NO318256B1 - Fremgangsmåte for å trekke et borerør opp av et borehull, samt anordning for bruk i sammenheng med denne - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å trekke et borerør opp av et borehull under samtidig sirkulasjon av borevæske gjennom røret, samt en anordning for borevæskehåndtering i forbindelse med pumping av borevæske under og mens et borerør trekkes ut av fra et borehull, omfattende en sirkulasjonsport ved toppen av borerøret for innføring av borevæske i borerøret.

I forbindelse med boring av lange brønner og brønner med høy vinkel må man ofte pumpe seg ut av hullet eller foreta tilbakerømming av borehull, dvs. at borestrengen trekkes tilbake under rotasjon og sirkulasjon gjennom denne. Ved disse operasjonene oppstår det lett spill av borevæske på boredekket under avskruing av borerørseksjonene. Grunnen til dette er at man under disse omstendighetene ikke kan pumpe en tung pille slik at borevæsken synker ned i borerøret for hver gang det fortaes en avskruing av borerør. For å begrense søl på boredekket benyttes det en helt spesiell og tidkrevende sekvens ved avskruing av borerøret og en såkalt "mud bucket" som skal hindre at slam spruter ut på boredekket. "Mud bucket" er en oppsamlingsanordning for boreslam som legges rundt rørkoplingen før denne skrus av. Boreslam, som befinner seg over dette punktet, vil da dreneres ut i mud buckefen og ledes til slamoppsamlingstanken når rørkoplingen skrus av. Både bruk av mud bucket og den helt spesielle avskruingsprosedyre er tidkrevende.

US 4643259 og US 2002/0070029 beskriver anordninger for å samle opp borevæske som bygger på de samme prinsipper som ovenfor.

I US patent 3889959 er det beskrevet en fremgangsmåte og en anordning. Her er det øverst plassert en boremaskin omfattende et rørstykke som skal motta den øvre enden av borestrengen, samt en plugg, som er innrettet til å stenge rørstykkets øvre ende. Når borestrengen er løftet opp slik at den øvre enden entrer rørstykket, svinges pluggen over slik at denne lukker rørstykket. I pluggen er det en kanal, hvorigjennom det kan injiseres trykkluft. Trykkluften presser boreslammet nedover i borestrengen til et nivå under den koblingen som skal skrus av. Deretter åpnes pluggen igjen og koblingen skrus av, hvoretter den delen av borestrengen som befinner seg over koblingen løftes bort. For å sette på pluggen må tilførselsledningen for borevæske kobles fra, i og med at denne tilkobles borerøret på samme sted som pluggen. Det betyr at sirkulasjonen av borevæske må stanses og tilførselsledningen kobles fra før pluggen kan settes på og fortrengning av borevæske kan begynne. Dette har flere ulemper. For det første tar dette en del tid. Tidsaspektet er svært viktig ved denne typen operasjoner. Det kan være flere kilometer med borerør som skal trekkes opp og kun få minutters tidsspille for hver seksjon av borerøret som skal fjernes vil i sum bli flere timers tidstap.

En annen ulempe er at når sirkulasjonen av borevæsken har stoppet må det påsettes et ganske stort trykk for å sette borevæsken i bevegelse igjen. I og med at borevæsken er et hovedsakelig inkompressibelt medium vil hele søylen måtte settes i bevegelse, noe som krever mye energi. Borevæsken har en tendens til å stivne når det står stille, noe som ytterligere gjør det vanskelig å få det til å bevege seg. Det dreier seg om flere hundre tonn med væske og det vil derfor ta lang tid å akselerere denne opp i hastighet, og dette krever også mye energi. Derved vil man også få tidsspille under selve fortrengningsoperasjonen. På grunn av behovet for stort trykk må det også benyttes kraftige kompressorer og rørsystemet må være dimensjonert for dette trykket.

Det er således behov for en teknikk for å fortrenge bore eller brønnvæske som blir stående igjen i et borerør som blir trukket ut av en olje eller gassbrønn i forbindelse med boring og brønnarbeid.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte å tilveiebringe en fremgangsmåte og en tilhørende anordning, der for det første behovet for en mud bucket reduseres eller elimineres. Dessuten tas det sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte og tilhørende anordning der tidstapet reduseres ytterligere i forhold til fremgangsmåten i US patent 3889959. Videre tas det også sikte på å redusere trykkbehovet for luften/gassen.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte omfattende følgende trinn:

sirkulasjon av borevæske gjennom borerøret via en sirkulasjonsport ved

borerørets øvre ende

tilførsel av en gassmengde (for eksempel komprimert luft) til borevæskestrømmen mens borevæsken fremdeles er i bevegelse, for i

hovedsak å evakuere borerøret mellom en nedre og en øvre kobling for

borevæske,

avlastning av det resterende trykk i borerøret,

frigjøring av den øvre og den nedre koblingen på borerøret,

fjerning av en del av borerøret som befinner seg mellom den øvre og den

nedre koblingen,

tilkobling av den gjenværende delen av borerøret til sirkulasjonsporten og gjenopptakelse av borevæskesirkulasjonen.

Oppfinnelsen vedrører også en anordning som er kjennetegnet ved at den omfatter en tilførselsledning for tilførsel av komprimert gass (for eksempel luft) i borevæskestrømmen, hvilken tilførselsledning er innrettet til å være forbundet med sirkulasjonsporten samtidig som det sirkuleres borevæske gjennom denne.

Ved dette oppnås det for det første at man ikke behøver å koble fra borevæsketilførselsledningen før man innfører gass (luft) i borerøret. Det blir også mulig å utnytte borevæskens bevegelsesenergi. Innføring av gass i en borevæske i bevegelse kan gjøres under et betydelig lavere trykk, ned mot halvparten av hva som må til for å fortrenge en stillestående borevæske. Dessuten trenger man ikke, eller i hvert fall i mindre grad, å akselerere borevæsken. Derved tar innføringen av gassen mindre tid. Besparelsen i total tid blir betydelig og det kan benyttes kompressorer og ledninger som opererer under lavere trykk.

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert under henvisning til utførelseseksempler vist i figurer og ved sammenligning med den kjente teknikken, der:

Figur 1 illustrerer et kjent system for tilbakerømming av borehullet,

Figur 2 illustrerer et system ifølge oppfinnelsen i et først trinn og

Figur 3 illustrerer et system ifølge oppfinnelsen i et andre trinn.

Figur 1 viser et konvensjonelt boresystem. Det omfatter et boretårn som står på et boredekk 16. Et borerør 14 henger i et heisespill 21 via en toppdrevet boremaskin 4. Ved borerørets nedre ende er det en borekrone 20. Borerøret 14 er satt sammen av flere rørlengder som er forbundet med hverandre ved koblinger, for eksempel som vist ved 10 og 15.1 borehullet er det anordnet et foringsrør. Fra borehullet strekker det seg et borestigerør 18, som ved sin nedre ende har en utblåsningsventil 19. En slampumpe (ikke vist) er forbundet med en sirkulasjonsport 3 på boremaskinen 4 via en slange 9. Slampumpen er innrettet til gjennom slangen 9 og boremaskinen 4, å pumpe slam ned gjennom borerøret 14 og ut gjennom borekronen 20. Slammet strømmer herfra opp gjennom ringrommet som dannes mellom borerøret 14 og foringsrøret, gjennom utblåsningsventilen 19, videre opp gjennom ringrommet som dannes mellom borerøret 14 og stigerøret 18, ut av stigerøret ved et slamutløp 17 og tilbake til en slamavgasser (ikke vist), som er innrettet til å separere gass fra boreslammet etter at det er returnert. Et avluftningsrør 8 er forbundet med slamavgasseren for å føre gassene ut og bort.

Borerøret 14 blir trukket ut av borehullet ved hjelp av heisespillet 21, samtidig som det pumpes slam ned gjennom borerøret 14. Etter at borerøret 14 er hevet opp så langt det går i boretårnet befinner rørkoplingene 10 og 15 seg over boredekket 16.

Sekvensen som nå brukes ved brekking og avskruing av borerørlengder er følgende:

1. Ved uttrekking av borerør vil toppdrevet boremaskin 4 (standard på alle norske rigger) være ca. 30 m over boredekket. Den toppdrevne boremaskin er innskrudd i borerøret 14 hele tiden under uttrekking fordi det må pumpes slam ned i borerøret under uttrekking. Når pumpene stoppes og borerørskoplingen 15 er på det høyeste punktet, vil slangen 9 med overførsel av borevæske gjennom den toppdrevne boremaskinen 4 og selve borerøret 14 stå full av borevæske. Det finnes forskjellige ventiler (vist ved 13) som kan stenges på boremaskinen 4 (såkalte "kelly cock" eller IBOP (innside BOP) fra borers kabin. Men det skal ikke mange literne med boreslam til, før det blir et arbeidsmiljøproblem dersom dette volumet som står mellom ventilen 13 og rørkoplingen 15 lekker ut ved avskruing av koplingen 15 mellom boremaskin og borerøret, når denne er 30 m over boredekket. Derfor må hele borerøret dreneres før avskruing av koplingen 15 kan bli fortatt mellom boremaskinen 4 og borerøret 14. Dette gjøres ved at man først brekker og skrur av koplingen 10 ved boredekket 16. Dette gjøres med full last av hele rørlengden i koplingen for å unngå sprut. 2. Dernest føres fjernoperert en 'TVfudbucket" over koplingen. Mud buckefen består av 2 halve sylindere med gummi pakninger oppe og nede som slutter hel tett mot borerøret 14. Den ene halve sylinderen har en stor åpning med en slangeforbindelse tilbake til en oppsamlingstank under boredekket. 3. Når mudbuckefen er på plass over koplingen 10 løftes rørlengden over denne opp slik at innholdet kan renne ut av borerøret opp til ventilen 13, som nå er stengt, og ned gjennom slangen fra mudbuckefen til oppsamlingstanken. Gummipakningene oppe og nede på mudbuckefen vil hindre sprut og søl så lenge disse pakninger er intakt. 4. Mudbuckefen fjernes så fra koplingen 10. På dette tidspunket må koplingen 10 rett over boredekket 16 trekkes til igjen fordi det må skapes et mothold når koplingen 15 mellom borerøret 14 og boremaskinen 4 skal skrues av. 5. Når koplingen 10 på boredekket er trukket til kan koplingen 15 mellom boremaskinen 4 og borerøret 14 frakoples uten søl av borevæske, fordi borerøret over koplingen 10 nå er tomt for borevæske.

6. Støtte for borerøret skiftes nå over til bruk av rørelevator.

7. Nå kan koplingen 10 på boredekket skrues av igjen og hele borerørlengden løftes til side ved hjelp av heisespillet og løfteelevator.

Anslagsvis taper en 4 - 5 minutter for hver rørkopling som skrues av under overnevnte prosess, i forhold til å kunne trekke rett ut med en såkalt "slug" i borestrengen. En slug er et begrenset væske volum med høyere egenvekt enn resten av væsken som pumpes inn i borestrengen og som får væske/luft nivået til å synke under nivået av slamretur ved hjelp av U-rørsprinsippet. På en borefartøy og rigger der høyaviksboring er standard, kan totalkostnadene pga. tapt riggtid beløpe seg til om lag NOK 6 millioner pr. år i ekstra tid på grunn av denne tidkrevende metoden.

Figur 2 og 3 viser anordningen ifølge oppfinnelsen for fortrengning av borevæske i et borerør, for en typisk boreinstallasjon. Systemets hovedkomponenter er de samme som for det konvensjonelle systemet i figur 1. Derfor skal kun de deler av systemet som er ulik figur 1 forklares.

Det er anordnet et reservoar 1 for trykkluft nær boretårnet. Fra reservoaret strekker det seg en luftslange eller rør 2 til en ventil 12, som står i forbindelse med innløpsventilen 3 for borevæske. På slangen 2 er det anordnet en andre ventil 7, som står i forbindelse med avluftningsrøret 8 fra slamtanken.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå forklares nærmere. Prinsippet ved denne framgangsmåten er at det anvendes et gassmedium, fortrinnsvis komprimert luft, som injiseres ved innløpet 3 i toppen av den toppdrevne boremaskinen 4 mens det fremdeles er bevegelse i boreslammet. Dette kan skje før eller etter at slampumpene er stoppet, eller mens de er i ferd med å bli stoppet, d.v.s. mens slammet fremdeles er i bevegelse. Den komprimerte luften vil følge slamsøylen og delvis presse denne nedover i borerøret slik at slam/luft nivået 11 (se figur 3) kommer under rørkoplingen 15 og/eller 10. Overtrykk avlastes ved å slippe ut noe av den komprimerte luften gjennom toppen av borestrengen gjennom ventilene 12 og 7 og via slangen 6 til avluftningsrøret 8. Når trykket i borestrengen er redusert kan rørkoplingen 15 skrues opp.

Med denne fremgangsmåten kan sekvensen for eksempel bli som følger:

1. Borerøret 14 trekkes helt opp.

2. Komprimert luft blir introdusert ved den toppdrevne boremaskinen 4 mens boreslammet fremdeles er i bevegelse, idet luften fortrenger boreslammet ned til et nivå 11 under rørkoplingen 15 og fortrinnsvis også under koplingen 10. 3. Slampumpene stanses (dette kan eventuelt skje like før eller mens at den komprimerte luften innføres). 4. Luftrykket, som er bygget opp inne i borerøret 14 ned til overgangen mellom luft og borevæske 11 slippes ut gjennom et rør 6 fra boremaskinen 4 til avluftningsrøret 8 som kommer fra boreslamsavgasseren. Noe slam kan eventuelt også tillates å slippes ut sammen med luften.

5. Koplingen 15 mellom boremaskinen 4 og borerøret brekkes og frikoples.

6. Koplingen 10 ved boredekket 16 frikobles.

7. Borerøret løftes til side.

Rekkefølgen på frakoblingen av koblingene 10 og 15 kan imidlertid også være omvendt.

Ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil man kunne spare anslagsvis 2 til 3 minutter ved frakobling av hver rørlengde som trekkes ut av borehullet. Luft kan lagres i akkumulatoren 1 under høyt trykk. Fortrinnsvis bør akkumulatoren plasseres så nær brukeren (borestreng/toppdrevet boremaskin) som mulig. Akkumulatoren 1 kan eventuelt plasseres på selve boremaskinen 4 som borestrengens 14 øvre del er festet til, eller på et annet egnet sted. Under tilbakerømming og pumping ut av borehullet (pumping og sirkulering) samt vanlig boring er ventilene 5,7 og 12 stengt mens borevæske tilføres innløpet 3 via slangen 9.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å trekke et borerør opp av et borehull under samtidig sirkulasjon av borevæske gjennom borerøret, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: sirkulasjon av borevæske gjennom borerøret via en sirkulasjonsport ved borerørets øvre ende tilførsel av en gassmengde (for eksempel komprimert luft) til borevæskestrømmen mens borevæsken fremdeles er i bevegelse, for i hovedsak å evakuere borerøret mellom en nedre og en øvre kobling for borevæske, avlastning av det vesentligste overtrykk i borerøret etter at bore væsketilførsel er stoppet eller er i ferd med å bli stoppet, frigjøring av den øvre og den nedre koblingen på borerøret, fjerning av en del av borerøret som befinner seg mellom den øvre og den nedre koblingen, tilkobling av den gjenværende delen av borerøret til sirkulasjonsporten og gjenopptakelse av borevæskesirkulasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at borevæske/gass-grensesnittet detekteres og at tilførselen av luft stanses slik at grensesnittet befinner seg under et nivå for den nedre koblingen etter trykkavlastning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at trykket i den komprimerte gassen avlastes til en ventilasjonslinje (8) fra en slamavgasser.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at gassen føres inn i borevæskestrømmen ved sirkulasjonsporten.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert v e d at sirkulasjonsporten er tilknyttet eller integrert i en toppdrevet boremaskin.

6. Anordning for borevæskehåndtering i forbindelse med pumping av borevæske under og mens et borerør trekkes ut av fra et borehull, omfattende en sirkulasjonsport ved toppen av borerøret for innføring av borevæske i borerøret, karakterisert ved at den omfatter en tilførselsledning for tilførsel av komprimert gass (for eksempel luft) i borevæskestrømmen, hvilken tilførselsledning er innrettet til å være forbundet med sirkulasjonsporten samtidig som det sirkuleres borevæske gjennom denne.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at en ventil er anordnet mellom tilførselsledningen og sirkulasjonsporten.

8. Anordning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at et trykkluftreservoar er tilknyttet tilførselsledningen.

9. Anordning ifølge krav 6,7 eller 8, karakterisert ved at tilførselsledningen er tilknyttet et avluftingsrør for avlasting av overtrykk.

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at avluftingsrøret også er avluftingsrør for gass fra en avgasser for borevæske.