NO312915B1 - Fremgangsmåte og anordning for behandling av borefluid og borekaks - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for transport av borefluid og borekaks fra et borehull i en undervannsbrønn til et behandlingsanlegg, eller et oppbevaringsanlegg, plassert på en flytende borerigg eller borefartøy, for behandling eller oppbevaring av borekaks, hvor borefluid før utblåsingsventil monteres på brønnhodet og før stigerør monteres mellom borehullet og den flytende boreriggen eller borefartøyet, transporteres fra borehullet på havbunnen ved hjelp av en undervannsplassert pumpemodul ordnet til en tetningsanordning, via en returledning, til behandlingsanlegget eller oppbevaringsanlegget på den flytende boreriggen eller borefartøyet..

Dagens krav vedrørende miljøutslipp setter store krav til operatørene i oljebransjen. For eksempel har noen operatører krav om at det ikke skal være utslipp av borefluid under boring. Under boring av en ny oljebrønn i havbunnen, eller boring i en allerede eksisterende brønn, produseres det store mengder borefluid som må behandles. Dette kan være oljebasert borefluid eller vannbasert borefluid, avhengig av om boringen som utføres er topphullsboring eller boring i oljesonene.

I denne søknaden menes det med borefluid fluider som fremkommer ved boring i et borehull, så som borekaks, boreslam eller andre borevæsker.

I de senere år er det blitt stadig mer fokusert på de miljøbelastningene oljebransjen fører med seg. Myndighetene har satt stadig strengere krav til miljøhensyn og har strenge regler for utslipp fra offshoreinstallasjoner, da disse kan gi negative effekter på det maritime miljøet. I dag er det i hovedsak strenge restriksjoner med tanke på utslipp av oljebasert boreslam, og utslipp av denne type slam er nesten stoppet helt opp i den Norske sektoren av Nordsjøen.

I en standard brønn hvor det bores følgende hull uten stigerør (36" - 225m, 26" -1200m) vil det produseres over 34Om<3> med borekaks direkte fra brønnen. I tillegg kommer boreslammet med sin tilblanding av forskjellige kjemi-kalier. SFT innførte totalforbud mot dumping av boreslam og/eller borefluid i den norske sektoren av Nordsjøen i 1993. Dette var starten på det som i dag kalles slurryfi-seringsanlegg for å kunne behandle fluidretur til borehull.

I dag har de fleste faste installasjonene slike an-legg, men de brukes kun til injeksjon av oljeholdig avfall. Injeksjonen utføres i et ringrom mellom to foringsrør i borehullet, vanligvis foringsrør med en diameter på omtrent 340 mm og 508 mm (13 3/8" og 20"), og med følgende data:

Dette er basert på en pumperate på omtrent 4 000 l/min under boring av en ca. 311 mm (12 1/4") seksjon og en ca. 216 mm (8 1/2") seksjon.

Vannbasert borefluid slippes rett i ut havet og legger seg på havbunnen, noe som skaper miljøproblemer for det maritime livet både i havet og på sjøbunnen. Utslippet av borefluid utføres vanligvis ved hjelp av en pumpe som er montert på et fundament ved borehullet. Pumpen virker som en avsugningpumpe for å skape et undertrykk i en tetningsanordning som er ordnet rundt borestrengen i borehullet.

Ulemper med dagens fremgangsmåte er at hvis vannbasert borefluid skal transporteres opp på boreriggen for deretter å injiseres ned i tilsvarende brønn, oppstår det flere problemer som det pr. i dag ikke er løsninger på. Det er blant annet at det under topphullsboring ikke finnes marine stigerør, dvs et vertikalt stigerør som transporterer boreslam fra havbunnen og opp til oljeplattformen, og det eksisterer dessuten ikke ringrom for injeksjon av det vannbaserte borefluid.

Fra kjent teknikk kan US 4,149,603 trekkes frem. Dette systemet viser en løsning hvor bruk av stigerør elimineres ved boreoperasjoner under vann. Systemet omfatter en pumpe tilkoplbar til den øvre delen av et undervannsborehode og har en nedre del med et innløp og en oppadrettet vegg som samvirker med den nedre delen. Midler for å hindre at vann kommer i kontakt med kun den øvre delen av borekaks, ettersom borekaks passerer oppover fra det nedre innløpet. Videre transporteres borekaks til overflaten ved hjelp en pumpe, via en slange.

Det er derfor behov for en fremgangsmåte som kan fjerne utslipp av borefluidretur ved en flytende borerigg, og som kan anvendes i tilknytning til allerede eksisterende borehullsapplikasjoner både på havbunnen og på boreriggen. Det er også behov for en anordning for å utføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fordeler med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er at det oppnås store besparelser ved å kunne resirkulere borefluidretur. Full borerate opprettholdes i de ulike seksjonene, dvs ca. 311 mm og ca. 216 mm (12 3/4" og 8 1/2") seksjoner. Miljøet spares for unødvendige utslipp. Det oppnås raskere slurrifisering av borefluidet som fremkommer ved boring, dvs raskere behandling av den pumpbare massen eller slammet som består av et fast stoff oppslemmet i en væske. Lettere krav til slurryen. Det oppstår ingen slitasje på foringsrør, og det er ingen fare for at foringsrøret ødelegges. Borefluid unngåes rundt templaten, dvs fundamentet, og sement unngåes rundt templaten. Dette gir fri sikt for ROV-operatøren (Remotely Operated Vehicle). Det oppnåes også større injeksjonsrate.

I forbindelse med boring på havbunnen dannes det borefluid rundt boringsmalen (templaten). Det er vanlig å benytte fjernstyrte undervannsfartøyer (ROV - "remote operated vehicle") med kamera for å overvåke og utføre ulike operasjoner, og borefluid/slam i området rundt borehullsmunningen representerer derfor et betydelig sikt-problem. Borekaks er fragmenter av bergarter som under boring bringes opp med boreslammet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å frembringe en fremgangsmåte og en anordning som eliminerer de ovenfornevnte ulemper. Det er også et formål å frembringe en fremgangsmåte og anordning ved en flytende borerigg for resirkulering av borefluidretur fra et borehull i en undervannsbrønn, omfattende en tetningsanordning på et brønnhode, en pumpe for å transportere borefluid, et behandlingsanlegg for borefluid og en injeksjonspumpe.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at den undervannsplasserte pumpemodulen og tetningsanordningen frembringer et utløpstrykk, avhengig av egenvekt på borefluid og havdyp, som er stort nok til å transportere borefluid fra borehullet, gjennom returledningen og opp til den flytende boreriggen eller borefartøyet.

Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den undervannsplasserte pumpemodulen og tetningsanordningen er innrettet til å frembringe et ut-løpstrykk som er stort nok til å løfte borefluid fra borehullet gjennom returledningen og til en eksisterende ledning (flow-line) på den flytende boreriggen eller borefartøyet.

Foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er angitt i de uselvstendige kravene 2-3. Pumpeenheten og tetningsanordningen kan frembringe et utløpstrykk på ca. 4 til 12 bar, foretrukket ca. 7 til 9 bar, for å transportere borefluidet fra det første borehullet gjennom en returslange og opp til boreriggen; at borefluidet overføres fra behandlingsanlegget og injiseres i det andre borehullet på havbunnen ved hjelp av en høy-trykkspumpe; at det andre borehullet på havbunnen anordnes i en avstand fra det første borehullet på havbunnen; at et brønnhode anordnes ved det andre borehullet for direkte injeksjon i et injeksjonsområde i en nedre del av det indre foringsrøret; at et injeksjonsfundament (template) ordnes til brønnhodet på det andre borehullet, og at injeksjons-fundamentet kan fjernes etter bruk; og at borefluidet i behandlingsanlegget utsettes for en behandling som frembringer borefluid med passende egenskaper, så som passende viskositet, for injeksjon i det andre borehullet.

Foretrukne utførelser av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er angitt ved de uselvstendige kravene 5-6. Behandlingsanlegget kan omfatte risteanordninger for å utsile borefluidet, knuseanordninger for å tilvirke borekaks til korrekt kornstørrelse og oppbevaringstanker for midlertidig oppbevaring av borekaks og at pumpeenheten og tetningsanordningen, så som en suge- og sentraliseringsmodul, som er ordnet ved brønnhodet, frembringer et utløpstrykk på ca. 4 til 12 bar, foretrukket ca. 7 til 9 bar, for å løfte borefluidet fra det første borehullet gjennom en returslange og opp til boreriggen.

Det skal nå beskrives et utførelseseksempel ifølge foreliggende oppfinnelse under henvisning til de vedlagte figurer. Det må forståes at dette eksemplet ikke er be-grensende og at andre og videre modifikasjoner kan utføres innenfor rammen av patentkravene. Figur 1 viser en prinsippskisse av fremgangsmåten og anordningen for behandling av borefluid ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et snitt av en injeksjonsbrønn ifølge figur 1.

Til et første borehull 10 som allerede er boret i havbunnen, er det vanlig å anordne en tetningsanordning 12 som vanligvis omtales som en suge- og sentraliseringsmodul (SCM), som figur 1 viser. Denne tetningsanordningen 12 er ordnet på brønnhodet til det første borehullet 10 for blant annet å tette mellom fundamentet ved brønnhodet og en rør-streng opp til boreriggen, og for å danne et undertrykk i borehullet for utsug av borefluid.

Den foreliggende oppfinnelse anvender blant annet et kjent system for fjerning av borefluid fra en borehulls-munning som er kjennetegnet ved at det mellom foringsrørets indre overflate og borestrengens ytre overflate er anordnet et endestykke som danner en avtetning, i hovedsak fluid-tett avtetning, mellom foringsrøret og borestrengen, og at det i foringsrøret er anordnet minst en utgangspassasje som står i direkte forbindelse med et ledningssystem, hvorpå en pumpeenhet for eksempel kan anordnes. Dette systemet baserer seg på søkers norske patentsøknad nr. 19982394.

En pumpeenhet 14 er tilkoblet et utløp på tetningsanordningen 12 for utsug av borefluid/boreslam. Vanligvis er utløpstrykket i pumpeenheten ca. 4 til 5 bar, men for å oppnå nødvendig løftehøyde må pumpeenheten modifiseres til å øke dette trykket til ca. 7 til 9 bar. På grunn av under-trykket i brønnhodet 10 frembrakt av tetningsanordningen 12 og pumpeenheten 14 frembringes en løftehøyde, inklusiv trykkfall og løftereduksjon p.g.a egenvekt av slurry, tilsvarende ca 35m + 300m vanndyp. Dette er nok til å løfte borefluidet opp til en eksisterende ledning på boreriggen, for eksempel en allerede eksisterende "flow line", som er velkjent for en fagmann. Transport av borefluidet fra pumpeenheten 14 til den eksisterende ledningen kan for eksempel foretrukket utføres i en ca 152 mm (6") eller 203 mm (8") slange 16 som kobles til den allerede eksisterende ledningen (flow line) på boreriggen. Slangen 16 kan være av type som har et arbeidstrykk på ca. 15 bar, og som tåler et utvendig trykk på ca. 15 bar. Andre slanger eller ledninger med passende egenskaper kan selvfølgelig også benyttes.

Borefluidet føres deretter inn i et behandlingsanlegg som er ordnet på boreriggen. Dette behandlingsanlegget omfatter for eksempel en risteenhet (shaker), en første lagringstank, en blandetank, en knuseenhet, andre lagringstanker, og en høytrykksinjeksjonspumpe, etc.

I risteenheten utsiles vannbasert boreslam. Ekstra sjøvann utsiles og tilbakeføres til en lagringstank, for blanding av slurry for injeksjon. Når denne fremgangsmåten anvendes kan ca 80 til 90 % av det vannbaserte boreslammet resirkuleres. Dette frembringer svært store kostnadsbe-sparelser pr. dag under for eksempel topphullsboring. Etter at borefluidet er siktet i ristenheten transporteres kaksen til en tank som omfatter et antall knuseenheter eller knusepumper. Borekaksen knuses i knuseenhetene eller knusepumpene til en foretrukket partikkelstørrelse på ca. 10 til 20u, eller en annen passende størrelse, hvorpå massen pumpes til en lagringstank før den overføres til en injeksjonsenhet, så som for eksempel en høytrykkspumpe, for injeksjon i et andre borehull 18. Denne injeksjonen kan for eksempel utføres i en 102 mm (4") injeksjonsslange 20 med et arbeidstrykk på mellom ca. 35-150 bar.

En vesentlig del av oppfinnelsen ifølge foreliggende oppfinnelse er at en nye type injeksjonsbrønn bores i en avstand fra det første borehullet 10. Et eksempel på en ny injeksjonsbrønn er vist i figur 2 og kan for eksempel være en brønn 18 som bores for setting av et 178 mm (7") foringsrør 22 i en 340 mm (13 3/8") foringsrør 24, med for eksempel en brønndybde på ca. 500 til 1500m. Denne brønn-dybden kan variere avhengig av formasjon som det bores i, og hvordan formasjonen er mottagelig for borefluidet som skal injiseres. Et område 26 til den nedre delen av det indre foringsrøret perforeres for injeksjon av den vannbaserte borefluidet.

Borefluidet, som lagres i lagringstanken på boreriggen, injiseres ved hjelp av høytrykkspumpen, og gjennom et brønnhodesystem som anordnes på brønnen. Dette brønn-hodesystemet kan være av en type som for eksempel gir en slitasjefri injeksjon og som også øker kapasiteten på inj eksj onen.

Ved en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse er behandlingsanlegget ordnet tilstøtende til det første borehullet eller det kan være ordnet tilstøtende til det andre borehullet.

I prinsippet kan behandlingsanlegget være plassert på et vilkårlig sted såfremt borefluidet kan pumpes til behandlingsanlegget og at borefluidet kan injiseres i det andre borehullet. I det første utførelseseksemplet er behandlingsanlegget plassert på boreriggen, på grunn av at allerede eksisterende behandlingsanlegg vanligvis er ordnet der, men behandlingsanlegget for borefluid kan selvfølgelig plasseres et annet sted.

Det er således frembrakt en ny fremgangsmåte og anordning for behandling av borefluid'ved flytende borerigger som forbedrer miljøet i havet, og som anvender allerede eksisterende enheter ved et borehull og en flytende borerigg.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for transport av borefluid og borekaks fra et borehull (10) i en undervannsbrønn til et behandlingsanlegg, eller et oppbevaringsanlegg, plassert på en flytende borerigg eller borefartøy, for behandling eller oppbevaring av borekaks, hvor borefluid før utblåsingsventil monteres på brønnhodet og før stigerør monteres mellom borehullet og den flytende boreriggen eller bore-fartøyet, transporteres fra borehullet (10) på havbunnen ved hjelp av en undervannsplassert pumpemodul (14) ordnet til en tetningsanordning (12), via en returledning (16), til behandlingsanlegget eller oppbevaringsanlegget på den flytende boreriggen eller borefartøyet, karakterisert ved at den undervannsplasserte pumpemodulen (14) og tetningsanordningen (12) frembringer et utløpstrykk, avhengig av egenvekt på borefluid og havdyp, som er stort nok til å transportere borefluid fra borehullet (10), gjennom returledningen (16) og opp til den flytende boreriggen eller borefartøyet.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at borefluid transportes gjennom returledningen (16) og til en eksisterende ledning (flow-line) på den flytende boreriggen eller borefartøyet for videre transport til behandlingsanlegget eller oppbevaringsanlegget .

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at etter at borekaksen er be-handlet på i og for seg kjent måte på den flytende boreriggen eller borefartøyet, injiseres den behandlede borekaksen i et andre borehull (18) frembrakt på havbunnen, eller i et tilpasset ringrom i det første borehullet (10).

4. Anordning for transport av borefluid fra et borehull (10) i en undervannsbrønn til en flytende borerigg eller borefartøy, særlig før utblåsingsventilen er montert på brønnhodet og før stigerør er montert mellom borehullet og den flytende boreriggen eller borefartøyet, hvor en undervannsplassert pumpemodul (14), ordnet til en tetningsanordning (12), er innrettet til å transportere borefluid fra borehullet (10) på havbunnen, via en returledning (16), til et behandlingsanlegg, eller et oppbevaringsanlegg, på den flytende boreriggen eller borefartøyet, karakterisert ved at den undervannsplasserte pumpemodulen (14) og tetningsanordningen (12) er innrettet til å frembringe et utløpstrykk som er stort nok til å løfte borefluid fra borehullet (10) gjennom returledningen (16) og til en eksisterende ledning på den flytende boreriggen eller borefartøyet.

5. Anordning i samsvar krav 4, karakterisert ved at den undervannsplasserte pumpemodulen (14) og tetningsanordningen (12) danner en suge- og sentraliseringsmodul som er ordnet ved brønnhodet.

6. Anordning i samsvar krav 4, karakterisert ved at pumpemodulens (14) turtall/ytelse er regulerbar i forhold til returstrømmen fra borehullet, hvorved ønsket differensialtrykk opprettholdes over tetningsanordningen (12).