NO311447B1 - Fremgangsmåte for frembringelse av et fôringsrör i et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør i et borehull som er dannet i en underjordisk formasjon, idet borehullet er for eksempel en brønnboring for produksjon av olje, gass eller vann.

Tradisjonelt, når en slik brønnboring frembringes, installeres et antall foringsrør i borehullet for å hindre sammenbrudd av borehullveggen, og for å hindre uønsket utstrømning av borefluid inn i formasjonen eller inmfrømning av fluid fra formasjonen inn i borehullet. Borehullet bores i intervaller, hvorved et foringsrør som skal installeres i et nedre borehullintervall, nedsenkes gjennom et tidligere installert foringsrør i et øvre borehullintervall. Som en konsekvens av denne prosedyre har foringsrøret i det nedre intervall mindre diameter enn foringsrøret i det øvre intervall. Foringsrørene foreligger således i et stablet eller "nestet" arrangement, med foringsrørdiametere som avtar i nedadgående retning. Sementringrorri tilveiebringes mellom de ytre overflater av foringsrørene og borehullveggen for å avtette foringsrørene fra borehullveggen. Som en konsekvens av dette nestede arrangement kreves en forholdsvis stor borehulldiameter i den øvre del av borehullet. En slik stor borehulldiameter medfører økte omkostninger som følge av tungt foringsrør-håndteringsutstyr, store borkroner og økte volumer av borefluid og borkaks. Videre er økt boreriggtid innblandet som følge av nødvendig sementpumping og sementherding.

Internasjonal patentsøknad WO 93/25799 Al viser en fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør i et avsnitt av et borehull som er dannet i en underjordisk formasjon, hvor et rørformet element i form av et foringsrør installeres i avsnittet av borehullet, og utvides eller ekspanderes radialt ved benyttelse av en ekspansjonsdor. Ekspansjon av foringsrøret fortsetter inntil foringsrøret kontakter borehullveggen og deformerer den omgivende bergartformasjon elastisk. Eventuelt, når utvaskinger forekommer i borehullveggen under boring, eller når skjøre formasjoner påtreffes under boring, pumpes sement inn i et ringformet rom rundt foringsrøret på stedet for sådan utvasking eller skjør formasjon.

Selv om den kjente fremgangsmåte overvinner problemet med konvensjonelle foringsrør hvor diameteren av senere foringsrøravsnitt avtar i nedadgående retning, gjenstår det et behov for en metode for frembringelse av et foringsrør i et borehull ved hvilken det kreves en lavere belastning for å utvide det rørformede element, og ved hvilken det oppnås en forbedret tetning mellom foringsrøret og den omgivende jordformasjon.

I WO 93/25800 Al er det vist og beskrevet en anvendelse av en produksjonsforingsrørforlengelse i et borehull, hvor produksjonsforingsrørforlengelsen er forsynt med i lengderetningen overlappende åpninger og utvides radialt i borehullet. Produksjonsforingsrørforlengelsen tjener som en sil under produksjon av hydrokarbonfluid som strømmer fra den omgivende jordformasjon gjennom åpningene og inn i foringen. Det er vesentlig for denne produksjonsforingsrørforlengelse at fluidkornmunikasjon opprett-holdes mellom det indre av foringen og den omgivende jordformasjon, dvs. det er vesentlig at forekomsten av en tetning mellom produksjonsforingsrørforlengelsen og den omgivende formasjon unngås. Dette står i motsetning til formålet med den foreliggende oppfinnelse som streber etter å tilveiebringe en forbedret tetning mellom foringsrøret og den omgivende jordformasjon. Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør som har forbedret motstand mot sammenbrudd. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør som tillater en mindre forskjell i borehulldiameter mellom et øvre intervall og et nedre intervall av borehullet.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør i et borehull som er dannet i en underjordisk formasjon, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene: (a) å installere en rørformet foring i borehullet, idet foringen er radialt ekspanderbar i borehullet, hvorved foringen under sin radiale utvidelse har et antall åpninger som er overlappende i foringens lengderetning,

(b) å ekspandere foringen radialt i borehullet, og

(c) enten før eller etter trinn (b), å tilføre et herdbart, fluidisk tetningsmateriale i borehullet, slik at tetningsmaterialet fyller åpningene og derved i hovedsaken lukker åpningene, idet tetningsmaterialet velges slik at det herder i åpningene og derved øker foringens trykkfasthet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tillater således anvendelse av foringsrøravsnitt med ensartet diameter, slik at et stablet eller nestet arrangement av etterfølgende foringsrøravsnitt, slik som i de konvensjonelle foringsrørsystemer, kan unngås. Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås en pålitelig tetning mellom foringen og borehullveggen, samtidig som foringens åpninger tillater en stor radial utvidelse av foringen. Etter herding av tetningsmaterialet danner foringen med åpningene fylt av tetningsmateriale et kontinuerlig, forsterket brønnborings-foringsrør. Foringen er passende fremstilt av stål og kan være anordnet for eksempel i form av sammenføyde foringsrørav-snitt eller oppkveilet.

Videre kreves en vesentlig mindre radial kraft for å utvide foringen enn den kraft som kreves for å utvide det massive foringsrør ved den kjente metode.

En ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at foringen etter utvidelse av denne har en større endelig diameter enn diameteren av et ekspansjonsverktøy som anvendes. Forskjellen mellom den permanente, endelige diameter og den største diameter av ekspansjonsverktøyet omtales som permanent overskudds- eller merutvidelse.

Tetningsmaterialet tilføres hensiktsmessig i borehullet etter radial utvidelse av foringen.

Ytterligere styrke av foringen oppnås ved å forsyne tetningsmaterialet med forsterkende fibrer.

I tilfelle en del av det nevnte tetningsmateriale forblir i det indre av foringen, fjernes denne del passende fra det indre etter utvidelse av foringen, for eksempel ved å bore bort den nevnte del av tetningsmaterialet etter at tetningsmaterialet har herdet.

Foringen kan utvides radialt inntil den kontakter borehullveggen, eller alternativt inntil et ringformet rom gjenstår mellom foringen og borehullveggen, hvorved det herdbare, fluidiske tetningsmateriale strekker seg inn i det nevnte ringrom.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningen, der

fig. 1 skjematisk viser et langsgående tverrsnitt av et borehull med et uforet avsnitt som skal forsynes med et foringsrør omfattende en foring som er forsynt med i lengderetningen overlappende åpninger, og

fig. 2 viser en del av fig. 1 hvor en del av foringen er blitt utvidet.

Fig. 1 viser den nedre del av et borehull 1 som er boret i en underjordisk formasjon 2. Borehullet 1 har et foret avsnitt 5 hvor borehullet 1 er forsynt med et foringsrør 6 som er fastgjort til veggen av borehullet 1 ved hjelp av et lag av sement 7, og et uforet avsnitt 10.

I det uforede avsnitt 10 av borehullet 1 er en stålforing 11, som er forsynt med i lengderetningen overlappende åpninger, blitt nedsenket til en valgt posisjon, i dette tilfelle enden av foringsrøret 6. Åpningene i foringen er blitt anordnet i form av langsgående slisser 12, slik at foringen 11 danner en oppslisset foring med overlappende, langsgående slisser 12. For klarhetens skyld er ikke alle slisser 12 blitt forsynt med henvisningstall. Den øvre ende av den slissede foring 11 er blitt festet til den nedre ende av foringsrøret 6 ved hjelp av en passende forbmdelsesanordning (ikke vist).

I et neste trinn innføres et herdbart tetningsmateriale i form av sement som er blandet med fibrer (ikke vist), i den slissede foring 11. Sementen danner en sementmasse 13 i borehullet 1, hvorved en del av sementen strømmer gjennom slissene 12 i foringen 11 rundt den nedre ende av den slissede foring 11 inn i et ringformet rom 14 mellom den slissede foring 11 og veggen av borehullet 1, og en annen del av sementen forblir i det indre av den slissede foring 11.

Etter at sementen er innført i borehullet 1 utvides den slissede foring 11 ved benyttelse av en ekspansjonsdor 15. Den slissede foring 11 er blitt nedsenket ved den nedre ende av en streng 16 idet den hviler på ekspansjonsdoren 15. For å utvide den slissede foring 11, beveges ekspansjonsdoren 15 oppover gjennom den slissede foring 11 ved å trekke i strengen 16. Ekspansjonsdoren 15 er tilspisset i den retning i hvilken doren 15 beveges gjennom den slissede foring 11, og i dette tilfelle er ekspansjonsdoren 15 en oppad tilspisset eller avsmalnende ekspansjonsdor. Ekspansjonsdoren 15 har en største diameter som er større enn innerdiameteren av den slissede foring 11.

Fig. 2 viser den slissede foring 11 i delvis utvidet form, hvor den nedre del av den slissede foring er blitt utvidet. De samme særtrekk som de som er vist på fig. 1, har samme henvisningstall. Slissene deformeres til åpninger som er betegnet med henvisningstallet 12'. Etter hvert som ekspansjonsdoren 15 beveger seg gjennom den slissede foring 11, presses sement som er til stede i det indre av den slissede foring 11, av ekspansjonsdoren 15 gjennom slissene 12 inn i det ringformede rom 14. Da videre det ringformede rom 14 blir mindre på grunn av ekspansjonen av foringen 11, presses sementen mot veggen av borehullet 1, og den utvidede foring 11 blir passende innstøpt i sementen.

Etter at den slissede foring 11 er blitt radialt utvidet til sin fulle lengde, tillates sementmassen 13 å herde, slik at det oppnås et stålforsterket sementfoirngsrør, hvorved fibrene tilveiebringer ytterligere forsterkning til foringsrøret. En eventuell del av den herdede sementmasse 13 som kan være igjen i det indre av den slissede foring 11, kan fjernes derfra ved å nedsenke en borestreng (ikke vist) i den slissede foring 11 og bore bort denne del av sementen. Det stålforsterkede foringsrør som således oppnås, hindrer sammenbrudd av bergartformasjonen som omgir borehullet 1, og beskytter bergartformasjonen mot frakturering på grunn av høyt brønnboringstrykk som kan opptre under boring av ytterligere (dypere) borehullavsnitt. En ytterligere fordel med det stålforsterkede sementforingsrør er at stålforingen beskytter sementen mot slitasje under boring av slike ytterligere borehullavsnitt.

I stedet for å bevege ekspansjonsdoren oppover gjennom foringen, kan ekspansjonsdoren alternativt beveges nedover gjennom foringen under utvidelse av denne. Ved en ytterligere alternativ utførelse anvendes en sammentrekkbar og utvidbar dor. Først nedsenkes foringen i borehullet og blir deretter festet, hvoretter ekspansjonsdoren i sammentrukket form nedsenkes gjennom foringen. Deretter utvides ekspansjonsdoren og trekkes oppover slik at den utvider foringen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes i et vertikalt borehullavsnitt, i et awiks-borehullavsnitt eller i et horisontalt borehullavsnitt.

I stedet for å anvende den tilspissede ekspansjonsdor som er beskrevet ovenfor, kan det anvendes en ekspansjonsdor som er forsynt med ruller, hvilke ruller er i stand til å rulle langs den indre overflate av foringen når doren roteres, hvorved doren samtidig roteres og beveges aksialt gjennom foringen.

I en ytterligere alternativ utførelse danner ekspansjonsdoren et hydraulisk ekspansjonsverktøy som utspiles radialt ved tilveiebringelse av et valgt fluidtrykk til verktøyet, og hvor trinn (b) ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter tilveiebringelse av det valgte trykk til verktøyet.

Hvilket som helst passende, herdbart tetningsmateriale kan anvendes for å danne den herdede materialmasse, for eksempel sement, så som konvensjonelt benyttet Portlandsement eller masovn-slaggsement, eller en harpiks, så som en epoksyharpiks. Det kan også benyttes hvilken som helst passende harpiks som herder ved kontakt med et herdemiddel, for eksempel ved å forsyne foringen innvendig eller utvendig med et første lag av harpiks og et andre lag av herdemiddel, hvorved de to lag under ekspansjon av foringen presses inn i åpningene i foringen og blir sammenblandet, slik at herdemiddelet bringer harpiksen til å herde.

Tetningsmaterialet kan innføres i det ringformede rom mellom foringen og borehullveggen ved å sirkulere tetningsmaterialet gjennom foringen, rundt den nedre ende av den slissede foring, og inn i ringrommet. Alternativt kan tetningsmaterialet sirkuleres i den motsatte retning, dvs. gjennom ringrommet, rundt den nedre ende av foringen, og inn i foringen.

I den foregående beskrivelse er foringen forsynt med et stort antall slisser, hvorved slissene under radial utvidelse av foringen utvider seg slik at de danner åpninger. Dersom det er nødvendig å pumpe fluid gjennom foringen før radial utvidelse av denne, kan slissene forsegles før sådan radial utvidelse av foringen finner sted, for eksempel ved hjelp av polyuretantetningsmateriale.

I en alternativ utførelse er foringen forsynt med et antall avsnitt med redusert veggtykkelse, hvorved hvert avsnitt med redusert veggtykkelse under radial utvidelse av foringen forskyver seg eller avskjæres (engelsk: shears), slik at det danner én av de nevnte åpninger. For eksempel kan hvert avsnitt med redusert veggtykkelse være i form av et spor som er anordnet i foringens vegg. Hvert spor strekker seg fortrinnsvis i foringens lengderetning.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for frembringelse av et foringsrør i et borehull som er dannet i en underjordisk formasjon,karakterisert vedat den omfatter trinnene: (a) å installere en rørformet foring i borehullet, idet foringen er radialt ekspanderbar i borehullet, hvorved foringen under sin radiale utvidelse har et antall åpninger som er overlappende i foringens lengderetning, (b) å ekspandere foringen radialt i borehullet, og (c) enten før eller etter trinn (b), å tilføre et herdbart, fluidisk tetningsmateriale i borehullet, slik at tetningsmaterialet fyller åpningene og derved i hovedsaken lukker åpningene, idet tetningsmaterialet velges slik at det herder i åpningene og derved øker foringens trykkfasthet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat tetningsmaterialet tilføres i borehullet etter radial utvidelse av foringen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat tetningsmaterialet forsynes med forsterkende fibrer som forsterker tetningsmaterialet etter herding av dette.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat en del av det herdede tetningsmateriale strekker seg i det indre av foringen, hvilken del fjernes fra det indre av foringen ved rotasjon av en borestreng inne i den utvidede foring.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4,karakterisert vedat foringen ekspanderes radialt ved benyttelse av en ekspansjonsdor med en største diameter som er større enn innerdiameteren av foringen før utvidelse av denne, hvorved doren beveges aksialt gjennom foringen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat doren er forsynt med ruller som ruller langs den indre overflate av foringen når doren roteres i foringen, og at doren samtidig roteres og beveges aksialt gjennom foringen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat ekspansjonsdoren danner et hydraulisk ekspansjonsverktøy som utspiles radialt ved tilveiebringelse av et valgt fluidtrykk til verktøyet, og derved ekspanderer foringen radialt.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat det herdbare tetningsmateriale velges fra gruppen av sement, Portlandsement, masovn-slaggsement, harpiks, epoksyharpiks og harpiks som herder ved kontakt med et herdemiddel.

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8,karakterisert vedat foringen er forsynt med et antall avsnitt med redusert veggtykkelse, hvorved hvert avsnitt med redusert veggtykkelse under radial utvidelse av foringen forskyves eller avskjæres slik at det danner én av de nevnte åpninger.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat hvert avsnitt med redusert veggtykkelse danner et spor som er anordnet i foringens vegg.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat hvert spor strekker seg i foringens lengderetning.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8,karakterisert vedat foringen er forsynt med et antall slisser, hvorved hver sliss under radial utvidelse av foringen utvider seg slik at den danner én av de nevnte åpninger.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisert vedat slissene strekker seg i foringens lengderetning.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13,karakterisert vedat slissene forsegles før radial utvidelse av foringen, for å tillate fluid å bringes til å strømme gjennom foringen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, krakterisert ved at slissene forsegles ved hjelp av polyuretantetningsmateriale.

16. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-15,karakterisert vedat et ringformet rom gjenstår mellom foringen og borehullveggen etter radial utvidelse av foringen i borehullet, hvorved det herdbare, fluidiske tetningsmateriale strekker seg inn i det ringformede rom.