NO320605B1

NO320605B1 - Fremgangsmate for dannelse av en sveis i et borehull

Info

Publication number: NO320605B1
Application number: NO20020397A
Authority: NO
Inventors: Djurre Hans Zijsling; Wilhelmus Hubertus Pau Heijnen
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2005-12-27
Also published as: WO2001007753A1; EP1198658A1; US6371211B1; EP1198658B1; NO20020397L; NO20020397D0; BR0012709A

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for dannelse av en sveis på et element som er anordnet i et borehull som inneholder et borehullfluid.

For mange forskjellige anvendelser ville det være ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte for dannelse av en sveis i et borehull som er dannet i en jordformasjon, hvor borehullet inneholder et borehullfluid. Slike anvendelser omfatter for eksempel dannelse av metall-mot-metall-tetninger, tilveiebringelse av strukturell integritet for borehullkomponenter eller reparasjon av korrosjonsskade. Sveising i et væskemiljø

(borehullfluidet) ved høye trykk som vanligvis påtreffes i borehull, er imidlertid ikke gjennomførlig. En analog situasjon eksisterer for undervannssveising, f.eks. på offshoreplattformer, hvor den dybde på hvilken slik sveising er gjennomførlig, er begrenset av vannets hydrostatiske trykk.

WO 98/02638 Al viser en fremgangsmåte for dannelse av en sveis i et borehull som inneholder et borehullfluid, hvor sveisen dannes langs en valgt sveisebane, og hvor en avbildningsanordning benyttes for avføling av egenskaper på arbeidsstedet.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for frembringelse av en sveis for å forbinde et første element med et andre element, idet elementene er anordnet i et borehull som inneholder et borehullfluid.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter de trinn

a) å velge en sveisebane langs hvilken sveisen skal dannes,

b) å velge et volumparti av borehullet, i hvilket volumparti banen er beliggende, og

avtette det valgte volumparti fra resten av borehullvolumet,

c) å tilveiebringe en trykkstyreanordning for styring av fiuidtrykket i det valgte volumparti, d) å drive trykkstyreanordningen slik at fiuidtrykket i det valgte volumparti reduseres til et valgt trykk ved hvilket sveisen kan dannes, og

e) å danne sveisen langs den valgte sveisebane.

Ved å avtette det volumparti i hvilket sveisen skal dannes, fra resten av

borehullet, og senere redusere trykket i volumpartiet, hindrer fiuidtrykket ikke lenger dannelsen av sveisen.

Det første element er passende et øvre borehullforingsrør, og det andre element er et nedre borehullforingsrør med en øvre del som strekker seg inn i en nedre del av det øvre borehullforingsrør. På denne måte oppnås metall-mot-metall-forseglede foringsrør som tillater gass ved høyt trykk å produseres gjennom borehullfoirngsrøret, i stedet for gjennom et konvensjonelt produksjonsrør som strekker seg gjennom borehullforingsrøret.

I en foretrukket utførelse har den øvre del en ytterdiameter som er i hovedsaken lik innerdiameteren av den nedre del, og trinn e) omfatter sveising av den øvre kant av det nedre foringsrør til det øvre foringsrør.

I en annen foretrukket utførelse har den øvre del en ytterdiameter som er mindre enn innerdiameteren av den nedre del, idet fremgangsmåten videre omfatter innføring av et fyllerør i det ringformede rom mellom den øvre del og den nedre del, og idet trinnet e) omfatter sveising av en øvre kant av det nedre foringsrør til fyllerøret og sveising av den øvre kant av fyllerøret til det øvre foringsrør.

For å tillate høytrykksgassproduksjon fra et mangesidig borehullsystem, er borehullet passende et hovedborehull som er forsynt med et avgreningsborehull, idet det første element er en avgrening av en avgrenings-foringsrørdel som forbinder et hoved-foringsrør som strekker seg gjennom hovedborehullet, med et avgreningsforingsrør som strekker seg gjennom avgreningsborehullet, idet det andre element er avgrenings-foringsrøret.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av utførelses-eksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 skjematisk viser et langsgående tverrsnitt av et system som benyttes i forbindelse med en første utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 skjematisk viser et langsgående tverrsnitt av et system som benyttes i forbindelse med en andre utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og

fig. 3 skjematisk viser en detalj A på fig. 2.

På tegningsfigurene angår like henvisningstall like komponenter.

Det system som er vist på fig. 1, omfatter et borehull 1 som er dannet i en jordformasjon 3, idet borehullet er forsynt med et første element i form av et øvre borehullforingsrør 5 som strekker seg i en øvre del la av borehullet, og et andre element i form av et nedre borehullforingsrør 7 som strekker seg i en nedre del lb av borehullet 1. Det nedre foringsrør 7 har en ytterdiameter som er i hovedsaken lik innerdiameteren av det øvre foringsrør 5, og strekker seg delvis inn i det øvre foringsrør 5. Et lag av sement 9 er anordnet i det ringformede rom mellom de to foringsrør på den ene side og borehullveggen på den annen side.

Et sveisesystem 10 er anordnet i borehullet 1, hvor sveisesystemet omfatter en radialt utvidbar, øvre pakning 12 som er anordnet i det øvre foringsrør 5 over den øvre kant 14 av det nedre foringsrør 7, og en radialt utvidbar, nedre pakning 16 som er anordnet i det nedre foringsrør 7. Pakningene 12, 16 er innbyrdes forbundet ved hjelp av et rørformet element 18 som er forsynt med et antall åpninger 20 i dettes vegg. Hver pakning 12, 16 er innvendig forsynt med et sammentrekkbart minnemetallelement (ikke vist) for radial utvidelse av pakningen mot det respektive foringsrør 5, 7, og med en elektrisk varmespole (ikke vist) for aktivering av minnemetallelementet. Pakningene 12, 16 er forsynt med passende tetninger 21 for tetning av pakningene 12, 16 i sin ekspanderte stilling mot det respektive foringsrør 5,7.

Den øvre pakning 12 er innvendig forsynt med en fjernstyrt sveiseenhet 22 som har en sveiseelektrode 24 og et rør 25. Elektroden 24 og røret 25 er bevegelige mellom en inntrukket stilling og en ekspandert stilling. I den inntrukne stilling er elektroden 24 og røret 25 beliggende i et kammer (ikke vist) som er anordnet inne i den øvre pakning 12, hvilket kammer er forseglet ved hjelp av en avtakbar, ringformet tetningsdel 26 som passer inn i en tilsvarende, ringformet utsparing 28 (vist med stiplede linjer) som er anordnet i den øvre pakning 12 på den side som vender mot den nedre pakning 16. Den ringformede tetningsdel 26 kan fjernes fra den øvre pakning ved operasjon av en solenoidspole (ikke vist) som er i stand til å bringe tetningsdelen til å falle ned fra pakningen 12. På fig. 1 er den ringformede tetningsdel 26 vist fjernet fra den øvre pakning 12.1 den ekspanderte stilling strekker elektroden 24 og røret 25 seg gjennom den ringformede utsparing 28 inn i et volumparti 30 av borehullet 1 som er dannet av det rom som er omgitt av pakningene 12, 16 og foringsrørene 5, 7. Sveiseenheten 22 er videre forsynt med en anordning (ikke vist) for bevegelse av elektroden 24 og røret 25 i en omkretsretning langs det hjørne som er dannet av den øvre kant 14 av det nedre foringsrør 7 og den indre overflate av det øvre foringsrør 5.

En rørformet kanal eller ledning 33 er forbundet med sveisesystemet 10 ved den øvre pakning 12 og strekker seg gjennom borehullet 1 opp til en styreenhet (ikke vist) på overflaten, idet ledningen 33 står i fluidforbindelse med det indre av det rørformede element 18 og er forsynt med en styreventil (ikke vist) på overflaten som, i åpen stilling, tilveiebringer fluidkommunikasjon fra ledningen 33 til atmosfæren.

En elektrisk kabel 34 strekker seg fra styreenheten gjennom den rørformede ledning 33 til sveisesystemet 10, og derfra til varmespolene og til solenoidspolen. En fiberoptisk kabel 35 strekker seg fra en overvåkingsenhet (ikke vist) på overflaten gjennom den rørformede ledning 33 til sveisesystemet 10, og derfra inn i røret 25 for å tilveiebringe optiske signaler til overvåkingsenheten.

Styreenheten er tilpasset til selektivt å sørge for elektrisk effekt og/eller elektriske styresignaler via kabelen 34 til sveisesystemet 10, varmespolene, solenoidspolen og kameraet.

En utløpsledning 36 strekker seg fra den nedre pakning 16 gjennom det rørformede element 18 og gjennom den øvre pakning 12, idet utløpsledningen tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom volumpartiet 30 og det indre av borehullet 1 over sveisesystemet 10. En tilbakeslagsventil 38 hindrer strømning av fluid fra utløpsledningen 36 inn i volumpartiet 30.

Under normal drift av det system som benyttes i den første utførelse, inneholder borehullet 1 et borehullfluid med valgt tetthet. Sveiseelektrodene 24 er i sin tilbaketrukne stilling, og den ringformede tetningsdel 26 er beliggende i den ringformede utsparing 28 for å avtette elektrodene fra borehullfluidet. Sveisesystemet 10 er opphengt i den rørformede ledning 33 og nedsenket gjennom borehullet til den beliggenhet som er vist på fig. 1, slik at den øvre kant 14 av det nedre foringsrør 7 er beliggende mellom pakningene 12, 16. Elektrisk effekt tilveiebringes deretter av styreenheten via kabelen 34 til varmespolene som derved sørger for varme til minnemetallelementene. Når disse har oppnådd sin overgangstemperatur, trekker minnemetallelementene seg sammen og utvider dermed pakningene 12, 16 radialt, slik at disse bringes i inngrep med de respektive foringsrør 5, 7 på tettende måte.

Styreventilen på overflaten lukkes, og komprimert inertgass, for eksempel nitrogen, pumpes fra overflaten gjennom den rørformede ledning 33 og derfra via det rørformede element 18 og åpningene 20 inn i volumpartiet 30. Ved pumping av gassen inn i volumpartiet 30 evakueres borehullfluid fra volumpartiet 30 gjennom utløps-ledningen 36 og inn i det indre av borehullet 1 over sveisesystemet 10. Når trykkgassen har fortrengt i hovedsaken alt borehullfluid fra volumpartiet 30, stanses pumpingen. Deretter åpnes styreventilen for å lufte ut gasstrykket i volumpartiet 30 og den rørformede ledning 33, slik at gasstrykket derved reduseres i hovedsaken til atmos-færetrykk. Tilbakeslagsventilen 38 hindrer returstrøm av borehullfluid fra utløps-ledningen 36 inn i volumpartiet 30.

Styrenheten bringes til å tilføre elektrisk effekt til solenoidspolen som derved bringer den ringformede tetningsdel 26 til å falle ned fra den øvre pakning 12 og ned på den nedre pakning 16 (som vist på fig. 1). Styreenheten bringes til å tilveiebringe elektrisk effekt og elektriske styresignaler til sveisesystemet 10, slik at sveiseelektrodene 24 inntar sin ekspanderte stilling i hvilken sveiseelektrodenes spisser er anbrakt nær den øvre kant 14 av det nedre foringsrør 7. Styreenheten bringer deretter elektrodene 24 til å danne en sveis som strekker seg i omkretsretningen langs det hjørne som er dannet av den øvre kant 14 av det nedre foringsrør 7 og den indre overflate av det øvre foringsrør 5. Sveisen forsegler det nedre foringsrør 7 til det øvre foringsrør 5. Under sveiseprosessen kjøres kameraet av styreenheten, for å overvåke sveiseprosessen på overflaten.

Når sveiseprosessen er fullført, gjenvinnes sveisesystemet 10 til overflaten ved opphenting av den rørformede ledning 33 fra borehullet 1.

Det system som benyttes i den andre utførelse, er vist på fig. 2 og omfatter en avgreningsforingsrørdel 40 som er anordnet i et hovedborehull (ikke vist) som er forsynt med et avgreningsborehull (ikke vist), hvilken avgreningsforingsrørdel 40 er beliggende i forgreningspunktet mellom de to borehull og forbinder et hovedforingsrør 42 som strekker seg gjennom hovedborehullet, med et avgreningsforingsrør 44 som strekker seg inn i avgreningsborehullet. Avgreningsforingsrøret 44 har en øvre del 46 som strekker seg inn i en avgrening 48 av avgreningsforingsrørdelen 40, hvilken øvre del har en ytterdiameter som er mindre enn innerdiameteren av avgreningen 48, og hvor et fyllerør 50 er anordnet i det ringformede rom mellom den øvre del 46 og avgreningen 48. Den øvre kant av avgreningsforingsrøret 44 er blitt sveiset til fyllerøret 50, og den øvre kant av fyllerøret 50 er blitt sveiset til avgreningen 48 ved benyttelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Idet det henvises til fig. 3, er like henvisningstall benyttet for like komponenter som er vist på fig. 1, og det henvises derfor til fig. 1 for en beskrivelse av slike komponenter på fig. 3. Den utførelse som er vist på fig. 3, er forskjellig fra utførelsen på fig. 1 ved at det første element er dannet av avgreningsforingsrøret 48 og det andre element er dannet av avgreningsforingsrøret 44. Ytterdiameteren av den øvre del 46 er mindre enn innerdiameteren av avgreningen 48.

Normal drift av systemet ifølge den andre utførelse er stort sett lik normal drift av systemet ifølge den første utførelse, bortsett fra at den øvre kant av avgrenings-foringsrøret 44 sveises til fyllerøret 50 ved hjelp av en sveis 52 ved benyttelse av sveisesystemet 10, og den øvre kant av fyllerøret 50 sveises til avgreningen 48 ved hjelp av en sveis 54 ved benyttelse av sveisesystemet 10.

Den andre utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er av spesiell interesse dersom avgreningsforingsrøret 44 under kjøring av avgreningsforingsrøret ned i avgreningsborehullet blir sittende fast i avgreningsborehullet før det har nådd frem til den planlagte dybde. Avgreningsforingsrøret 44 avskjæres da på et slikt nivå at den øvre del 46 av avgreningsforingsrøret forblir i avgreningen 48, hvoretter fyllerøret 50 monteres og sveisene 52, 54 dannes ved benyttelse av sveisesystemet 10. Den avskårne, øvre del av avgreningsforingsrøret fjernes fra borehullet.

Claims

1. Fremgangsmåte for dannelse av en sveis på et element som er anordnet i et borehull som inneholder et borehullfluid, karakterisert ved at den omfatter de trinn a) å velge en sveisebane langs hvilken sveisen (52) skal dannes, b) å velge et volumparti (30) av borehullet (1), i hvilket volumparti banen er beliggende, og avtette det valgte volumparti (30) fra resten av borehullvolumet, c) å tilveiebringe en trykkstyreanordning (33) for styring av fiuidtrykket i det valgte volumparti (30), d) å drive trykkstyreanordningen (33) slik at fiuidtrykket i det valgte volumparti (30) reduseres til et valgt trykk ved hvilket sveisen (52) kan dannes, og e) å danne sveisen (52) langs den valgte sveisebane.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinn b) omfatter montering av en første pakning (12) og en andre pakning (16) i borehullet, idet det valgte volumparti (30) er beliggende mellom pakningene (12, 16).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den første pakning (12) er forsynt med en fjernstyrt sveiseenhet (22) for dannelse av sveisen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at sveiseenheten (22) har minst én sveiseelektrode (24) som avtettes fra det valgte volumparti (30) ved hjelp av en avtakbar tetningsanordning (26).

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at det nevnte element er et første element (7, 46) og at sveisen forbinder det første element med et andre element (5,48) som er anordnet i borehullet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det første element (5, 48) er et øvre borehullforingsrør og det andre element (7, 46) er et nedre borehullforingsrør med en øvre del som rager inn i en nedre del av det øvre borehullforingsrør (5, 48).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den øvre del (5, 48) har en ytterdiameter som er i hovedsaken lik innerdiameteren av den nedre del (7, 46), og at trinn e) omfatter sveising av den øvre kant (14) av det nedre foringsrør (7, 46) til det øvre foringsrør (5,48).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den øvre del (5, 48) har en ytterdiameter som er mindre enn innerdiameteren av den nedre del (7, 46), og at fremgangsmåten videre omfatter innføring av et fyllerør (50) i det ringformede rom mellom den øvre del (5, 48) og den nedre del (7, 46), og at trinn e) omfatter sveising av den øvre kant av det nedre foringsrør (7, 46) til fyllerøret (50) og sveising av den øvre kant av fyllerøret (50) til det øvre foringsrør (5,48).

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 5-8, karakterisert ved at borehullet er et hovedborehull som er forsynt med et avgreningsborehull, idet det første element er en avgrening (48) av en avgreningsforingsrørdel (40) som forbinder et hovedforingsrør (42) som strekker seg gjennom hovedborehullet, med et avgreningsforingsrør (44) som strekker seg gjennom avgreningsborehullet, idet det andre element er avgrenings-foringsrøret.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at trykkstyreanordningen omfatter en ledning (33) som er forsynt med en styreventil og står i fluidforbindelse med det valgte volumparti (30), idet ledningen (33) strekker seg gjennom borehullet til overflaten, og at trinn c) omfatter åpning av styreventilen slik at fiuidtrykket i det valgte volumparti (30) tillates å avta.

11. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-10, karakterisert ved at den omfatter tilveiebringelse av en fluidevakueringsanordning (18, 33) for evakuering av borefluid fra det valgte volumparti (30), og forut for trinn d) operasjon av fluidevakuerings-anordningen (18, 33) slik at borehullfluid evakueres fra det valgte volumparti (30).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at fluidevakuerings-anordningen (18, 33) omfatter en utløpsledning som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom det valgte volumparti (30) og resten av borehullvolumet, og at trinnet med evakuering av borehullfluid omfatter påvirkning av en valgt gass slik at den strømmer inn i det valgte volumparti (30), slik at borehullfluid bringes til å strømme fra det valgte volumparti (30) via utløpsledningen inn i resten av borehullvolumet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12 i avhengighet av krav 10, karakterisert ved at den valgte gass bringes til å strømme inn i volumpartiet (30) via den nevnte ledning (33).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at utløpsledningen er forsynt med en tilbakeslagsventil som hindrer strøm av borehullfluid fra resten av borehullvolumet inn i det valgte volumparti (30).