NO309016B1 - FremgangsmÕte for nedihulls separering og deponering av vann - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for nedihulls separering og deponering av vann fra fluider som produseres fra en undergrunnsformasjon og inn i en brønn. I et av dens aspekter angår den en fremgangsmåte for forbedring av produktiviteten hos en hydrokarbon-produserende brønn ved separering av minst én del av det produserte vann fra de andre produksjonsfluider nedihulls i en brønn og deretter deponering av vannet i en undergrunns-deponeringsformasjon uten noen gang å produsere det separerte vann til overflaten.

Ved produsering av hydrokarboner (f.eks. olje og/eller gass) fra undergrunnsformasjoner, blir en betydelig vannmengde (f.eks. ferskvann, saltvann, etc.) rutinemessig produsert sammen med de ønskete hydrokarboner fra den produserende formasjon. Som man overalt har erkjent i denne industrien, skaper dette vann mange problemer som ugunstig påvirker produktiviteten hos en brønn, og følgelig brønnens lønnsomhet.

F.eks. må typisk alt det produserte vann produseres til overflaten sammen med de ønskete hydrokarboner. Vannet er tyngre enn de andre produserte fluider og skaper derved et hydrostatisk trykk i produksjonsrøret etterhvert som fluidene produseres til overflaten. Dette hydrostatiske trykk danner et mottrykk på den produserende formasjon, som i sin tur direkte hindrer fluidene fra å strømme inn i brønnhullet. Dersom dette hydrostatiske mottrykk som forårsakes av at vannet produseres til overflaten, kan reduseres, så vil brøn-nens produktivitet nødvendigvis øke.

Dessuten må alt det produserte vann skilles fra hydrokarbonene etter at de har nådd overflaten. Dette krever normalt spesialutstyr og forholdsvis store lagringskapasiteter på overflaten, hvilket i sin tur krever betydelige kapitalutlegg og vedlikehold. Dessuten må vannet, når det er utskilt, tas hånd om på en økologisk akseptabel måte, hvilket vanligvis innebærer tilbakepumping av store vannmengder inn i en undergrunns deponeringsformasjon, hvilket krever ytterligere kapi-tal og vedlikehold.

Følgelig vil man lett innse at separering og deponering av vann i et brønnhull uten at vannet må produseres til overflaten sammen med de ønskete produksjonsfluider, i høy grad vil begunstige produktiviteten og total-lønnsomheten for denne brønnen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for nedihulls separering og deponering av i det minste en del av vannet som normalt produseres sammen med de ønskete fluider (f.eks. hydrokarboner) fra en produserende undergrunnsformasjon. I hovedsaken produseres fluidene inn i brønnhullet der minst en del av vannet vil skille seg ut under påvirkning av tyngdekraften. Dette fraskilte vann blir så tatt hånd om uten at det fraskilte vannvolum noen gang produseres fra brønn-hullet ved å lede det utskilte vann inn i en undergrunns deponeringsformasjon som har et trykk mindre enn trykket i den produserende formasjon. Brønnen er fortrinnsvis utført med et brønnhull som heller fra vertikalen, hvilket i merkbar grad begunstiger tyngde separeringen av vannet.

Nærmere bestemt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for nedihulls separering og deponering av vann fra fluider som produseres fra en produserende undergrunnsformasjon, inn i et brønnhull (f.eks. hydrokarbonproduserende brønn). Brønnen er fortrinnsvis utført med et hellende, f6ret brønn-hull. Foringsrøret er perforert nær både den produserende formasjon (f.eks. hydrokarbon-produserende formasjon) og en deponeringsf ormasjon (dvs. en formasjon som er gj ennomt renge-lig for vann og som har et trykk lavere enn trykket i den produserende formasjon) . Det skal bemerkes at både den produserende formasjon og deponeringsf ormas j onen kan være av typen uforet komplettering, uten å avvike fra foreliggende oppfinnelse .

En produksjonsrørstreng nedføres i brønnhullet og en pakning e.l. settes for å isolere brønnhullet over den produserende formasjon. Produserte fluider, som normalt inneholder vesentlige mengder vann, produseres fra den produserende formasjon inne i brønnhullet der tyngdekraft-separering finner sted mellom de lettere fluider (f .eks. hydrokarboner såsom naturgass etc.) og det tyngre vann. Hydrokarbonene (f.eks. bobler eller molekyler av gass, olje etc.) vil migrere til den høye side, mens vanndråpene eller -molekylene vil bevege seg mot den lave side av brønnhullet.

Det utskilte vann strømmer fra brønnhullet inn i deponeringsf ormas j onen med lavere trykk, mens produksjonsfluidene (de produserte hydrokarboner og noe gjenværende vann) strømmer oppad under trykkforskjell gjennom produksjonsrøret til overflaten. Foreliggende oppfinnelse innbefatter forskjellige utføringsformer av brønn-kompletteringer, hvorved det utskilte vann kan deponeres i en deponeringsformasjon som kan ligge enten under eller over den produserende formasjon.

Selv om det trolig fremdeles vil være noe vann igjen i de produserende fluider når de når overflaten, vil vannvolumet i disse være redusert, hvilket i sin tur i betydelig grad min-sker både (a) det hydrostatiske mottrykk på den produserende formasjon og (b) vannseparerings- og håndteringsproblemer ved overflaten.

Følgelig vil produktiviteten og derved lønnsomheten til brønnen økes.

Den virkelige konstruksjon, drift, og de tydelige forde-ler ved foreliggende oppfinnelse vil bli bedre forstått under henvisning til tegningene hvor like henvisningstall angir like deler og hvor: Figur 1 er et snitt av en enkelt komplettering i den nedre del av et hellende brønnhull som anvendes for separering og deponering av vann i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et snitt av en spesiell komplettering i den nedre del av et hellende brønnhull som anvendes for separering og deponering av vann i en deponeringsf ormasjon som ligger under produksjonsformasjonen; Figur 3 er et snitt av en dobbel-komplettering i den nedre del av et hellende brønnhull som anvendes for separering og deponering av vann i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Figur 4 er et snitt av en spesiell dobbel-komplettering i den nedre del av et hellende brønnhull som anvendes for separering og deponering av vann i samsvar med foreliggende oppfinnelse; og Figur 5 er et snitt av en spesiell komplettering i den

nedre del av et hellende brønnhull som anvendes for separering og deponering av vann i en deponeringsf ormasjon som ligger under produksjonsformasjonen i samsvar med foreliggende oppfinnelse .

Med nærmere henvisning til tegningene viser figur 1 en hydrokarbon-produserende brønn 10 med et brønnhull 11 som er blitt boret og féret i samsvar med konvensjonelle metoder. Brønnhullet 11 strekker seg gjennom flere avgrensete under-grunnsf ormas joner som innbefatter en hydrokarbon-produserende formasjon 12 (f.eks. en naturgass-produserende formasjon under forholdsvis høyt trykk). Som det vil forstås er foringsrøret 13 perforert med perforeringer 14 nær produksjonsformasjonen 12, slik at de produserte fluider (piler 15) kan strømme fra formasjonen 12 inn i brønnhullet 11. Det skal bemerkes at i visse tilfeller kan produksjonsformasjonen 12 kompletteres uten foringsrør.

Som typisk ved produksjonsbrønner av denne art, vil de produserte fluider 15 normalt innbefatte betydelige mengder vann (f.eks. ferskvann, saltvann, etc.) sammen med hydrokarbonene (f.eks. naturgass). Normalt må dette vann produseres til overflaten sammen med hydrokarbonene. Dessverre bygger det tyngre vann opp et hydrostatisk trykk i brønnhullet når det produseres til overflaten, hvilket i sin tur utvikler et mottrykk på produksjonsformasjonen 12, som hindrer og ugunstig påvirker strømning fra formasjonen 12 (dvs. brønnens produktivitet) . Dessuten må vannet skilles fra hydrokarbonene ved overflaten før hydrokarbonene kan transporteres ved hjelp av rørledninger e.l., og det fraskilte vann må deponeres, vanligvis ved å pumpe det tilbake i undergrunnsformasjonen gjennom en deponeringsbrønn.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er brønnen 10 komplettert hvorunder en betydelig mengde av det produserte vann er skilt fra hydrokarbonene nede i borehullet 11 og er deponert i en undergrunnsformasjon uten at den fraskilte vannmengde noen gang er blitt bragt til overflaten.

Ved utførelse av foreliggende oppfinnelse blir brønnhul-let 11 logget med standardteknikker for å lokalisere en deponeringsformasjon 16 som står i forbindelse med brønnhullet 11.

"Deponeringsformasjon" som her brukt, menes å være en hvilken som helst formasjon som er gjennomtrengelig for vann og som har et lavere trykk enn trykket i produksjonsformasjonen. Dersom permeabiliteten til en valgt deponeringsformasjon (f.eks. løs, granulær, etc.) er for stor, kan det være nødven-dig å behandle deponeringsformasjonen for å minske dens perme-abilitet før brønnen bringes i produksjon. Flere velkjente teknikker (konsolidering etc.) er tilgjengelige i faget for slike behandlinger. Når en deponeringsformasjon 16 er valgt, blir foringsrør 13 ytterligere perforert for å danne perforeringer 17 nær deponeringsformasjonen 16. Igjen skal det påpe-kes at selv om brønnen 10 er vist ved foringsrør gjennom deponeringsformasjonen 16, skal det forstås at deponeringsformasjonen ikke trenger å ha f6ringsrør og således kan være komplettert uten slike.

En streng av produksjonsrøret 18 nedføres i brønnhullet 11 og en pakning 19 anbringes over den produserende formasjon 12 for isolering av brønnhullet over produksjonsformasjonen. Med ubegrenset strømning mellom produksjonsformasjonen 12 og deponeringsformasjonen 16, er brønnen nå klar til å settes i produksjon. Dersom begrenset strømning er ønskelig, anbringes imidlertid en pakning eller plugg (stiplete linjer 20 i figur 1) med en gjennomgående kanal 21 i brønnhullet 11 under produksjonsf ormasjonen 12 før produksjonsrøret 18 og pakningen føres inn i brønnhullet.

Produserte fluider 15 strømmer fra produksjonsformasjonen 12, gjennom perforeringene 14, og inn i brønnhullet 11. Selv om foreliggende oppfinnelse er anvendbar ved vertikale brønn-hull, er det å foretrekke, og i høy grad fordelaktig, å full-føre i det minste den del av brønnhullet 11 som strekker seg gjennom produksjonsformasjonen 12, med en vinkel i forhold til vertikalretningen, dvs. et "hellende" brønnhull. Ved å la brønnhullet helle, oppnås en meget bedre tyngde-separering av fluider i brønnhullet.

Når de produserte fluider 15 strømmer inn i brønnhullet, vil tyngde-separering mellom de lettere hydrokarboner (f.eks. naturgass etc.) og tyngre vann nærmest umiddelbart begynne å finne sted. Denne tyngdeseparering begunstiges av brønn-hullets 11 helling ved fluidenes 15 inngangspunkt. Hydrokarbonene (f.eks. bobler eller molekyler av gass, olje, etc. "H" i figur 1) vil migrere til den høye side mens vanndråpene eller -molekylene "W" vil bevege seg mot den lave side i brønnhullet 11. Vannet (pil 25) vil strømme nedad i brønnhul-let 11 under påvirkning av tyngdekraften og gjennom perforeringer 17 inn i deponeringsf ormas j onen 16 som har lavere trykk.

Produksjonsfluidene (pil 26) som omfatter de produserte

hydrokarboner og noe gjenværende vann strømmer under trykkforskjell oppad gjennom produksjonsrøret 18 til overflaten. Mens det fremdeles er noe vann igjen i produksjonsfluidene, frigjø-res vannmengden. Dette vil i sin tur i vesentlig grad minske både (a) det hydrostatiske mottrykk på produksjonsf ormas j onen 12 og (b) vannsepareringen og håndteringsproblemene ved overflaten.

Følgelig økes produktiviteten og derved lønnsomheten ved brønnen.

For bedre å anskueliggjøre fordelene ved foreliggende oppfinnelse er følgende eksempel angitt. Nylig ble en gass-produserende brønn komplettert i Vest-Texas, hovedsakelig som vist i figur 1 og beskrevet nedenfor. Foringsrøret i det hellende brønnhull var perforert nær en produserende formasjon 12 ved 16.000 fot (4.876,8 m) og en deponeringsf ormas jon 16 uten foringsrør var beliggende ved en dybde av 18.000 fot (5.486,4 m) . Trykket i produksj onsf ormas j onen 12 og deponer-ings formasjonen var henholdsvis 5.880 psi (40.541,2 kPa) og 3.590 psi (24.752,2 kpa) . Etter at brønnen var bragt i produksjon, viste produksjonslogger at 1.300 mcf (36,81 x 10<6>m<3>) av hydrokarboner (dvs. naturgass) og 800 fat vann ble produsert daglig mens 4.200 fat vann (84% vann produsert) ble fraskilt og deponert nede i borehullet. På grunn av den sterke vannutstrømning ("waterdrive") i den produserende formasjon samt størrelsen og forekomstnivå av naturlig ut-strømming ("depletion") i deponeringsf ormas j onen, kan det beregnes at foreliggende oppfinnelse vil bidra til å gjenvinne ytterligere 1,8 milliarder kubikkfot (50,97 x IO<6> m<3>) gass før brønnens drifts-levetid er slutt.

I figur 2-4 er det vist utføringsformer av forskjellige kompletteringer som kan benyttes til å utføre foreliggende oppfinnelse. I figur 2 er en hellende brønn 10 utstyrt med foringsrør og perforert nær den produserende formasjon 12 og deponeringsformasjonen 16 som ovenfor beskrevet. Den nedre pakning 20a og øvre pakning 20b er satt henholdsvis under og over perforeringene 14 for effektivt å isolere produksjonsformasjonen 12. En forholdsvis kort rørstreng 30 strekker seg gjennom begge pakninger 20a og 20b for å danne fluidforbindelse mellom deponeringsf ormas j onen 16 og kammeret 35 som er utformet mellom den øvre pakning 20b og pakningen 19 på pro-duksjonsrøret 18. En annen forholdsvis kort rørstreng 31 strekker seg også gjennom den øvre pakning 20b for å skaffe fluidforbindelse mellom produksjonsformasjonen 12 og kammeret 35.

Ved drift strømmer de produserte fluider 15 inn i brønn-hullet 11 gjennom perforeringene 14 og opp i kammeret 35 gjennom rørstrengen 31a i rørstrengen 31, hvor fluidene 15 gjennomgår tyngdeseparering. Vann 25 fra fluidene 15 vil samle seg på toppen av den øvre pakning 20b inntil dets nivå når toppen av rørstrengen 30, hvoretter vannet 25 vil strømme nedad gjennom rørstrengen 30 inn i deponeringsf ormas j onen 16.

Produksjonsf luidene 25 (dvs. hydrokarboner og det gjenværende vann) vil strømme opp til overflaten gjennom rørstrengen 18.

Figur 3 viser en brønn-komplettering som tilsvarer en konvensjonell dobbelt-komplettert brønn. Selv om brønnen 10 i både figur 3 og 4 er vist med vertikale brønnhull 11, skal det også her forstås at brønnhullet 11 fortrinnsvis heller i forhold til vertikalretningen. I figur 3 er brønnhullet 11 utstyrt med foringsrør og perforert nær produksjonsformasjonen 12 og deponeringsf ormas j onen 16 som før. En første produksj onsrørstreng 18a er nedsenket og en nedre pakning 20c og øvre pakning 19a er satt for effektivt å isolere produksjonsformasjonen 12. Rørstrengen 18a strekker seg gjennom den nedre pakning 20c og har et antall åpninger 32 nær den isolerte produksjonsformasjon 12. En andre produksjonsrørstreng 18b strekker seg fra overflaten gjennom den øvre pakning 19a.

Ved drift strømmer produserte fluider 15 inn i brønnhul-let gj ennom perforeringene 14. Etter tyngdeseparering av de produserte fluider, vil vann 25 strømme gjennom åpningene 32 i rørstrengen 18a ned i deponeringsformasjonen 16, og produksjonsfluider 26 vil strømme opp gjennom rørstrengen 18b. Noen av de produserte fluider 15 kan strømme gjennom åpningene 32 inn i rørstrengen 18a, men tyngdeseparering vil også skje i rørstrengen, idet vannet 25 vil strømme nedad og produksjonsfluidene oppad i rørstrengen. Figur 4 viser enda en annen komplettering som kan benyttes til å utføre oppfinnelsen. Også her er brønnen 10 utstyrt med foringsrør og perforert, og øvre 19b og nedre 20d pakninger anvendes for å isolere produksjonsf ormasjonen 12 som før. En første rørstreng 18c med åpninger 34 strekker seg fra overflaten gjennom den nedre pakning 2Od. En andre rørstreng 18d med åpning 33 strekker seg fra overflaten gjennom den øvre pakning 19b. Ved drift vil de produserte fluider 15 strømme gjennom perforeringene 14 inn i brønnhullet mellom pakningene 19b og 20d, opp gjennom den andre rørstreng 18d, og ut gjennom åpningene 33 til toppen av den øvre pakning 19b hvor tyngdeseparering finner sted. Vann 25 vil ved oppsamling på pakningen 19b, strømme gjennom åpninger 34, ned rørstrengen 18c, og inn i deponeringsformasjonen 16.

Kompletteringen vist i figur 5 er utformet for separering og deponering av vann nede i borehullet, hvor deponeringsformasjonen 116 ligger over den produserende formasjon 112. Brønnen 110 er utstyrt med foringsrør og perforert nær både produksjonsformasjonen 112 og pakningen 119 på rørstrengen 118 er satt til å danne et kammer 135 mellom pakningen 119 og pakningen 2e. En forholdsvis kort rørstreng 39 strekker seg inn i kammeret 135 gjennom den nedre pakning 2Od.

Ved drift vil produserte fluider 15 strømme gjennom perforeringene 114, opp det korte rør 39, og inn i kammeret 135 der tyngdeseparering finner sted. Vannet 25 strømmer gjennom perforeringene 117 inn i deponeringsformasjonen 116. Produksjonsfluidene strømmer opp til overflaten gjennom pro-duksjonsrøret 118.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for nedihulls separering og deponering av vann fra fluider som produseres fra en produserende under-grunnsf ormasjon inn i et brønnhull, karakterisert ved at den omfatter: komplettering av brønnhullet, idet den del av brønnhullet som ligger nær den produserende formasjon heller i forhold til vertikalretningen; isolering av nevnte del av brønnhullet som ligger nær den produserende formasjon; produsering av fluider fra den produserende formasjon inn i den isolerte, hellende del av brønnhullet, idet de produserte fluider innbefatter vann; tillate minst en del av vannet fra de produserte fluider å separere fra de produserte fluider ved tyngdekraft mens de produserte fluider er i den isolerte, hellende del' av brønnhullet; og deponering av det separerte vann i en undergrunns deponeringsf ormasjon uten at den separerte vannmengde noen gang blir produsert fra brønnhullet, idet deponeringsformasjonen har et lavere trykk enn trykket i den produserende formasjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter produsering av resten av de produserte fluider til overflaten etter at nevnte minst en del av vannet er blitt separert fra disse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at deponeringsformasjonen er under den produserende formasjonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at deponeringsformasjonen er over den produserende formasjonen.