NO314956B1 - Anordning og fremgangsmåte for styring og overvåkning av prosesser i et reservoar - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Oppfinnelsen angår en anordning og en fremgangsmåte for brønnkomplet-tering, styring og overvåkning av prosesser i et reservoar. Anvendelser av anordningen og fremgangsmåten er også fremlagt.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

I mange brønner må den hydrokarbon-bærende formasjonen stabiliseres fra kollaps av brønnboringen eller sprekker rundt brønnboringen. En annen grunn for å stabilisere en brønnboring er for å redusere produksjonen av småpartikler slik som sand. For å oppnå dette er brønnboringen ofte foret med et perforert stålrør hvoretter rommet mellom borehullet og røret kan være pakket med grus eller av-stivende partikler som beskrevet i W09954592.1 tillegg kan forskjellige former av sandfiltre (grus eller matriks) plasseres på innsiden (US 5 893 416, US 5 232 048 og US 5 551 513) av stålrøret som fungerer som et foringsrør.

Vanligvis er et minimum av vann produksjon sammenlignet med olje eller gass ønskelig under hydrokarbonproduksjon. Dette oppnås normalt ved å bruke teknikker for å undertrykke vannoversvømmelse inn i reservoaret ved å endre pro-duksjonssonene eller ved å blokkere for vanngjennombrudd. For undersjøiske brønner har separasjonsteknikker forsøkt å oppnå separasjon av produsert vann nedihulls i brønnboringen kombinert med reinjeksjon av det produserte vannet. F.eks. har elektrisk drevne sentrifugalseparatorer blitt posisjonert nedihulls for å generere en fluidseparasjonsvirvel inne i nedihulls-separatoren. En annen løsning er å installere systemer av ventiler og omløpsrørledninger i brønnboringen for å forbikople vannproduksjonssoner (W09963234). Imidlertid krever slikt utstyr kraft og bevegelige komponenter som er utsatt for slitasje og feil. I US6015011 beskrives nedihulls separasjon ved justering av trykkdifferansen over et filter under en pakning. Andre fremgangsmåter som er foreslått for å redusere vannproduksjon i en brønn er vannfølsomme geler (US5609209), vannfølsomme partikler (W09954592), eller ved mikroorganismer i porøse partikler (W09936667) plassert i en gruspakning eller reservoarfrakturer.

For å optimalisere den totale produksjonen av olje og gass fra en brønn, kan noen produksjonssoner i en brønn tenkes å forbikoples eller forsegles for en gitt tid. Dette kan oppnås ved å komplettere sonene med en sementert foring, som penetreres mekanisk senere ved intervensjon.

Det er også ønskelig å være i stand til å overvåke produksjonen og forskjellige fenomener slik som f.eks. lokale variasjoner i pH, saltholdighet, hydrokarbonsammensetning, temperatur, trykk, mikroorganismer, og forskjellen mellom produksjon av formasjons og/eller injeksjonsvann. En kjent fremgangsmåte for overvåkning av lokale strømningsegenskaper i en brønn er å nedsenke et loggeverk-tøy i brønnen som beskrevet i US 4861986, US 5723781 og US 5881807. Disse verktøyene krever kraft og bevegelige komponenter som er utsatt for slitasje og feil. En annen fremgangsmåte for overvåkning av strømningen er ved kjemiske tracere som injiseres (US 4420565 og US 4264329) eller plasseres i faste partik-kelpakker plassert langs brønnboringen (US 3991827 og US 4008763). Injeksjon av radioaktive isotoper er beskrevet i US 5892147. NO 2000 2137 som tilhører søkeren i den foreliggende oppfinnelsen beskriver fremgangsmåter for å kjemisk immobilisere eller integrere trasere i formasjonen, konstruksjoner, eller filtre rundt brønnen. Tracerne eller tracerbærerne er kjemisk intelligente og frigjort som en funksjon av spesifiserte hendelser som olje- eller vannstrømningsrater.

US 5893416 beskriver kjemisk behandling av en brønn. Anordningen som beskrives omfatter to perforerte rør hvor hulrommet mellom disse er fylt med en fil— termasse. Alt innkommende fluid gjennom det ytre perforerte rør vil gå gjennom denne filtermassen. Dette resulterer ofte i groing og tetting av filtermassen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny løs-ning for en billig, rask og enkel brønn- eller reservoarkomplettering som muliggjør langtidsovervåkning og forbedret produksjon fra hydrokarbonbrønner uten noe be-hov for kraft eller bevegelige komponenter.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

I overensstemmelse med et første aspekt omfatter oppfinnelsen en anordning for styring og overvåkning av hendelser i en brønn og/eller et reservoar. Anordningen omfatter en ytre perforert røranordning, en indre skjerm, og en matriks anordnet mellom den ytre perforerte røranordning og den indre skjermen, der matriksen omfatter materiale med på forhånd bestemte egenskaper som kan påvirkes til å styre eller overvåke brønnen eller reservoaret, og kjennetegnes ved at den indre skjermen og matriksen er utstyrt med radielle gjennomgående åpninger, der åpningenes arealer er større enn de åpne arealene som utgjøres av perforeringene i den ytre perforerte røranordning, der åpningene tilveiebringer fri strømning av et fluid eller småpartikler som passerer gjennom røranordningen.

Det beskrives også et kombinert prefabrikkert foringsrør og matrikssystem som omfatter et ytre prefabrikkert rør/rørsystem som har tilstrekkelig styrke til å fungere som et foringsrør og/eller en sandskjerm, en indre skjenn, og en matriks anordnet mellom det ytre røret og den indre skjermen, idet det kombinerte forings-og matrikssystemet består av en prefabrikkert foring med på forhånd definerte egenskaper for rask og enkel brønn- og/eller reservoarkomplettering, overvåkning og styring.

Matriksen kan være porøs med en styrbar porøsitet, porestørrelse og pore-størrelsesfordeling, og porøsiteten og dermed permeabiliteten kan automatisk påvirkes av omgivelsene, f.eks. ved vann- eller oljestrømning, eller ved manuell trigging med spesifikke reagenser. Disse kan adderes ved å bruke velkjente teknikker eller via injeksjonsbrønner. Matriksen er enten en bulkform (uniform) som har den samme formen som det geometriske volumet fylt av en monomer/polymerløsning før polymerisering, en pakke av minst én type polymerpartikkel, eller en kombinasjon av polymerpartikler i en bulkpolymer (matriks). Matriksen kan også omfatte et inert eller porogent medium eller forbindelse. Det er også mulig å starte med en til å begynne med kompakt matriks som blir porøs og permeabel som et resultat av ekstern påvirkning. Både en initialt porøs og kompakt matriks kan omfatte en polymer eller kjemisk forbindelse som reagerer med omgivelsestilstanden (f.eks. temperatur, pH, vann eller triggere) for derved å frigjøre substanser, kjemisk bundet eller bundet ved adsorpsjon til matriksen, inn i fluidstrømningen.

Matriksen kan videre omfatte komponenter som er detekterbare etter frigjør-ing fra matriksen, f.eks. en kjemisk intelligent tracer(e) for overvåkning, produksjon og/eller spesifikke hendelser i brønnen eller reservoaret. Tracerne kan absorberes i eller bindes kjemisk til matriksen.

Foretrukkede utførelsesformer av anordningen ifølge oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kravene 2-20.

I overensstemmelse med et andre aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for styring og overvåkning av prosesser i en brønn eller reservoar ved anvendelse av anordningen for styring og overvåkning som gitt over, idet fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe matriksen med forhåndsbestemte egenskaper basert på reservoardata før installering i reservoaret,

å installere anordningen i reservoaret, og

å styre eller overvåke brønnen ved interaksjon mellom matriksen og brønn-fluidene.

I overensstemmelse med et tredje aspekt av oppfinnelsen kan anordningen for styring og overvåkning angitt over anvendes som en kombinert rørledning i prosessutstyr, f.eks. reaktorer, separatorer og lagringstanker.

Den oppfunnede anordningen for styring og overvåkning kan benyttes i en rask og enkel fremgangsmåte for brønnkomplettering, styring og overvåkning av prosesser som foretrukket skal anvendes i en hvilken som helst olje-, gass- eller vannproduksjons- eller injeksjonsbrønn. I en brønnkomplettering kan deler av ser-ien av rørledningselementer være uperforerte rørelementer.

Oppfinnelsen kan brukes i en hvilken som helst brønnboring på land eller offshore. Den kan også benyttes i lignende hensikter i prosessutstyr.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGER

De ovenfor og ytterligere fordeler kan forstås bedre ved å referere til den følgende beskrivelsen og medfølgende tegninger der: Fig. 1 er en skjematisk tegning av en brønnboring 2 gjennom forskjellige formasjonslag 1 i et reservoar.

Fig. 2 viser en skjematisk tegning av en vilkårlig seksjon i en brønnboring 2

i et reservoar 1 før innføring av et hvilket som helst forings- og matrikselementsystem. Brønnboringsgrensen og frakturene 3 i reservoarformasjonen 1 er også indikert på figuren.

Fig. 3 viser en skjematisk tegning av en vilkårlig seksjon i en brønnboring 2

i et reservoar 1 etter innføring av et kombinert forings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 4 viser en skjematisk tegning av en vilkårlig seksjon i en brønnboring 2

i et reservoar 1 etter innføring av et kombinert forings- og matrikselementsystem 4 der brønnen er delt i seksjoner ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 5 viser en skjematisk tegning av en mulig strukturutforming for tverrsnit-tet av et kombinert forings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, der et fleksibelt perforert materiale 9 mellom ytre rør 6 og indre skjerm 7 danner en del av det kombinerte forings- og matrikselement 4. Fig. 6 viser en skjematisk tegning over et tverrsnitt av veggen av en mulig utførelse for et kombinert forings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelses-form av oppfinnelsen. Fig. 7 viser en annen skjematisk tegning av et tverrveggsnitt av en mulig utforming for et kombinert fdrings- og matrikselementsystem 4 iht. en utførelses-form av oppfinnelsen. Fig. 8 viseren skjematisk tegning av et tverrveggsnitt av en mulig utførel-sesform for en vannstyrefunksjon som benytter et kombinert forings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, ved svelling av matriks 8. Fig. 9 viser en skjematisk tegning av et tverrveggsnitt av en mulig design for en fluidstrømningsstyringsfunksjon som benytter et kombinert ffirings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 10 viser en skjematisk tegning av et annet kombinert ffirings- og matrikselementsystem 4 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen der det ytre perforerte rørsystemet 6 består av en ytre sandskjerm 19, et avstandsstykke 20, et perforert rør 21, et avstandsstykke 22 og et perforert rør 23.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Den følgende beskrivelsen av forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen er tenkt kun som eksempler og må ikke brukes begrensende for oppfinnelsen.

Det kombinerte prefabrikkerte foringer og matrikselementsystemet 4 som foretrukket skal benyttes i en olje-, gass- eller vannproduserende eller injeksjons-brønn 2, er vist i fig. 1. Brønnboringsgrensen 3 er indikert på figuren. Det prefabrikkerte liner og matrikselementsystemet 4 er innført i brønnboringen 2, og kan være fremstilt i forskjellige lengder, styrker og med forskjellige egenskaper. Brøn-nen kan deles i seksjoner eller regioner ved å benytte et pluggingssystem 5. Plas-seringene til pluggingssystemelementene kan bestemmes på forhånd, f.eks. basert på reservoardata. Det kan også baseres på andre typer data eller erfaringer. I en utførelsesform (fig. 3) omfatter det kombinerte forings- og matrikselementsystemet 4 flere elementer, der hvert element består av en ytre perforert røranordning 6 med tilstrekkelig styrke til å fungere som en liner og/eller sandskjerm, og en indre rørformet skjerm 7 mellom hvilke det befinner seg en matriks 8. Matriksen 8 er basert på én eller flere typer av polymerer eller polymerpartikler som kan ha én eller flere gitte størrelser som gir en ønsket karakteristikk/egenskap til matriksen. Matriksen 8 har en hvilken som helst ønsket styrke og permeabilitet. Polymerpartiklene i matriks 8 kan i tillegg være bærere for et hvilket som helst ønsket kjemikal eller mikroorganisme for styring og/eller overvåkningshensikter. Permeabiliteten til matriksen 8 er bestemt på forhånd og kan variere fra 0 til 70%. Den kan være fast eller variere med tiden iht. olje- eller vannstrømningsrater, på forhånd bestemt nedbrytingstid eller forsegling, eller ved kjemisk trigging. På forhånd bestemte hull eller slisser 10 igjennom matriks 8 og indre filter 7 gir fullstendig åpne områder med neste fri strømning av fluider fra perforert rør/rørsystem 6. (Se f.eks. fig. 6.) For å forbedre fri ubegrenset strømning av fluider fra perforert rør/rørsystem 6, kan et indre gitter 16 plasseres mellom rør/rørsystem 6 og matriks 8. Arealer med hull eller slisser/skiver 10 er bestemt på forhånd og kan være faste eller variere med tiden iht. olje- eller vannstrømningsrater. Hullene eller slissene 10 kan fylles med et inert medium før installering i en brønn 2, som nedbrytes på forhåndsbestemt tid ved reservoarforhold eller ved kjemisk trigging. Reduksjon av åpne arealer gjennom hull eller slisser 10 kan oppnås ved svelling av matriksen 8.

Det rørformede liner og matrikselementsystemet 4 som vist i fig. 1 kan være prefabrikkert i en hvilken som helst passende lengde koplet til hverandre eller til andre røriedningselementer for å danne en rørledning som lett kan installeres i horisontale, vertikale eller skruelinjeformede brønner. Egenskapene til matriksen 8 og former, størrelser og antall hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 kan bestemmes på forhånd fra reservoardata og kan variere med en hvilken som helst lengde. Hvert element 4 kan testes før installering i reservoaret. Et hvilket som helst element kan inneholde utstyr for mekanisk eller kjemisk forsegling 5 av brønn-boringen.

Det kombinerte liner og matrikselementsystemet 4 kan produseres av hvilke som helst passende materialer som gir tilstrekkelig styrke og ønskede egenskaper. Den indre diameter eller det frie rommet på innsiden av elementet må være tilstrekkelig for fri strømning av et hvilket som helst fluid og for håndtering av alle ønskede brønnverktøy slik som måleutstyr eller ventiler.

Det ytre perforerte røret/rørsystemet 6 kan være av en konstruksjon som har tilstrekkelig styrke til å fungere som en liner og/eller sandskjerm alene eller som en integrert del av det kombinerte liner og matrikselementsystemet 4, og kan være av et hvilket som helst metall, polymer eller komposittmateriale. Det ytre rør-formede rør/rørsystem 6 kan være dannet som et enkelt perforert rør eller som et fleksibelt materialnett. Det ytre perforerte rør, den indre skjermen 7 og matriksen 8 er vist i fig. 3.

I fig. 4 er brønnboringen 2 og det kombinert forings- og matrikselementsystem 4 inndelt i tre separate seksjoner eller soner ved pluggingssystem 5. Det kombinerte forings- og matrikselementsystem 4 som er benyttet i forskjellige seksjoner av brønnen kan ha forskjellige egenskaper, lengder og styrke. Injeksjon eller inn-trykktng av pluggingssystemet 5 kan gjøres etter innføring av det kombinerte forings- og matrikselementsystemet 4 i brønnboringen 2.

I det oppfunnede kombinerte forings- og matrikselementsystemet 4 er rommet mellom det ytre perforerte rør/rørsystemet 6 og indre skjerm 7 fylt med en matriks 8 som har en hvilket som helst ønsket egenskap. Matriksen 8 kan fylle rommet alene eller være en del av det kombinerte forings- og matrikselementsystemet 4, f.eks. som illustrert i fig. 5 der et fleksibelt perforert materiale 9 mellom ytre perforert rør/rørsystem 6 og indre skjerm 7 danner en del av det kombinerte forings- og matrikselement 4. Det fleksible materialet 9 kan være av et hvilket som helst metall eller polymermateriale. Materialet 9 kan benyttes for å øke den fysiske styrken og stabiliteten til matrikselementsystemet 4. Da materialet 9 er perforert, vil det ikke ha noen vesentlig påvirkning på fluidstrømning gjennom matriks 8 eller gjennom hull eller slisser 10 gjennom matriks 8.

I en utførelsesform gir hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 og skjerm 7 fri strømning av et hvilket som helst fluid 12 og/eller småpartikler 11 (f.eks. sand) som passerer gjennom ytre rørformede skjerm 6. Dette er vist i fig. 6. En liten del 14 av et hvilket som helst fluid 12 ledes gjennom den porøse matriksen 8 ved en trykkgradient pga. fluidstrømmer 12 og 15 og forskjellige størrelser eller geometriske former av hullene eller slissene 10. Fluidstrømningen 14 gjennom matriks 8 muliggjør at en hvilket som helst tracer som er innkorporert i matriksen 8 frigjøres til fluidstrømmen 12 og deretter til fluidstrøm 15 som beskrevet i norsk patentsøk-nad NO 2000 2137, eller for å aktivere styringsfunksjoner som svelling av matriks 8 når den utsettes for vann i en gitt tid. Den indre skjermen 7 beskytter matriksen 8 fra erosjon pga. fluidstrømning 15 og det forhindrer fluidstrømning 15 fra å vaske ut traceren fra matriks 8 på dens vei ut til overflaten. Dette er et viktig spørsmål siden frigjøring av tracere fra matriks 8 indikerer den lokale fluidstrømningsraten fra hver seksjon som beskrevet i norske patentsøknad NO 2000 2137.

Fig. 7 viser en annen skjematisk tegning av et veggtverrsnitt av en mulig design for et kombinert forings- og matrikselementsystem 4, der hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 og indre skjerm 7 og et svært porøst materiale eller skjerm 16 av et hvilket som helst metall, polymer eller komposittmateriale mellom ytre skjerm 6 og matriks 8, gir fri strømning av en hvilken som helst fluidstrøm 12 og/eller småpartikler 11 (f.eks. sand) som passerer gjennom den ytre rørformede skjerm 6. En liten del 14 av en hvilken som helst fluidstrøm 12 ledes gjennom den porøse matriksen 8 ved en trykkforskjell skapt av fluidstrømmer 12 og 15 og forskjellige størrelser eller geometriske former til hullene eller slissene 10, som mulig-gjør at en hvilken som helst tracer kan frigjøres til fluidstrøm 12 ifølge mekanism-ene beskrevet i norsk patentsøknad NO 2000 2137, eller for å aktive styringsfunksjoner slik som svelling av matriks 8 når den utsettes for vann over en gitt tid. I dette tilfellet beskytter også den indre skjermen 7 matriksen 8 fra erosjon pga. fluidstrøm 15 og det forhindrer fluidstrøm 15 fra å vaske ut traceren fra matriks 8 på dens vei ut til overflaten. Dette er et viktig spørsmål siden frigjøring av trasere fra matriks 8 indikerer den lokale fluidstrømningsraten fra hver seksjon som beskrevet i norske patentsøknad NO 2000 2137.

Perforert rør/rørsystem 6 kan i prinsippet være en hvilken som helst kombinasjon av perforerte rør, avstandsstykker og fleksible materialnett som fungerer

som en kombinert forings- og/eller sandskjerm. Fig. 10 viser en utførelsesform der perforert rørsystem 6 er dannet av et ytre fleksibelt materiale 19 som fungerer som et sandskjerm, et perforert rør 21 og et perforert rør 23. Mellom ytre fleksibelt materiale 19 og perforert rør 21 og mellom perforert rør 21 og perforert rør 23 finnes

det avstandsstykker 20 og 22. Avstandsstykker 20 og 22 gir fri strømning av et hvilket som helst fluid og/eller småpartikler som kommer gjennom det fleksible materialet 19 langsmed perforerte rør 21 og 23. Det ytre fleksible materialet 19, avstandsstykket 20 og perforert rør 21 kan dannes av et hvilket som helst kom-mersielt kombinert ffirings- og sandskjermsystem. Perforeringshull gjennom rør 21 kan være av en hvilken som helst form, antall eller størrelse mens perforeringshull gjennom rør 23 er koordinert med hull eller slisser gjennom matriks 8 og indre

skjerm 7 som indikert for rør/rørsystem 6 i fig. 6 og 7. Perforeringshull i rør 23 og hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 og indre rør 7 kan være laget på en hvilken som helst måte for å forhindre direkte fluidstrømning gjennom perforeringshull i begge rør 21 og 23. Det ytre fleksible materialet 19, perforerte rør 21 og 23 og avstandsstykker 20 og 22 kan være av et hvilket som helst materiale, polymer eller komposittmateriale.

Matriks

Et viktig konsept i den foreliggende oppfinnelsen er nøyaktig styring/kontroll av porøsiteten til matriksen og den kjemiske sammensetningen. Matriks 8 er laget ved å fylle det spesifikke volumet (bulk) med reagenser som kan reagere for å produsere en porøs polymer med den samme formen som det frie tilgjengelige volumet. Porogenet (ofte et inert løsningsmiddel eller polymerer) benyttes for å intro-dusere porer i den polymere matriksen. Typen og mengden porogen vil påvirke porestørrelser og graden av porøsitet. Fordampning eller nedbryting av porogenet fører til permanente porøse matrikser. Matriksen 8 kan også bestå av en bulkmatriks som nevnt over kombinert med én eller flere typer prefabrikkerte polymerpartikler. I dette tilfellet er polymerpartiklene blandet med monomeren(e) eller reagenser før polymeriseringen. Under polymeriseringsprosessen er disse partiklene jevnt fordelt gjennom hele volumet til matriksen. De fysiske og kjemiske egenskapene (f.eks. porøsitet, porestørrelse, nedbrytbarhet, svelling) er den samme for en bulkmatriks som for polymerpartikler dannet fra den samme mengden og typen reagenser. Forskjellige muligheter for manipulering av matriksen er beskrevet under for polymerpartikler, men disse innebæres også for en bulkpolymer (matriks). Spesielt porestørrelser, porøsitet og både de kjemiske og fysiske egenskapene kan endre seg fra bulkmatriksen mht. polymerpartiklene når en kombinasjon av disse typene benyttes. Skreddersydde matrikser (bulk og polymerpartikler) kan produseres for å gi en kontrollert frigjøring av tracere og for å styre permeabiliteten mot forskjellige fluider.

Matriksen kan inneholde én eller flere typer porøse eller ikke-porøse polymerpartikler med gitte diametre fra 0,2 nm til 5000 \ im, foretrukket 0,5 |am til 3000 jam og mest foretrukket 0,9 um til 1000 nm. Monodisperse eller partikler med små størrelser kan produseres i en to-trinns svellingsmetode (EP0003905) eller i en ett-trinns dyrkingsprosess (EP0594696B1). Den to-trinns svellemetoden er egnet for å produsere monodisperse partikler med størrelser 1 (im til 1000 um, mens dyrkingstrinnsprosessen er egnet for å produsere partikler med størrelser 100 (im til 1000 nm. Porøse partikler kan produseres med et maksimalt porevolum på omkring 90 prosent, men høyere porevolumer enn 70% vil gi skjøre partikler som ikke er i stand til å motstå store trykk under tørre forhold. Som et optimum vil være partikler med omkring 50 til 70 prosent fritt porevolum. En høy grad av tverrbinding i partiklene vil øke mengden med fine porer, og avhengig av typen porogen, lages lett porer med en radius på omkring 50 nm til 200 nm. Større porer introduseres ved bruk av f.eks. organiske syrer, alkoholer, polymerer eller andre nedbrytbare organiske/uorganiske kompositter.

Polymerpartikler kan produseres ved andre polymeriseringsteknikker som f.eks., men ikke begrenset til dispersjoner, suspensjoner (olje/vann), inverse suspensjoner (vann/olje), emulsjoner (mini- og mikroemulsjoner) eller ved kondensa-sjonsreaksjoner. Imidlertid vil de fleste av disse metodene gi en bredere størrel-sesfordeling av polymerpartiklene i det øvre størrelsesområdet.

Ved å blande monodisperse eller partikler med liten størrelse av forskjellige gitte størrelser, kan det lages spesielle matrikstyper med ønsket porøsitet og permeabilitet. Svært nøyaktig matriks pakkestrukturer kan lages ved å bruke monodisperse partikler. Forhåndsbestemte endringer i porøsitet og permeabilitet i matriksen pga. gitte parametre som tid, temperatur, strømningsrate til olje, gass eller vann, kan lages.

Porene i matriks 8 er fylt med et inert medium eller forbindelser (porogen) etter polymeriseringsprosessen. Når den eksponeres for et ønsket medium (vann eller hydrokarboner), kan porogenet i bulkmatriksen erstattes av brønnfluidet. Porogen eller forbindelser på innsiden av porøse partikler vil løses opp saktere som gir en kontrollert endring av fritt porerom og permeabilitet i matriksen 8 som funksjon av tiden.

Nedbrytbare små kompakte/porøse partikler som inneholder tracere kan også lages og inkorporeres i matriksen. Ved nedbryting (som et såpestykke) vil disse partiklene ikke gi "større" hull i matriksen som øker porøsiteten og permeabiliteten overtid.

Nedbrytbare partikler eller geler til stede i matriksen kan være laget av opp-løsbare polymerer som er bundet sammen med tverrbinding som kan brytes over tid eller utsettes for f.eks. vann eller olje. Når disse bindingene er brutt, vil partiklene kunne bevege seg fritt med fluidet og etterlate åpne porer i matriksen. Matrikser med forskjellige funksjonelle grupper, som men ikke begrenset til: -NH2, -OH, -COOH, -CONH2, -SH, -COOR (R er en hvilken som helst gruppe), kan være laget ved å bruke monomerer med spesifikke kjemiske grupper i tillegg til monomerene som benyttes i polymerisasjonsreaksjonen (beskrevet f.eks. i EP0003905). Ved å bruke gitte blandinger av forskjellige monomerer kan matrikser med forskjellige egenskaper lages som inneholder gitte mengder med funksjonelle grupper.

Aktive substanser som mikroorganismer eller en hvilken som helst tracer for overvåkning av hydrokarbon og vannproduksjon fra forskjellige produksjonssoner/seksjoner i et hydrokarbonreservoar og deteksjon av forskjellige fenomener slik som f.eks. lokale variasjoner i pH, saltholdighet, hydrokarbonsammensetning, temperatur, trykk, mikroorganismer, og differansen mellom produksjon av formasjons- og/eller injeksjonsvann (beskrevet i norsk patentsøknad NO 2000 2137) kan være bundet i matriksen 8 via nedbrytbare bindinger, som, men ikke begrenset til: estere, anhydrider, karbonat og schiff-baser, som virker på spesifikke hendelser. Funksjonelle grupper, som men ikke begrenset til -COOH, -OH, -CONH2, -SO3H, aromatiske og alifatiske kjeder, kan i tillegg benyttes for å gi matriksen 8 ønskede våtegenskaper (hydrofobe og hydrofile).

Forhåndsbestemt reduksjon av matriksporøsitet og permeabilitet kan oppnås ved å bruke svelling av polymerpartikler eller geler på innsiden av matriksen 8. Svellingsegenskapene kan oppnås ved å bruke polymerer/monomerer som kan f.eks. hydrolysere ved tilstedeværelsen av vann. I hydrolyse eller ved andre kjemiske prosesser genereres hydrofile grupper (som men ikke begrenset til -COO",

-SO3" og -OH) som gir økt løsbarhetfor polymer og svelling av partikler/geler. Hvis et tverrbindingssystem benyttes, vil graden av tverrbinding bestemme graden av svelling for matriksen 8. En lav grad av tverrbinding vil gi en stor svelling. Prinsippet for frigjøring av aktive substanser eller tracere er basert på porer med fin eller medium størrelse i matriksen 8, som gir styrke og sakte frigiving av den aktive substansen, da kun en liten del av brønnfluidet vil passere gjennom matriksen 8 pga. porestørrelsen. Ved å inkorporere intelligente tracere som del av matriksen 8

(beskrevet i norske patentsøknad NO 2000 2137) f.eks. tracere som del av mono-merenheten(e), sikres en kontrollert frigjøring av trasere, uten noen reduksjon i matriksstabiliteten.

Matriksen 8 kan også prefabrikkeres onshore eller offshore på en hvilken som helst plattform eller båt ved å injisere slam som inneholder gitte polymerer og/eller hvilke som helst polymerpartikler som har ønskede egenskaper, eller som inneholder et hvilket som helst ønsket kjemikalie eller mikroorganisme, initiatorer og et indre medium (som men ikke begrenset til: stabilisert reservoarolje) mellom ytre perforert rør/rørsystem 6 og indre skjerm 7. Etter polymerisering vil matriksen ha en gitt porøsitet og permeabilitet. I tilfeller der inert medium er benyttet vil porene i matriksen 8 som er laget av det inerte medium åpne over tid ettersom det inerte medium vil vaskes ut eller frigjøres ved reservoarforhold.

Temperaturstabiliteten til matriksen 8 varierer avhengig av monomerene som benyttes i polymeriseringsprosessen og kan variere fra 50 °C til 300 °C.

Den fysiske styrken til bulkmatriksen eller polymerpartiklene (eller kombina-sjoner av disse som utgjør matriksen 8, kan være påvirket av porestørrelsene. Kompakte partikler har høy fysisk styrke mens makroporøse partikler med et stort porevolum påvirkes f.eks. av trykk og friksjons-/skjærkrefter.

Når ffirings- og matrikselementsystemet 4 ikke skal fungere som fluidkont-roll for vann eller olje/gass, vil reservoarfluider og småpartikler passere gjennom den ytre skjerm 6 gjennom matriks 8 og indre skjerm 7 (og 16) uten noe signifikant trykktap. Matriks 8 og indre skjermer 7 og 16 skal ikke fungere som filtre for småpartikler som f.eks. sand. Dette oppnås ved større åpninger i indre skjerm 7 og 16 enn ytre skjerm 6 og eller ved enten en høy porøsitet i matriks 8, men mest foretrukket ved hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 og indre skjermer 7 og 16. Hullene eller slissene 10 gjennom matriks 8 og indre skjermer 7 og 16 kan være laget av en hvilken som helst anordning og kan være av en hvilken som helst form, stør-relse eller antall men med større åpne arealer enn hull eller slisser i skjerm 6. Når matriks 8 sveller ved f.eks. vann, vil de åpne arealene gjennom hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 avta, som gir en høyere motstand for fluidstrømning igjennom liner og matrikselementsystemet 4.1 noen tilfeller før installasjon i et reservoar kan fritt rom dannet av hull eller slisser 10 fylles med et hvilket som helst ønsket inert medium eller forbindelse, som gjør liner og matrikselementsystemet 4 impermeab-elt når det introduseres i en brønn. Eksponert for reservoarforhold, et ønsket medium (vann eller hydrokarboner), eller ved en hvilken som helst ønsket kjemisk trigger, eller over tid, kan det inerte medium oppløses med en gitt rate som øker fluidstrømningen over og gjennom element 4. På denne måten kan f.eks. oljepro-duksjonsraten forsinkes i tid for gitte deler/seksjoner av produksjonssonen i en oljebrønn.

Betrakt tilfellet når f.eks. en produksjonssone i en brønn der hovedinnholdet i fluidene og alle småpartiklene gjennom den ytre skjermen 6 skal strømme gjennom element 4 nesten uten noen restriksjoner. For måling og/eller styringsfunksjoner må en liten del av fluidene som passerer gjennom den ytre skjermen 6 passere gjennom matriks 8. På innsiden av matriks 8 kan tracere oppløses i fluidet ifølge søkerens patentsøknad NO 2000 2137. Fluidet på innsiden av matriks 8 kan også initiere enhver ønsket kontrollfunksjon ved matriks 8. Fluidstrømningen 14 gjennom matriks 8 er pga. trykkgradienter forårsaket av hovedfluidstrømning 13 gjennom element 4, fluidstrømning 15 langs element 4, former, størrelser og antall hull eller slisser 10 og indre skjerm 7 og 16 er illustrert i fig. 6 og 7. For forbedret fri flyt av fluider 12 og alle småpartikler 11 gjennom elementet 4 og for beskyttelse av matriks 8 fra f.eks. ethvert brønnverktøy og erosjon pga. fluidstrømning 15 og for å forhindre fluidstrømmen 15 fra å vaske ut tracerne fra matriks 8 på sin vei ut til overflaten, kan hullene eller slissene 10 gjennom matriks 8 være koordinert med hull eller slisser i den ytre skjermen 6 og indre skjermene 7 og 16 som illustrert i fig. 6 og 7.

Fluidstyring

En mulig design for en vannstyrefunksjon som benytter et kombinert liner og matrikselementsystem 4 og svelling av matriks 8 er vist i fig. 8. Når matriks 8 er utsatt for vannfluidstrømning 12 over en gitt tid, eller trigget av en hvilken som helst ønsket kjemisk trigger 17 (fra en hvilken som helst injeksjonsbrønn f.eks.), sveller matriksen 8 som illustrert i fig. 8 A, B og C. Når matriks 8 sveller, krymper porer i matriksen og huller eller slisser 10 som går igjennom matriksen 8, som resulterer i minking av de frie åpne arealene i matriksen 8 som øker strømningsmot-standen for fluidstrømningen 12. Sveliingen av matriksen kan være reversibel iht. innholdet av f.eks. vann eller olje i fluidstrømningen 12 eller den kan være permanent.

En annen mulig design for en fluidstrømningsstyringsfunksjon som benytter et kombinert liner og matrikselementsystem 4 er vist i fig. 9. Et inert medium 18 er fylt i porer i matriks 8 og hull elter slisser 10 som går igjennom matriks 8 før installasjon av element 4 i en brønn 3. Utsatt for reservoarforhold eller trigget av en hvilken som helst ønsket kjemisk trigger 17, kan det inerte mediet oppløses med en gitt hastighet som åpner opp porer i matriks 8 og hull eller slisser 10 gjennom matriks 8 som illustrert i fig. 9 A, B og C.

Elementer i det kombinerte liner og matrikselementsystemet 4 kan foretrukket være prefabrikkert og testet på land men kan også prefabrikkeres og testes offshore på plattformer eller skip. Den kan også lages i én eller flere lengder og

eller flere ytre og indre diametre. Mekanisk styrke, fleksibilitet, fysiske og kjemiske egenskaper til indre skjermer 7 og 16 og ytre skjermer 6 og matriks 8f kan varieres iht. krav. Egenskaper til matriksene 8 kan variere over en hvilken som helst lengde eller omkrets langs elementene. Egenskapene til matriksene 8 kan bestemmes på forhånd fra hvilke som helst reservoardata. I tillegg til en større eller mindre permeabel matriks 8 og hull eller slisser 10 gjennom matriksen, kan elementene inneholde deler av et vanlig metall, polymer eller komposittmateriale.

Elementene 4 kan være koplet til hverandre, til andre konvensjonelle for-ingsrør eller til hvilke som helst andre typer rør (f.eks. produksjonsrør) eller utstyr. Sammen med hvilke som helst andre rørsegmenter eller utstyr kan elementene 4 danne en rørledning som lett kan installeres i horisontale, vertikale eller heliske produksjons- eller injeksjonsbrønner. Det kombinerte liner og matrikselementsystemet kan foretrukket installeres én gang i en levetid eller gjøres egnet for gjenvin-ning og reinstallasjon av nye elementer.

I tillegg til bruken i et hvert slags borehull på land og/eller offshore, kan lignende kombinerte perforerte rørmatrikssystem anvendes i et hvilket som helst prosessutstyr (f.eks. men ikke begrenset til: i reaktorer, separatorer, lagringstanker, etc).

Basert på f.eks. reservoardata kan en brønnboring deles i seksjoner eller soner som ved optimum bør drives separat, f.eks. for å stoppe eller begrense injeksjonsvann fra å penetrere brønnboringen. Forsegling av brønnboringen i seksjoner eller soner kan gjøres ved injisering eller klemming av en impermeabel matriks 5A i det frie rommet mellom en liner 5B og brønnboringen 3. Dette er vist i fig. 4. Komponenter for denne matriksen 5A kan være innkapslet på innsiden av de kombinerte liner/matrikssystemelementene 4 eller klemt (squeezing) gjennom skjermen 6 ved å bruke egnede verktøy. Polymerisering av matriksen 5A kan akti-veres ved fjernstyring gjennom et hvilket som helst kjemisk, elektrisk, magnetisk eller mekanisk middel. For å forhindre matriksen 5A fra å dannes vekk fra ønskede plasseringer, kan endeseksjoner temporært eller permanent forsegles ved hvilke som helst mekaniske eller kjemiske midler.

Claims (23)

1. Anordning for styring og overvåkning av hendelser i en brønn og/eller et reservoar omfattende: en ytre perforert røranordning (6), en indre skjerm (7), og en matriks (8) anordnet mellom den ytre perforerte røranordning (6) og den indre skjermen (7), der matriksen (8) omfatter materiale med på forhånd bestemte egenskaper som kan påvirkes til å styre eller overvåke brønnen eller reservoaret,karakterisert ved at den indre skjermen (7) og matriksen (8) er utstyrt med radielle gjennomgående åpninger (10), der åpningenes arealer er større enn de åpne arealene som utgjøres av perforeringene i den ytre perforerte røranord-ning (6), der åpningene (10) tilveiebringer fri strømning av et fluid eller småpartikler som passerer gjennom røranordningen (6).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre perforerte røranordning (6) er dannet som et fleksibelt materialnett eller som et enkelt perforert rør eller en hvilken som helst kombinasjon av disse.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den indre skjermen (7) er dannet som et fleksibelt materialnett eller som et enkelt perforert rør.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre perforerte røranordning (6), den indre skjermen (7) og matriksmaterialet (8) omfatter et metall, uorganisk eller organisk polymer eller komposittmateriale eller enhver kombinasjon av disse.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en porøs matriks (8) hvor porestørrelser, porestørrel-sesfordeling og porevolum kontrolleres ved hjelp av type og mengde av tverrbin-der, porogen og monomer(er).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at porøsiteten og permeabiliteten til matriksen (8) automatisk påvirkes av omgivelsene, for eksempel ved temperatur, vann eller olje-strømning, tid eller ved manuell trigging med spesifikke reagenser.

7. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at matriksen (8) omfatter minst én type polymer eller polymerpartikler eller en kombinasjon av disse.

8. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at matriksen (8) enten er en bulkmatriks med den samme form som det geometriske volumet til en polymer som fyller matriksen, en pakke av minst én type polymerpartikkel eller en kombinasjon av polymerpartikler i en bulkpolymer.

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at polymerpartiklene har en diameter fra 0,2 nm til 5000 nm.

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at diameteren foretrukket er fra 0,5 \ xm til 3000 jam, og mest foretrukket fra 0,9 nm til 1000 nm.

11. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at matriksen (8) omfatter et porogent medium eller forbindelse.

12. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at i en porøs matriks (8) eller i en initielt kompakt matriks (8) der den kompakte matriksen kan bli porøs og permeabel som et resultat av ekstern påvirkning, omfatter matriksen en polymer eller kjemisk forbindelse som reagerer med de omgivende betingelsene for eksempel temperatur, pH, vann eller triggere for derved å frigi substanser som er kjemiske bundet eller bundet ved absorpsjon til matriksen inn i fluidstrømningen.

13. Anordning ifølge kravene 5 eller 12, karakterisert ved at porevolumet er fra omkring 50 til 70% per fritt porevolum.

14. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at matriksen (8) omfatter komponenter som er detekterbare etter frigivelse fra matriksen.

15. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at matriksen (8) omfatter en eller flere kjemisk intelligent tracer(e) for overvåkning av spesifikke hendelser i brønnen eller reservoaret.

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at tracerne er absorbert i eller kjemisk bundet til matriksen (8).

17. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter et fleksibelt perforert materiale (9) av et hvilket som helst metall eller uorganisk eller organisk polymer eller enhver kombinasjon av disse, mellom den ytre perforert røranordning (6) og indre skjerm (7), for å øke den fysiske styrken og stabiliteten til anordningen.

18. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen (4) er prefabrikkert i en hvilken som helst passende lengde og koplet til hverandre eller til andre rørledningselementer som danner en rørledning som enkelt kan installeres i horisontale, vertikale eller skruelinjeformede brønner.

19. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter et seksjonalt pluggingssystem (5) for avtetting av forskjellige seksjoner av anordningen fra hverandre.

20. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den er inndelt i forskjellige seksjoner langs brøn-nen, idet matriksen (8) har forskjellige egenskaper i de forskjellige seksjonene.

21. Fremgangsmåte for styring og overvåkning av prosesser i en brønn eller et reservoar ved anvendelse av anordningen for styring og overvåkning ifølge krav 1, karakterisert ved å tilveiebringe matriksen med forhåndsbestemte egenskaper basert på reservoardata før installering i reservoaret, å installere anordningen i reservoaret, og å styre eller overvåke brønnen ved interaksjon mellom matriksen og brønn-fluidene.

22. Anvendelse av anordningen for styring og overvåkning ifølge ett av kravene 1 -20 i et hvilket som helst prosessutstyr, for eksempel reaktorer, separatorer og lagringstanker.

23. Anvendelse av anordningen for styring og overvåkning ifølge ett av kravene 1-20 i en gass/olje/vannproduserende eller injeksjonsbrønn for brønnkompletter-ing, styring og overvåkning.