NO300282B1 - Anordning og installasjon for rensing av en hydrokarbonbrönn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning og installasjon for rensing av en hydrokarbonbrønn, som er innrettet til å plasseres i nedstrøms-endepartiet av to konsentriske rør som danner to konsentriske rørledninger, omfattende en hoveddel som i ytterenden er forsynt med minst én dyse for utstråling av fluid, og som avgrenser for det første en tilførsels-kanal for rensefluid og for det andre en returkanal for fluid med innhold av faste partikler av sand og andre sedimenter, idet de to kanaler er innrettet til å sammenkoples med hver sin av de to rørledninger som dannes av rørene.

Det er kjent at når brønner i sandholdige formasjoner bringes i funksjon ved bruk av horisontale brønner, vil fluidet som strømmer fra formasjonen, medføre sand, og dette resulterer i store avsetninger av sand eller andre sedimenter, hovedsakelig i brønnens horisontale deler. Produksjonen fra brønnen vil derfor synke i betydelig grad.

Fra US 4 671 359 er det kjent en anordning for fjerning av faststoffer som har bygget seg opp i øvre ende av et rør-oppheng. Denne anordning er imidlertid ikke istand til å rense innsiden av horisontale brønner.

Fra US 4 630 691 og US 3 730 592 er det kjent boreanord-ninger som omfatter to rørledninger. Disse anordninger er imidlertid ikke konstruert for fjerning av faste avsetninger i brønnene.

Videre er det fra US 4 744 420, for rensing av slike horisontale brønner, kjent en anordning som innbefatter en ved enden av to konsentriske rør anordnet hoveddel som er utstyrt med dyser for utstråling av rensefluid og som avgrenser en med dysene forbundet tilførselskanal for rensefluidet samt en returkanal for fluidet som medfører de faste partikler av sand eller andre sedimenter, idet de to kanaler er forbundet med hver sin av de to rørledninger som dannes av rørene.

Ifølge sistnevnte kjente anordning er dysene for utstråling av rensefluid anordnet ved enden av hoveddelen og orien-tert stort sett parallelt med brønnens akse. Denne konstruk-sjon er slik at sanden og andre sedimenter som har bygget seg opp i brønnen, kan bli skjøvet inn foran anordningen.

Det er dette spesielle problem som foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse, slik at horisontale eller svakt skrånende hydrokarbonbrønner kan renses på en mer effektiv måte.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning av den innledningsvis angitte art, ved at den omfatter en deflektorinnretning innrettet til å lede fluidstrålen fra dysen eller hver dyse i retning mot brønnveggen.

Oppfinnelsen omfatter også en installasjon for rensing av horisontale eller svakt skrånende hydrokarbonbrønner, under produksjon av olje og/eller gass, omfattende to konsentriske rør som danner to konsentriske rørledninger, en anordning for utstråling av et rensefluid og fjerning av det partikkelholdige fluid, en innretning for tilførsel av rensefluid og en innretning for fjerning av det partikkelholdige fluid, anordnet på overflaten og forbundet med hver sin av de konsentriske rørledninger, hvilken fluidutstrålings- og fjerneanordning omfatter en hoveddel som i ytterenden er forsynt med minst én dyse for utstråling av fluid, og som avgrenser for det første en tilførselskanal for rensefluid og for det andre en returkanal for fluid med innhold av faste partikler av sand og andre sedimenter, idet de to kanaler er innrettet til å sammenkoples med hver sin av de to rørledninger som dannes av rørene, karakterisert ved at anordningen omfatter en deflektorinnretning innrettet til å lede fluidstrålen fra dysen eller hver dyse i retning mot brønnveggen.

Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de etterfølgende krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser et lengde-delsnitt av en anordning ifølge oppfinnelsen.

Figur 2 viser et snitt langs linjen 2-2 i figur 1.

Figur 3 viser et snitt, i likhet med figur 2, av en modifisert utførelsesform. Figur 4 viser et lengde-delsnitt av en modifisert utfø-relsesform.

Figur 5 viser et snitt langs linjen 5-5 i figur 4.

Figur 6, 7 og 8 viser tre skjematiske riss som illustre-rer tre suksessive trinn under anvendelsen av en installasjon ifølge oppfinnelsen. Figur 9 viser et detaljert snitt av en koplingsboks som inngår i installasjonen.

Det er i figur 1 vist en horisontal eller tilnærmet horisontal brønnseksjon 10 som er forbundet med en hovedbrønn 12 (figur 6).

I brønnen er det montert to konsentriske rør 14 og 16 som avgrenser en mellomliggende ringkanal 17, hvor det indre rør 14 er tilbaketrukket i forhold til den bakre ytterende av det ytre rør, og hvor anordningen ifølge oppfinnelsen er anbragt mellom disse to ytterender.

Anordningen omfatter en hoveddel 20 bestående av flere seksjoner, i dette tilfelle tre, som er anordnet for gjennom-føring av tre funksjoner som er nærmere beskrevet i det føl-gende. De tre seksjoner består av en ytterseksjon 22, en fremre midtseksjon 24 og en bakre midtseksjon 26.

Ytterseksjonen 22 opptas i en hylse 28 som fortrinnsvis har en kjeglestumpformet innervegg og som på hensiktsmessig måte, f.eks. ved hjelp av en flens 30, er fastgjort til enden av røret 16.

Ytterseksjonen er hul og utstyrt, i den ende som er vendt mot anordningens bakside, med et hode 32 som rager utad fra hylsen og er forsynt med en gjennomgående, aksial kanal 34 og tre kanaler 35 som er adskilt fra kanalen 34 og munner ut i sideveggen av hodet 32. Kanalene 35 er anordnet med en inn-byrdes vinkelavstand av 120°. Alt etter sin størrelse kan anordningen være utstyrt med et større antall, eksempelvis 6, slike kanaler. Kanalen 34 munner ut i et hus 38 hvor det er montert en fluidstråledyse 38.

Tre strevere 40 og en bæredel 42 for en deflektor 44, plassert rett overfor dysen 38, er fastgjort med koplingsdeler til samme hode. Ved utførelsesformen ifølge figur 1 er deflektoren 44 dreibart montert på et kuleledd 46 og har en ubalanse slik at den vil innta en spesiell stilling i forhold til den tilgrensende brønn, hvor deflektorens konkave vegg 45 er rettet mot brønnens bunnparti.

Som vist i figur 2 og 3, kan denne konkave vegg 45a, 45b være forskjellig utformet, alt etter hvorvidt det ønskes en bred stråle (figur 2) eller en smalere stråle (figur 3).

Bak kanalen 34 omfatter hoveddelseksjonen 22 et hus 48 som opptar hoveddelens 20 midtseksjon 24, hvorved det dannes for det første en kryssende aksialkanal 50 som forløper i forlengelsen av kanalen 34, minst én radialkanal 52 som danner forbindelse mellom midtkanalen og en ringkanal 54 som avgrenses mellom hoveddelens midtseksjoner og ytterseksjon, og minst én langsgående kanal 56 som utgjør en del av returkanalen for fluidet som inneholder faste partikler. I den viste versjon er det anordnet tre kanaler 56 i forlengelsen av de tre kanaler 35.

I bakutgående retning er hoveddelens ytterseksjon rørfor-met med et konisk mellomparti 22a og to sylindriske ytterpar-tier 22b og 22c, hvor ytterpartiet 22b med den minste diameter er forbundet gjennom en koplingsdel 60 med det indre rør 14.

Sistnevnte omfatter to kanalsett:

- et første sett bestående av tre kanaler 62 som danner forbindelse mellom det indre 19 av røret 14 og en ringkanal 64 som avgrenses mellom hoveddelens ytterseksjon og den bakre midtseksjon 26, - et andre sett bestående av tre kanaler 66 som danner forbindelse mellom den ringformede spalte 17 som avgrenses mellom de to rør og hoveddelens aksialkanal 73.

Hoveddelens bakre midtseksjon 26 er fastgjort for det første til den bakre innerende av koplingen 60 og for det

andre til ytterveggen av den fremre midtseksjon 24. Seksjonen 26 fungerer som et venturirør og danner en konvergerende konus 68, et halsparti 70 og en divergerende konus 72 og vil derved, sammen med en injektor 74 som er montert i midtseksjonen,

danne en sugeinnretning hvis virkemåte er nærmere beskrevet i det etterfølgende.

Det ytre rør fastholdes i brønnen 10 ved hjelp av en kjent, elastisk sentreringsmekanisme.

Videre er det, mellom det ytre rør 16 og koplingen 60, montert en plate 78 som skal hindre at sand og andre faste partikler avsettes ved enden av den ringformede spalte 80 som avgrenses mellom hoveddelen og det ytre rør.

Det indre rør 14 tilføres fluid, i dette tilfelle vann, fra overflaten. Dette fluid som strømmer inn i koplingen 60, ledes fra aksialkanalen 19 til ringkanalen 64 som avgrenses mellom hoveddelens ytterseksjon og midtseksjoner, for til sist å nå radialkanalen 52.

Etter å ha strømmet inn i aksialkanalen 50, deles driftsfluidet i to strømmer, hvorav den ene er rettet mot dysen 38 og den annen mot injektoren 74. De respektive dyse- og injek-torseksjoner er valgt med henblikk på en forutbestemt forde-ling av strømningsmengden, slik at eksempelvis 3/5 av den inn-kommende strømningsmengde ledes i retning av injektoren og 2/5 i retning av dysen 38.

Fluidstrålen fra dysen 38 ledes av avbøyeren 44 mot bunnen av brønnen og forårsaker en grundig omrøring av de faste

partikler av sand og andre sedimenter som er avsatt innvendig i brønnen. Fluidet som inneholder disse partikler, innsuges i nivå med kanalen 35, idet sugevirkningen fremkalles i venturi-røret 68-72 av den andre strøm av driftsfluid som avgis av injektoren 74. Driftsfluidet og den partikkelholdige væsken sammenblandes i hoveddelens seksjon 70, 72 og ledes mot overflaten, idet den krysser koplingen 60, gjennom kanalene 66 og ved å ledes gjennom ringkanalen 17 som avgrenses mellom de to rør.

Grunnet tilstedeværelsen av en enkelt dyse og en deflektor som retter fluidstrålen mot brønnen, vil stråleenergien konsentreres mot den sandholdige avleiring, hvorved effektivi-teten økes i betydelig grad.

Videre er det mulig, grunnet deflektorens konkavitet, å gi strålen en forutbestemt, optimal form i avhengighet av mengden og konsistensen av de sandholdige avleiringer. Det skal i denne forbindelse bemerkes at denne avleiring ofte blir klebrig p.g.a. de avsatte hydrokarboner, slik at virkningen av den energikonsentrasjon som oppnås ved anordningen ifølge oppfinnelsen er desto viktigere.

Det kan også med fordel anvendes en ringkanal for til-bakeføringen av partikkelholdig fluid, fordi en slik kanal får et meget større tverrsnitt.

Figur 4 og 5 viser en annen form for deflektormontering, hvor kuleleddet ifølge figur 1 er erstattet av en deflektordel som kan svinge om en akseltapp 82.

Det kan i denne forbindelse tillegges at deflektorens ubalanse kan opprettes på forskjellige måter, f.eks. ved asym-metrisk utforming av deflektoren, svak asymmetri hos denne eller ved bruk av materialer av ulike egenvekter.

Mer generelt kan anordningen være i form av mange forskjellige versjoner, både med hensyn til utformingen av de inngående komponenter og med hensyn til antall og plassering av de ulike inntaks- og returledninger for rensefluid.

En installasjon innbefattende den ovennevnte anordning, og virkemåten av denne er beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de øvrige figurer.

Figur 6 viser en hovedbrønn 12 som strekker seg fra overflaten og omfatter en stort sett vertikal seksjon og en bueformet seksjon som forlenges av den praktisk talt horisontale brønn 10.

Det ytre rør 16, utstyrt med den tilhørende sentreringsmekanisme 76 og med den påmonterte hylse 28 i ytterenden, innføres først i hovedbrønnen.

Deretter, og som vist i figur 7, blir det indre rør 14 som i ytterenden er forbundet med den angjeldende anordning som hviler på det opplegg som dannes av hylsen 28, nedført inne i røret 16.

Rørene 14 og 16 kan som kjent bestå av stive rørseksjoner som sammenskrues eller av sammenhengende elementer som avspo-les fra overflaten.

Installasjonen kan selvsagt fullføres ved at det indre rør forbindes med en pumpe som leverer vann under passende trykk, og ved at røret forbindes med en kjent innretning for ekstrahering av den partikkelholdige væsken.

Ifølge et ytterligere særtrekk ved oppfinnelsen blir det imidlertid for dette formål anvendt en koplingsboks 100 som vil muliggjøre overgang fra en konsentrisk plassering av rør-ene 14 og 16 under koplingsboksen, til en plassering side om side over boksen.

Dette er oppnådd som vist i figur 9, hvorav det tydelig fremgår at koplingsboksen 100 er delt i to kamre 102 og 104, hvor den øvre del av det første kammer 102 kan være forbundet med et rør 106 med et tverrsnitt tilsvarende tverrsnittet av ringkanalen mellom de to konsentriske rør 14 og 16, mens kam-merets nedre del munner ut i en rørseksjon 108 som gjennom en kopling 110 kan forbindes med den øvre seksjon av det ytre rør 16 .

Snittet i figur 9 er skjematisk idet delene i realiteten er slik utformet, at det vil oppnås en jevn strøm.

Det andre kammer 104 er i sin øvre del forbundet med et rør 112 av samme tverrsnitt som de mindre rør 14, mens kammer-ets nedre del munner ut i en rørseksjon 114 som kan være forbundet med det indre rør 14 enten gjennom en enkeltkopling, dersom de to indre og ytre rør befinner seg stort sett i samme nivå, eller fortrinnsvis gjennom en muffe 116 og en kopling 118, dersom de to konsentriske rør er av forskjellige lengder, slik det som oftest er tilfelle.

En slik situasjon er vist i figur 8, hvorav det fremgår at koplingsboksen 100 er nedført i hovedbrønnen, og at ytterligere rørseksjoner 106 og 112 sammenkoples med boksens øvre del, når utstyret skal beveges i brønnen. Rørseksjonen 112 er forbundet med en pumpe 120, og rørseksjonen 106 er forbundet med et avtakerhus 122.

En slik plassering er særlig gunstig, fordi den letter tilkoplingen av ytterligere rørseksjoner, fordi plasseringen side om side er meget fordelaktigere i denne forbindelse enn den konsentriske plassering.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes videre ved stor fleksibilitet med hensyn til bruk og tilpasning. Dersom det eksempelvis er ønskelig å foreta perifer rensing av hoved-brønnen, kan den innstillbare eller leddelte deflektor i realiteten erstattes av en fast deflektor som anbringes stort sett perpendikulært mot aksialstrålen og som vil fordele fluidet over en vinkel av 3 60°.

Kanalene 3 5 kan spesielt være aksialtrettet.

Retningen av disse kanaler 35 samt avstanden mellom kanalene og deflektoren 44 kan fastlegges med henblikk på effektiv rensing av brønninnerveggen.

Claims (15)

1. Anordning for rensing av en horisontal eller svakt skrånende hydrokarbonbrønn, som er innrettet til å plasseres i nedstrøms-endepartiet av to konsentriske rør (14, 16) som danner to konsentriske rørledninger (17, 19), omfattende en hoveddel (20) som i ytterenden er forsynt med minst én dyse (38) for utstråling av fluid, og som avgrenser for det første en tilførselskanal (34) for rensefluid og for det andre en returkanal (70) for fluid med innhold av faste partikler av sand og andre sedimenter, idet de to kanaler er innrettet til å sammenkoples med hver sin av de to rørledninger (17, 19) som dannes av rørene (14, 16), karakterisert ved at anordningen omfatter en deflektorinnretning (44) innrettet til å lede fluidstrålen fra dysen (38) eller hver dyse i retning mot brønnveggen.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at deflektoren (44) er slik plassert at fluidstrålen rettes mot brønnbunnen.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at deflektoren (44) er montert på en bæredel (42) som er fastgjort til nedstrømspartiet av hoveddelen (20) .

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at deflektoren (44) er montert på bæredelen (42) ved hjelp av et kuleledd (46).

5. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at deflektoren (44) er forbundet med bæredelen (42) svingbart om en aksel (82).

6. Anordning ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at deflektoren (44) er tyngdemssig eksentrisk opplagret på akselen (82) og derved vil innta en spesiell stilling i forhold til sin bæredel.

7. Anordning ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at fluidtilførselskanalen, sett i nedstrømsretningen, i hoveddelen (20) omfatter en ringkanal (54), minst én radialkanal (52) og en aksialkanal (50,

34), og at returkanalen for partikkelholdig fluid omfatter, sett i oppstrømsretningen, minst én kanal (35) som utgår fra sideveggen av hoveddelens (20) fremre seksjon, minst én langsgående kanal (56) , en ringkanal som omslutter en driftsfluid-injektor (74), og en aksialkanal (70, 73).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert v e d at ringkanalen og aksialkanalen (70, 72) virker som et venturirør som, sammen med injektoren (74), danner en sugeinnretning.

9. Anordning ifølge et av kravene 7 og 8, karakterisert ved at injektoren (74) tilføres driftsfluid fra radialkanalen (52) og aksialkanalen (50), hvorved fluidstrømningsmengden fordeles i aksialkanalen (50) i to motsatt rettede strømmer som ledes mot henholdsvis dysen (38) og injektoren (74).

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at injektorens (74) strømningstverrsnitt er større enn dysens.

11. Anordning ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at hoveddelen (20) i sin bakre eller fremre seksjon er forbundet med en koplingsinnret-ning (60) omfattende to rørsett (62, 66) som forbinder henholdsvis en oppstrøms aksialkanal (19) med en nedstrøms ringkanal (64) og en oppstrøms ringkanal (17) med en nedstrøms aksialkanal (73).

12. Installasjon for rensing av horisontale eller svakt skrånende hydrokarbonbrønner under produksjon av olje og/eller gass, omfattende to konsentriske rør (14, 16) som danner to konsentriske rørledninger (17, 19), en anordning for utstråling av et rensefluid og fjerning av det partikkelholdige fluid, en innretning for tilførsel av rensefluid og en innretning for fjerning av det partikkelholdige fluid, anordnet på overflaten og forbundet med hver sin av de konsentriske rør-ledninger (17, 19), hvilken fluidutstrålings- og fjerneanordning omfatter en hoveddel (20) som i ytterenden er forsynt med minst én dyse (38) for utstråling av fluid, og som avgrenser for det første en tilførselskanal (34) for rensefluid og for det andre en returkanal (70) for fluid med innhold av faste partikler av sand og andre sedimenter, idet de to kanaler er innrettet til å sammenkoples med hver sin av de to rørlednin-ger (17, 19) som dannes av rørene (14, 16), karakterisert ved at anordningen omfatter en deflektorinnretning (44) innrettet til å lede fluidstrålen fra dysen (3 8) eller hver dyse i retning mot brønnveggen.

13. Installasjon ifølge krav 12, karakterisert ved at tilførselsinnretningen for rensefluid er forbundet med den rørledning (19) som dannes av det indre rør (14).

14. Installasjon ifølge et av kravene 12 og 13, karakterisert ved at den innbefatter en koplingsboks (100) som er delt i to kamre (102, 104) som i sitt oppstrømsparti er forbundet med to rør (106, 112), anordnet side om side, og i sitt nedstrømsparti med de to konsentriske rør (14, 16) .

15. Installasjon ifølge krav 14, karakterisert ved at koplingsboksen (100) er forbundet med minst ett av de konsentriske rør (14, 16) ved hjelp av en mellomhylse (116) .