NO318155B1 - Anordning for kombinert testing og boring av en uforet bronn ved bruk av pakningssperre - Google Patents

Abstract

Et test-bore-og trekksystem (10) for testing av en brønnformasjon eller interessesone (16) og å bore brønnen (12) videre i en enkel tur ned i brønnhullet beskrives. Systemet (10) inkluderer en overflateavlesnings-testventil (34), en rotasjonsoperert reverseringsventil (36), en gjensettbar pakning (38), en paknings-lockout (48), et perforert anker (42) og et borehode (44). I operasjon blir anordningen (10) kjørt ned til bunnen av brønnen (12) nær formasjonen eller interessesonen (16), og pakningen satt og ikke-satt som ønsket. Med pakningen satt blir en overfiate-avlesnings-testventilsonde (68) senket ned i anordningen (10) på en kabel (70) og låst til testventilen (34) slik at multiple testoperasjoner kan bli utført om ønskelig. Etter testing kan fluidgjenvinningen bli reversert ut og analysert ved å aktivere reverseringsventilen (36) ved rotasjon av verktøystrengen (18). Videre tilkobler rotasjon paknings-lockouten (48) slik at når vekt blir tatt bort fra pakningen (38), kan pakningen (38) ikke bli gjen-satt. Etter at paknings-lockouten (48) er tilkoblet og settingen av pakningen (38) opphevet, kan ytterligere boreoperasjoner bli utført uten å fjerne anordningen (10) fra brønnhullet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en anordning for å yte service på en brønn, og mer spesifikt en anordning som angitt i ingressen til det selvstendige krav 1.

Under boring og komplettering av olje- og gassbrønner er det ofte nødvendig å teste eller evaluere produksjonskapasiteten til brønnen. Dette blir typisk gjort ved å isolere en undergrunnsformasjon eller en del av en interessesone som skal testes, og deretter lede en prøve av brønnfluiden enten til et prøvekammer eller opp gjennom en rørstreng til overflaten. Ulike data, slik som trykk og temperatur for de produserte brønnfluidene, kan bli overvåket nedhulls for å evaluere produksjonskarakteristikkene til formasjonen på lang sikt.

En vanlig benyttet brønntestingsprosedyre er først å sementere en f6ringsrør i brønnhullet og så perforere féringsrøret tilstøtende formasjonen eller interessesonen. Deretter blir brønnen strømningstestet gjennom perforeringene. Slike strømningstester blir vanligvis utført med en borehullsteststreng plassert inne i féringsrøret. Borehullsteststrengen er utstyrt med pakninger, testventiler, sirkulasjonsventiler og lignende for å styre fluidstrømningen gjennom borehullsteststrengen.

Selv om borehullstesting av forede brønner gir svært gode testdata, har den den ulempen at brønnen først må bli foret før testen kan bli utført. Bedre reservoirdata kan også ofte oppnås umiddelbart etter at brønnen er boret, og før formasjonen har blitt alvorlig skadet av borefluider og lignende.

Av disse årsaker er det ofte ønskelig å evaluere den potensielle produksjonskapasiteten til en brønn uten å pådra seg kostnaden og forsinkelsen ved å fore brønnen. Dette har ført til et antall forsøk på å utvikle en suksessfull åpen-hullstest som kan bli utført i et uféret borehull.

En tilnærming som har blitt benyttet for åpen-hullstesting er bruk av en vektsatt, åpen-hulls kompresjonspakning på en borehullsteststreng. For å operere en vektsatt, åpen-hulls kompresjonspakning, må en solid overflate være tilveiebragt mot hvilken vekten kan bli satt. Historisk sett blir dette utført med et perforert anker som settes ned på bunnen. Forut for slik borehullstesting er det nødvendig å fjerne borestrengen fra brønnen og så kjøre teststrengen ned i brønnen. Etterpå, hvis det er ønskelig å ytterligere bore brønnen, må teststrengen bli fjernet slik at borestrengen kan bli kjørt tilbake i brønnen for fortsatt boring.

Av kjent teknikk kan nevnes WO 9945236 som vedrører et verktøy for bruk i en borestreng for testing av et uforet borehull med sett-/ikke-settposisjon.

Det er således et behov for å redusere antallet turer inn og ut av brønnen som reduserer både kostnaden for testing og for boring, og som også tillater testingen å bli utført i et tidlig trinn før vesentlig skade har blitt gjort på formasjonen eller interesse-sonen. Den foreliggende oppfinnelse imøtekommer disse behovene ved å tilveiebringe et testsystem som tillater en åpen-hullstest å bli utført, og at ytterligere boring så blir gjort på den samme turen ned i brønnen.

Spesifikt blir anordningen henvist til som et test-, bore- og trekkverktøy. Denne anordningen i henhold til oppfinnelsen er tilpasset bruk på et verktøy eller en borestreng for testing i et uforet brønnhull.

Anordningen innbefatter en pakning med en satt posisjon for tettende kontakt med brønnhullet og pakningen, og en usatt posisjon for frakobling fra brønnhullet, en testventil i kommunikasjon med borestrengen og med en åpen posisjon slik at fluid fra brønnen vil strømme inn i borestrengen under en brønntest når pakningen er satt og videre har en lukket posisjon, og et borehode tilpasset ytterligere boring av brønnen etter at pakningslockouten har blitt tilkoblet. Pakningen er fortrinnsvis en kompresjons-eller presspakning som blir satt ved å sette ned vekt på borestrengen, og ikke-satt ved å plukke opp borestrengen, der pakningen er gjensettbar på denne måten uten å fjernes fra brønnhullet.

Anordningen kan også innbefatte en pakningslockout med en tilkoblet posisjon som forhindrer gjensetting av pakningen når vekt er satt ned på borestrengen og pakningen etter at pakningen har blitt satt og senere ikke-satt. Pakningslockouten er fortrinnsvis tilkoblet ved rotasjon av borestrengen. Når denne pakningslockouten er tilkoblet, kan borehodet bli rotert. I en utførelsesform kan borehodet bli rotert ved å rotere borestrengen, og i en annen utførelsesform kan borehodet bli rotert med en slammotor aktivert ved å pumpe slam ned gjennom borerøret.

Testventilen kan være en overflateavlesningstestventil, og anordningen kan videre innbefatte en ventilsonde låsbart tilkoblet testventilen. I den viste utførelsesformen kan ventilsonden tilkobles en kabel på hvilken ventilsonden kan bli kjørt ned i brønnhullet og tilkoblet testventilen. Å trekke på kabelen vil åpne testventilen for testen, å slakke på kabelen vil lukke testventilen. Ventilsonden kan videre innbefatte en prøvetaker tilpasset for å fange en fluidprøve under brønntesten og/eller en strømningsmåler eller

"spinner" for å bestemme fluidstrømningshastighetene derigjennom under brønntesten.

Settingen og ikke-settingen av pakningen og testen av brønnen med en testventil kan bli utført et hvilket som helst antall ganger, som ønskelig forut for aktivering av paknings-lockouten.

Anordningen kan også innbefatte en isolasjonsventil i kommunikasjon med borestrengen, og med en lukket posisjon for testing av brønnen og en åpen posisjon i hvilken borestrengen blir plassert i kommunikasjon med brønnen under en boreoperasjon. Isolasjons ventilen kan bli aktivert ved rotasjon av borestrengen, eller alternativt kan isolasjons ventilen være konfigurert slik at den er trykkaktivert.

Anordningen innbefatter i tillegg en perforert forankring mellom pakningen og borehodet. Den perforerte forankringen er i kommunikasjon med testventilen, og fluid kan strømme gjennom den perforerte forankringen inn i borestrengen under en brønntest. En kontrollventil er tilveiebragt i forankringen, og tilpasset for å tillate fluid og entre borestrengen under brønntesten og forhindre utløp av fluid fra forankringen under en boreoperasjon med borehodet.

Beskrevet på en annen måte, er anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilpasset for bruk på en borestreng i et uforet brønnhull, og innbefatter en pakning med en satt posisjon for tettende tilkobling med brønnhullet og en ikke-satt posisjon frakoblet brønnhullet, en testventil i kommunikasjon med borestrengen og med en åpen posisjon og lukket posisjon, en ventilsonde som kan kobles til testventilen for å aktivere testventilen mellom de åpne og lukkede posisjonene for denne, og et borehode tilpasset for ytterligere boring av brønnhullet. Pakningen er tilpasset slik at den etter en valgt syklus for setting og ikke-setting av pakningen kan bli gjen-satt, og borehodet er tilpasset for ytterligere boring etter den valgte syklen for setting og ikke-setting av pakningen. Forhindringen av gjensettingen av pakningen bli fortrinnsvis utført med en paknings-lockout som forhindrer gjen-setting av pakningen etter den valgte syklen for setting og ikke-setting av pakningen.

De ovennevnte behov løses i henhold til oppfinnelsen med en anordning som angitt i karakteristikken til det selvstendige krav 1.

Fordelaktige utførelsesformer fremgår av de uselvstendige kravene.

Et mangfold formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen lest i sammenheng med tegningene som viser denne utførelsesformen. Figur 1 viser test-, bore- og trekktesting av den foreliggende oppfinnelse når den blir kjørt ned i en brønn og posisjonert nær bunnen av denne. Figur 2 viser borehullstestsystemet i en testposisjon inne i brønnen nær en formasjon eller interessesone. Figur 3 viser borehullstestsystemet benyttet for ytterligere å bore brønnen etter at testingen har blitt utført.

Ved nå å henvise til tegningene, og mer spesifikt til figurene 1 og 2, er anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse vist og generelt betegnet med henvisningsbetegnelsen 10.

Anordningen 10 blir benyttet for å yte service på en brønn 12 med uforet borehull 14 som krysser en undergrunnsformasjon eller interessesone 16. Slik det her benyttes, blir en henvisning til en fremgangsmåte for å yde service på en brønn benyttet i en utstrakt betydning for å inkludere både testing av en brønn hvori fluider blir tillatt å strømme fra brønnen og behandling av en brønn hvori fluidet blir pumpet inn i brønnen. "Å yde service på" inkluderer også tilleggsboring. En henvisning til en "interessesone" inkluderer her også en undergrunnsformasjon.

Anordningen 10 er i den nedre enden av en lengde med borerør 18 som strekker seg til overflaten. Et forhåndsbestemt antall vektrør 20 blir benyttet til å utgjøre en borestreng som inkluderer borerør 18 og anordningen 10 til den ønskede lengde.

Under vektrørene 20 er en backup reverseringsventil 22 som definerer en reverserings-åpning 24 deri som kan bli plassert i kommunikasjon med borerøret 18, slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor.

Anordningen 10 inkluderer også etpar adskilte vektrør 26 og 28, som hver har en respektive stabilisator 30 og 32 derpå. Stabilisatorene 30 og 32 styrer anordningen 10 når den blir senket ned i borehullet 14, og holder anordningen hovedsakelig sentrert inne i borehullet. Stabilisatorene 30 og 32 kan betegnes som en øvre stabilisator 30 og en nedre stabilisator 32.

Mellom de øvre og nedre stabilisatorene 30 og 32 innbefatter anordningen 10 en overflateutlesnings (SRO) testventil, og en reverseringsventil 36, en åpenhullspakning 38. I den viste utførelsesformen er pakningen 38 vist som en kompresjonspakning med et elastomert pakningselement 40 derpå. Andre typer pakninger kan også benyttes, og oppfinnelsen er ikke tenkt begrenset til en kompresjonspakning. Anordningen 10 innbefatter også et perforert anker 42 som definerer et flertall perforeringer 43 deri.

Under den nedre stabilisatoren 32 er det et borehode 44. Borehodet 44 kan bli aktivert ved rotasjon av borerøret 18 og således anordningen 10. Alternativt kan borehodet 44 bli aktivert ved å pumpe fluid gjennom en slammotor (ikke vist) av en type som er kjent innen området.

Reverseringsventilen 36 har en isolasjonsventil 45 deri, og har også minst en reverse-ringsåpning 46. Isolasjon 45 er en ventil som isolerer det tørre borerøret 18 fra formasjonen eller interessesonen 16. Reverseringsåpningene 46 er normalt lukket når anordningen 10 blir kjørt ned i brønnen 12, og dette gjelder også isolasjonsventilen 45.

I en foretrukket utførelsesform blir reverseringsventilen 36 rotasjonsoperert, og isolasjons-ventilen 45 og reverseringsåpningen 46 kan bli operert med et forhåndsbestemt antall omdreininger av borerøret 18. I en spesifikk utførelsesform blir 20 omdreininger benyttet for å åpne isolasjonsventilen 45 og reverseringsåpningen 46, men oppfinnelsen er ikke tiltenkt å bli begrenset til dette. Flere detaljer for operasjon av reverseringsventilen 36 vil bli beskrevet nedenfor.

Slik det også vil bli ytterligere beskrevet her, blir kompresjonspakningsutførelsesformen for pakningen 38 plassert i sin tettende eller satte posisjon ved å sette ned vekt på borerøret 18, slik at pakningselementet 40 blir komprimert eller presset inntil det ekspanderer utover til å kontakte borehullet 14, slik det best fremgår i figur 2. For andre typer pakninger, blir pakningen satt på normal måte, ved å blåse opp et pakningselement på en oppblåsbar pakning.

Anordningen 10 innbefatter også en paknings-lockout 48 som har en frakoblet posisjon, som vist i figurene 1 og 2, i hvilken pakningen 38 kan bli satt i sin tettende posisjon. Paknings-lockouten 40 har også en frakoblet posisjon, som vist i figur 3, i hvilken pakningen 38 er låst slik at den ikke kan bli gjensatt når vekt igjen blir satt ned på borerøret 18.

I den viste utførelsesformen inkluderer paknings-lockouten 48 et krageparti 58 av pakningen 38 som er gjengeforbundet med en lockouthylse 52 i gjengeforbindelsen 54. Lockouthylsen er festet til reverseringsventilen 36, slik at rotasjon av borerøret 18 vil bevirke rotasjon av lockouthylsen 52 med hensyn til kragepartiet 50. En skulder 56 er utformet i det nedre partiet av pakningen 38, og en nedre ende 58 av lockouthylsen 52 vil kontakte skulderen 56 når paknings-lockouten 48 er i sin tilkoblede posisjon, slik det vil bli ytterligere beskrevet nedenfor.

Det perforerte ankeren 42 har en kontrollventil 60 deri som tillater fluid å strømme inn i perforeringene 44, når fluid strømmer ut av formasjonen eller interessesonen 16, men som forhindrer strømning gjennom perforeringene ved boring. Boreslam pumpet ned gjennom anordningen 10 blir således tvunget ut gjennom dyser 62 i borehodet 44 under boreoperasj onene, slik det beskrives ytterligere nedenfor.

SRO-testventilen 34 har en låseoverflate 64 utformet deri som er tilpasset for låseforbindelse med en overflateavlesnings-testventilsonde 68 som er kjørt inn i anordningen 10 på en kabel 70. Se figur 2. Testventilsonden 68 kan ha en prøvetaker 72 og/eller en strømningsmåler eller "spinner" 74 deri.

Anordningen 10 er festet til borerøret 18 og konfigurert som tidligere beskrevet. Borerøret 18 og anordningen 10 blir kjørt til bunnen 76 av borehullet 14 i brønnen 12 uten å fylle borerøret 18. Dette betyr at isolasjonsventilen 45 er lukket, og verktøy-strengen blir kjørt med borerøret 18 tørt eller i det minste delvis tørt for å oppnå en underbalanse for testing. Borehullet 14 har tidligere blitt boret til dybden av bunnen 76 på konvensjonell måte.

Pakningen 38 blir satt. For den viste kompresjonspakningen blir dette utført ved å sette ned vekt på borerøret 18 og vektrørene 20, og således ekspandere pakningselementet 40 til tettende kontakt med borehullet 14. Andre typer pakninger enn kompresjons-pakninger kan bli satt på konvensjonell måte for disse, slik som ved å pumpe fluid inn i et oppblåsbart pakningselement. Pakningen kan bli satt og tettingen kan bli opphevet et hvilket som helst antall ganger etter ønske før aktivering av pakningslockouten. Overflateavlesnings-testventilsonden 68 blir kjørt inn i anordningen 10 på en kabel 70, og låst til låseoverflaten 64 i SRO-testventilen 34. Strekk blir påført kabelen 70, som åpner testventilen 34 gjennom den låste interaksjonen til testventilsonden 68 som tilalter at det strømmer væske fra formasjonen eller interessesonen 16 til det tidligere "tørre" borerøret 18. Dette betyr at fordi borerøret 18 er tomt, eller i det minste med et lavere trykk enn formasjonen, når testventilen 34 er åpen, er fluid fri til å strømme fra formasjonen eller interessesonen 16 gjennom perforeringene 44 i det perforerte ankeret 42 og oppover gjennom anordningen 10. Testing kan således bli utført på en måte som er kjent innen området. Ved å slakke kabelen 70, blir testventilen 34 lukket i det som er kjent som en "closed-in-period". Trinnet å påføre strekk til kabelen 70 for å åpne testventilen 34 og slakke kabelen for å lukke testventilen kan bli gjentatt så mange ganger som ønskelig. Under testen kan strømningsmåleren 74 bli benyttet for å bestemme strømningshastigheter, og prøvetakeren 72 kan bli aktivert for å fange en fluidprøve i denne.

Etter at testingen har blitt fullført, blir testventilsonden 68 frigjort fra låseoverflaten 64 i testventilen 34 og fjernet fra verktøyet ved å trekke på kabelen 70. Testventilen 68 kan også være konfigurert slik at fluiddybder kan bli bestemt mens sonden trekkes ut.

Pakningen 38 kan være ikke-satt, slik som ved å ta opp vekt på borerøret 18. Andre typer pakninger kan være ikke-satt på en konvensjonell måte, slik som ved å deflattere et oppblåsbart pakningselement. Pakningen 38 kan bli satt igjen, og testventil-sonden 68 låst på nytt til testventilen 34 for enda en test. Denne syklen for å sette pakningen 38, teste og å oppheve settingen av pakningen 38 kan bli utført så mange ganger som ønskelig.

Når det ikke er ønske om noe mer testing, blir borerøret 18 så rotert i høyrehåndsretning ca. ytterligere 20 omdreininger. Dette får reverseringsportne 46 i den rotasjonsopererte reverseringsventilen 38 til å bli lukket mens isolasjonsventilen 45 holdes åpen.

Disse ytterligere tyve omdreiningene tilkobler også paknings-lockouten 48. Det betyr at på grunn av gjengeforbindelsen 54 blir pakningslockouthylsen 52 beveget nedover under rotasjonen slik at den kontakter skulderen 56 i pakningen 38, slik det er vist i figur 3. Paknings-lockouten 48 er tilpasset slik at straks strekk igjen blir tilført pakningen 38 for å oppheve tettingen av den i forhold til borehullet 14, kan vekt så bli satt ned igjen på den viste kompresjonspakningen uten å gjen-komprimere pakningselementet 40 og gjen-sette pakningen. Kontakten mellom den nedre enden 58 av lockouthylsen 52 og skulderen 56 absorberer vekten, slik at pakningselementet 40 ikke blir gjen-komprimert.

Siden pakningen 38 er låst ut og ikke kan bli gjensatt, kan vekt således bli plassert på borehodet 44 slik at ytterligere boring kan bli utført. Under boreoperasjonen blir boreslam pumpet ned gjennom borerøret 18 og anordningen 10 for å sirkulere ut borekaksen. Boring kan bli utført ved å rotere borerøret 18 og anordningen 10, eller alternativt ved å pumpe fluid gjennom en slammotor (ikke vist) som tidligere nevnt.

Kontrollventilen 60 i det perforerte ankeret 42 stenger av perforeringene og leder slammet som skal slippes ut gjennom borehodet 44 gjennom dyser 62, som tidligere nevnt. Figur 3 viser lockoutposisjonen til pakningen 38 ved hjelp av pakningslockouten 48 og viser også ytterligere boring med borehodet 44 til en ny bunn 78 av brønnen 12.

Når den ytterligere boringen er fullført, kan borerøret 18 og anordningen 10 bli trukket ut av brønnen 12 og til overflaten. Den rotasjonsopererte reverseringsventilen 36 og pakningslockouten 48 kan så bli gjen-satt til sine opprinnelige posisjoner. Etter dette kan anordningen 10 bli kjørt tilbake i brønnen 12 for å teste den nylig borede delen av borehullet 14 og for ytterligere boring, etter ønske.

Backup-reverseringsventilen 22 har blitt beskrevet ved at den blir aktivert ved rotasjon, men den kan også være en indre trykksoperert reverseringsventil. Backup-reverseringsventilen 22 i en slik trykkoperert konfigurasjon kan bli satt høyere enn de forventede sirkulasjonstrykkene ved boring. Borerøret 18 ville, om det ble åpnet, måtte trekkes, fordi fluid ikke kunne bli sirkulert ned til borehodet 44.

Claims (13)

1. Anordning (10) til bruk på en borestreng for testing av et uforet brønnhull (14), innbefattende: en pakning (38) med en satt posisjon for tettende tilkobling til brønnhullet og en ikke-satt posisjon for frakobling fra brønnhullet; en testventil (34) i kommunikasjon med borestrengen og med en åpen posisjon slik at fluid fra brønnen vil strømme inn i borestrengen under en brønntest når pakningen er satt og videre har en lukket posisjon; og et borehode (44) tilpasset for ytterligere boring av brønnen etter at pakningen har blitt satt og ikke-satt, karakterisert ved at pakningen (38) er plassert i satt posisjon når vekt er satt ned på borestrengen, og er plassert i den ikke-satte posisjon når vekt blir tatt opp fra borestrengen.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at pakningen (38) er en kompresjonspakning.

3. Anordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at pakningen (3 8) kan settes på nytt uten å fjernes r fa brønnhullet.

4. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved å innbefatte et perforert anker i kommunikasjon med testventilen (34) gjennom hvilken fluidet kan strømme inn i borestrengen under brønntesten.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved å innbefatte: en tilbakeslagsventil i ankeret tilpasset for å tillate fluid å strømme inn i borestrengen under brønntesten og forhindre utslipp av fluid fra ankeret under boring med borehodet (44).

6. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved å innbefatte en pakningslockout som kan bli aktivert for å forhindre en ny setting av pakningen (38) etter en valgt syklus ved setting og ikke-setting av pakningen (38).

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at pakningslockouten plasseres i en tilkoblet posisjon ved aktivering som forhindrer ny setting av pakningen (38) når vekt blir satt ned på borestrengen og etter at pakningen (38) har blitt satt og deretter ikke-satt.

8. Anordning i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert ved at borehodet (44) kan bli rotert etter at pakningslockouten har blitt aktivert.

9. Anordning i henhold til et hvilket som helst av kravene 6 til 8, karakterisert ved at pakningslockouten blir aktivert ved rotasjon av borestrengen.

10. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at testventilen (34) er en overflateavlesningstestventil.

11. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved å innbefatte en isolasjonsventil (45) i kommunikasjon med borestrengen og med en lukket posisjon for testing av brønnen og en åpen posisjon hvor borestrengen er plassert i kommunikasjon med brønnen under boring.

12. Anordning i henhold til krav 11, karakterisert ved at isolasjonsventilen (45) bilr aktivert ved rotasjon av borestrengen.

13. Anordning i henhold til krav 11, karakterisert ved at isolasjonsventilen (45) er trykkaktivert.