NO316287B1 - Fremgangsmate og anordning for plassering av en plugg - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse gjelder fremgangsmåter og materialer for plassering av en permanent plugg i en brønnboring Nærmere bestemt gjelder den pluggplasseringsmåter som omfatter innsprøytning av en kjemisk forbindelsen med høy viskositet under pluggens dybdeutstrekning av pluggen

Pluggmg av en oljebrønn er en vanlig sementermgsoperasjon som finner sted av mange forskjellige grunner, for eksempel for å danne sideforgrening på oversiden av en fisk (utstyr som er gått tapt i hullet), for å innlede retningsbonng i en svak formasjon, for å plugge en sone eller en fullstendig brønn som skal opp-gis, for å løse et problem i forbindelse med tapt sirkulasjon som er oppstått under boring, eller for å danne en prøveforanknng når en svak formasjon foreligger i et åpnet hull på undersiden av den sone som skal testes I alle disse tilfeller kreves det ofte en sementplugg for å fylle en sone i en dybde som ligger betraktelig over bunnen av brønnen, slik at et dypt rottehull fremkommer på undersiden av det sementerte området Under disse omstendigheter opptrer det ofte problemer og det kan hende at flere forsøk må gjøres for å oppnå en godtakbar plugg En viktig grunn for dette er at sementen ofte har betraktelig høyere densitet enn det borefluid som innledningsvis befinner seg i brønnboringen I denne situasjon er sementpluggen ustabil og den kan falle gjennom borefluidet, som da vil forurense sementen og gjøre at det dannes en sviktende plugg

Flere fremgangsmåter er blitt foreslått tidligere for å understøtte sement-plugger, men ingen av disse har gitt helt tilfredsstillende resultater I en artikkel av R C Smith et al, Journal of Petroleum Technology, november 1984, sidene 1897-1904, foreslås innsetning av en viskøs pille under det ønskede plasseringssted for bunnen av sementen (BOC) Denne pille kan fremstilles ved å tilsette en viskositetsøker, slik som bentonitt, til det foreliggende brønnslam eller ved å danne et viskøst avstandsstykke ved for eksempel å anvende MUDPUSH XL (han-delsnavn for Schlumberger Dowell) Forsøksarbeider har imidlertid vist at denne fremgangsmåte ikke alltid er pålitelig og at sementen fremdeles kan kanaliseres gjennom den viskøse pille

Et alternativ til den viskøse pille er den reaktive viskøse pille (RVP) som inneholder en tilleggskomponent som reagerer enten med det borefluid som til å begynne med fyller brønnen eller eventuell sement som begynner å falle gjennom pillen Eksempler på RVP-metoden er beskrevet av D L Bour et al, SPE 15008

(1986), 107-193 Den reaktive komponent er vanligvis natnumsilikat som reagerer med kalsiumioner til å danne et stivt gel Denne metode baserer seg på god sammenblanding mellom RVP og sementen eller borefluidet, og dette er vanskelig å oppnå på en slik måte at geldannings-området strekker seg tvers over hele brønnboringens tverrsnitt Den plassenngsprosedyre som vanligvis anvendes nedsetter faktisk sammenblandingen under p lasse ringsprosessen, og det angis at reaksjonen innledes ved sement som faller gjennom RVP-matenalet

Det er derfor et formål for oppfinnelsen å forbedre de kjente fremgangsmåter som anvendes for plassering av en plugg i en brønnboring, for derved å forhindre at pluggen svikter Det er et nærmere bestemt formål for oppfinnelsen å forbedre fremgangsmåten som utnytter en viskøs pille på en slik måte at den resulterende pille får forbedrede gelstyrke-egenskaper

Med hensyn til foreliggende oppfinnelse er det videre av interesse fluider som danner et stivt gel, uten behov for blanding med et annet fluid nede i borehullet Disse fluider anvendes på områder innefor oljeindustrien, for eksempel ved tapt sirkulasjon eller konformitetsregulenng De fleste av disse fluider danner gel på grunn av en reaksjon som settes i gang ved det tidspunkt de blandes på jordoverflaten og har bare en fast tid (vanligvis sterkt avhengig av temperaturen) etter blandingen hvorunder de kan anbringes på det tilsiktede sted i brønnboringen

En klasse av disse fluider tykner på grunn av en kjemisk reaksjon som innledes ved at de utsettes for høy skjærpåkjenning Denne skjærkraft kan frembringes av et munnstykke ved ytterenden av et borerør som anvendes for å an-bnnge fluidene i brønnboringen US patentskrift nr 4 663 366 angir en emulsjon hvor oljefasen inneholder en hydrofil leire som sveller i vann, slik som bentonitt, og som innledningsvis holdes separat fra vannfasen ved hjelp av en membran eller film av polymermatenale Denne membran er dannet av en polyamin-derivat dis-pergert i oljefasen og et polyakrylamid, samt en polykarboksyl-syre som er oppløst i vannfasen Når emulsjonen utsettes for høye skjærkrefter, blir membranen revet i stykker og bentomtten bringes i kontakt med vannet, og ved dette tidspunkt vil den svelle og fortykke væsken

Internasjonal patentsøknad nr WO 94/28085 angir et alternativt fluid be-stående av en emulsjon av en sammenhengende oljefase som inneholder et emulgeringsmiddel og et tverrbmdingsmiddel for et polysakkarid og en usammen-hengende vannfase som inneholder et polysakkand Når denne væske utsettes for høy skjærpåkjenmng, blir emulsjonen brutt opp, hvilket bnnger polysakkaridet til å fornettes og danne et gel som er meget sterkere enn det som er angitt i US patentskrift nr 4 663 366 Det foreslåtte bruk av det angitte fluid i den internasjonale patentsøknad WO 94/28085 var for å forhindre «tap av sirkulasjon» eller lek-kasje av fluider fra brønnboringen mn i jordformasjonen, og materialet var tilsiktet å vandre inn i formasjonen og så raskt sette seg, samt derved forhindre ytterligere fluidtap fra brønnboringen

Som ytterligere eksempel på kjent teknikk på området, kan nevnes US

4 275 788 som omhandler en plugg-plassenng ved injisenng av en væske med høy densitet i brønnboringen og valg av et pluggmatenale, eller nærmere bestemt en sement, som har lavere densitet enn væsken Under disse forhold bæres plugg/sementmatenalet av høydensitet-væsken Med andre ord, en meget ele-mentær form for "pillebehandling"

Formålene for oppfinnelsen oppnås ved en fremgangsmåte og anordninger som angitt i de etterfølgende selvstendige patentkrav

Ett aspekt ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for innset-nmg av en permanent plugg, fortrinnsvis en sementplugg, i en brønnboring på en slik måte at den permanente plugg med høy densitet understøttes på oversiden av et (bore)-fluid med mindre densitet ved hjelp av et tredje matenal inntil den permanente plugg er herdet og blir selvbærende Dette er oppnådd ved å plassere en spesiell fluidpille på undersiden av den tilsiktede plassering av sementpluggen Ved et gitt tidspunkt etter plasseringen av fluidpillen i brønnboringen, det vil si stivnetiden for fluidpillen, vil den bli gjenstand for en reaksjon som forandrer dens fysiske egenskaper fra å være en lett pumpbar væske til å bli et seigt elastisk fast stoff, som er tilstrekkelig sterkt til å bære en sement med høy densitet på oversiden av et borefluid med mindre densitet

Det er særlig fordelaktig at reaksjonen settes i gang av høy skjærpåkjenmng på et forutbestemt sted i et plassenngsrør, for eksempel ved dets nedre ende eller på et sted høyere opp I motsetning til andre fremgangsmåter krever den her foreslåtte teknikk ikke god blanding med et annet fluid nede i borehullet, og den påvirkes ikke på uheldig måte av forsinkelse mellom blandingen på jordoverflaten og plasseringen

Det er viktig at densiteten av fluidpillen er tilpasset densiteten av det fluid som til å begynne med befinner seg i brønnbonngen, slik at den forblir ubevegelig mellom plasseringen og geldannelsen, og dette oppnås ved å tynge fluidet med et fast stoff i partikkelform og med høy densitet, slik som Bante Etter at fluidet har stivnet, blir materialet for den permanente plugg, for eksempel sement, sprøytet inn på et sted i brønnboringen like over oversiden av det geldannede material, som da gjør tjeneste som en bærer eller bro for pluggmatenalet med høyere densitet Gelstyrken som kan oppnås ved reaksjonen etter plasseringen, ligger godt over den tilsvarende verdi for et pumpbart fluid som ikke reagerer nede i borehullet Gelstyrken til det stivnede materiale ligger fortrinnsvis over 500 Pa, og heller over 1000 Pa, og helst i området mellom 2000 og 10000 Pa, eller til og med 15000 Pa

I tillegg vil fluidet formtilpasse seg den uregelmessige form av brønnboring-en før det stivner, hvilket muliggjør dets bruk i ukonsoliderte avsnitt av brønnbo-ringen eller avsnitt som er «ute av mål», hvor mekaniske innretninger som opp-blåsbare pakninger er av begrenset nytte

Foretrukne materialer for bruk ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er forbindelser av emulsjonstype og som avstabiliseres under skjærkrefter Eksempler på slike materialer er kjent fra de ovenfor omtalte patentdokumenter WO 94/28085 og US-4 663 366

Disse og andre særtrekk ved oppfinnelsen, foretrukne utførelser og varian-ter av disse, samt ytterligere fordeler ved oppfinnelsesgjenstanden vil kunne er-kjennes og forstås av fagfolk på området ut i fra følgende detaljerte beskrivelse og vedføyde tegninger Figurene 1A-D viser skjematisk plasseringen av en plugg i samsvar med oppfinnelsen Figurene 2A-C viser eksempler på verktøy for å brukes i samsvar med foreliggende oppfinnelse

Eksemplet angir en fremgangsmåte for setting av en sementplugg i en brønnboring på en slik måte at den tunge sement understøttes på oversiden av et mindre tungt borefluid inntil sementen er herdet 1 et innledende tnnn blir borefluidet 10 kondisjonert på samme måte som ved vanlig kjent pluggsementering Dette vil si at fluidet sirkuleres og dets Teolo-giske egenskaper justeres slik at de senere innsprøytede fluider lett kan fortrenge borefluidet

Figur 1A viser anbringelsen av plassenngsrøret 11 i passende dybde i brønnboringen 12 I figurene er to spesielle dybder avmerket som henholdsvis bunnen av sementen (BOC) og toppen av sementen (TOC) I sin første posisjon befinner plassenngsrøret seg under BOC-nivået, som ideelt sett er den øvre gren-seflate for den fluidpille som skal mnsprøytes

Eksempler på plassenngsrør er vist i figurene 2A-C Da kraftig skjærkraft som er egnet for utløsning av geldannelse-reaksjonen lett kan frembringes ved å innsnevre og/eller avlede strømningsbanen, er mange forskjellige utførelser mulig Ett enkelt plassenngsrør er frembrakt ved å anvende et rørstykke 20 med redusert diameter, slik som vist i figur 2A Et annet eksempel, som er angitt i figur 2B, er et såkalt sementenngsrør 21 Dette rampe er et rør som er lukket i bunnenden og med åpninger 211 utskåret i dets sidevegg Et tredje eksempel, som er vist i figur 2C, er en spesielt tilpasset rørdel 23 med et antall dyser 231 I tillegg til å frembringe en skjærkraft, kan dysene være utformet for å gi fluidstrømmen en foretrukket retning I det foreliggende eksempel antas det at et sementenngsrør anvendes som plassenngsrør

Både fluidpillen 13 og sementen 14 kan plasseres ved hjelp av en hvilken som helst av de nå kjente fremgangsmåter for plassering av en sementplugg i en brønnboring, forutsatt bare at volumstrømmen av det reotropiske fluid under plasseringen må være tilstrekkelig til å frembringe geldannelse-reaksjonen når det passerer gjennom strømmngsinnsnevringene i plassenngsrøret Typiske fremgangsmåter er (i) den balanserte pluggmetode, hvorved grenseflatene mellom de forskjellige fluider inne i og utenfor plassenngsrøret etter fortregningen befinner seg i samme nivå, (ii) dobbeltpluggmetoden som innebærer at to gummiplugger anvendes for å separere forskjellige fluider under fortregningen nede i plasse-nngsrøret, eller (ni) pumpe- og trekkemetoden hvor plassenngsrøret langsomt trekkes tilbake fra brønnboringen under plasseringen, slik at det innsprøytede material etterlates tilbake Plasseringen kan utføres gjennom borerør eller kveilrør

I tillegg kan passende avstandsfluider slik som vann, polymer som inneholder vandige løsninger, eller lignende, anvendes for å skille fluidpillen 13, pluggmatenalet 14 og/eller boreslammet 10 fra hverandre

Det skal nå henvises til figur 1B, hvor det sprøytes inn en fluidmengde 13 som reagerer slik at det danner et sterkt gel etter at fluidet har vært utsatt for høy skjærpåkjenning Sementeringsrøret 112 har åpninger 113 for å frembringe den nødvendige høye skjærkraft for å innlede geldannelse-reaksjonen i fluidpillen Etter innsprøytning av fluidpillen blir plassenngsrøret 10 trukket opp i brønnboringen til en posisjon (BOC) like over den fluidplugg som er dannet i brønnboringen Det innsprøytede fluid 13 tillates så å stivne

Etter stivningen av det innsprøytede fluid, blir sement 14 sprøytet inn ovenpå det første matenal 13, som nå gjør tjeneste som bærer for sementen og hind-rer den fra gjennomgående kanalisering inn i borefluidet 10 på undersiden Når sementen 14 når det forutbestemte TOC, blir innsprøytningen stoppet, røret beve-ges ut av sementen og pluggen tillates å herdes Det bør atter bemerkes at den beskrevne prosess er forenklet for å klargjøre omfanget av foreliggende oppfinnelse I praksis kan det vise seg vanskelig å plassere pluggen nøyaktig i samsvar med de forut fastlagte spesifikasjoner Det er vanlig praksis å utnytte generøse sikkerhetsmarginer med hensyn til herdingstidene, volumet av fluidpillen og andre parametere

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen består fluidpillen 13 av en emulsjon, slik som angitt i den internasjonale patentsøknad WO 94/28085, og som omfatter (i) en oljefase som inneholder et emulgenngsmiddel og et tverrbindingsmid-del for en polysakkarid, og (n) en vannfase som inneholder et polysakkarid Et tyngingsmiddel kan tilsettes for å justere fluidets densitet Pillematenalet har den særegne egenskap at det forblir flytende inntil det utsettes for høy skjærpåkjenning med en strømningsinnsnevring i plassenngsinnretningen, og ved dette tidspunkt brytes den emulsjon som omfatter pillen, og polysakkaridet og fornetnings-middelet bringes i innbyrdes kontakt Etter skjærkraftpåvirkningen blir pillen gjenstand for geldannelse, slik at den danner en sterk plattform som er i stand til å bære den sementplugg som blir anbrakt ovenpå pillen

Ved et laboratorieforsøk viste det seg at denne foreslåtte teknikk var i stand til å understøtte en vanlig sement av klasse G og med spesifikk vekt,

SG = 1,9 på oversiden av et borefluid med SG = 1,0 Dette er den største densi-tetsforskjell som det er vanlig å støte på ved pluggsementenng Forsøksapparatu-ren besto av et vertikalt perspeks-rør med diameter på 2 tommer og som ble innledningsvis fylt med borefluidet og en løsning av 4 gl_ Xanthangummi i ferskvann En fluidpille ble blandet til å bestå av (1) for oljefasen -175 ml lett mineralolje, 0,5 g kommersielt tilgjengelig overflateaktivt middel (EMUL HT tilgjengelig fra Schlumberger Dowell), 3 g Bentonit og 2,5 g kalk (2) For vannfasen - 375 ml av en løs-ning av 8 g/l Xanthan i vann og 60 g Bante Dette ble-blandet under forhold med forholdsvis lav skjærkraft ved anvendelse av en skovlblander, hvilket førte til et fluid med SG = 1,03, som er lik densiteten av det borefluid som på forhånd fylte røret

Pillematenalet ble utsatt for skjærkraft ved et trykkfall på 600 psi (4,137 Mpa) og derpå sprøytet inn i prøveseksjonen gjennom et stålrør med åpen ende og med diameter 1 tomme (2,5 cm) Stålrøret ble trukket opp under plasseringen for å etterlate et område perspeks-røret med lengde på omtrent 12 tommer (30,5 cm) fulgt av pillematenalet Mer Xanthan-løsning ble så sprøytet inn for å rense stålrøret og pillen ble derpå tillatt å stivne uforstyrret 140 minutter Etter denne tid ble sement sprøytet inn gjennom stålrøret til et område like på oversiden av det stivnede material og plassenngsrøret ble derpå trukket til bake Sementen forble da i denne posisjon, understøttet av det underliggende stivnede material i flere timer uten noen observerbar bevegelse Dette var i motsetning til det tilsvarende forsøk som ble utført uten det spesielle pillematerial, og hvor sementen raskt falt igjennom den 4 g/l Xanthan-løsning for å komme til hvile på bunnen av modellen i løpet av sekunder

Claims (6)

1 Fremgangsmåte for plassering av en plugg i en brønnboring som strekker seg gjennom undergrunnsformasjoner, karakterisert ved at det før innsprøytningen av pluggmatenalet innsprøytes en kjemisk forbindelse for å bære pluggmatenalet under en herdningstidspenode, og hvor i det minste delvis stivning av den kjemiske forbindelse kan igangsettes ved hjelp av skjærkrefter

2 Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter -bestemmelse av et ønsket plasseringssted for pluggen, -innsprøytning av en forutbestemt mengde av den kjemiske forbindelse på en slik måte at stivningen av forbindelsen finner sted i et område nær bunnenden av det ønskede plasseringssted, -utsettelse av innsprøytningen av pluggmatenalet inntil den innsprøytede kjemiske forbindelse har oppnådd nødvendig styrke til å bære pluggmatenalet, -innsprøyting av pluggmatenalet

3 Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den kjemiske forbindelse utgjøres av en emulsjon som avstabiliseres under påvirkning av skjærkrefter samt stivner etter avstabiliseringen

4 Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den kjemiske forbindelse er en emulsjon som inneholder polymerer og fornetnings-midler atskilt av fasegrenser før skjærkreftene påføres

5 Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den kjemiske forbindelse etter stivning oppviser en bærestyrke på mer enn 500 Pa

6 Anordning for plassering av en plugg på et forutbestemt plasseringssted inne i en brønn, omfattende pumpemidler, et rørstykke (20) som danner en fluid-bane fra pumpemidlene til nevnte plasseringssted, samt plasseringsmidler forbun-det med den nedre ende av rørstykket (20), karakterisert ved at plassenng smid lene omfatter åpninger (113) til å utøve skjærkrefter på et pumpet fluid for derved å sette i gang en stivning av fluidet