NO311148B1 - Fremgangsmåte og anlegg for avhendelse av faste partkler i en jordformasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et anlegg for avhendelse av faste partikler i en jordformasjon, i henhold til innledningen i de etterfølgende patentkrav 1 og 7.

Avhendelse av borkaks ved boring av forskjellige typer brønner har blitt et stadig vanskeligere problem på grunn av restriksjoner som vedtas av forskjellige offentlige myndigheter og ønsket om å minske miljøskader. Disse problemer forverres eller i det minste forsterkes ved visse brønnboringsoperasjoner, særlig ved offshore boreoperasjoner, der avhendelsen av borkaks vanligvis krever transport av borkakset til et passende behandlingsanlegg på land eller langs kysten.

En løsning på problemene med avhendelse av borkaks er beskrevet i US-patent nr. 4942929, som beskriver et anlegg der borkaks separeres fra en borevæske og tas vare på for å benyttes som grus i bygningsmateriale. Finere materialpartikler danner en oppslemning og innsprøytes i en jordformasjon gjennom en tilførselsbrønn. Avhendelse av alt borkakset skjer imidlertid i mange tilfeller ikke på en hensiktsmessig måte, særlig ved offshore brønnboringsoperasjoner. På denne bakgrunn er den foreliggende oppfinnelse utviklet med sikte på å komme frem til et anlegg og en fremgangsmåte for avhendelse av borkaks som fjernes fra borevæsken under boreprosessen og ikke er egnet til å benyttes, gjenvinnes eller avhendes.

NO patentsøknad nr. 1 990 4825 beskriver injisering av oljeimpregnert borkaks i en undervanns brønn, ved at borkakset sammen med saltvann tilføres en knuser før det injiseres i brønnen.

Fremgangsmåten og anlegget i henhold til den foreliggende oppfinnelse kjennetegnes ved de trakk som framgår av patentkravene 1 og 7.

Borkaks som føres tilbake til overflaten kan således separeres fra borefluidet, blandes med en passende væske, slik som sjøvann, og sirkuleres, idet partikkelstørrelsen minskes ved skjærvirkning av en pumpe av sentrifugaltypen, til en størrelse som danner en oppslemnings-lignende sammensetning som kan pumpes inn i en utvalgt sone i en brønnboring, for avhendelse.

Kakset kan separeres fra et borefluid, ledes inn i en lagrings- og blandetank og resirkuleres til tanken ved hjelp av en pumpe av sentrifugaltypen, med en særskilt utformning som på en fordelaktig måte minsker størrelsen til borkakset til et forutbestemt maksimum, slik at kakset kan danne, sammen med en passende væske slik som sjøvann, en forholdsvis viskøs oppslemning som kan pumpes inn i et ringformet område dannet i en brønnboring og inn i en formasjonssone som er egnet for tilførsel av en slik oppslemning.

Anlegget er særlig effektivt, kompakt og egnet til bruk i forbindelse med offshore brønnboringsoperasjoner.

De ovenfor nevnte fordeler og trekk ved oppfinnelsen samt andre aspekter ved denne vil fremgå av den følgende, detaljerte beskrivelse, med henvisning til den vedføyde tegning.

Fig. 1 viser skjematisk anlegget i henhold til den foreliggende oppfinnelse, for

avhendelse av borkaks.

Fig. 2 viser utformningen av en type sentrifugalpumpe som foretrekkes til bruk i

forbindelse med den foreliggende oppfinnelse.

I den følgende beskrivelse er like deler gitt de samme henvisningstall. Målestokken på figurene varierer, og noen trekk er vist skjematisk av hensyn til klarhet.

Fig. 1 viser en brønnboring 10 som er boret i en jordformasjon 12 under vann 14. Brønnboringen 10 er dannet på generelt konvensjonell måte ved anbringelse av et brønnhode 16 for holding av en foringsstreng 18 som rager ned i brønnboringen. Et lederør 20 rager ned i formasjonen 1 2 og over vannflaten 30 for understøttelse av brønnhodet 16. Sement 22 fyller det ringformede rom mellom lederøret 20 og foringsrøret 18 samt et ringformet område 23 mellom formasjonen 12 og foringsrøret 18, slik som vist. Et sekundært forings- eller beskyttelsesrør 21 rager fra brønnhodet 16 og ned i formasjonen 12, og er sementert i en sone som er tilført sement 24 og som etterlater et ringformet område eller rom 26 mellom sementen 24 og foringsrøret 18 som er avgrenset av formasjonen 1 2 og beskyttelsesrøret 22. En borestreng 32 er vist ragende gjennom brønnhodet 16, foringsrøret 18 og beskyttelsesrøret 21, til et åpent bunnparti i brønnboringen, som ikke er vist, på konvensjonell måte.

I henhold til konvensjonell borepraksis strømmer borefluid fra et forråd, ikke vist, ned gjennom borestrengen 32 og opp gjennom det ringformede område 34 som er dannet mellom borestrengen og røret 22, til en returbeholder eller slamreturnippel 36. Borefluidet som strømmer tilbake gjennom ringrommet 34 fører med seg jordpartiklene eller borkakset, som etter retur til overflaten føres gjennom en ledning 38 til en separeringsinnretning, vanligvis kjent som en vibrasjonssikt 40. Borkaks som er for store til å inngå i borefluidet for resirkulasjon inn i brønnboringen separeres av vibrasjonssikten 40 og føres gjennom en egnet ledning 42 til et system for behandling og avhendelse av borkakset i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Borefluid og finere borkakspartikler som ikke separeres av vibrasjonssikten 40 oppsamles i en slamtank 44 og behandles i henhold til konvensjonell praksis før borefluidet på nytt ledes ned gjennom borestrengen 32. Mindre borkaks som ikke separeres av vibrasjonssikten 40 kan separeres i konvensjonelle sandutskillere, (ikke vist), og tilsettes en oppslemning, slik det skal beskrives.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til et anlegg for behandling av det separerte borkaks, og anlegget er generelt gitt henvisningstallet 46. Anlegget 46 omfatter en eller flere lagrings- og blandetanker 48 og 50 som hver er utstyrt med en passende blandeinnretning 52. Tankene 48 og 50 er også i kommunikasjon med vibrasjonssikten 40 via en ledning 42, for å motta borkaks fra vibrasjonssikten. Tankene 48 og 50 er også i kommunikasjon med en ledning 54 som er forbundet med et forråd av bærevæske for slam, hvilken kan være sjøvann. Anlegget 46 omfatter også en eller flere sentrifugalpumper 56 og 58 som danner en krets sammen med tankene 48 og 50 ved hjelp av sugeledninger 60 og 62. Med andre ord kan materialet strømme ut fra tankene 48 og 50 gjennom ledningene 60 og 62, direkte til innløpsåpningene til pumpene 56 og 58. Ledningene 60 og 62 er sammenkoblet via et ledningsparti 64, slik at hvilken som helst av pumpene 56 og 58 kan settes i kommunikasjon med tankene 48 og 50. Passende stengeventiler 66 er montert i ledningene 60, 62 og 64, slik som vist. Pumpene 56 og 58 er hver forbundet med utløpsledninger 68 og 70, for å lede fluid til tankene 48 og 50 eller til den andre av tankene via en tverrforbindelsesledning 72. Utløpsledninger 74 og 76 fra anlegget er også anordnet for å lede materialet som er klart for å strømme ut av anlegget 46 for innsprøytning i brønnboringen 10.

Som vist skjematisk i fig. 1 er ledningen 76 i kommunikasjon med en høytrykkspumpe (vanligvis en pumpe med positiv fortrengning) 78 som er forbundet med brønnhodet 16 for å lede en oppslemning med borkaks inn i en væskebærer i ringrommet 26, for innsprøytning i jordformasjonen 1 2, særlig i sonen mellom bunnen av sementeringen 22 og toppen av sementeringen 24. Strømningsregulering for fluidet og borkakset som kommer fra pumpene 56 og 58 utføres ved hjelp av ventiler 67 som er innkoblet i de respektive ledninger, slik som vist.

Den type sentrifugalpumpe som benyttes som pumper 56 og 58 er fortrinnsvis slik som vist i fig. 2. Med henvisning til fig. 2, som et eksempel, er pumpen 58 vist med et hovedsakelig sylindrisk hus 80 med et indre rotorrom 82. Fronten av huset 80 er fjernet for å vise en rotor 84 av en type med bakoverbøyde blader og med åpning på begge sider, dvs. at bladene 85 i det meste av den radiale utstrekning er buet bakover i forhold til rotasjonsretningen av rotoren og ikke er utstyrt med motstående sideplater som danner en lukket kanal mellom innløpsområdet 87 for fluidet og bladtuppene. Huset 80 har en tangential utløpsåpning 88 dannet av et husparti 90. En foretrukket type pumpe til bruk som pumpene 56 og 58 er en pumpe som produseres av TRW Mission Manufacturing Company, Houston, Texas, under varebetegnelsen Magnum I. Det konsentriske huset til denne typen pumper og utformningen av rotorbladene oppgis å gi en meget god virkning med hensyn til å minske partikkelstørrelsen til borkaks, primært ved skjærevirkning, til så lite som omtrent 20 /vm, når slike partikler blandes med sjøvann og pumpes gjennom pumpene 56 eller 58. Den fremre kant 85 på hvert av bladene 84 er fortrinnsvis belagt med et belegg som er motstandsdyktig mot abrasjon, slik som det belegg som finnes under varemerket Superloy Cluster-Rite. Pumpehastigheten for anvendelsen med å minske størrelsen til borkaks i henhold til den foreliggende oppfinnelse økes omtrent 50 % i forhold til den anbefalte pumpehastighet for konvensjonelle anvendelser.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse føres borkaks fra vibrasjonssikten 40 til den ene eller begge av tankene 48 og 50, for å blandes med en bærer slik som sjøvann, som ledes gjennom ledningen 54 til den ene eller begge av tankene. Som et eksempel føres borkaks fra vibrasjonssikten 40 til tanken 50, og valgte mengder sjøvann tilsettes i tanken 50 ved hjelp av ledningen 54. Pumpen 58 drives for å resirkulere blandingen av borkaks og sjøvann fra tanken 50, gjennom ledningen 62 og gjennom ledningen 70, tilbake til tanken. Ved regulering av utvalgte ventiler 67 kan mengden av materialet som strømmer ut fra pumpen 58 og resirkuleres til tanken 50 reguleres for å oppnå en oppslemning som består av leire som skjæres på grunn av virkningen til pumpen 58, for dannelse av fine partikler og et forholdsvis viskøst fluid. Etter regulering av strømningsmengden for strømning av borkaks inn i tanken 50 fra ledningen 42 sammen med sjøvannet fra ledningen 54, kan oppslemningen som strømmer ut fra pumpen 58 delvis resirkuleres inn i tanken 50 og kontinuerlig blandes med nytt materiale fra ledningene 42 og 54, eller den ledes direkte til ledningen 76 for innsprøytning i ringrommet 26.

Alternativt, dersom resirkulasjonen av blandingen av borkaks og sjøvann gjennom en eller flere av pumpene 56 og 58 er nødvendig for å danne de oppskårne leirepartikler og å minske partikkelstørrelsen, kan anlegget 46 arbeide slik at en kombinasjon av tanken 48 med pumpen 56 og tanken 50 med pumpen 58 kan drives for å resirkulere en oppslemning av sjøvann og borkaks kontinuerlig, inntil partikkelstørrelsen er minsket, hvorved oppslemningen deretter overføres til den andre tanken og deretter innsprøytes direkte i ringrommet 26 ved hjelp av ledningen 76 og pumpen 78, mens en ny ladning borkaks og vann tilføres tanken 48 for dannelse av oppslemningen og minskning av partikkelstørrelsen. Blanderne 52 kan naturligvis drives hovedsakelig kontinuerlig for å bidra til dannelsen og opprettholdelsen av den viskøse oppslemning av borkaks og vann.

Fremgangsmåten og anlegget i henhold til den foreliggende oppfinnelse beskrevet ovenfor medfører en enkel måte å avhende borkaks som hittil har vært ukjent. Selv om en foretrukket utførelse av en fremgangsmåte og et anlegg i henhold til den foreliggende oppfinnelse er beskrevet ovenfor, vil fagfolk på området forstå at forskjellige modifikasjoner kan gjøres med de beskrevne utførelser, innen rammen av oppfinnelsen, slik denne er definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for avhendelse av faste partikler i en jordformasjon, gjennom en brønnboring i jordformasjonen, omfattende at det fremstilles en oppslemning dannet av de faste partikler og en bærevæske, og at oppslemningen innsprøytes i brønnboringen, karakterisert ved at partikkelstørrelsen til de faste partikler minskes ved skjærvirkning ved hjelp av en pumpe med rotor før oppslemningen innsprøytes, slik at oppslemningen danner en viskøs væske.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet de faste partikler hovedsakelig omfatter borkaks dannet under boring av en brønn i jordformasjonen, og omfattende at borkakset separeres fra borefluidet og føres til en tilførselstank, at bærevæsken føres til tilførselstanken og at bærevæsken og borkakset strømmer gjennom en sentrifugalpumpe for å skjære opp og minske partikkelstørrelsen til borkakset.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, omfattende resirkulering av en blanding av borkakset og bærevæsken fra sentrifugalpumpen til tilførselstanken, for skjæring og minskning av partikkelstørrelsen til borkakset.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, omfattende at borkakset sirkuleres kontinuerlig til tilførselstanken og til og gjennom sentrifugalpumpen under boreoperasjoner i brønnen.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, omfattende at bærevæsken tilføres som sjøvann.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, omfattende at de faste partikler minskes til en størrelse på omtrent 20 //m.

7. Anlegg for avhendelse av faste partikler i en jordformasjon (12), gjennom en brønnboring (10) i jordformasjonen, omfattende en blandeinnretning (52) for dannelse av en oppslemning av de faste partikler og en bærevæske, og en pumpe (78) for innsprøytning av oppslemningen i brønnboringen, karakterisert ved i det minste én pumpe (56, 58) med rotor (84) for minskning av partikkelstørrelsen til de faste partikler ved skjærvirkning slik at oppslemningen danner en viskøs væske.

8. Anlegg som angitt i krav 7, og som omfatter i det minste én tilførselstank (48, 50) for tilførsel av en mengde av partiklene, en ledning (42) for å lede partiklene til tilførselstanken eller -tankene, ledninger (68, 70) for å lede en bærevæske til tilførselstanken eller -tankene, en ledningsanordning (74, 76) i kommunikasjon med tilførselstanken eller -tankene, for utslipp av oppslemningen som inneholder en blanding av partikler og bærevæske fra tilførselstanken eller -tankene og en ledningsanordning for å lede oppslemningen til tilførselstanken eller -tankene, en pumpeanordning (56, 58) montert i og tilkoblet både ledningsanordningen og en utløpsledning for den viskøse oppslemningen til en injeksjonspumpe (78) for innsprøytning i brønnboringen, og en ventilanordning (67) i kommunikasjon med ledningsanordningen, for selektiv regulering av strømmen av oppslemning fra pumpen (78) til tilførselstanken eller -tankene og utløpsledningen eller til en av disse.

9. Anlegg som angitt i krav 8, og som omfatter to tilførselstanker (48, 50) og to pumpeanordninger (56, 58) for tilførsel og sirkulasjon av oppslemningen og for minskning av partikkelstørrelsen.

10. Anlegg som angitt i krav 8 eller 9, og som omfatter minst én sentrifugalpumpe (56, 58) som har en rotor (84) med bakoverbuede blader (85).

11. Anlegg som angitt i krav 10, idet rotoren (84) har åpne ender og befinner seg i et hovedsakelig sylindrisk hus (80).

1 2. Anlegg som angitt i krav 11, idet huset (80) har et tangentialt utløp (88).