NO314700B1 - Fremgangsmåte for injisering av fluid i en brönnboring - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for injisering av et første fluid i et andre fluid i en underjordisk brønnboring, idet brønnboringen inneholder en foringsrørstreng som er sentrert, slik at et ringrom er dannet mellom brønnboringen og strengen, hvilken fremgangsmåte omfatter lagring av det først fluidet i et reservoar, anbringelse av reservoaret i brønnboringen, og overføring av det første fluidet fra reservoaret og inn i det andre fluidet.

Forklaring av kjent teknikk

Veletablerte fremgangsmåter benyttes ved olje- og gassutvinning for sementering av en brønnboring som forløper i underjordiske formasjoner. Vanligvis monteres et foringsrør i brønnforingen og fortrenger slam i denne. Ytterdiameteren til foringen er mindre enn innerdiameteren til brønnboringen, slik at det er dannet et ringformet rom mellom foringen og brønnboring. Ved en primær sementeringsoperasjon pumpes sement med i ringrommet for å feste foringen til jordformasjonen i brønnboringen, beskytte foringen mot korrosive gasser og væsker og å danne en soneisolasjon som hindrer vertikal bevegelse av fluider langs eller inne i ringrommet eller på annen måte gjennom ringrommet.

Før en vanlig primær sementeringsoperasjon pumpes (føres) en nedre membranplugg med hul kjerne ned i det indre av foringen ved bruk av en sementoppslemning. Etter at tilstrekkelig sementoppslemning til å fylle ringrommet er pumpet ned i foringen, pumpes en øvre plugg med en kompakt kjerne ned i foringen ved bruk av et fortrengningsfluid slik som slam. Den nedre og øvre pluggen beskytter sementoppslemningen mot forurensning med slam som strømmer foran den nedre pluggen og følger etter den øvre pluggen. Den nedre pluggen beveges nedover inntil den kommer til anlegg mot foten av foringen, og på dette tidspunkt øker trykket i oppslemningen over den nedre pluggen og bryter membranen i denne. Sementoppslemningen strømmer deretter nedover gjennom den nedre pluggen og bunnen av brønnboringen og opp i ringrommet. Den øvre pluggen fortsetter å bevege seg nedover inntil den kommer til anlegg mot toppen av den nedre pluggen, på hvilket tidspunkt ringrommet skal være hovedsakelig fylt med sementoppslemning, for derved å fullføre sementeringsoperasjon. Sementoppslemningen tillates deretter å størkne eller herde i ringrommet, og danner dermed en fast ringformet søyle mellom foringen og jordformasjonen i brønnboringen.

Skillefluider, slik som blandinger av såpe og vann eller vektbelastede polymerfluider som er kompatible både med slam og sement benyttes ofte i ringrommet for å utføre funksjonene som utføres av pluggene i foringen. Det vil si at skillefluidene føres ned før og etter sementen for å spyle slammet ut av ringrommet før sementoppslemningen kommer ned i ringrommet og for å holde slammet og sementen adskilt i ringrommet.

Tiden som medgår for størkning av sementen, som ofte kalles sementventetiden, kan variere fra flere dager og opptil en uke. Ventetiden er kostbar fordi den utgjør passiv tid hvor boreutstyret ikke er i bruk. Dessuten øker en lang ventetid sannsynligheten for at sementen kan falle tilbake inn i foringen, eller inn i et "rottehull", eller lignende, og at gassformede eller flytende fluider fra et reservoar kan komme inn i og svekke sementsøylen mens sementen er i en overgang fra flytende til fast tilstand (tiden for overgang til størkning). For å minske ventetiden og tiden for overgang til størkning samt herdetiden for sementoppslemningen innblandes ofte vanlige akseleratorer, slik som kalsiumklorid, natriumklorid, natrium-metasilikat og andre velkjente stoffer ved overflaten av brønnboringen i sement eller fremstilte sementblandinger og tilsetningsvann. Disse akseleratorbehandlede sementoppslemninger pumpes deretter ned i brønnen. Fordi det kan ta mange timer før slike oppslemninger kommer til dype brønner, dersom akseleratorer ikke reguleres, kan disse bevirke at sementoppslemningen størkner for tidlig, mens den fremdeles er i foringen, slik at oppslemningen hindres i å nedfores i ringrommet, og det kreves dessuten etterfølgende fjernelse av herdet sement fra det indre av foringen. For å oppnå sikring mot slik for tidlig størkning inngår en "sikkerhetsfaktor" i den beregnede herdetiden, hvilket ytterligere minsker brukbarheten til disse typer akseleratorer i dype brønner.

Andre akseleratorer, slik som aminer, amider og organiske syrer, som alle er velkjent på området, vil også akselerere sementoppslemninger og bevirke samme ønskede egenskaper som er nevnt ovenfor. Disse akseleratorer har imidlertid vanligvis ukontrollerbar oppførsel, og av denne grunn kan de ikke forblandes ved overflaten med sementoppslemningen.

Et forsøk på å minske ventetiden har vært å benytte akselererende vasking i likhet med det som benyttes ved permafrostanvendelser, ved at et rør fra en kveil føres ned i brønnboringen og sement etterfulgt av et skillefluid pumpes gjennom dette. Sementen størkner eller dehydratiseres delvis, og det akselererende vaskemiddel skyves gjennom den delvis størknede massen, eller permeabilitet i sementen medfører en viss minskning av ventetiden. Ved konvensjonell sementeringspraksis er imidlertid denne metoden begrenset på grunn av (1) det høye potensial for forurensning av behandlingsfluidet med fortrengningsfluider slik som boreslam, (2) volumet av tilsetninger som kreves for å behandle et mye større oppslemningsvolum og (3) akseleratorens manglende evne til å regulere oppslemningen i ringrommet eller å blandes tilstrekkelig med sementoppslemningen ved foten av foringen.

I tillegg til akseleratorer kan det også være nødvendig å innblande andre tilsetninger i sementoppslemningen for å oppnå en eller flere av følgende virkninger: forsinke størkningen av sementen, kontrollere fluidtap, minske eller stanse migrering av fluid eller gass, øke gelstyrken eller den tiksotropiske oppførselen til sementen, unngå de forurensende og over-forsinkende virkninger av slammet på sementen, eller forbedre fastgjøringen av sementen.

US-patent 4846279 beskriver injisering av et behandlingsfluid i et produksjonsfluid i en brønn, fra en blære beliggende i en beholder ved bunnen av en brønn. Beholderen holdes i en viss avstand over bunnen av en pakning, og har en åpning i bunnen som fluid kan strømme inn i blæren gjennom, hvorved blæren utsettes for trykket ved bunnen av brønnen. Et injeksjonshode på beholderen begrenser strømmen av produksjonsfluid gjennom perforeringer og bevirker et trykkfall ved utløpet fra injeksjonshodet, slik at en trykkforskjell mellom brønnfluidet ved bunnåpningen i beholderen og produksjonsfluidet ved injeksjonsutløpet er tilstrekkelig til at behandlingsfluidet strømmer fra blæren, gjennom injeksjonsutløpet og inn i produksjonsfluidet. US-patent 4846279 beskriver således at et behandlingsfluid blandes med et produksjonsfluid som strømmer oppover i en brønn.

Beholderen som beskrives i US-patent 4846279 holdes dessuten på plass av en pakning, og dette hindrer injisering av fluid forbi beholderen og inn i ringrommet. Det er derfor fysisk umulig at fluid kan strømme nedover forbi anordningen som beskrives i patentet, og det er også umulig å opprettholde en trykkforskjell som trengs for at anordningen skal kunne fungere.

US-patent 3104715 angår en anordning for tilsetning av et behandlingsfluid i en gassbrønn, omfattende et rørelement med en gassinnløpsåpning og en innsnevring som bevirker strupning og trykkfall, idet en pakning er montert omkring rørelementet over gassinnløpsåpningen. Anordningen omfatter dessuten et reservoar for behandlingsfluidet og en kanal som bevirker at trykket i gassen som strømmer gjennom innlopsåpningen påvirker reservoaret, samt en ledning for behandlingsfluidet forløpende fra reservoaret til innsnevringen, med utløp i strømningsbanen til gassen.

Også r dette tilfellet hindrer pakningen strømning oppover i ringrommet forbi pakningen. Den eneste strømningsbanen i dette området er inne i røreiementet.

En anordning utviklet for injisering av kjemiske tilsetninger i underjordiske brønnboringer er vist i US-patent 4 361 187, som beskriver en blandeventil til bruk i et brønnhull for slike anvendelser som sementering eller frakturering av brønner. Denne ventilen er generelt montert på et rør som ledes ned i en foring i en brønnboring. Et første fluid pumpes ned i røret, mens et andre fluid pumpes ned i et ring rom dannet mellom røret og foringen, og de to fluider blandes ved blandeventilen. Det er imidlertid flere ulemper med en slik anordning. For eksempel dersom fortrengningsfluid benyttes for å pumpe det første og andre fluidet ned i røret og ringrommet vil fluidene uunngåelig bli forurenset. Dersom fortrengningsfluid ikke benyttes kreves det en urimelig og meget uøkonomisk mengde av det første og andre fluidet for å fylle røret og ringrommet. Dessuten kreves det at de to fluidene løper sammen ved blandeventilen samtidig, hvilket er en meget vanskelig oppgave. En slik anordning er også upraktisk for sementering av et helt brønnboringsringrom, og bare én slik anordning kan benyttes i en brønnboring på en gang. Dessuten krever en slik anordning en ekstra nedføringsmekanisme for røret, hvilket øker omkostningene og tiden som kreves for sementeringsoperasjoner.

På bakgrunn av det ovenstående er det behov for en fremgangsmåte for å minske tiden for størkning av sementoppslemning, overgangstiden for herding og ventetiden for herding av sement på en måte som kan kontrolleres, selv i dype brønnboringer, uten for tidlig herding av sementen.

Oppsummering av oppfinnelsen

De nevnte problemer løses og det oppnås et teknisk fremskritt med en fremgangsmåte der fluider, slik som akseleratorer, injiseres i en brønnboring. Fremgangsmåten omfatter lagring av et første fluid, slik som en akselerator, i et reservoar eller en anordning, anbringelse av anordningen eller reservoaret nede i en brønnboring, hvoretter det bevirkes at anordningen eller reservoaret injiserer eller overfører det første fluidet i et andre fluid, slik som en sementoppslemning, på et ønsket tidspunkt og sted i brønnboringen.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at det andre fluidet ledes ned gjennom strengen og opp gjennom ringrommet.

I en utførelse av oppfinnelsen dannes reservoaret av et ringformet rom som omgir en midtre kanal i en plugg. Reservoaret er utformet med åpninger som det første fluidet kan strømme gjennom fra reservoaret og inn i kanalen. Pluggen pumpes deretter ned til bunnen av foringen på konvensjonell måte. Det andre fluidet strømmer deretter gjennom kanalen for å bevirke et trykkfall og en venturivirkning gjennom åpningene, for derved å bevirke at det første fluidet strømmer ut av reservoaret gjennom åpningene og inn i det andre fluidet i kanalen.

I en annen utførelse av oppfinnelsen avgrenses reservoaret av et ringformet rom som omgis av veggen til et parti av en foring. Foringen anbringes i brønnboringen. Reservoaret et utformet med åpninger som det første fluidet kan strømme gjennom fra reservoaret og gjennom et ringrom avgrenset mellom foringen og brønnboringen. Det andre fluidet strømmer deretter gjennom ringrommet for å bevirke et trykkfall og en venturivirkning gjennom åpningene, for derved å bevirke at det første fluidet strømmer ut fra reservoaret gjennom åpningen og inn i det andre fluidet i ringrommet.

Mange fordeler oppnås med oppfinnelsen, inkludert kontroll eller minskning av tiden for størkning av sementoppslemning, tiden for overgang til herding og tiden for utvikling av kompresjonsstyrke og følgelig tiden for herding av sementoppslemningen, uten å bevirke at sementen herder for tidlig i en tilhørende foring. Noen følger av å kontrollere eller akselerere disse oppslemningsegenskaper omfatter minskning av over-forsinkelse som skyldes slamforurensning, minskning av migrering av gass og fluid, kontroll med nedsatt sirkulasjon og eliminering av at sement faller inn.

Mange andre fordeler oppnås også med den foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan på en sikker måte prosedyrer for brønntesting, logging, utboring og klargjøring starte tidligere. Det kreves mindre tid for å oppfylle føderale, statlige og lokale offentlige bestemmelser som gjelder prosedyrer for sementherding. Soneisolasjon gjøres størst mulig ved å fremme sementherding før inntrengning av gass fra ringrommet kan danne kanaler gjennom ringrommet. Oppslemninger kan gis ekstra størknetid for å øke størknetidene med hensyn til pumpesikkerhet og kontrollstandarder, for derved å minske graden av laboratoriestøtte som trengs. Våte rørsko og skade ved primære sementoperasjoner ved tidlige rørskotester kan minskes. Kompresjonsstyrken og duktiliteten til herdet sement forbedres. Sement som herder hurtigere klemmer og medfører at det kan utføres bedre og mere kostnadseffektive hjelpetiltak. Sementplugger som herder hurtigere kan benyttes ved bruk av ledekile eller når en brønn oppgis. Behandlingsfluider kan tilføres separat ved forspyling eller overspyling av sementen i brønnboringen, men effektiv behandling ved sammenblanding av to fluidfaser er begrenset til fluid-grensesnittene.

Flere andre fordeler oppnås med den andre utførelsen angitt ovenfor, det vil si ved lagring av fluid i et reservoar som er integrert i en foringsvegg. Fluidet kan for eksempel injiseres hvor som helst i det øvre eller nedre partiet av brønnboringen, der det for eksempel kan finnes en svak sone, et gassinntrengningsproblem, nedsatt sirkulasjon eller betydelige endringer av termiske gradienter som påvirker konvensjonell praksis. Dessuten kan sementoppslemning, omfattende en øvre oppslemning (dvs oppslemning beregnet for det øvre området av ringrommet) størkne hurtig før den blir forurenset eller fortynnet, og det kan utelates utvendige foringspakninger.

Kortfattet forklaring av tegningene

Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en første foretrukket utførelse av en injiseringsplugg til bruk i borehull og som kan benyttes for å utføre fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et lengdesnitt gjennom et sementeringssystem der pluggen i fig. 1 kan

benyttes.

Fig. 3 er et lengdesnitt gjennom pluggen i fig. 1, som omfatter en glidering.

Fig. 4 er et delvis snitt gjennom en foringsvegg som har et reservoar som kan benyttes

for å gjennomføre fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 5 er et lengdesnitt gjennom foringsveggen i fig. 4, som danner anlegg mot en

sem enteri ng sventi I.

Beskrivelse av foretrukne utførelser

I fig. 1 angir henvisningstallet 10 en første utførelse av en injiseringsplugg til bruk i borehull og som kan benyttes for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Som vist omfatter pluggen 10 et sylindrisk hus 12 som har en hovedsakelig sylindrisk yttervegg 14 og et øvre endeparti 16 ragende radialt innover fra den øvre enden av veggen. En åpning 18 som er konsentrisk med veggen 14 er dannet gjennom den øvre enden 16. Åpningen 18 er lukket av en membran 20, som kan brytes når det utøves et forutbestemt trykk mot membranen, slik det skal beskrives. En andre åpning 22 er dannet gjennom det øvre endepartiet 16, mellom åpningen 18 og veggen 14. Fortrinnsvis omgir flere ettergivende avstrykerblader 24 det øvre og nedre partiet av utsiden av veggen 14.

En hylse 26 er festet inne i huset 12 og omfatter en hovedsakelig sylindrisk indre vegg 28 som har et øvre endeparti i anlegg mot omkretsen av åpningen 18, og et nedre endeparti 30 med flens som rager radialt utover. Den indre veggen 28 avgrenser en midtre, sylindrisk kanal 32 som forløper i lengderetningen gjennom huset 12. I det nedre parti av kanalen 32 er det dannet en boring 34 som er konsentrisk med og har en litt større diameter enn kanalen 32. En ringformet kammer 36 avgrenses av innsiden til den ytre veggen 14 og den indre veggen 28, den øvre enden 16 og den nedre enden 30. Fire fluiddoseringsåpninger 38 med vinkelavstand (to av disse er vist) forløper radialt gjennom et nedre parti av veggen 28, fra kammeret 36 og inn i boringen 34. Tre innbyrdes adskilte åpninger 40 er også dannet, forløpende radialt fra boringen 34 og inn i flensen 30. En utsparing 42 er utformet på undersiden av flensen 30, og er konsentrisk med og forløper radialt utover fra boringen 34.

En elastomer blære 44 er anordnet inne i det ringformede kammeret 36 og utfyller hovedsakelig dette. Fire åpningsblokker 46 som hver danner flere åpninger 48 er jevnt fordelt omkring og festet til det nedre indre partiet av blæren 44, slik at blokkene er innrettet etter og er koblet til åpningene 38, for derved å danne fluidkommunikasjon mellom det indre av blæren 44 og boringen 34. Det øvre partiet av blæren 44 omfatter en fyflenippel 50 som rager gjennom åpningen 22, og nippelen har en konvensjonell enveisventil (ikke vist) for å muliggjøre at blæren kan fylles med et fluid, slik som en akselerator for sementoppslemning, men slik at det hindres at fluidet strømmer ut.

En forskyvbar ventilhylse 52 er anordnet i boringen 34, og omfatter en sylindrisk vegg 54 som har tre hylsehull 56, fire hylseåpninger 58 og en flens 60 ragende radialt utover nederst. Veggen 54 og flensen 60 er slik dimensjonert at hylsen 52 kan forskyves inne i boringen 34, og slik at flensen kan innføres i utsparingen 42. Hylsen 52 har et hulrom dimensjonert til hovedsakelig å danne en forlengelse av den midtre kanalen 32.

Hylsen 52 befinner seg slik inne i boringen 34 at flensen 60 er i avstand utover fra boringen, slik som vist i fig. 1. De tre hylsehullene 56 er utformet i hylsen 52 slik at de samsvarer med og er innrettet etter de tre åpningene 40. Tre skjærpinner 62 er anordnet ragende gjennom de innbyrdes innrettede hylsehullene 56 og åpningene 40, for derved hovedsakelig å feste hylsen 52 i forhold til boringen 34. Skjærpinnene 62 er slik dimensjonert at de avskjæres når en forutbestemt belastning i lengderetningen utøves mot veggen 54 og flensen 60. To O-ringer 64 er anordnet på omkretsen av hylsen 52 for å tette åpningene 38 og holde fluid inne i blæren 44.

I fig. 2 angir henvisningstallet 70 et sementeringssystem der fremgangsmåten for injisering i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan utføres ved bruk av pluggen 10. Sementeringssystemet 30 er utformet til å benyttes i en underjordisk brønnboring 72, og omfatter en foringsrørstreng 74 og flere sentreringsanordninger 76 for sentrering av foringen i brønnboringen. Foringen 74 omfatter en flytekrave 78 festet til foringen i en liten avstand over bunnen av foringen. Et ringrom 80 avgrenses mellom brønnboringen 72 og foringen 74.

Under en primær sementeringsoperasjon benyttes en konvensjonell bunnsementerings-plugg 82 og en toppsementeringsplugg 84 i tillegg til pluggen 10. Bunnpluggen 82 har en hul kjerne tettet av en brytbar membran (ikke vist), og toppluggen 84 har en kompakt kjerne. Begge pluggene 82 og 84 er utformet tii å hindre blanding av fluider over og under membranen eller den kompakte kjernen og å muliggjøre en trykkforskjell gjennom pluggene slik at pluggene kan pumpes nedover i foringen 74. For dette formål er pluggene 82, 84 dessuten utstyrt med konvensjonelle avstrykerblader som ligner avstrykerbladene 24 og injiseringspluggen 10 (fig 1). Avstrykerbladene stryker innsiden av brønnforingen 74 fri for boreslam eller andre fluider som befinner seg på denne og skiller på en tettende måte fluidene over og under de respektive plugger fra hverandre (f. eks. slam under og sementoppslemning over bunnpluggen), for derved å minske forurensning av sementoppslemningen med slam.

I henhold til fremgangsmåten i den første utførelsen av oppfinnelsen anbringes foringen 74, med flytekraven 78, i brønnboringen 72, slik som vist i fig. 2, og bunnpluggen 82 pumpes nedover i foringen 74 ved bruk av en første sementoppslemning. Etter at en forutbestemt mengde sementoppslemning har blitt pumpet nedover i foringen 74 pumpes injiseringspluggen 10, som er fylt med fluid og har hylsen 52 i avstand nedover slik som vist i fig. 1, nedover i foringen ved bruk av en andre sementoppslemning. Etter at en forutbestemt mengde av den andre sementoppslemningen har blitt pumpet nedover i foringen 74 pumpes toppluggen 84 nedover i foringen ved bruk av fortrengningsfluid slik som slam.

Bunnpluggen 82 beveges nedover til den kommer til anlegg mot flytekraven 78, og på dette tidspunkt øker trykket i oppslemningen over pluggen momentant inntil membranen på pluggen brister. Sementoppslemningen begynner derved å strømme nedover gjennom den hule kjernen i bunnpluggen 82, flytekraven 78, bunnen av foringen 74 og oppover i ringrommet 80.

Injiseringspluggen 10 beveges nedover inntil hylsen 52 og hylseflensen 60 treffer bunnpluggen 82, slik. at skjærpinnene 62 avskjæres og bevirker at hylsen skyves oppover i boringen 34 inntil hylseflensen danner anlegg inne i utsparingen 42 og flukter med bunnen av flensen 30. Trykket i oppslemningen økes deretter momentant inntil membranen 20 og injiseringspluggen 10 brister. Sementoppslemningen strømmer deretter ned gjennom den midtre kanalen 32 og hylsen 52 i injiseringspluggen 10, bunnpluggen 82, flytekraven 78 og bunnpartiet av foringen 78, og oppover i ringrommet 80.

I tillegg til det som er nevnt ovenfor, når hylsen 52 er helt innført i boringen 34, er åpningene 38 og de tilsvarende hylseåpninger 58 innrettet etter hverandre, slik at det dannes fluid kommunikasjon mellom det indre av blæren 44 og det indre av hylsen. Dessuten, fordi ytterdiameteren til hylsen 52 er mindre enn for foringen 74 er hastigheten til fluidet som strømmer gjennom hylsen større enn gjennom foringen. Derfor, når sementoppslemningen passerer gjennom hylsen 52, oppstår en venturivirkning gjennom hylseåpningene 58, på en slik måte som vil forstås av fagfolk, slik at det oppstår et trykkfall ved hylseåpningene. Samtidig utlignes trykket mot blæren 44 og fluidet i denne, via nippelen 50, med trykket i sementoppslemningen over injiseringspluggen 10. Følgen er, fordi trykket over injiseringspluggen 10 er større enn venturi-trykkfallet ved hylseåpningene 58, at det oppstår en trykkforskjell mellom blæren 44 og hylseåpningen, hvilket bevirker at fluid strømmer utover fra blæren gjennom åpningene 38 og 58 og inn i hylsen 52 og blandes med sementoppslemningen når sementoppslemningen strømmer gjennom kanalen 32.

Toppluggen 84 fortsetter å bevege seg nedover inntil den kommer til anlegg mot injiseringspluggen 10, for derved å avslutte sementeringsoperasjonen (naturligvis med unntak av herdetiden).

Fig. 3 viser en andre utførelse av en injiseringsplugg 90 til bruk i borehull, for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Ettersom pluggen 90 inneholder mange elementer som er identisk med elementer i den første utførelsen, gis disse elementer de samme henvisningstall og beskrives ikke detaljert.

I henhold til den andre utførelsen vist i fig. 3 er det ingen blære 44 eller nippel 50. Det er anordnet en ring 92 som kan forskyves vertikalt inne i det ringformede kammeret 36 slik at kammeret inndeles i et øvre kammerparti 94 og et nedre kammerparti 96. Det nedre kammerpartiet 96 inneholder fluid, slik som en akslerator for sementoppslemning. Fluid, slik som sementoppslemning, kan strømme inn gjennom åpningen 22 og fylle det øvre kammerpartiet 94. Ringen 92 er utstyrt med pakninger 98 som hindrer at fluider i det øvre og nedre kammerpartiet blandes.

I henhold til fremgangsmåten i den andre utførelsen, når injiseringspluggen 90 pumpes nedover i brønnboringen 72 (fig. 2) og treffer bunnpluggen 82, forskyves hylsen 52 oppover, og åpningene 38 og de tilsvarende hylseåpninger 58 innrettes etter hverandre. Sementoppslemning strømmer deretter gjennom den midtre kanalen 32 og hylsen 52 og bevirker derved en venturivirkning ved hylseåpningene 58 og en trykkforskjell gjennom fluidet, slik at fluidet bringes til å strømme utover fra det nedre kammeret 96 og inn i hylsen 52 og å blandes med sementoppslemningen, slik som i den første utførelsen.

Fig. 4A og 4B viser et fluidreservoar som er integrert i veggen til foringsrørstrengen i henhold til en tredje utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. I henhold til den tredje utførelsen vist i fig. 4A og 4B omfatter en foringsrørstreng 110, vist i en brønnboring 112, et foringsrørparti 114 som har en ytre vegg 116 og en indre hylse 118 som er sammenkoblet i en overgang 120. Den nedre enden av hylsen 118 er forbundet med en konvensjonell foringsrørsko 122 i en gjengeforbindelse 124. Den nedre enden 126 av foringsrørveggen 116 omgir tett den øvre enden av foringsrørskoen 122. Foringsrørveggen 116 og hylsen 118 avgrenser et ringformet kammer 128. Et ventileringsrør 130 danner fluidkommunikasjon mellom kammeret 128 og et ringromparti 132A i ringrommet 132, hvilket ringrom avgrenses mellom foringen 110 og brønnboringen 112.

En elastomer reservoarblære 134 er anordnet i kammeret 128 på lignende måte som anordningen av blæren 44 i pluggen 10 i den første utførelsen. Den nedre enden av blæren 134 er forbundet med flere solenoidaktiverte ventiler 136 som normalt er stengt. En batteridrevet mikroprosessor 138 er forbundet med de solenoidaktiverte ventiler 136 via en kobling 140. Mikroprosessoren 138 er innrettet til å styre de solenoidaktiverte ventiler 136 og åpne disse som en reaksjon på nærværet av et magnetfelt med en forutbestemt minimum styrke. Når de solenoidaktiverte ventiler 136 åpnes dannes det fluid kommunikasjon mellom det indre av blæren 134 og ringrommet 132.

I henhold til fremgangsmåten i den tredje utførelsen av den foreliggende oppfinnelse, som vist i fig. 4A og 4B, benyttes det under en sementeringsoperasjon en første plugg eller bunnplugg 140, en andre plugg eller mellomliggende plugg 142 og en topplugg med kompakt kjerne (ikke vist). Pluggene 140, 142 har hule kjerner som er lukket av membraner 144, 146, for å hindre blanding av fluider over og under membranene og å muliggjøre at det kan dannes en trykkforskjell gjennom pluggen slik at pluggen kan pumpes nedover i foringen 110. Pluggene 140, 142 er dessuten utstyrt med konvensjonelle avstrykerblader 148, 150, for å stryke innsiden av brønnforingen 110 fri for boreslam eller andre fluider som befinner seg på denne og å skille fluidene over og under de respektive plugger på en tettende måte. Dessuten er den mellomliggende pluggen 142 tilstrekkelig magnetisert til å danne et magnetfelt med den forutbestemte minimumsstyrken som kreves for å gi mikroprosessoren 138 signal om å åpne ventilen 136.

Den første pluggen eller bunnpluggen 140 pumpes nedover i foringen 110 inntil den kommer til anlegg mot foringsrørskoen 122 og blir stående mot denne. Oppslemningstrykket økes deretter momentant inntil membranen 144 brister. Sementoppslemningen strømmer deretter nedover gjennom bunnpluggen 140 og gjennom en åpning 152 i foringsrørskoen 122 og oppover i ringrommet 132 i brønnen, slik som angitt med pilen 154.

Etter at en forutbestemt mengde sementoppslemning har blitt pumpet nedover i foringsrørstrengen 110 pumpes en andre eller mellomliggende plugg 142 nedover i foringen. Når pluggen 142 passerer mikroprosessoren 138, avføler denne magnetfeltet som dannes av pluggen og aktiverer de solenoidaktiverte ventiler 136 for å danne en fluidkommunikasjon mellom blæren 134 og ringrommet 140 i brønnen. Når pluggen 142 kommer til anlegg mot bunnpluggen 140 økes trykket i oppslemningen momentant inntil membranen 146 brister.

Tverrsnittarealet til ringrommet 132 er mindre enn for ringrommet 132A, slik at fluid strømmer med høyere hastighet gjennom ringrommet 132 enn gjennom ringrommet 132A. Som i den første utførelsen bevirker denne økede fluidstrømningshastigheten en venturivirkning som forårsaker en trykkforskjell over foringsrørpartiet 114. Dette bevirker at blæren 134 faller sammen, slik at fluidet i denne drives utover gjennom åpningene i ventilen 136 og inn i sementoppslemningen som strømmer oppover gjennom ringrommet 132.

Etter at en forutbestemt tilleggsmengde med sementoppslemning har blitt pumpet nedover i foringen 110 pumpes toppluggen (ikke vist) nedover i foringen ved bruk av et fortrengningsfluid slik som slam, på en måte som hovedsakelig er identisk med det som er vist i fig. 3 for den første utførelsen. Når toppluggen kommer til anlegg mot den mellomliggende pluggen er sementeringsoperasjonen fullført.

Fig. 5A, og 5B viser en fjerde utførelse av en foringsrørstreng 110 for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Ettersom foringsrørstrengen 110 inneholder mange elementer som er identiske med elementer i den tredje utførelsen, er de identiske elementer gitt de samme henvisningstall og blir ikke beskrevet detaljert. Den eneste forskjellen mellom den tredje og den fjerde utførelsen er at den sistnevnte utførelsen omfatter en sementeringsventil 160 i stedet for foringsrørskoen 122 i den tredje utførelsen. Dessuten er bunnpluggen 140, i stedet for den mellomliggende pluggen 142 (som ikke benyttes i den fjerde utførelsen) tilstrekkelig magnetisert til å danne et magnetfelt med den forutbestemte minimum av styrke som kreves for å gi mikroprosessoren 138 signal om å åpne ventilen 136.

Sementeringsventilen 160 er av en konvensjonell utførelse og omfatter et hus 162, en midtre kanal 164 som forløper i lengderetningen gjennom ventilen, flere sementerings-åpninger 166 som forløper radialt fra kanalen gjennom huset og inn i ringrommet 132, og en langsgående sliss 168 som befinner seg over sementeringsåpningene 166 og forløper gjennom huset. En åpningshylse 170 er forskyvbart anordnet inne i den nedre enden av huset 62. En stengehylse 172 er anordnet inne i huset 162 over åpningshylsen 170. Stengehylsen 172 har et sete 174 utformet ved den øvre enden for å motta bunnpluggen 140, og er festet til huset 162 med en skjærpinne 176. En ytre hylse 178 er forskyvbart anordnet på utsiden av huset 162. En koblingstapp 180 er anordnet ragende gjennom slissen 168 og inn i tilhørende hull i stengehylsen 172 og den ytre hylsen 178, slik at stengehylsen og den ytre hylsen beveges sammen og stenger åpningen 166 når stengehylsen ligger mot toppen av åpningshylsen 170.

I henhold til den fjerde utførelsen av oppfinnelsen utøves trykk på konvensjonell måte for å bevege åpningshylsen 170 nedover til åpen stilling, slik som vist i fig. 5B, for derved å danne fluidkommunikasjon mellom den midtre kanalen 164 og ringrommet 132 via åpningen 166. Foringen 110 er lukket under ventilen 160.

En forutbestemt mengde sementoppslemning pumpes deretter ned i foringen 110, etterfulgt av bunnpluggen 140 og mere oppslemning, inntil bunnpluggen kommer til anlegg mot setet 174. Trykket i oppslemningen øker deretter momentant inntil membranen 144 brister. Sementoppslemningen strømmer deretter nedover gjennom bunnpluggen 140, den midtre kanalen 164 i stengehylsen 72, gjennom åpningen 166 og oppover i ringrommet 132 i brønnen.

Når bunnpluggen 140 kommer til anlegg mot setet 174 avføler mikroprosessoren 138 magnetfeltet som dannes av bunnpluggen, og åpner ventilen 136 slik at det dannes fluidkommunikasjon mellom fluidet i blæren 134 og ringrommet 132. Som i den tredje utførelsen oppstår en venturivirkning, med en trykkforskjell som følge gjennom foringspartiet 114. Dette trykket trykker blæren 134 sammen og driver fluidet i denne utover gjennom åpningene i ventilen 136 og inn i sementoppslemningen som strømmer oppover gjennom ringrommet 132.

Etter at en forutbestemt mengde tilleggsoppslemning av sement har blitt pumpet nedover i foringen pumpes en topplugg med kompakt kjerne (ikke vist) nedover. Når toppluggen 142 kommer tii anlegg mot den øvre ende av bunnpluggen 140 økes trykket i oppslemningen momentant inntil toppluggen og bunnpluggen driver stengehylsen 172 i sementeringsventilen 160 nedover og avskjærer skjærpinnen 176. Fordi den ytre hylsen 178 er forbundet med stengehylsen 172 via koblingstappen 180 beveges den ytre hylsen nedover sammen med stengehylsen for tettende å stenge sementeringsåpningene 166 for å avslutte sementeringsoperasjonen.

Det vil forstås at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan utføres ved bruk av mange utførelser. De viste utførelser er ment å illustrere i stedet for å begrense oppfinnelsen, idet det vil forstås at det kan gjøres variasjoner uten å avvike fra ideen eller omfanget av oppfinnelsen. For eksempel kan venturivirkningen som benyttes suppleres ved forhåndsfylling av fluidreservoaret (f. eks. en blære eller et kammer over en ring) med gass før pumping av reservoaret nedover i hullet, for å sikre at fluidet strømmer utover fra reservoaret når det skal. Dessuten kan blæren omfatte en pumpe som kan dosere fluid i en strøm av sementoppslemning, og pumpen kan f. eks. være en skrue- eller sentrifugalpumpe som enten drives elektrisk (f. eks. med batteri) eller hydraulisk (f. eks. av strømmen av oppslemning).

I andre utførelser kan en ring benyttes i fluidreservoaret i den tredje eller fjerde utførelsen i stedet for en blære, på analog måte som beskrevet i forbindelse med den andre utførelsen.

I andre utførelser kan en eller flere av de ovenfor nevnte utførelser benyttes i forskjellige kombinasjoner på flere steder i en brønnboring. For eksempel kan pluggen beskrevet i den første utførelsen innføres på ethvert punkt i oppslemningen eller benyttes for å injisere fluid ved bunnen av brønnboringen, samtidig med at fluid injiseres i et øvre område av brønnboringen ved bruk av den fjerde utførelsen som er beskrevet ovenfor. Dessuten kan den tredje utførelsen, beskrevet ovenfor, være forbundet ved en nedre ende med en annen foring i stedet for en foringssko, for å muligjøre at den kan benyttes i et øvre område av brønnboringen.

I andre utførelser kan fremgangsmåten omfatte injisering av forskjellige typer fluider i ethvert punkt i en underjordisk brønnboring, for med hensyn til sementoppslemninger i denne å gi en eller flere av de følgende virkninger-, akselerere eller forsinke herdingen, kontrollere fluidet i sementen, danne gel av sementen, øke eller minske oppslemningens vekt eller densitet, øke den mekaniske styrken til sementen når den er herdet, minske virkningene av slam på sementen eller forbedre fastgjøringen av sementen. Slike fluider som benyttes primært under sementeringsoperasjoner er kjent på området og omfatter akseleratorer, forsinkere, fluidtap-stoffer, og friksjonsbegrensere i forskjellige former som er kommersielt tilgjengelige og vanligvis benyttes i industrien. Slike fluider som primært benyttes under stimuleringsoperasjoner er kjent på området og omfatter fornettingspolymerer, geloppløsere og korrosjonsinhibitorer som er kjent og vanligvis benyttes ved brønnfrakturering og syrebehandlingsprosedyrer. Slike akseleratorer omfatter: metallkiorider slik som kalsiumklorid, natriumklorid, kaliumklorid, alkalimetallsilikater slik som natrium-metasilikat, natriumsilikat, kaliumsilikat, aminer slik som trietanolamin, dietanolamin, monoetanolamin, amider slik som formamid, organiske syrer slik som eddik/maursyre, estere av syrer slik som de første fire karbonestere av maursyre, metylformiat, etylformiat, normal-propylformiat, isopropylformiat, normal-butylformiat, isobutylformiat og t-butylformiat, natriumfluoridløsninger og salter av maursyre, slik som blandinger av disse o. lign. Forsinkere omfatter vinsyre, natriumglykoheptonat, glyko-deltalakton, natrium-lignisulfonat og lignende. Fluidtapstoffer omfatter polyetylenimin, polyalkylen-polyamin, styren-butadien, polyvinylalkohol o. lign. Friksjonsminskere omfatter polynaftalin-sulfonat, sulfonsyre, kalsium-lignosulfonat, kvebracho og lignende. Fornettingspolymerer omfatter borat, zirkonium-laktat, titanløsninger og lignende. Geloppløsere omfatter ammoniumpersulfat, oksalsyre, hydroklorløsninger og lignende. Korrosjonsinhibitorer omfatter gluteraldehyder, kaliumjodid, Corban og lignende.

I andre utførelser kan fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen omfatte blanding av oppslemning og injisert fluid ved bruk av ledeplater inne i skoen etter sementeringsventilen. Fremgangsmåten kan også omfatte bruk av et større eller mindre antall åpninger, skjærpinner, åpningsblokker, solenoidventiler eller lignende enn det som er beskrevet ovenfor.

I andre utførelser kan fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen omfatte bruken av en magnetisert kule eller pil i stedet for en magnetisert plugg for å danne et signal til en mikroprosessor. Et slikt signal kan også dannes ved bestråling av en del av oppslemningen, f. eks. ved tilsetning av et radioaktivt sporstoff i denne, og utslipp av fluid fra reservoaret bare i den bestrålte delen, eller bare i den ikke-bestrålte oppslemningen. Et slikt signal kan også dannes mekanisk av en hammer eller en skjaerpinne som rager inn i foringen. Åpningshylsen eller ventilen kan åpnes når hammeren eller pinnen innføres eller avskjæres, f. eks. av en plugg, kule eller pil som beveges nedover i foringen. Dessuten kan en hammer eller en skjærpinne benyttes for å aktivere en trykksatt beholder med f. eks. C02 for å åpne en åpningshylse eller ventil.

Claims (24)

1. Fremgangsmåte for injisering av et første fluid i et andre fluid i en underjordisk brønnboring (72), idet brønnboringen inneholder en foringsrørstreng (74) som er sentrert, slik at et ringrom (80) er dannet mellom brønnboringen og strengen, hvilken fremgangsmåte omfatter: lagring av det først fluidet i et reservoar (36), anbringelse av reservoaret i brønnboringen, og overføring av det første fluidet fra reservoaret og inn i det andre fluidet,karakterisert ved at det andre fluidet ledes ned gjennom strengen (74) og opp gjennom ringrommet (80).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, ved hvilken det første fluidet oppbevares i en anordning (10) som er anbragt i brønnboringen (72), omfattende de følgende trinn i den angitte rekkefølge: lagring av det første fluidet i et reservoar (36) i anordningen, anbringelse av anordningen i brønnboringen på et ønsket sted, og overføring av det første fluidet inn i et andre fluid når det andre fluidet strømmer inne i brønnboringen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, idet anordningen er en mellomliggende plugg og trinnet med anbringelse omfatter pumping av den mellomliggende pluggen nedover i en foringsrørstreng i brønnboringen inntil den mellomliggende pluggen kommer til anlegg mot en bunnplugg (82).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, ved hvilken anordningen danner en integrert del av foringsrørstrengen (74), idet det ønskede sted er ved eller over en foringssko (122), og trinnet med overføring omfatter føring av en aktiveringsgjenstand (142) nedover i foringsrørstrengen, avføling av når gjenstanden er nær anordningen, og etter avføling av at gjenstanden er nær anordningen, tilførsel av det første fluidet i brønnboringen (72) på utsiden av foringsrørstrengen.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, idet gjenstanden (142) er en pil, en kule eller en plugg.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 2 - 5, idet reservoaret er en blære (44), en stempelsylinder (92) eller et sammentrykkbart hus.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 2-6, omfattende, før trinnet med overføring, det trinn at det ventes en forutbestemt tid.

8. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 2-7, idet trinnet med overføring omfatter det trinn at behandlingsfluidet injiseres i det andre fluidet.

9. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av de foregående krav, omfattende lagring av det først fluidet i et reservoar (36) som har en åpning (38) som det første fluidet kan strømme ut av reservoaret gjennom, anbringelse av reservoaret i brønnboringen (72), og at det andre fluidet bringes til å strømme slik at det oppstår et trykkfall gjennom åpningen, for derved å bevirke at det første fluidet strømmer ut av reservoaret gjennom åpningen og inn i det andre fluidet.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, ved hvilken reservoaret avgrenses av et ringformet rom som omgir en midtre kanal (32) i en plugg, idet åpningen forløper inn i kanalen, og pluggen omfatter en forskyvbar ventilhylse (52) som i en første stilling kan virke til å hindre at det første fluidet strømmer gjennom åpningen og i en andre stilling å muliggjøre at det første fluidet kan strømme gjennom åpningen, idet trinnet med anbringelse omfatter at ventilhylsen holdes i den første stillingen og at pluggen pumpes nedover i foringen, og trinnet med strømning av det andre fluidet omfatter at ventilhylsen forskyves til den andre stillingen og leder det andre fluidet gjennom kanalen.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, ved hvilken reservoaret er en sammentrykkbar blære (44) som inneholdes i et ringformet rom som omgir en mindre kanal (32) i en plugg, idet åpningen forløper fra det indre av blæren og inn i kanalen, og trinnet med anbringelse omfatter pumping av pluggen nedover i foringen, og trinnet med strømning av det andre fluidet omfatter at det utøves trykk for å sammentrykke blæren og lede det andre fluidet gjennom kanalen.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, ved hvilken reservoaret avgrenses av et ringrom (128) innenfor veggen (116) til et parti av en foringsrørstreng, idet trinnet med anbringelse omfatter anbringelse av foringen i brønnboringen (72), idet åpningen forløper fra reservoaret og inn i et ringrom avgrenset mellom foringsrørstrengen og brønnboringen, og trinnet med å bevirke strømning av det andre fluidet omfatter at det andre fluidet ledes inn i ringrommet.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, ved hvilken reservoaret omfatter en sammentrykkbar blære som har fluidkommunikasjon med ringrommet (128), og trinnet med å bevirke strømning av det andre fluidet omfatter dannelse av en trykkforskjell som sammentrykker blæren.

14. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-13, idet det andre fluidet er en sementoppslemning, et klargjøringsfluid eller et stimuleringsfluid.

15. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 -14, idet det første fluidet er for behandling av de andre fluidene.

16. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning og det første fluidet er en akselerator for å minske størknetiden for oppslemningen, for å minske de skadelige virkninger av for lang forsinkelse, slamforurensning, dårlig blanding av oppslemningen ved overflaten og dårlig oppslemning.

17. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning, og det første fluidet er en akselerator for å minske størknetiden for oppslemningen, for å regulere mot for stort fluidtap fra oppslemningen og nedsatt sirkulasjon av oppslemningen.

18. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning, og det første fluidet er en akselerator for å minske tiden for overgang til herding av oppslemningen, for å minske innfalling av sement, for å forbedre fastgjøringen av sementen ved å forbedre styringen av sementkrymping, og for å styre migrering av gass og fluid inn i en statisk sementsøyle før herdingen av søylen.

19. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning, og det første fluidet er en akselerator for å akselerere sementherdeprosessen og minske ventetiden for oppslemningen, for å minske den tiden som kreves for testing, logging, utboring og klargjøring av en brønn, og for å forkorte tiden for å oppfylle føderale, statlige og lokale offentlige bestemmelser som gjelder for sementherdeprosedyrer.

20. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning, og det første fluidet er en akselerator for behandling av oppslemningen, for å minske problemene som kan oppstå når oppslemningen overforsinkes, slik at den kan pumpes ned i dype brønner, og for å minske faren for for tidlig herding av oppslemningen som kan skyldes en tidlig reaksjon for akseleratoren med oppslemningen dersom akseleratoren overføres til oppslemningen ved bruk av konvensjonelle prosesser.

21. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning og det første fluidet er en akselerator som kan virke til å minske tid som kreves for herding av sementoppslemningen.

22. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 16-21, idet akseleratoren er av en sammensetning valgt fra gruppen bestående av silikater, aminer, amider, organiske syrer og saltløsninger.

23. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er en sementoppslemning og det første fluidet er av en sammensetning valgt fra gruppen bestående av akseleratorer, forsinkere, fluidtap-stoffer og friksjonsbegrensere.

24. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-15, idet det andre fluidet er et stimuleringsfluid og det første fluidet er av en sammensetning valgt fra gruppen bestående av fornettingspolymerer, geloppløsere og korrosjonsinhibitorer.