap av hovedbarrieren.

Etter som borefluidet må ha en spesifikk vekt som er slik at det i brønnen gjenværende fluid fremdeles er tungt nok til å kontrollere formasjonen når borestigerøret koples fra, oppstår det et problem ved boring på dypt vann. Dette skyldes at stigerøret vil være fullt av tungt slam når det er koplet til havbunnsutblåsingssikringen, hvilket forårsaker et høyere bunnhullstrykk enn det som kreves for kontroll av formasjonen. Dette gjør at det oppstår et behov for å sette hyppige fôringsrør i den øvre del av hullet, siden formasjonen ikke kan bære den høyere slamvekt fra overflaten.

For å kunne bore brønner med et borefluid som har høyere tetthet enn nødvendig, vil det i borehullet bli installert flere fôringsrør for å isolere svake formasjonssoner.

Følgen av flere fôringsrørstrenger vil være at hvert nye fôringsrør reduserer borehullsdiameteren. Følgelig må den øverste delen være stor for å kunne bore brønnen til planlagt dybde. Dette betyr også at det med nåværende fremgangsmåter er vanskelig å anlegge slanke eller forminskede brønner på dypt vann.

Mange tidligere publikasjoner beskriver og foreslår fremgangsmåter for å løse og forenkle dette problemet. Først vil det bli gitt en forklaring av ”dobbelgradientborings”-systemet.

Det henvises til amerikanske patenter 4291 722, 4 813495 og 6263 981 som eksempler på tidligere publikasjoner som beskriver et system med en væske med annen tetthet i stigerøret (eller sjøvann uten stigerør) enn boreslammet, som vanligvis brukes som borefluid, og som strømmer tilbake fra borehullet. Amerikansk patent 4291 722 angir det lettere fluid som sjøvann, og utelukker bruken av luft. Amerikansk patent 4 291 722 beskriver væskenivået for det lettere fluid i stigerøret beliggende nær eller tett ved sjøvannsnivået, og med en grenseflate mellom væske og luft nær havoverflaten og over en ringromssikring (RUBIS) som er anbrakt under havoverflaten. Systemet ifølge amerikansk patent 4291 722 angir et lavtrykks-stigerør med tradisjonelle brønndrepings- og strupeledninger som løper parallelt med borestigerøret fra en havbunns-UBIS og opp til overflatefartøyet. Derfor er amerikansk patent 4291 722 et dobbeltgradient-system.

I dobbeltgradientsystemer vil det befinne seg væsker med ulik tetthet i borehullet og stigerøret, hvilket gjør det mulig å bore lengre seksjoner uten å måtte sette ned nye fôringsrør. Alle systemer som hittil er beskrevet, innbefatter imidlertid et tradisjonelt lavtrykks-borestigerør med brønndrepings- og strupeledninger som løper tilbake til overflatefartøyet eller plattformen fra havbunns-UBIS’en. Dette fører til flere alvorlige problemer dersom det blir nødvendig å håndtere hydrokarboner, og ved brønnspark og brønnkontroll.

Det henvises også til amerikanske patenter 4091 881 og 4063 602. Begge disse skrifter beskriver en “enkelgradient” og et væskenivå under vannoverflaten. Amerikansk patent 4 063 602 beskriver en fluidreturpumpe installert i nedre del av et borestigerørsystem. Returfluidet fra brønnen kan pumpes tilbake til overflaten gjennom et ledningsrør eller slippes ut i havet gjennom åpning av en ventil. Ventilen eller returpumpen regulerer nivået i stigerøret. Denne oppfinnelse angir også å kunne påvise trykket inne i stigerøret ved hjelp av et elektrisk signal.

Amerikansk patent 4063 602 har ikke en trykkbegrensningsmantel eller overflate-UBIS for å håndtere alvorlige brønnsparksituasjoner eller håndtere permanent produksjon av gass fra undergrunnsformasjoner ved underbalanserte boreforhold.

WO99/18327 beskriver et system med en stigerørsmontert pumpe som ligner den i amerikansk patent US 4063 602, montert på et tradisjonelt stigerør med utvendige brønndrepings- og strupeledninger. Stigerøret er åpent mot overflaten og rommer en lavtrykks-glideskjøt mellom det punkt hvor stigerørsseksjonen strammes til borefartøyet, og selve borefartøyet. Pumpen(e) er montert på utsiden av borestigerøret, og returboreslammet vil bli pumpet gjennom pumpen og sendt via brønndrepings- og strupeledningene på utsiden av borestigerøret. En form for instrumentanordning på stigerørsseksjonen vil regulere nivået i stigerøret. Nivået vil være betydelig lavere enn borefartøyet og betydelig høyere enn havbunnen.

Denne tidligere publikasjon har til hensikt å kompensere for ”stigerørsmargin”-effekten på dypt vann. Den nevner ikke de dynamiske virkninger av selve borearbeidet, som for eksempel ECD, trykkstøt- og trykkfallsvirkninger.

Senkingen av nivået i stigerøret til et på forhånd bestemt nivå beskrives i amerikansk patent US 4063 602. Denne tidligere kjente teknikk kan ikke benyttes til underbalansert bruk der hvor borestigerøret brukes til gassavskilling, siden den tidligere kjente teknikk ikke har et trykkbegrensningssystem på overflaten som kan benyttes til å holde gasstrykket under kontroll. Den omfatter heller ikke den spesielle fordel som oppnås ved at det ikke er behov for brønndrepings- og strupeledningene og høytrykksstigerørsomføringsledningen i brønnkontrollsituasjoner.

Oppmerksomheten rettes så mot amerikanske patenter 5848 656 og 5727 640. Disse viser fordelen ved å bruke både en overflate- og en havbunns-UBIS for derved å eliminere bruken av tradisjonelle, utvendige brønndrepings- og strupeledninger i borestigerøret på store vanndyp. Amerikansk patent 5727 640 vedrører en anordning til bruk ved boring av olje- og gassbrønner, spesielt dypvannsbrønner, og skriftet gir instrukser for hvordan stigerøret brukes som en del av et høytrykkssystem sammen med borerøret, nemlig ved at anordningen omfatter en overflate-utblåsingssikring (surface blowout preventer - SURBOP) som er koplet til et høytrykksstigerør (SR), som i sin tur er koplet til en brønn-utblåsingssikring (subsurface blowout preventer - SUBUBIS), og en sirkulasjons-/brønndrepingsledning (TL) som forbinder nevnte utblåsingssikringer (SURUBIS, SUBUBIS), og hvor alle er innrettet som et høytrykkssystem for boring a slank brønn på dypt vann.

Amerikansk patent 5848 656 vedrører en anordning for kontroll av havbunnstrykk, hvor denne anordning er tilpasset for bruk i en boreinstallasjon omfattende en havbunns-utblåsingssikring og en overflate-utblåsingssikring, mellom hvilke det er anordnet et stigerør for forbindelse, og med det formål å definere en anordning hvor man kan unngå bruken av brønndrepings- og strupeledninger.

Disse to ovennevnte eksempler på tidligere kjent teknikk omfatter imidlertid ikke en fremgangsmåte hvorved man kan utligne og kompensere for ECD-effekten. For å oppnå ECD-kompensasjon er det nødvendig å introdusere det nedre slamreturutløpet og senke væskenivået i stigerøret. Det er spesielt viktig fordi et høytrykksstigerør pr. definisjon vil ha en mindre (typisk 14” – 9”) innvendig diameter enn et vanlig borestigerør (typisk 21” – 16“), og følgelig kan ECD-effekten i et høytrykksstigerør være betydelig større enn det som er vanlig i en dypvannsbrønn.

Oppmerksomheten rettes så mot amerikanske patenter 4046 191, 4210 208 og 4220 207. Omførings- eller trykkutjevningsledningen, som går forbi bore-UBIS’en for å utligne trykket under en innelukket havbunns-UBIS i borestigerøret, er velkjent og beskrevet i litteraturen. Enkelte utjevningssløyfer omfatter hydrauliske strupeventiler, mens andre systemer fremviser lukkede/åpne ventiler.

Videre oppmerksomhet rettes mot amerikansk patent 6415 877. Dette skrift omhandler et apparat som gjør bruk av en pumpe og sugingen fra en pumpe for å regulere og redusere bunnhullstrykket i brønnen som er under boring. I amerikansk patent

6 415 877 krever dette at det gjennomføres en spesiell boreoperasjon gjennom en lukket trykkbegrensningsmantel rundt borestrengen ved havbunnen.

Det er normalt ikke mulig å regulere trykket fra overflaten under tradisjonelle borearbeider, på grunn av at brønnreturen vil strømme inn i et åpent strømningsrør ved atmosfærisk trykk. For å oppnå trykkstyring ved brønnhodet må brønnreturen sendes gjennom et lukket strømningsrør via en lukket utblåsingssikring til en strupemanifold. Fordelen ved å styre bunnhullstrykket ved hjelp av trykkstyring ved brønnhodet er at en trykkendring ved overflaten fører til en nesten momentan trykkreaksjon i bunnen av hullet når det brukes et énfaset borefluid. Overflatetrykket bør som regel holdes så lavt som mulig for å gi et tryggere arbeidsmiljø for personellet som arbeider på riggen. Det er derfor bedre å styre brønnen ved å endre trykkene i brønnhullet i størst mulig grad.

Dette kan vanligvis gjøres ved hjelp å regulere væsketrykket og friksjonstrykket i ringrommet.

Regulering av væsketrykket er hovedfremgangsmåten for å regulere bunnhullstrykket ved vanlig boring. Slamvekten vil bli regulert slik at brønnen befinner seg ved overbalansebetingelser når det ikke finner sted noen sirkulasjon av borefluid. Om nødvendig kan slamvekten/-tettheten forandres avhengig av formasjonstrykket. Dette er imidlertid en tidkrevende prosess som fordrer tilsetting av kjemikalier og vektmateriale i boreslammet.

Den andre måten å regulere bunnhullstrykket på er regulering av friksjonstrykk. Høyere sirkuleringshastigheter gir høyere friksjonstrykk og følgelig høyere trykk i borehullet. En endring i pumpemengde vil føre til en rask forandring i bunnhullstrykket (BHP). Ulempen ved å bruke regulering av friksjonstrykk er at man mister kontrollen når fluidsirkulasjonen opphører. Friksjonstrykktap begrenses også av høyeste pumpehastighet, pumpens trykklasse og av største gjennomstrømningsmengde gjennom brønnsammenstillingen.

Den eneste henvisning til nøytralisering av ECD-effekten finnes i SPE-artikkel IADC/SPE 47821. I denne artikkel henvises det til WO 99/18327.

NO 305138, NO 306174, US 6454022 og FR 2787827 beskriver også kjent teknikk innenfor området.

Hver og en av de ovennevnte referanser innlemmes herved gjennom henvisning.

Ovennevnte, tidligere kjente teknikk har mange ulemper. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å unngå alle eller noen av de ovennevnte ulempene ved tidligere kjent teknikk. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte som angitt i den kjennetegnende delen av det etterfølgende krav 1 og en anordning som angitt i den kjennetegnende delen av det etterfølgende krav 6.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Noen av aspektene og mulighetene ved den foreliggende oppfinnelse vil bli angitt nedenfor.

I ett aspekt fremskaffer den foreliggende oppfinnelse nye, praktisk gjennomførbare og sikre fremgangsmåter for boring av dypvannsbrønner fra flytende installasjoner. I dette aspekt oppnås fordeler i forhold til tidligere kjent teknikk med økt sikkerhet. Nærmere bestemt gir oppfinnelsen veiledning i hvordan væsketrykket som utøves mot formasjonen gjennom borefluidet i bunnen av hullet, kan reguleres ved å variere væskenivået i borestigerøret.

I et annet aspekt gir oppfinnelsen en spesiell fordel i brønnkontrollsituasjoner (brønnspark) eller ved planlagt boring av brønner med væsketrykk fra borefluid som er mindre enn formasjonstrykket. Dette kan gjelde kontinuerlig produksjon av hydrokarboner fra undergrunnsformasjonen som vil bli sirkulert til overflaten sammen med borefluidet. Med denne nyskapende oppfinnelse kan både brønnspark og håndtering av hydrokarbongass kontrolleres på en sikker og effektiv måte.

I enda et aspekt av oppfinnelsen vil væskenivået i stigerøret bli senket til en vesentlig dybde under havflaten med gjenværende luft eller gass i stigerøret over nevnte nivå.

I motsetning til dobbeltgradient-systemer ifølge tidligere publikasjoner, gjør ett aspekt av oppfinnelsen bruk av et system med en enkelt væskegradient, fortrinnsvis borefluid (slam og/eller kompletteringsfluid), med en gass- (eller luft-) søyle øverst.

I enda et aspekt av den foreliggende oppfinnelse finner man kombinasjonen av trykkbegrensning ved overflaten og under overflaten (UBIS). Den foreliggende oppfinnelse avviker i dette aspekt fra amerikansk patent 4063 602 ved at den innbefatter følgende funksjoner: Et høytrykksstigerør med en trykkfullstendighet som er stor nok til å motstå et trykk lik det høyeste formasjonstrykk man forventer å oppleve i undergrunnen, typisk 3000 psi (200 bar) eller høyere; stigerøret ender i begge ender i et trykkbegrensningssystem som for eksempel en utblåsingssikring; et utløp fra stigerøret til en havbunnspumpesystem, typisk langt under havoverflaten og langt over havbunnen, omfattende en tilbakeslagsventil; havbunns-UBIS’en har en utjevningssløyfe (omføringsledning) som vil utligne trykket under og over en lukket havbunns-UBIS, og hvor utjevningssløyfen forbinder havbunnsbrønnen med stigerøret; sløyfen har minst én og fortrinnsvis to overflatestyrt(e) ventil(er).

Det kan være minst én strupeledning i den øvre del av borestigerøret med lik eller høyere trykklasse enn borestigerøret.

Ved å legge inn ovennevnte funksjoner oppnås et velfungerende system som kan utføre borearbeider på en sikker måte. Utjevningsledningen kan brukes i en brønnkontrollsituasjon når og dersom en stor innstrømming av gass må sirkuleres ut av brønnen.

I den foreliggende oppfinnelse kan man innrette høytrykksstigerøret og høytrykksborerøret på en slik måte mellom havbunns-UBIS’en og overflate-UBIS’en at de kan brukes som separate høytrykksledninger til å erstatte strupeledning og brønndrepingsledning.

I enda et aspekt innlemmer den foreliggende oppfinnelse denne utjevningssløyfe i kombinasjon med en lavere enn vanlig grenseflate mellom luft og væske i stigerøret for brønnkontrollformål. Dette trekket kan kombineres med et spesielt lavt nivå av borefluid i stigerøret. Brønnen kan ikke være lukket inne ved overflate-UBIS’en når det bores med et lavt borefluidnivå i stigerøret, ettersom det kan ta for lang tid før den store mengden luft ville komprimeres, eller væskenivået i stigerøret vill kanskje ikke stige raskt nok til å forhindre en stor innstrømming i brønnen i tilfelle av et brønnspark. Følgelig er brønnen ifølge et aspekt av den foreliggende oppfinnelse lukket inne ved havbunns-UBIS’en. Imidlertid er omføringssløyfen inkludert, siden det benyttes et høytrykksstigerør uten utvendige brønndrepings- og strupeledninger fra havbunns-UBIS’en til overflaten, for dermed å være i stand til å sirkulere ut en stor innstrømming forbi en lukket havbunns-UBIS og inn i høytrykksstigerøret. Dersom innstrømmingen består av gass, kan denne gassen luftes ut gjennom strupeledningen i eller under den lukkede overflate-UBIS mens væsken pumpes opp gjennom det nedre slamreturrør gjennom det nedre slamreturutløpet. Dette nedre slamreturrør og –utløp har fortrinnsvis en gasslåsende U-rørform under havbunnsreturpumpene, hvor denne vil forhindre at en stor del av gassen suges inn i pumpesystemet. Dersom det kun finnes en liten mengde hydrokarbongass i borestigerøret, installeres en luft/gasskompressor i det vanlige strømningsrøret på overflaten, hvor denne vil suge luft fra innsiden av borestigerøret og skape et trykk som ligger under det atmosfæriske trykk over stigerøret. Kompressoren vil sende luften/gassen til fakkelbommen eller et annet sikkert gassutløp på plattformen. I enda et aspekt holdes væskenivået (boreslam) forholdsvis nær utløpet, og gasstrykket er nær atmosfærisk trykk, noe som fører til at mesteparten av gassen i stigerøret skilles ut. I dette aspekt av oppfinnelsen vil stigerøret bli et gassavskillingskammer.

I enda et aspekt av oppfinnelsen vil omføringssløyfen sammen med det nedre slamreturutløp også gi opphav til mange nyttige og forbedrede fremgangsmåter for å håndtere brønnspark, formasjonstesting og beredskapsprosedyrer. Følgelig er denne kombinasjonen et enestående trekk ved oppfinnelsen.

I enda et aspekt av den foreliggende oppfinnelse reguleres bunnhullstrykket uten at det er behov for et lukket trykkbegrensningselement rundt borestrengen noe sted i systemet. Trykkbegrensning vil kun være nødvendig i en brønnkontrollsituasjon, eller dersom det utføres på forhånd planlagt, underbalansert boring. Den foreliggende oppfinnelse angir hvordan bunnhullstrykket kan reguleres under vanlige borearbeider, og hvordan ECD-effektene kan nøytraliseres.

Den foreliggende oppfinnelse presenterer den enestående kombinasjon av et høytrykksstigerør-system og et system med trykkbarrierer både på overflaten og på havbunnen, hvor dette eksisterer side om side med kombinasjonen av et lavnivåretursystem. Oppfinnelsen gir anledning til å kompensere for både trykkøknings-(surge-) og trykkfalls- (swab-)virkninger av det å kjøre rør inn i brønnen eller trekke rør ut av brønnen, samtidig som den også kompenserer for de dynamiske trykk fra sirkulasjonsprosess-ECD’en. Oppfinnelsen vedrører i dette aspekt hvordan denne reguleringen vil gjennomføres.

I et aspekt overvinner oppfinnelsen mange ulemper med andre forsøk, og tilfredsstiller nåværende krav ved å anordne fremgangsmåter og anordninger hvorved fluidnivået i høytrykksstigerøret kan senkes under havoverflaten og reguleres slik at det hydrostatiske trykk i bunnen av hullet kan styres ved å måle og regulere væskenivået i stigerøret i henhold til de dynamiske boreprosesskrav. På grunn av boreprosessens dynamiske karakter vil ikke væskenivået holde seg stabilt på et bestemt nivå, men vil hele tiden varieres og reguleres ved hjelp av pumpestyringssystemet. Væskenivået kan være hvor som helst mellom det normale returnivå på borefartøyet over overflate-UBIS’en og dybden på det nedre slamreturutløp. På denne måten kontrolleres bunnhullstrykket ved hjelp av det nedre slamretursystem. Et trykkreguleringssystem styrer hastigheten til slamløftepumpene på havbunnen og manipulerer aktivt nivået i stigerøret, slik at trykket i bunnen av brønnen styres etter boreprosessens behov.

Fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse representerer i enda et aspekt en ny, raskere og sikrere måte å regulere og kontrollere bunnhullstrykk på ved boring av olje- og gassbrønner offshore. Med de beskrevne fremgangsmåter er det mulig å regulere trykket i bunnen av brønnen uten å forandre borefluidets tetthet. Evnen til å kontrollere trykket i bunnen av hullet og samtidig og med samme utstyr kunne begrense og på sikker måte styre hydrokarbontrykket på overflaten, gjør den foreliggende oppfinnelse og det foreliggende stigerørsystem til noe helt nytt og enestående.

Kombinasjonen vil gjøre boreprosessen mer allsidig og gi rom for nye og bedre fremgangsmåter for boring med bunnhullstrykk som er lavere enn formasjonstrykket, som ved underbalansert boring.

Grenseflatenivået mellom væske og luft kan brukes til å kompensere for friksjonskrefter i bunnen av brønnen under sementering av fôringsrør, og kompenserer også for trykkstøts- og trykkfallsvirkninger under innkjøring eller uttrekking av fôringsrør og/eller borerør i hullet under kontinuerlig sirkulasjon. For å vise dette vil nivået i ringrommet være lavere ved pumping gjennom borerøret og opp gjennom ringrommet enn når det ikke forekommer sirkulasjon i brønnen. På lignende vis vil nivået være høyere enn statisk ved uttrekking av borkronen og bunnhullssammenstillingen av det åpne hull for å kompensere for trykkfallseffektene ved uttrekking fra et trangt hull.

Fremgangsmåten med å variere fluidnivået kan også brukes til å øke bunnhullstrykket i stedet for å øke slamtettheten. Normalt vil poretrykket også variere etter hvert som boringen skjer dypere i formasjonen. Under tradisjonelle borearbeider må boreslammets tetthet justeres. Dette er tidkrevende og kostbart, siden hele det sirkulerende volum må tilsettes tilsetningsstoffer. Med LRRS (Low Riser Return System – det nedre slamretursystem) kan tettheten forbli den samme under hele boreprosessen. Dermed reduseres tidsbruken og kostnadene forbundet med borearbeidet.

I motsetning til tidligere kjent teknikk kan nivået i stigerøret senkes samtidig som slamvekten økes, slik at trykket øverst i den borede seksjon reduseres, mens bunnhullstrykket økes. På denne måten er det mulig å redusere trykket mot svake formasjoner lenger opp i hullet og kompensere for høyere poretrykk i bunnen av hullet. Således er det mulig å dreie trykkgradientlinjen fra boreslammet om et fast punkt, for eksempel havbunnen eller ledeskoen.

Fordelen er at dersom det forekommer et uventet høyt trykk dypt nede i brønnen, og formasjonen høyt oppe ved ledeskoen på overflaten ikke kan tåle et høyere slamreturnivå eller høyere borefluidtetthet ved det eksisterende returnivå, kan dette kompenseres ved å senke nivået i stigerøret ytterligere samtidig som slamvekten økes. Den kombinerte virkning av dette vil være et redusert trykk ved den øvre ledesko, samtidig som det oppnås et høyere trykk i bunnen av hullet uten å overstige bruddtrykket under fôringsrøret.

Et annet eksempel på nytten av systemet er å bore sterkt uttømte formasjoner uten å måtte gjøre borefluidet om til gass, skum eller andre boresystemer som er lettere enn vann. Et poretrykk på 0,7 SG (spesifikk vekt) kan nøytraliseres ved hjelp av et lavt væskenivå med sjøvann på 1,03 SG. Denne evnen gir store fordeler ved boring på uttømte felt, siden reduksjonen av det opprinnelige formasjonstrykk fra 1,10 SG til 0,7 SG gjennom produksjon, også kan føre til et redusert formasjonsbruddtrykk, som ikke kan bores med sjøvann fra overflaten. Med den foreliggende oppfinnelse kan bunnhullstrykket som utøves av fluidet i brønnhullet, reguleres slik at det i hovedsak er lavere enn det hydrostatiske trykk for vann. Med de tidligere kjente boreinnretninger vil dette kreve bruk av spesielle borefluidsystemer med gasser, luft eller skum. Med den foreliggende oppfinnelse kan dette oppnås ved hjelp av enkle sjøvannsbaserte borefluidsystemer.

Systemet kan imidlertid i tillegg også brukes til å etablere underbalanserte forhold og bore uttømte formasjoner på en sikrere og mer effektiv måte enn ved radikalt å justere borefluidtettheten, som ved tradisjonell praksis. For å oppnå dette, og for å kunne bore på en sikker og effektiv måte, må anordningen utformes ifølge den foreliggende oppfinnelse. De økonomiske besparelser er et resultat av den hittil ukjente kombinasjon ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Systemet kan brukes til tradisjonell boring med en overflate-UBIS med retur til fartøyet eller boreinstallasjonen som vanlig, med mange ekstra fordeler på dypt vann.

Havbunns-UBIS’en kan forenkles kraftig sammenlignet med tidligere kjent teknikk, hvor det kun finnes en undervanns-UBIS. I den foreliggende oppfinnelse kan undervanns-UBIS’en lages mindre enn vanlig, siden det er behov for et mindre antall fôringsrør i brønnen. Siden flere funksjoner, som for eksempel ringromssikringen og minst ett omslutningshode, flyttes til overflate-UBIS’en oppå borestigerøret over havoverflaten, er det samlede system mindre kostbart og vil også åpne for nye og bedre fremgangsmåter for brønnkontroll. I tillegg er det ikke lenger behov for å ha utvendige brønndrepings- og strupeledninger forløpende fra overflate-UBIS’en til havbunns-UBIS’en, slik det er i tradisjonelle boresystemer.

Ved å ha en overflate-utblåsingssikring oppå borestigeøret, kan alle hydrokarboner trygt luftes ut gjennom boreriggens strupeledningsmanifold.

Et annet aspekt av den foreliggende oppfinnelse er en sløyfe som danner en “vann/gasslås” i sirkulasjonssystemet under den havbunnsbaserte slamløftepumpe, hvor denne vil forhindre at store mengder hydrokarbongasser trenger inn i pumperetursystemet.

Høyden på pumpeseksjonen kan lett justeres, siden den kan kjøres på et eget rør, og dermed også høyden på vannlåsen. Ved at hydrokarbongasser hindres i å strømme inn i returrøret, vil returpumpen fungere mer effektivt, og hastigheten ved hvilken returfluidet pumpes opp gjennom røret kan reguleres mer nøyaktig.

Under normal drift vil borestigerøret fortrinnsvis bli holdt åpent mot atmosfæren, slik at eventuell damp fra hydrokarbonene fra brønnen vil bli luftet ut i borestigerøret. En luftkompressor vil suge luft/gass fra toppen av borestigerøret til fakkelbommen eller et annet sikkert gassutløp på boreinstallasjonen og skape et trykk under atmosfæretrykk i toppen av stigerørsystemet. Siden trykket i borestigerøret ved den nedre slamreturutløpsledning vil være nær atmosfærisk og betydelig lavere enn trykket i pumpereturledningen, vil mesteparten av gassen skilles fra væsken. Dersom det slippes ut en stor mengde gass fra boreslammet i stigerøret, vil overflate-UBIS’en måtte stenges og gassen luftes ut gjennom strupeledningen 58 til strupemanifoldsystemet (ikke vist) på boreriggen. Det kan installeres et roterende hode på overflate-UBIS’en, og dermed kan stigerørsystemet brukes ved kontinuerlig underbalansert boring, og gass kan håndteres på en sikker måte ved i tillegg å ha avdrivningselementer anordnet i overflate-UBIS-systemet. Som følge av dette kan dette system brukes ved underbalansert boring, og kan også brukes til å bore sterkt uttømte soner uten at det er behov for slam som er tilsatt luft, eller skumslam. Denne anordning vil få stigerøret til å fungere som en gassutskiller eller en førstetrinnsseparator i en underbalansert eller nesten-balansert boresituasjon. Dette kan gi plassbesparelser på overstellet, siden det meste av gassen allerede er skilt ut og returfluidet ved overflaten befinner seg ved atmosfærisk trykk, hvilket betyr at returfluidet kan sendes til riggens vanlige slam/gass-separator eller “Poor-Boy”-gassutskiller fra den havbunnsbaserte slamløftepumpe. I ekstreme tilfeller kan det være nødvendig å sende returfluidet fra de havbunnsbaserte slamløftepumper gjennom strupemanifolden på boreriggen eller hjelpefartøyet ved siden av boreriggen.

Ved å bruke denne nye fremgangsmåte for boring kan det oppnås store kostnadsbesparelser og økt brønnsikkerhet i forhold til tradisjonell boring. Den foreliggende oppfinnelse vil avhjelpe uheldig virkninger av tidligere kjent teknikk og samtidig åpne for nye og hittil ikke mulige operasjoner på dypt vann.

Dersom det oppstår en underbalansert situasjon hvorved formasjonstrykket er høyere enn det trykk som utøves av borefluidet, og formasjonsfluid uventet strømmer inn i borehullet, kan brønnen umiddelbart kontrolleres ved hjelp av anordningene og fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse ved ganske enkelt å heve fluidnivået i høytrykksstigerøret. Alternativt kan brønnen stenges ved hjelp av havbunns-UBIS’en. Ved hjelp av omføringsledningen i havbunns-UBIS’en kan innstrømmingen sirkuleres ut av brønnen og inn i høytrykksstigerøret under et konstant bunnhullstrykk som er lik formasjonstrykket. Eventuell gass som skilles ut ved væske/gassnivået (nær atmosfærisk trykk) i stigerøret, vil bli luftet ut og kontrollert ved hjelp av overflate-UBIS’en.

Stigerøret som anvendes i fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse har fortrinnsvis ingen strupe- eller brønndrepingsledninger, i motsetning til det som er vanlig for de fleste stigerør til bruk i havmiljøer. I stedet blir ringrommet mellom borerøret og stigerøret til strupeledningen, og borerøret blir til brønndrepingsledningen ved behov, når havbunns-UBIS’en er stengt. Dette vil gi operatøren en mye større mulighet til å håndtere uventede trykk eller andre brønnkontrollsituasjoner.

Fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse vil på en spesiell ny måte gjøre det mulig å kontrollere og regulere det hydrostatiske trykk som utøves mot undergrunnsformasjonene ved hjelp av borefluidet. Det vil bli mulig å regulere bunnhullstrykket på en dynamisk måte ved å senke nivået ned til en dybde under havoverflaten. Bunnhullstrykk kan endres uten å forandre borefluidets egenvekt. Det vil nå bli mulig å bore en hel brønn uten å forandre borefluidets tetthet, selv når poretrykket forandrer seg. Det vil også bli mulig å regulere bunnhullstrykket på en slik måte at det kan kompensere for de ekstra trykk som skyldes fluidfriksjonskrefter som virker mot borehullet under pumping og sirkulasjon av boreslam/-fluider gjennom en borkrone og opp gjennom ringrommet mellom det åpne hull/fôringsrøret og borerøret.

Oppfinnelsen egner seg også spesielt godt til bruk med kveilrørinnretninger og borearbeider ved bruk av kveilrør. Den foreliggende oppfinnelse vil også være spesielt anvendelig for å skape “underbalanserte” forhold hvor det hydrostatiske trykk i brønnhullet er lavere enn formasjonstrykket og lavere enn sjøvannstrykket i formasjonen.

Følgelig vil det å ha et tydelig væskenivå lavt nede i brønnen/stigerøret og et lavt gasstrykk i brønnhullet/stigerøret, hvor disse til sammen utbalanserer formasjonstrykket, ikke bare gjøre det mulig å bore på balansert vis fra flytende rigger, det vil for fagpersoner også åpne opp helt nye muligheter som ikke kan oppnås på grunnere vann eller på land.

Siden borestigerøret kan koples fra en lukket havbunns-UBIS, kan underbalansert boring gjennomføres på tryggere vis enn fra andre installasjoner som ikke har denne kombinasjon. Grunnen til dette er også at gasstrykket i stigerøret er meget lavt og vil få borestrengen til å være ”rørtung” til enhver tid, hvilket eliminerer behovet for snubbeutstyr eller et ”rørlett” omvendt kilebelte i borearbeidet. Dersom trykkoppbyggingen i luft/gass-fasen ikke kan holdet på et lavt nivå, kan en reduksjon i stigerørstrykket bevirkes gjennom å stenge havbunns-UBIS’en og kjøre returen gjennom utjevningssløyfen for derved å redusere trykket i stigerøret. Dette kommer av det faktum at friksjonstrykket fra fluidet som strømmer gjennom utjevningssløyfen med mindre diameter, vil øke bunnhullstrykket og dermed gi et redusert trykk i borestigerøret.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver en løsning som muliggjør prosesstyrt boring på en sikker og praktisk måte.

Disse og andre aspekter av den foreliggende oppfinnelse vil for fagfolk fremgå tydeligere ved gjennomgang av den etterfølgende, detaljerte beskrivelse av en foretrukket utførelse sammen med de ledsagende tegninger og patentkrav. Tegningene viser:

Figur 1 en skjematisk oversikt over anordningen;

Figur 2 en prinsippskisse og detaljert deltegning av anordningen på figur 1; Figur 3 en prinsippskisse og detaljert deltegning av anordningen på figur 2. Figur 4: en skjematisk detaljtegning over bruken av en inntrekkingsinnretning som skal brukes sammen med anordningen på figur 1;

Figur 5 et flytdiagram for et ECD- (eller nedihulls) prosesstyringssystem;

Figur 6 et diagram som viser fordelene ved den forbedrede fremgangsmåte for boring gjennom og produksjon fra uttømte formasjoner; og Figur 7 et diagram som viser fordelene ved virkningene av de forbedrede fremgangsmåter for å regulere det hydrostatiske trykk i en brønn som er under boring.

I følgende detaljerte beskrivelse, sett under ett med tidligere nevnte tegninger, har like deler samme henvisningstall.

Figur 1 viser en boreplattform 24. Boreplattformen 24 kan være en flytende, mobil boreenhet eller en forankret eller fast installasjon. Mellom havbunnen 25 og boreplattformen 24 forløper et høytrykksstigerør 6, hvor en havbunns-utblåsingssikring 4 er anbrakt i nedre ende av stigerøret 6 ved havbunnen 25, og en overflateutblåsingssikring 5 er koplet til øvre ende av høytrykksstigerøret 6 over eller nær havoverflaten 59. Overflate-UBIS’en har overflatebrønndrepings- og strupeledninger 58, 57 som er koplet til høytrykksstrupemanifolden på boreriggen (ikke vist). Stigerøret 6 krever ikke bruk av utvendige brønndrepings- og strupeledninger som løper fra havbunns-UBIS’en til overflaten. Havbunns-UBIS’en 4 har et mindre omføringsrør 50 (typisk innvendig diameter 1-4”) som vil overføre fluid mellom brønnhullet under en stengt utblåsingssikring 4 og stigerøret 6. Omføringsledningen (utjevningsledning) 50 gjør det mulig å utligne mellom brønnhullet og høytrykksstigerøret 6 når UBIS’en er stengt. Omføringsledningen 50 har minst én, fortrinnsvis to overflatestyrte ventiler 51, 52.

Utblåsingssikringen 4 er i sin tur koplet til et brønnhode 53 oppå et fôringsrør 27 som strekker seg nedover i en brønn.

I høytrykksstigerørsystemet kan det på et hvilket som helst sted langs høytrykksstigerøret 6 anbringes en stigerørseksjon 2 for et nedre slamretursystem (LRRS), hvor denne utgjør en integrerende del av stigerøret.

Nær nedre ende av høytrykksstigerøret 6 er det inkludert et trykkbegrensningselement 49 for stengning av stigerøret, for å stenge stigerøret og sette omløp i høytrykksstigerøret for å rense ut eventuelle borerester, gumbo eller gass uten å endre bunnhullstrykket i brønnen. I tillegg er det også mulig å rengjøre stigerøret 6 etter at dette er koplet fra havbunns-UBIS 4 uten utslipp til sjø.

Mellom boreplattformen/-fartøyet 24 og høytrykksstigerøret 6 er det installert et strekksystem for stigerør, skjematisk angitt ved hjelp av henvisningstall 9

Høytrykksstigerøret innbefatter fjerntliggende en øvre trykkgiver 10a og en nedre trykkgiver 10b. Utgangssignalet fra trykkgiverne sendes til fartøyet 24 ved hjelp av f.eks. en kabel 20, elektronisk eller ved hjelp av fiberoptikk, eller ved hjelp av radiobølger eller lydsignaler. De to trykkgivere 10a og 10b måler trykket i borefludiet ved to ulike nivåer. Siden avstanden mellom giverne 10a og 10b er bestemt på forhånd, kan borefluidets tetthet beregnes. Havbunns-UBIS’en 4 innbefatter også en trykkgiver 10c for å overvåke trykket når havbunns-UBIS’en 4 er stengt.

Høytrykksstigerøret 6 er et enkeltboret høytrykksrør, og i motsetning til tradisjonelle stigerørsystemer er det ikke noe behov for egne sirkulasjonsledninger (brønndrepingseller strupeledninger) langs stigerøret for bruk til trykkregulering dersom olje og gass uventet strømmer inn i borehullet 26. I denne sammenheng betyr høyt trykk høyt nok til å holde tilbake trykkene fra undergrunnsformasjonene, typisk 3000 psi (200 bar) eller mer.

Innbefattet i høytrykksstigerørsystemet er stigerørseksjonen 2 for det nedre slamretursystem (LRRS), som kan installeres hvor som helst langs stigerørets lengde, idet plasseringen er avhengig av borehullet som skal bores, og vanndybden på stedet.

Stigerørseksjonen 2 omfatter en høytrykksventil 28 i samme eller høyere trykklasse enn stigerøret 6, og som kan kjøres gjennom rotasjonsbordet på boreriggen..

Figur 1 viser også en borestreng 29 med en borkrone 28 plassert i borehullet. Nær bunnen av borestrengen 29, inne i strengen, finnes en trykkregulerende ventil 56.

Ventilen 56 kan forhindre “U-rør”-oppsuging av borefluid i stigerøret 6 når pumpingen stanser. Denne ventil 56 er av en type som vil åpne seg ved et forhåndsinnstilt trykk og forbli åpen over dette trykk uten å forårsake trykktap av noen betydning i borestrengen så snart den er åpnet med en bestemt gjennomstrømningsmengde gjennom ventilen.

En luftkompressor 70 er koplet til stigerøret 6 over overflate-UBIS’en 5. Kompressoren 70 kan fremskaffe et undertrykk inne i stigerøret 6. Luften, som kan inneholde en viss mengde hydrokarboner, kan føres til fakkelbommen eller et annet sikkert gassutløp.

Stigerørsseksjon 6 omfatter en injeksjonsledning 41 som løper tilbake til fartøyet/plattformen 24. Denne ledning 41 har en fjernstyrt ventil 40 som kan styres fra overflaten. Innløpet til stigerøret 6 fra ledningen 41 kan være hvor som helst på stigerøret 6. Ledningen 41 kan løpe parallelt med ledningene i det nedre slamreturpumpesystem som vil bli forklart nedenfor.

LRRS-stigerørseksjonen 2 innbefatter et borefluidreturutløp 42 omfattende minst én utløpsventil 38 for høytrykksstigerøret og en hydraulisk koplingsmuffe 39. Den hydrauliske koplingsmuffe 39 forbinder et nedre slamreturpumpesystem 1 med høytrykksstigerøret 6.

Det nedre slamreturpumpesystem innbefatter et sett borefluidreturpumper 7a og 7b. Pumpene er koplet til tilkoplingselementet 39 via en gumbo/boreresttank 8, en LRRS-stamme 36 og en sugeledning 31 for borefluidretur med en regulerbar tilbakeslagsventil 37. Et borefluidutløpsrør 15 forbinder pumpene 7a og 7b med borefluidhåndteringssystemene (ikke vist) på plattformen 24. Som vist på figur 4, ender toppen av borefluidreturrøret 15 i en stigerørsopphengssammenstilling 44 hvor et borefluidreturutløp 42 er sammenpasset med det generelle borefluidhåndteringssystem på plattformen 24.

Pumpesystemet 1 er vist mer detaljert på figur 2.

Høytrykksventilene 11a, b på pumpenes 7a, b sugeside og høytrykksventilene 14a, b og tilbakeslagsventilene 13a, b på pumpenes 7a, b utløpsside regulerer innstrømningen og utstrømningen av borefluid i borefluidreturpumpene 7.

Gumbo/boreresttanken 8 innbefatter et antall stråledyser 22 og en stråle- og tilbakespylingsledning 21 med ventiler 12 for å bryte ned partikkelstørrelsen i tanken 8.

LRRS-stammen 36 innbefatter en innløpsåpning 16 for borefluid og en utløpsåpning 35 fra borefluidpumpen. En konisk spenningsskjøt 3a er festet i hver ende av LRRS-stammen 36.

Som best vist på figur 2, drives slamreturpumpene 7a, 7b ved hjelp av en kraftkabel 19 eller sjøvannsledninger i et hydraulisk system.

Fluidveien for borefluidreturen går fra utløpet 42, gjennom slangen 31, inn i stammen 36, ut gjennom innløpsåpningen 16 for borefluid og inn i gumbotanken 8. Pumpene pumper fluidet fra gumbotanken 8 og ut gjennom utløpsåpningen 35 for slampumpene, og inn i borefluidrøret 15 og tilbake til plattformen 24.

En delekloss/ventil 33 er installert i LRRS-stammen 36 og fungerer som en avstengningsplugg mellom sugesiden og utløpssiden av slamreturpumpen.

Deleklossen/ventilen 33 kan åpnes for å dumpe borerester i gumbotanken 8 for å tømme returrøret 15 etter en lang pumpestans. En omføringsledning 69 med ventiler 32 kan omgå tilbakeslagsventilene 13 når ventil 61 er stengt, hvilket gjør det mulig å mate stigerøret 6 med borefluid gjennom naturlig fall fra returrøret 15 for å fylle opp stigerøret 6. Følgelig eksisterer det tre muligheter for oppfylling av stigerøret: 1) Fra toppen av stigerøret; 2) gjennom injeksjonsledning 41; og 3) gjennom omføringsledning 69. I denne systemutforming kan injeksjonsledning 41 også legges langs returrøret og koples til stigerøret ved ventil 40 ved hjelp av en ROV og/eller til omføringsledning 69. LRRS 1 er beskyttet innenfor et sett rammeelementer som danner en støt- og demperamme 23.

Ved å styre produksjonsmengden fra pumpene 7a, b kan slamnivået 30 (grenseflaten mellom borefluidet og luften i stigerøret 6) i høytrykksstigerøret 6 kontrolleres og reguleres. Som en følge av dette vil trykket i bunnen 26 av hullet variere, og kan således kontrolleres.

Figur 3 viser den nedre del av pumpesystemet 1 i enda større detalj. Nivået for gumbo eller andre borerester i gumbo/boreresttanken 8 reguleres ved hjelp av et sett nivåfølere 17a, b koplet til en styreledning 18 for gumbo/borerester, hvor denne forløper tilbake til fartøyet eller plattformen 24.

Det henvises nå til figur 4. På plattformen eller fartøyet 24 er det montert et håndteringsstativ 43 for borefluidutløpsrøret 15. LRRS 1 plasseres ut i sjøen ved hjelp av borefluidutløpsrøret 15 eller på en kabel til det omtrent når LRRS-stigerørseksjonens 2 dybde. Systemet kan også kjøres fra et tilstøtende fartøy (ikke vist) som ligger ved siden av hovedriggen 24.

En inntrekkingssammenstilling vil nå bli beskrevet under henvisning til figur 4. I enden av borefluidsugeledningen 31 er det festet en inntrekkingsvaier 47 som betjenes ved hjelp av en hivkompensert inntrekkingsvinsj 48. Inntrekkingsvaieren 47 løper gjennom en inntrekkingsenhet 46a for sugeledningen og en skive 46. Enden av sugeledningen 31 trekkes mot det hydrauliske koplingselement 39 for å gå i inngrep med koplingselementet 39, ved hjelp av inntrekkingssammenstillingen 46, 47, 48.

Borefluidsugeledningen 31 kan gis en nøytral flyteevne ved hjelp av flyteelementer 45.

Styringssystemet for å bestemme ECD’en og beregne den planlagte heving eller senking av grenseflaten mellom væske og gass i stigerøret 6, vil nå bli beskrevet under henvisning til figur 5.

Bunnhullstrykket er summen av fem komponenter:

Pbh= Phyd+ Pfric+ Pwh+ Psup+ Pswp

hvor:

Pbh= bunnhullstrykk

Phyd= hydrostatisk trykk

Pfric= friksjonstrykk

Pwh= brønnhodetrykk

Psup= støttrykk (surge pressure) som følge av nedsenking av rør i brønnen Pswp= trykkfall (swab pressure) som følge av uttrekking av rør fra brønnen

Å kontrollere bunnhullstrykket innebærer å kontrollere disse fem komponenter.

Den ekvivalente sirkulasjonstetthet (ECD) er tettheten beregnet ut fra bunnhullstrykket (Pbh).

ρE⋅g⋅h = Pbh(1)

hvor:

ρE= ekvivalent sirkulasjonstetthet (ECD) (kg/m<3>) g = gravitasjonskonstant (m/s<2>)

h = total vertikal dybde (m)

For et newtonsk fluid kan trykket i ringrommet regnes ut på følgende måte, dersom man går ut fra at det ikke forekommer noe brønnhodetrykk og ingen trykkstøts- eller trykkfallsvirkninger:

For et binghamfluid brukes følgende formel:

hvor:

ρm= det anvendte borefluids tetthet

η = borefluidets viskositet

L1= borestrenglengde

Q = gjennomstrømningsmengde av borefluid

D0= brønnhullsdiameter

dds= borestrengdiameter

g = gravitasjonskonstant

h = total vertikal dybde

τ0= borefluidets flytegrense

Figur 5 viser parametere som brukes til å beregne ECD/dynamisk trykk og borefluidnivået (h) i borestigerøret ved bruk av det nedre slamretur- og løftepumpesystem (LRRS).

Fra ligning 4 (newtonsk fluid) ser man at for å holde bunnhullstrykket (Pbh) konstant, vil en økning i gjennomstrømningsmengde (Q) kreve at den hydrostatiske trykkhøyde (h) reduseres.

Uttrykket for beregning av trykkfall og støttrykk er ikke vist i ligning 4. Når borestrengen beveges inn i hullet, vil det imidlertid finne sted en ekstra trykkøkning (Psup) som et resultat av støttrykkeffekten. For å kompensere for denne effekten vil den hydrostatiske trykkhøyde (h) og/eller gjennomstrømningsmengden (Q) måtte reduseres.

Når borestrengen trekkes ut av hullet, vil det skje et trykkfall (Pswp) som en følge av “svabereffekten” For å kompensere for denne effekten vil den hydrostatiske trykkhøyde (h) og/eller gjennomstrømningsmengden (Q) måtte økes.

Trykkfalls- og trykkstøtseffektene kommer, som beskrevet ovenfor, som et resultat av bevegelse av borestrengen. Denne bevegelsen forårsakes ikke bare av inn- og utkjøring, men også av fartøyets bevegelser når strengen ikke kompenseres, dvs. sammenstilling og demontering av borestrengseksjonene.

Figur 5 viser et flytdiagram som illustrerer inngangsparametrene til konverteren som er angitt ovenfor, for kontroll av bunnhullstrykket (BHP) ved bruk av det nedre slamreturog løftepumpesystem (LRRS) som beskrives ovenfor.

Et sett med parametere mates inn i konverteren 100. Brønn- og rørdimensjonene 101 er åpenbart kjent helt fra begynnelsen av, men kan variere avhengig av valget av fôringsrørdiameter og –lengde etter hvert som boringen går fremover, slampumpens 102 hastighet, som for eksempel kan måles ved hjelp av en føler på hver pumpe, bevegelser i rør og trekkeverk (retning og hastighet) 103, som også kan måles ved hjelp av en føler som for eksempel plasseres på trekkeverkets hovedvinsj, og borefluidets karakteristiske egenskaper (viskositet, tetthet, flytegrense etc.) 104. Parametrene 101, 102, 103, 104 legges inn i konverteren 100 i form av verdier.

Andre parametere som for eksempel bunnhullstrykket 105, som kan være et resultat av avlesninger fra måling-under-boring-systemer (MWD), faktisk slamvekt (tetthet) 106 i stigerøret, som fortrinnsvis kommer som et resultat av beregninger basert på målinger foretatt ved hjelp av følere 10a og 10b, som beskrevet ovenfor, etc. kan også innhentes før den hydrostatiske trykkhøyde (nivået for grenseflaten mellom borefluid og luft) (h) som er nødvendig for å oppnå det planlagte bunnhullstrykk, beregnes. Den nødvendige hydrostatiske trykkhøyde (h) mates inn i en komparator/regulator 108.

Fluidnivået (h`) i stigerøret måles kontinuerlig, og denne parameter 107 sammenlignes med den beregnede hydrostatiske trykkhøyde (h) i komparator/regulator 108.

Forskjellen mellom disse to parametere benyttes av komparator/regulator 108 for å beregne den nødvendige økning eller reduksjon i pumpehastighet og for å generere signaler 109 som lar pumpene oppnå en hensiktsmessig gjennomstrømningsmengde for å gi en hydrostatisk trykkhøyde (h). Ovennevnte innmating og beregninger kan finne sted kontinuerlig eller periodisk for å sikre en akseptabel hydrostatisk trykkhøyde til enhver tid.

Idet det henvises til figurer 6 og 7, vil det bli gitt en forklaring av visse virkninger den foreliggende oppfinnelse har på trykket. På figurene er den vertikale akse dybden fra havoverflaten, med økende dybde nedover i diagrammene. Den horisontale akse er trykket. På venstre side er trykket atmosfærisk, og økende mot høyre

På figur 7 er linje 303 sjøvannets hydrostatiske trykkgradient. Linje 306 er den estimerte formasjonstrykkgradient. Ved tradisjonell boring viser slamvektgradienten 305 at det må settes ned et fôringsrør 310 for at trykket ved bunnen av det siste fôringsrør 315 skal holde seg mellom det forventede poretrykk og formasjonsfastheten – hvor formasjonsfastheten på dette punkt angis ved hjelp av henvisningstall 309. Ved boring med en anordning og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse kan slammets gradient være høyere, som angitt ved 310, noe som betyr at man kan bore dypere.

Om poretrykket, angitt ved 312, på noe punkt derimot skulle overstige det forventede trykk, angitt ved 311, kan det inntreffe et brønnspark. Med fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan nivået senkes ytterligere, ned til 302, og slamvekten økes ytterligere. Sluttresultatet er et trykkfall ved ledeskoen 309, med en økning i trykk nær bunnen av hullet, som angitt ved 307, hvilket gjør det mulig å bore lenger før det er nødvendig å sette ned et fôringsrør.

På denne måten er det mulig å redusere trykket mot svake formasjoner høyere opp i hullet og kompensere for høyere poretrykk i bunnen av hullet. Følgelig er det mulig å dreie trykkstigningslinjen fra boreslammet om et fast punkt, for eksempel havbunnen eller en ledesko.

Et annet eksempel på anvendelse av dette system er vist på figur 6. I denne situasjon skal det bores i en sterkt uttømt formasjon 210. Formasjonen er blitt tømt fra et trykk ved 205, ved hvilket det var mulig å bore ved å bruke et borefluid som var litt tyngre enn sjøvann (1,03SG), som borefluid, med en trykkgradient vist ved 203. Den uttømte formasjons bruddgradient er nå redusert til 211, hvilket er lavere enn trykkgradienten for sjøvann fra overflaten, som angitt ved hjelp av linje 201.

Med den foreliggende oppfinnelse kan boring utføres uten at det er nødvendig i noen vesentlig grad å måtte redusere borefluidets tetthet og gjøre borefluidet om til gass, skum eller et annet system som er lettere enn vann, som vist ved hjelp av trykkgradient 214.

Ved å tilføre en luftsøyle i den øvre del av stigerøret kan det øvre borefluidnivå senkes til et nivå 202. I det viste tilfelle kan det benyttes et borefluid med samme trykkgradient som sjøvann 201, men med start på et vesentlig lavere punkt, som vist ved 202.

Et poretrykk på 0,7 SG kan utlignes ved hjelp av et lavt væskenivå av sjøvann på 1,03 SG, som vist ved 202. Denne evnen gir store fordeler ved boring i uttømte felt, siden reduksjon av det opprinnelige formasjonstrykk på 1,10 SG ved 205 til 0,7 SG ved 210 gjennom produksjon, også kan føre til et redusert formasjonsbruddtrykk, vist ved 211, som ikke kan bores med sjøvann fra overflaten, som vist ved 201. Med den foreliggende oppfinnelse kan bunnhullstrykket som utøves av fluidet i brønnen, reguleres slik at det ligger langt under det hydrostatiske trykk for vann. Med de tidligere kjente boreanordninger vil dette kreve spesielle borefluidsystemer med gasser, luft eller skum. Med den foreliggende oppfinnelse kan dette oppnås ved hjelp av et enkelt borefluidsystem basert på sjøvann.

Den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til de spesifikke utførelsesformer beskrevet ovenfor, idet en fagmann på området vil kunne finne flere løsninger innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims

Patentkrav

1.

Fremgangsmåte for å opprettholde ønsket bunnhullstrykk i en dypvannsbrønn, karakterisert ved at trykket i bunnen av brønnen kontinuerlig måles (105), at væskenivået i stigerøret kontinuerlig måles, og at det målte trykket sammenlignes med et beregnet trykk, der det beregnede trykket blir beregnet på basis av parametere som slamtetthet, målt slamnivå og friksjonstrykk, og at forskjellen mellom målt trykk og beregnet trykk benyttes til å justere det beregnede trykket.

2.

Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellen mellom et ønsket trykk i bunnen av brønnen og det justerte beregnede trykket benyttes for å beregne et nytt ønsket væskenivå og en nødvendig økning eller reduksjon av hastigheten på en slamreturpumpe for å oppnå en strømningshastighet som øker eller reduserer væskenivået i stigerøret fra det målte væskenivået til det nye ønskede væskenivået, der det ønskede væskenivået er beregnet til å gi et likt statisk som dynamisk trykk på en forhåndsbestemt dybde i brønnen et sted fra bunnen av brønnen til havbunnen.

3.

Anordning ved boring av en havbunnsbrønn, karakterisert ved at den omfatter et stigerør som har et utløp mellom havbunnen og havoverflaten og en slamreturpumpe tilkoblet utløpet, der returborevæske fra pumpen går til en slam/gass-separator, som i sin tur er tilkoblet riggens slambehandlingssystem.

4.

Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at returborevæsken fra pumpen ledes via en strupemanifold til separatoren.

5.

Fremgangsmåte for å rense ut borerester eller gass fra et stigerør for en havbunnsbrønn, karakterisert ved at et stengeelement i bunnen av stigerøret stenges, at væskenivået i stigerøret løftes til overflaten inntil gassen i stigerøret har blitt fortrengt ut av stigerøret, og at stengeelementet holdes stengt slik at trykket i brønnen ikke påvirkes av endringen av væskesøylen i stigerøret.

6.

Fremgangsmåte for å sementere fôringsrør i en havbunnsbrønn, karakterisert ved at væskenivået i et stigerør for havbunnsbrønnen justeres ned samtidig som en sementoppslemming injiseres i brønnen slik at det reduserte væskenivået kompenserer for den høyere egenvekten av sementoppslemmingen sammenlignet med borevæske.

7.

Anordning for å trekke en sugeslange tilkoblet en undervanns slamreturpumpe inn til et utløp på et stigerør, karakterisert ved at den omfatter en hivkompensert vinsj på plattformen, et løpehjul, en trekkvire og oppdriftselementer på sugeslangen, som samvirker for å holde sugeslangen på linje med utløpet under inntrekkingen.

8.

Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at utløpet omfatter et hydraulisk koblingselement for sammenkobling av sugeslangen og utløpet.