NO317741B1 - Bronnverktoy for bruk i en bronn, samt fremgangsmate for installering av en innsats i etbronnverktoy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår tilveiebringelse av herdete innsatser for væskeutløp i et brønnverktøy og angår i et aspekt (a) et brønnverktøy med minst ett paralleltrør for tilførsel av fluid til forskjellige nivåer i en brønnboring der fluid-utløp i parallellrøret er utstyrt med erosjonsbestandige innsatser og (b) en fremgangsmåte for installering av innsatsene i utløpene.

Nylig er det blitt foreslått en rekke brønnverktøy for samtidig tilførsel av fluid (f.eks. fraktureringsfluider, grusblandinger, behandlingsfluider, etc) gjennom alternative strømningsbaner til flere forskjellige nivåer i en brønnboring, for utførelse av en spesiell brønnoperasjon. F.eks. er det blitt foreslått et brønnverktøy for produk-sjon av flere sprekker i en enkelt operasjon i en brønnboring. Dette verktøy bæres på den nedre ende av en arbeidsstreng og har et antall utløpsporter eller -åpninger som er anordnet med innbyrdes avstand slik at de ligger nær de respektive soner av brønnboringen som skal fraktureres når verktøyet er i sin operable stilling i brønnboringen. For ytterligere beskrivelse av et slikt verktøy og dets virkemåte, se US patent 5 161 618. Som eksempel på et liknende brønnverktøy som samtidig kan levere et behandlingsfluid til forskjellige nivåer i en brønnboring, henvises til US patent 5 161 613.

Et annet brønnverktøy av denne generelle type, er et som avgir en grusblanding til adskilte mellomrom rundt en brønnsil under en gruspakking-komplet-teringsoperasjon. Dette verktøy består av én eller flere ledningsrør «parallellrør»

(engelsk: «shunt tubes») som strekker seg i lengderetningen langs brønnsilen. Hvert parallellrør har et antall utløpsporter eller -åpninger som er anordnet med innbyrdes avstand langs dets lengde for samtidig tilførsel av en grusblanding til flere forskjellige nivåer i ringrommet som omgir silen. Dette gir en god fordeling av grus over hele ringrommet, selv om det oppstår «sandbroer» i ringrommet før grus-anbirngelsen er fullført. For detaljer ved et slikt brønnverktøy og en ytterligere forklaring av dets virkemåte, se US patenter 4 945 991, 5 082 052, og 5 113 935.

I brønnverktøyer av denne type er utløpsportene eller -åpningene i paral-lellrørene meget små (f.eks. ca. 6 mm i diameter). Selv om disse små åpninger har virket ganske bra i de fleste felt-anvendelser, har en funnet at på grunn av parallellrørenes tynne vegg har åpningene en tendens til å erodere når fluid strømmer gjennom åpningene under høyt trykk. Dette gjelder spesielt der fluidet, f.eks. slam, inneholder partikkelformet materiale, f.eks. sand og/eller grus eller liknende, slik tilfellet er i de fleste frakturerings- og/eller gruspakkingsoperasjoner.

Som ytterligere eksempel på kjent teknikk, kan nevnes WO 95/14844, som beskriver et brønnverktøy omfattende en brønnsil og alternative strømningsled-ninger med utløpsåpninger, omfattende innsatsinnretninger anordnet i hver av utløpsåpningene. Innsatsinnretningen kan være i flukt med ledningens innervegg. Dessuten beskriver GB 640310 et brønnverktøy omfattende et strømningsrør som kan omfatte et filter og som har åpninger hvor det er anordnet innsatser.

Etter hvert som visse åpninger eroderer og utvides - vanligvis de som ligger nær øvre ende av et parallellrør -, vil mer og mer av fluidet (f.eks. slam) strømme ut gjennom de utvidete åpninger, og mindre og mindre av fluidet vil strømme ut gjennom den nedre, mindre åpning i parallellrøret. Denne økende strømning gjennom de større, eroderte åpninger kan føre til dannelse av «sandbroer» (dvs opp-hoping av partikler) i selve parallellrøret, som vil blokkere ytterligere nedadstrøm-ning av betydning i røret. Såsnart dette skjer, kan ytterligere fluid ikke tilføres gjennom parallellrøret til brønnboringens nedre nivåer, og fordelene ved bruk av parallellrør i disse typer brønnoperasjoner går tapt.

Det er derfor ønskelig å tilveiebringe fluidutløp i parallell rørene i brønnverk-tøy med alternative strømningsbaner som ikke lett vil erodere, men som i hovedsak vil bibeholde deres opprinnelige diameter under en fullstendig brønnopera-sjon.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen, ved et brønnverktøy som angitt i det etterfølgende krav 1 og en fremgangsmåte som angitt i det etterfølgende krav 7. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige krav.

Brønnverktøyet ifølge oppfinnelsen omfatter således en innsatsinnretning som består av en plate med en utsparing som er utformet bare delvis gjennom platen. Utsparingen er innrettet til å oppta en innsats som er utformet av et erosjonsbestandig materiale, f.eks. wolframkarbid. I platen er det også utformet en utløpskanal som står i fluidforbindelse med utsparingen. Innsatsen av erosjonsbestandig materiale er anbrakt i utsparingen og har en gjennomgående kanal innrettet på linje med utløpskanalen i platen når innsatsen er i utsparingen. Dimensjonen(e) til utsparingens indre omkrets (f.eks. diameteren til en sylindrisk utsparing) er bare noe større enn dimensjonen(e) til innsatsens ytre overflate

(f.eks. diameteren til en sylindrisk innsats), slik at innsatsen kan presses og/eller krympes i utsparingen og lett fastholdes i denne.

En åpning er utformet i det alternative strømningsbane-ledningsrør ved hvert sted der det er ønskelig med et utløp. Innsatsen har en lengde som er tilstrekkelig til at den strekker seg fra utsparingen i platen inn i en respektiv åpning i ledningsrøret der den kan avsluttes ved ledningsrørets indre vegg eller kan strekke seg inn i ledningsrøret. Med innsatsen anbrakt i sin respektive åpning, festes platen til ledningsrøret for derved å feste innsatsen i utløpsåpningen.

Ifølge en ytterligere utføringsform av foreliggende oppfinnelse, danner utsparingen og utløpskanalen i platen en vinkel, slik at når innsatsen er anbrakt i utsparingen og platen er festet til ledningsrøret, vil innsatsen danne en nedadskrånende utløpskanal fra ledningsrøret.

Selve konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse, og dens virkemåte og åpenbare fordeler vil bli bedre forstått med henvisning til tegningene som ikke er i målestokk og der like tall identifiserer like deler, og hvor: Fig. 1 er et oppriss, delvis i snitt, av et brønnverktøy med alternative strøm-ningsbaner (dvs parallellrør) som har utløp i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 er et perspektivriss i større målestokk av et parti av et parallellrør på brønnverktøyet ifølge fig. 1, Fig. 3 viser en del av et snitt, i ytterligere større målestokk, gjennom paral-lellrøret ifølge fig. 2, slik det kan se ut under det første trinn av monteringen av en herdet innsats i en uttøpsåpning i røret, i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 4 er et snitt, lik fig. 3, som viser et ytterligere trinn ved monteringen av en innsats i et utløp i et parallellrør, Fig. 5 er et snitt, lik fig. 4, som viser en utløpsåpning i et parallellrør med en innmontert innsats i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 6 er en del av et snitt gjennom et parallellrør i verktøyet ifølge fig. 1, som viser et trinn ved montering av en skrå innsats i en utløpsåpning i røret, i samsvar med en ytterligere utføringsform av foreliggende oppfinnelse, og Fig. 7 er et snitt, lik fig. 6, som viser innsatsen montert i en utløpsåpning i parallellrøret.

Idet det henvises mer spesielt til tegningene, viser fig. 1 den nedre ende av en brønn 10 som skal «gruspakkes». Selv om foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i forbindelse med et brønnverktøy 20 som har et legeme bestående av en brønnsil av den type som brukes ved grusspakke-kompletteringer, skal det forstås at foreliggende oppfinnelse er like anvendbar ved alle brønnverktøyer (f.eks. frakturerings-verktøystrenger, etc) som benytter alternative strømningsbaner (f.eks. parallellrør).

Idet det igjen henvises til fig. 1, har brønnen 10 en brønnboring 11 som strekker seg fra overflaten (ikke vist) gjennom en undergrunnsformasjon 12. Som vist er brønnboringen 11 foret med foringsrør 13 og sement 14 som, i sin tur, er gjennomgående perforeringer 15 for opprettelse av fluidforbindelse mellom formasjonen 12 og det indre av foringsrøret 13, slik det vil forstås i faget, er brønnverk-tøyet 20 plassert i brønnboringen 11 nær formasjonen 12 med ringrom 19 dannet mellom verktøyet 20 og foringsrøret 13. Som vist, omfatter verktøyet 20 et legeme, f.eks. sandsil 21, og en «overgang» 22 som er forbundet med dens øvre ende som, i sin tur, er opphengt fra overflaten på en arbeidsstreng (ikke vist).

Igjen skal det forstås at foreliggende oppfinnelse ikke er ment å være begrenset til noen spesiell type brønnsil. Følgelig er termen «sil» som benyttet gjennom hele beskrivelsen, ment å dekke alle typer liknende nedihull-konstruksjo-ner som vanligvis brukes ved gruspakke-kompletteringer, f.eks. kommersielt til-gjengelige siler, slissete eller perforerte rør, forpakkete siler eller forlengningsrør, eller kombinasjoner av disse.

I en typisk gruspakke-komplettering, nedsenkes verktøyet 20 i brønnborin-gen 11 og brønnsilen 21 plasseres nær formasjonen 12. En pakning 30 settes og grusblanding pumpes ned gjennom arbeidsstrengen og ut åpninger 28 i overgan-gen 22. Grusblandingen strømmer ned i ringrommet 19 og avsetter grus rundt silen 21 og danner en gjennomtrengelig masse som lar fluid passere inn i silen, samtidig som den sperrer for partikkelstrømmen.

Som vist er verktøyet 20 en «alternativ strømningsbane»-sil ved at det omfatter minst ett parallellrør 25 (f.eks. fire rør). Hvert parallellrør 25 består av et ledningsrør med et antall utløp 26 anordnet med innbyrdes avstand langs rørets lengde. Som kjent er oppgaven til hvert parallellrør å avgi fluid, f.eks. slam, til forskjellige nivåer i ringrommet 19 i tilfelle det danner seg en sandbro eller liknende i ringrommet før ringrommet er blitt fullstendig gruspakket. For en nærmere beskrivelse av gruspakkesiler med alternative strømningsbaner og hvorledes slike siler installeres, se US patent 4 945 991 som det herved henvises til.

I brønnverktøy med alternative strømningsbaner slik som beskrevet ovenfor, er parallellrørene typisk utformet av tynnvegget (f.eks. ca. 1,5 mm tykk vegg) stål-ledningsrør, for å holde verktøyets 10 effektive ytterdiameter liten nok til at verktøyet lett skal kunne nedsenkes i foringsrøret 13. Selv om ledningsrøret som danner parallellrøret 25 er vist med et rektangulært tverrsnitt, skal det forstås at ledningsrør med andre tverrsnitt (f.eks. sirkulært, etc) kan brukes uten å avvike fra foreliggende oppfinnelse.

På grunn av parallellrørenes 25 ringe tykkelse har utløpsåpningene 26 en tendens til å erodere når trykkfluid strømmer ut gjennom dem. Dette gjelder sær-lig når fluidet er en partikkelfylt grusblanding slik som det som benyttes ved grus-pakking av en brønn.

Typisk vil utløpet eller utløpene 26 ved eller nær den øvre ende av et paral-lellrør erodere meget hurtigere enn de nedre utløp, hvilket fører til at hovedmeng-den av fluidet i parallellrøret vil strømme gjennom det utvidete utløp. Etterhvert som strømningen øker gjennom de eroderte utløp, vil partikler fra slammet ha en tendens til å samle seg i parallellrøret nær de utvidete utløp og danne en sandbro eller liknende som i sin tur vil blokkere ytterligere strømning gjennom parallellrøret. Når dette skjer kan fluid ikke lenger fordeles gjennom parallellrøret til de forskjellige nivåer i ringrommet som omgir silen, og parallellrøret vil ikke lenger være effektivt.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det anordnet innsatsinnretninger i utløpsåpningene 26 i parallellrørene 25, for å minske erosjon av utløpene. For-trinnsvis monteres innsatsene som best vist i fig. 3 - 5. Som det fremgår av disse forsenkes en utsparing 28 (f.eks. ca. 6 mm diameter) omtrent tre fjerdedeler av veien (f.eks. ca. 19 mm) gjennom en kort platelengde 27 (f.eks. ca. 6 mm flattstål) som i sin tur har hovedsakelig den samme bredde som parallellrøret 25, slik at platen 27 er tilpasset og lett kan monteres på dette.

En innsats 29 av erosjonsbestandig materiale (f.eks. wolframkarbid) med en gjennomgående kanal 30 er anbrakt i utsparingen 28. Innsatsen 29 har en ytterdimensjon (f.eks. ytterdiameter) som er tilnærmet den samme (dvs noe mindre) enn dimensjonen til utsparingens 28 omkrets (f.eks. innerdiameter), hvorved innsatsen 29 kan presses og/eller «krympes» inn i utsparingen og fastholdes i denne. Selv om innsatsen 29 og den motsvarende utsparing 28 er vist som sylindrisk, skal det forstås at disse elementer også kan ha andre motsvarende utforminger, f.eks. kvadratisk, triangulær, etc, uten å avvike fra foreliggende oppfinnelse.

Innsatsens 29 lengde (f.eks. ca. 11 mm) er slik at den vil strekke seg utad

fra utsparingen 28 over en strekning som er minst lik parallellrørets 25 veggtykkel-se (f.eks. ca. 6 mm) av grunner som nedenfor beskrevet. I enkelte tilfeller kan det være ønskelig å gjøre innsatsen 29 enda lengre, slik at den vil strekke seg noe inn i parallellrøret i sin virksomme posisjon.

Utløpskanalen 26, som er konsentrisk med utsparingen 28, er boret eller på annen måte utformet i platen 27 og er innrettet til å bringes på linje med kanalen 30 når innsatsen 29 befinner seg i utsparingen 28. Utløpet 26 kan bores i platen 27 før innsatsen anbringes i utsparingen, eller det kan bores gjennom kanalen 30 etter at innsatsen er blitt anbrakt i utsparingen 28.

En åpning 31 (fig. 3) er boret eller på annen måte utformet i parallellrøret 25 ved hvert sted der et utløp er ønskelig. Med innsatsen 29 i utsparingen 28, anbringes platen 17 på røret 25 slik at innsatsens 29 utstrekning er tettsluttende anbrakt i sin respektive åpning 31 i parallellrøret 25. Platen 27 blir så festet til parallellrøret ved hjelp av hvilke som helst passende midler, f.eks. punktsveising 32, etc. Innsatsens 29 utstrekning kan ende i flukt med rørets 25 vegg eller kan strekke seg inn i røret som vist med prikkete linjer 33, fig. 5.

Fig. 6 og 7 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse som i hovedsak er lik den ovenfor beskrevne, bortsett fra at innsatsen 29a er anbrakt i utsparingen 28a som er forsenket i en nedadrettet vinkel i platen 27a. Åpningen 31a i paral-lellrøret 25a skråner også med samme vinkel som utsparingen 28a, slik at innsatsens 29a utstrekning vil passe tettsittende i åpningen 31a når platen 27a er i sin virksomme posisjon på parallellrøret 25a. Innsatsens 29a utstrekning 33a vil strekke seg inn i parallellrøret 25a og derved oppvise en nedadskrånende utløps-kanal 30a, 26a for fluider som strømmer nedover gjennom parallellrøret 25a.

Claims (1)

1. Brønnverktøy (20) for bruk i en brønn (10), omfattende et legeme; minst en alternativ strømningsledning som strekker seg langs legemet og som omfatter et ledningsrør (25) med flere utløp (26) anordnet med innbyrdes avstand for tilførsel av fluid til forskjellige nivåer i brønnen (10) når brønnverktøyet (20) er i en virksom stilling i brønnen (10); samt en innsatsinnretning i hver av de innbyrdes adskilte utløpsåpninger (26), karakterisert ved at innsatsinnretningen omfatter en plate (27) som utløpsåpningen (31) er utformet i og som har en utsparing (28) i fluidforbindelse med utløpsåpningen (26); samt en innsats (29) som er anbrakt i utsparingen (28) og har er en gjennomgående utløpskanal (30) innrettet i flukt med utløpsåpningen (26) i platen (27), idet innsatsen (29) har en lengde som er tilstrekkelig til at den strekker seg fra utsparingen (28) og inn i en åpning (31) i ledningsrøret (25); samt midler (32) for fastgjøring av platen (27) til ledningsrøret (25) når innsatsen (29) er anbrakt i åpningen (31) i ledningsrøret (25).

2. Brønnverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at legemet omfatter en brønnsil.

3. Brønnverktøy ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at innsatsen (29) er utformet av wolframkarbid.

4. Brønnverktøy ifølge krav 1-3, karakterisert ved at innsatsens (29) lengde er tilstrekkelig til å avsluttes i flukt med ledningsrørets (25) innvendige vegg når platen (27) er festet til ledningsrøret (25).

5. Brønnverktøy ifølge krav 1-4, karakterisert ved at innsatsens lengde er tilstrekkelig til å strekke seg gjennom åpningen i ledningsrøret og inn i ledningsrøret når platen er festet til ledningsrøret.

6. Brønnverktøy ifølge krav 1-5, karakterisert ved at utsparingen (28) og utløpskanalen (3a) er utformet i vinkel med platen (27), hvorved den i utsparingen anbrakte innsats skråner nedad i ledningsrøret når platen er festet til ledningsrøret.

7. Fremgangsmåte for installering av en innsats (29) med en gjennomgående kanal (30) i en utløpsåpning (26) i et alternativt strømningsrør (25) i et brønnverktøy (10), karakterisert ved at den omfatter: utforming av en utsparing (28) i en plate (27), hvilken utsparing (28) strekker seg bare delvis gjennom platen (27) og er innrettet til å oppta innsatsen (28) ; utforming av utløpsåpningen (26) i platen (27) i fluidforbindelse med utsparingen (29); anbringelse av innsatsen (29) i utsparingen (28) med kanalen (30) innrettet på linje med utløpsåpningen (26) i platen (27); utforming av en åpning (31) i det alternative strømningsrør (25); anbringelse av platen (27) på det alternative strømningsrør (25) med kanalen (30) i innsatsen (29) innrettet i flukt med åpningen (31) i det alternative strømningsrør; og fastgjøring av platen (27) til det alternative strømningsrør (25).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at innsatsen (29) strekker seg gjennom åpningen (31) i det alternative strømningsrør (25) og inn i det alternative strømningsrør.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at innsatsen (29) skråner nedad i vinkel.