NO320829B1 - Undervanns bronnhull-boresystem for redusering av bunnhulltrykk - Google Patents

Description

UNDERVANNS BRØNNHULL-BORESYSTEM FOR

REDUSERING AV BUNNHULLTRYKK

HENVISNING TIL TILSVARENDE SØKNADER

Denne søknaden krever fordel av US midlertidig søknad nr. 60/108,601, innlevert 16. november 1998, US midlertidig søknad nr. 60/101,541, innlevert 23. september 1998, US midlertidig søknad nr. 60/092,908, innlevert 15. juli 1998 og US midlertidig søknad nr. 60/095,188, innlevert 3. august 1998.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelsen angår generelt oljefelt-borehullsystemer for utførelse av borehulloperasjoner og nærmere bestemt undervanns nedihull-operasjoner ved et fralandssted der borefluid kontinuerlig sirkuleres gjennom borehullet og som benytter en fluid-returledning som strekker seg fra undervanns-brønnhodeutstyr til overflaten for tilbakeføring av borehullfluidet fra brønnhodet til overflaten. Opp-rettholdelse av fluidtrykket i borehullet under boreoperasjoner ved forutbestemte trykk er nøkkelen til bedre boreoperasjoner.

Teknikkens stilling

Oljefelt-borehull bores ved å rotere en borkrone som føres inn i borehull ved hjelp av en borestreng. Borestrengen innbefatter en bore-sammenstilling (også betegnet som "bunnhullstrengen" eller "BHS") som bærer borkronen. BHS'en føres inn i borehullet ved hjelp av rør. Kontinuerlig rør så som kveilrør eller sammenskrudd rør benyttes til å føre bore-sammenstillingen inn i borehullet. Bore-sammenstillingen innbefatter vanligvis en boremotor eller en "slammotor" som roterer borkronen. Bore-sammenstillingen innbefatter også forskjellige følere for måling av forskjellige bore-, formasjon- og BHS-parametere. Ét egnet borefluid (vanligvis betegnet som "slammet") tilføres eller pumpes under trykk fra overflaten ned gjennom rør. Borefluidet driver slammotoren og strømmer ut ved bunnen av borkronen. Borefluidet strømmer tilbake opp gjennom hullet via ringrommet mellom borestrengen og borehullet innenfor og fører formasjonsstykker (vanligvis betegnet som "borekaks") som utskjæres eller produseres av borkronen ved boring av borehullet.

For boring av borehull under vann (innen industrien betegnet som "fra-lands"- eller "undervanns"-boring), blir det holdt et forråd av rør ved overflate-arbeidsstasjonen (beliggende på et fartøy eller en plattform). Én eller flere rør-injektorer eller rigger benyttes til å bevege røret inn i og ut av borehullet. Injekto-rer kan anbringes ved havflaten og/eller på brønnhode-utstyret ved sjøbunnen. Ved stigerør-basert boring blir et stigerør, som utgjøres av sammenkoblete sek-sjoner av foringsrør eller annet rør, plassert mellom bore-fartøyet og brønnhode-utstyret og benyttet til å styre røret til brønnhodet. Stigerøret virker også som en ledning for fluid-tilbakeføring fra brønnhodet til havflaten. Alternativt kan en returledning, separat og i avstand fra røret, benyttes til å føre borefluidet tilbake fra borehullet til overflaten.

Under boring prøver operatørene å kontrollere fluid-densiteten nøye ved

overflaten, for å sikre en overdekningstilstand i borehullet. Med andre ord vil ope-ratøren opprettholde borefluidets hydrostatiske trykk i borehullet over formasjons-eller poretrykket, for å unngå brønn-utblåsning. Tettheten til borefluidet samt kont-rollene av fluidstrømningen vil i overveiende grad bestemme borefluidets evne til å føre borekaks til overflaten. I dette øyemed er en viktig nedihull-parameter som kontrollerer fluidets ekvivalente sirkulasjonstetthet ("ECD") ved borehullbunnen. ECD'en ved en gitt dybde i borehullet er en funksjon av tettheten til borefluidet som tilføres og tettheten til det tilbakestrømmende fluid som omfatter borekaks ved denne dybden.

Under offshore-boring på steder der vanndybden er en betydelig del av borehullets totale dybde, vil fravær av en formasjons-overdekning føre til en mins-king av forskjellen mellom borefluid-trykket i formasjonen og trykket i borehullet på grunn av boreslammet. Dessuten må boreslammet ha større tetthet enn sjøvan-nets tetthet, slik at hvis brønnhodet er åpent mot sjøvann, vil brønnen ikke strøm-me. Kombinasjonen av disse to faktorer kan hindre boring til visse måldybder når ringrommet utsettes for hele slamsøylen. Situasjonen forverres når man tar væskesirkulasjonstap med i beregningen, idet dette innebærer øking av faststoff-konsentrasjonen og skaper en ECD hos returfiuidet som endog er større enn den statiske slamvekten.

For å kunne bore en brønn av denne typen til en total borehulldybde ved et undervannssted, må bunnhull-ECD'en reduseres. En måte å gjøre dette på er å bruke et slamfylt stigerør som danner et undervanns-fluidsirkulasjonssystem ved bruk av røret, BHA, ringrommet mellom røret og borehullet samt det slamfylte stigerør, og deretter injisere gass (eller en annen væske med lav tetthet) i det pri-mære borefluid (typisk i ringrommet nær BHA'en) for å minske det nedadstrøm-mende fluidets tetthet (det vil si i resten av fluidsirkulasjonssystemet). Denne så-kalte "dual density"-metode betegnes ofte som boring med kompressible fluider.

En annen metode for endring av tetthetsgradienten i en dyptvanns-retur-fluidbane er blitt foreslått, men ikke benyttet i praktisk anvendelse. Denne metode foreslår bruk av en tank, så som en elastisk sekk, ved sjøbunnen, som mottar returfluid fra borehullringrommet og holder det ved det hydrostatiske trykk hos vannet ved sjøbunnen. Uavhengig av strømningen i ringrommet, vil en separat returledning som er forbundet med havbunn-lagertanken og en undervanns-løftepumpe føre returfluidet til overflaten. Selv om denne teknikk (som betegnes som "dual gradienf-boring) anvender et enkelt fluid, vil den også kreve en diskon-tinuitet i den hydrauliske gradientlinjen mellom havbunn-lagertanken og undervanns-løftepumpen. Dette krever nøye overvåking og styring av trykket ved undervanns-lagertanken, det hydrostatiske undervannstrykk, undervanns-løfte-pumpens drift og overflatepumpens tilførsel av borefluider under trykk til røret for nedihull-strømning. Kompleksitetsnivået til den nødvendige undervanns-instru-mentering og -styring i tillegg til vanskeligheten forbundet med utplassering av systemet, har forsinket (om ikke fullstendig hindret) praktisk anvendelse av "dual gradienf-systemet.

US 4.091.881 og EP 290.250 A2 beskriver fremgangsmåter for utforming av undervanns fluidsirkuleringssystemer med separat fluidreturiedning og med et regulerbart pumpesystem i fluidforbindelse med et ringrom mellom borehullsveg-gen og borerørstrengen som skal regulere trykket i borehullet under kontinuerlig borefluidsirkulering.

US 4.291.771 omtaler en fremgangsmåte og et apparat for å redusere det nødvendige strekket på et siderør benyttet innen offshore-boring mellom et flytende fartøy og undervannsbrønnhodet. Borefluid sirkuleres ned et borerør gjennom en borkrone og returneres opp ringrommet mellom en borestreng og borehulls-veggen.

EP 437.872 A2 omtaler en fremgangsmåte og et system for måling av fluid-strømning i returledningen til en borerigg. En volumetrisk strømningsmengde for slam i en returledning bestemmes uten hjelp av en hastighetssonde.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer borehullsystemer for utførelse av

undervannsoperasjoner nede i borehull, så som undervannsboring som nærmere beskrevet i det følgende, samt andre borehulloperasjoner, så som borehulltilbake-vending, intervensjon og rekomplementering. Slikt boresystem innbefatter rør ved havnivået. En rigg ved havnivået beveger røret fra trommelen inn i og ut av borehullet.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et borehullsystem for utforming av et borehull i en formasjon, omfattende: (a) en borestreng som i sin ene ende har en borkrone for nedbryting av en formasjon; (b) et fluidsystem som tilfører fluid under trykk til borkronen via borestrengen, idet fluidet strømmer tilbake via et ringrom i borehullet; og videre kjennetegnet ved at det omfatter: (c) en pumpe som er koplet til ringrommet i borehullet for å minske fluidtrykket i ringrommet, idet pumpen kontrollerer fluidtrykket i ringrommet ved et forutbestemt trykk.

Foretrukne utførelsesformer av borehullsystemet er videre utdypet i krave-ne 2 til og med 6.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås videre med fremgangsmåten og utforming av et borehull i en formasjon, omfattende: (a) tilveiebringelse av en borestreng med en borkrone med sin ene ende for nedbryting av en formasjon; (b) tilføring av fluid under trykk med et fluidsystem til borkronen via borestrengen, idet fluidet strømmer tilbake via et ringrom i borehullet; og videre kjennetegnet ved at den omfatter: (c) styring av fluidtrykket i ringrommet til å gi et forutbestemt trykk ved bruk av en pumpe som er koplet til ringrommet i borehullet.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i krave-ne 8 til og med 14.

Boresystemet kan være uten undervanns-stigerør som vanligvis strekker seg fra brønnhodeutstyret til overflaten og fører retur-borefluidet til overflaten. Fluidstrøm-styreanordninger kan også være anordnet i returledningen og i røret. Følere utfører målinger av forskjellige parametere relatert til forhold ved returfluidet i borehullet. Disse målinger brukes av et styresystem, fortrinnsvis ved overflaten, for styring av overflatepumpen og de regulerbare pumper, injeksjonen av lav-tetthet-fluid med en kontrollert strømningsrate og strømnings-strupeanordninger som inngår i boresystemet. Undervanns-stigerør kan benyttes som styrerør for røret og en utjevningstank eller standrør i forbindelse med returfluktet i fluidstrøm-men til overflaten.

Med bakgrunn i det ovennevnte kan fluidtrykket i borehullet reguleres ved forutbestemte verdier under undervanns nedihulloperasjoner i borehullet ved å operere det regulerbare pumpesystem for å overvinne i det minste en del av det hydrostatiske trykk og friksjonstap-trykk hos returfluidet. Det er således mulig å variere nedihulltrykket over et betydelig bredere trykkområde enn hva som tidligere var mulig, å regulere nedihulltrykket meget hurtigere og mer reaksjonsvillig enn hva som tidligere var mulig, samt å tilpasse nedihulltrykket for et bredt anvendel-sesområde (dvs. med eller uten stigerør og med kveilrør eller sammenkoblet rør). Dessuten gjør disse trekk det mulig å regulere bunnhulttrykket over hele området av nedihull undervannsoperasjoner, innbefattende boring, enkeltturer, tilbakevending, rekomplettering, logging og andre intervensjonsoperasjoner, som ikke tidligere har vært mulig. Dessuten lar det nødvendige undervannsutstyr for oppnåelse av disse driftsfordeler seg lett utplassere og dets drift kan lett styres fra overflaten. Disse fordeler medfører således hurtigere og mer effektive undervanns nedihulloperasjoner og mer produksjon fra reservoaret, så som setting av fdringsrør i borehullet.

Eksempler på de mer betydningsfulle trekk ved oppfinnelsen er blitt opp-summert (om enn temmelig bredt) for at den nærmere beskrivelse av denne som følger skal bli bedre forstått og slik at bidragene til faget kan verdsettes. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og gjort til gjenstand for de medfølgende krav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den føl-gende nærmere beskrivelse av den foretrukne utføringsform, sett i sammenheng med de medfølgende tegninger, der like elementer er gitt like tall: Fig. 1 viser et skjematisk oppriss av et borehullsystem for undervanns nedihull-borehulloperasjoner hvor fluid, så som et borefluid, kontinuerlig sirkuleres gjennom borehullet under boring av borehullet og hvor en styrt løfteanordning benyttes til å regulere bunnhutl-ECD over et vidt trykkområde. Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av fluidstrømningsbanen for boresystemet ifølge fig. 1 og plasseringen av disse anordninger og følere i fluidbanen for bruk ved regulering av fluidtrykket i borehullet ved forutbestemte verdier og for styring av returfluidstrømmen til overflaten. Fig. 3 er en skjematisk illustrasjon lik fig. 2, som viser en annen utførings-form av denne oppfinnelse, som anvender et rørstreng-føringsrør eller standrør som utjevningstank. Fig. 4A - 4C viser trykkprofiler oppnådd ved bruk av foreliggende oppfinnelse sammenliknet med trykkprofiler ifølge kjent teknikk.

NÆRMERE BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRINGSFORMER

Fig. 1 viser et skjematisk oppriss av et boresystem 100 for boring av undervanns-borehull 90. Boresystemet 100 omfatter en boreplattform, som kan være et boreskip 101 eller hvilken som helst annen egnet overflate-arbeidsstasjon så som en flytende eller halvt neddykkbar plattform. Forskjellige typer av abeidsstasjoner benyttes i industrien for boring eller utførelse av andre borehulloperasjoner i undervannsbrønner. Et boreskip eller en flytende rigg foretrekkes vanligvis for boring av borehull på dypt vann, så som borehull som bores under flere tusen fot (1 fot = 0,31 m) av vann. For å bore et borehull 90 under vann, blir brønnhodeut-styr 125 anbrakt over borehullet 90 ved sjøbunnen 121. Brønnhodeutstyret 125 omfatter en utblåsingssikrings-ventilstabel 126. Et sluserør (ikke vist) med tilhø-rende strømningsstyreventiler kan være anordnet over utblåsingssikringen 126. Strømningsstyreventilene tilknyttet sluserøret styrer utstrømningen av retur-borefluid fra sluserøret.

Undervanns-borehullet 90 er boret ved hjelp av en borkrone som bæres av en borestreng som omfatter en bore-sammenstilling eller bunnhullstreng ("BHS") 130 ved bunnen av en egnet rørstreng, så som kontinuerlig rørstreng 142. Det er påtenkt at en rørstreng i form av sammenskjøtet rør også kan brukes ved oppfinnelsen. Den kontinuerlig rørstreng 142 er kveilet på en trommel 180, plassert ved fartøyet 101. For å bore borehullet 90, blir BHS'en 130 overført fra fartøyet 101 til brønnhodeutstyret 125 og innført i borehullet 90. Rørstrengen 142 føres fra trommelen 180 til brønnhodeutstyret 125 og føres deretter inn i og ut av borehullet 90 ved hjelp av et passende rørstreng-injeksjonssystem. Fig. 1 viser en utførings-form av et rørstreng-injeksjonssystem omfattende en første injektor eller tilførsels-injektor 182 for mating av en rørstreng-strekning eller-sløyfe 144 til en andre injektor eller hoved-rørstrenginjektor 190. En tredje injektor eller undervannsinjektor (ikke vist) kan benyttes ved brønnhodet for å lette injisering av rørstrengen 142 i borehullet 90.

Installasjonsprosedyrene for fremføring av bunnhullstrengen 130 i borehullet 90 er beskrevet i US patent nr. 5 738 173, generelt overdratt med denne søk-naden.

Hovedformålet med injektoren 182 er å føre rørstrengen 142 til injektoren 190 og gi ønsket strekkbelastning på rørstrengen 142. Hvis en undervannsinjektor blir benyttet, så er hovedhensikten med overflateinjektoren 190 å bevege rør-strengen 142 mellom trommelen 180 og undervannsinjektoren. Hvis det ikke benyttes noen undervannsinjektor, så blir injektoren 190 benyttet til sammen formål som undervannsinjektoren. I forbindelse med denne oppfinnelsen kan hvilket som helst rørstreng-injeksjonssystem benyttes.

For å bore borehullet 90 blir et borefluid 20 under trykk pumpet fra et overflate-slamsystem 22 (se fig. 2 for detaljer) ned gjennom rørstrengen 142. Fluidet 20 driver en slammotor i BHS'en 130 som i sin tur roterer borkronen. Borkronen bryter ned formasjonen (bergarten) til borekaks. Borefluidet 20 vandrer fra borkronen opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullet medbringen-de borekakset. En returledning 132 som er koblet til et egnet sted ved brønnhodet 125 fører det tilbakestrømmende fluid fra borehullet 90 til havnivået. Som vist i fig.

2 strømmer returfluidet inn i en separator eller vibrasjonssikt 24 som separerer borekakset og andre faste stoffer fra returfluidet og tømmer det rene fluid til suge-eller slamtanken 26. Ifølge tidligere kjente metoder ble rørstrengen 142 ført gjennom et slamfylt stigerør anordnet mellom fartøyet og brønnhodet idet borehullfluidet returnerte til overflaten via stigerøret. Ved det kjente system utgjorde således stigerøret en aktiv del av fluid-sirkulasjonssystemet. Ifølge et aspekt ved foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes en separat returledning 132 for primært å tilr

bakeføre borefluidet til overflaten. Returledningen 132, som vanligvis er betydelig mindre enn stigerøret, kan være laget av hvilket som helst egnet materiale og kan være bøyelig. En separat returledning er betydelig billigere og lettere enn vanlig

brukte stigerør, som utgjøres av sammenkoblete rør med stor diameter og som er spesielt beregnet på dyptvannsanvendelser og utsetter overflate-arbeidsstasjonen for en betydelig hengevekt. Fig. 2 viser fluidstrømningsbanen under boring av et borehull 90 i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Ved kjente pumpesystemer påføres det sirkulerende fluid trykk ved overflaten ved hjelp av en fortrengningspumpe 28. Bunnhull-trykket (BHT) kan kontrolle-res under pumping, ved å kombinere denne overflatepumpen med et regulerbart pumpesystem 30 på returbanen og ved å kontrollere det relative arbeid mellom de to pumpene. Oppdelingen av arbeidet innebærer også at overflatepumpens 28 størrelse kan reduseres. Nærmere bestemt kan sirkuleringen reduseres med så mye som 70 til 211 kg/cm<2>. Grensen for hvor mye trykket kan senkes, bestemmes av returfluidets damptrykk. De regulerbare pumpenes 28 og 30 suge-inn-løpsdamptrykk må være høyere enn damptrykket til fluidet som pumpes. Ifølge en foretrukket utføringsform av oppfinnelsen, er netto sugehøyde to til tre ganger fluid-damptrykket, for å hindre lokal kavitasjon i fluidet.

Nærmere bestemt brukes overflatepumpen 28 til å styre strømningsraten og den regulerbare pumpen 30 brukes til å styre bunnhulltrykket, hvilket i sin tur vil påvirke det hydrostatiske trykk. En sammenkjedet trykkovervåking- og styrekrets 40 brukes til å sikre at bunnhulltrykket opprettholdes ved korrekt nivå. Dette trykkovervåking- og styre-nettverk brukes i sin tur til å fremskaffe den nødvendige infor-masjon og til å gi sanntid-styring av den regulerbare pumpen 30.

Med henvisning til fig. 2 utgjør slamtanken 26 ved overflaten et forråd av borefluid som pumpes inn i borerøret 142 ved hjelp av overflatepumpen 28. Etter å ha passert gjennom røret 142, brukes slammet til å drive BHS'en 130 og strøm-mer tilbake via ringrommet 146 til brønnhodet 125. Sammen utgjør rørstrengen 142, ringrommet 146 og returledningen 132 et undervanns-fluidsirkulasjonssystem.

Den regulerbare pumpen 30 i returledningen gir mulighet til styring av bunnhulltrykket under boring av borehullet, som nærmere omtalt nedenfor i forbindelse med fig. 4A - AC. En føler P1 måler trykket i boreledningen over en regulerbar strupeinnretning 150 i rørstrengen 142.

En føler P2 er anordnet for å måle brønnhull-fluidtrykket og en føler P3 er anordnet for å måle parametere som angir trykket eller strømningsraten til fluidet i ringrommet 146. Over brønnhodet er det anordnet en føler P4 for måling av parametere lik de til P3 for fluidet i returledningen og en styrt ventil 152 er anordnet for å holde fluidet i returledningen 132. Ved drift virker styreenheten 40 og føleren P1 til å samle data relatert til rørstreng-trykket for å sikre at overflatepumpen 28 arbeider mot et overtrykk, så som ved føleren P5, for å hindre kavitasjon, idet styreenheten 40 justerer strupeinnretningen 150 til å øke strømningsmotstanden den yter og/eller for å stoppe driften av overflatepumpen 28 om nødvendig. Likeledes vil styresystemet 40, sammen med følerne P2, P3 og/eller P4, samle data relatert til ønsket bunnhulltrykk og nødvendig trykk og/eller strømningsrate for fluidet i returledningen 132 og ringrommet 146 for å oppnå et forutbestemt nedihull-trykk. Nærmere bestemt styrer styresystemet som i det minste delvis virker som reak- • sjon på data fra følerne P2, P3 og/eller P4, driften av den regulerbare pumpen 30 for å frembringe de forutbestemte nedihulltrykk-operasjoner, så som boring, enkeltturer, tilbakevending, intervensjon og rekomplettering. Dessuten styrer styresystemet 40 driften av fluidsirkulasjonssystemet for å hindre uønsket fluid-strømning i systemet når den regulerbare pumpen ikke er i drift. Nærmere bestemt kan det, når driften av pumpene 28,30 stoppes, forekomme en trykkforskjell i fluidsirkulasjonssystemet, som søker å få fluidet til å strømme fra en del av systemet til en annen. For å hindre denne uønskete situasjon, arbeider styresystemet for å lukke strupeinnretningen 150 i rørstrengen, ventilen 152 i returledningen eller begge anordninger.

Den regulerbare pumpen 30 omfatter fortrinnsvis en sentrifugalpumpe. Slike pumper har ytelseskurver som gir mer eller mindre konstant strømningsrate gjennom det regulerbare pumpesystem 30 samtidig som de tillater endringer i trykkøkingen til fluidet i pumpen. Dette kan gjøres ved å endre pumpens 30 drifts-hastighet, f.eks. via en hastighetsvariabel drivmotor som styres av styresystemet 40. Pumpesystemet kan også omfatte en fortrengningspumpe som er utstyrt med en fluid-omløpsledning for bibehold av en konstant strømningsrate gjennom pumpesystemet, men med kontroll over trykkøkingen ved pumpen. I utføringsformen av oppfinnelsen vist i fig. 2, kan det regulerbare pumpesystem 30 brukes sammen med den separate returledningen 132 som vist, eller det kan brukes i tilknytning til det konvensjonelle slamfylte stigerør (ikke vist). Fig. 3 viser et alternativt løftesystem som er beregnet for bruk med en returledning 132, så som den som er vist, som er atskilt og i avstand fra rørstrengen 142. Ifølge denne utføringsf ormen blir et strømbart materiale med lavere tetthet enn returfluidet injisert i returfluidet fra et passende forråd 60 ved hjelp av en passende injektor 62 i undervanns-sirkulasjonssystemet for å løfte returfluidet og minske den effektive ECD og bunnhulltrykket. Det strømbare materialet kan være en egnet gass så som nitrogen eller en egnet væske så som vann. I likhet med det sirkulerbare pumpesystem 30 brukes injektoren 62 fortrinnsvis i tilknytning til flere P1, P2, P3, P4 og P5 og styres ved hjelp av styresystemet 40 for styring av bunnhulltrykket. Dessuten kan injeksjonssystemet utgjøre det eneste løftesyste-met i fluidsirkulasjonssystemet, eller brukes i sammenheng med det regulerbare pumpesystem 30 for å overvinne minst en del av det hydrostatiske trykk og friksjonstap-trykk hos returfluidet. Fig. 3 viser også et rør 70 som strekker seg fra overflate-arbeidsstasjonen 101 ned til brønnhodet 125 som kan benyttes i fluidsirkulsjonssystemet ifølge denne oppfinnelse. I motsetning til det konvensjonelle, slamfylte stigerør, virker imidlertid røret 70 som et føringsrør for rørledningen 142 og en buffertank som selektivt benyttes for en begrenset og særegen hensikt som del av fluidsirkulasjonssystemet. Nærmere bestemt virker røret 70 til å beskytte rørstrengen 142 som strekker seg gjennom den turbulente undervannssonen ned tit brønnhodet. Dessuten har røret en fjernstyrt stripperventil 78 som i stengt tilstand blokkerer fluidstrømning mellom returledningen 132 og ringrommet 146 og som i åpen tilstand girfluidstrøm-kommunikasjon inn i det indre av rørstrengen fra returledningen og ringrommet. Med stripperventilen lukket vil således fluidsirkulasjonssystemet arbeide som ovenfor beskrevet for fig. 2 og 3 - utføringsformene av denne oppfinnelse, der det er direkte samsvar mellom strømningsraten til fluid som tilføres systemet ved hjelp av overflatepumpen 28 og fluid som strømmer for-bi det regulerbare pumpesystemet 30 eller injektoren 62. Når stripperventilen 78 åpnes dannes det et åpent system som gir en unik drifts-fleksibilitet for et trykkområde i fluidsirkulasjonssystemet ved brønnhodet 125 ved eller over det hydrostatiske trykk ved havflaten. Nærmere bestemt vil røret 70, med stripperventilen åpen, virke som en buffer- eller utjevningstank som i hoveddelen er fylt med sjø-vann 76 og som også er tilgjengelig til å motta returstrømning av stam dersom trykket i fluidsirkulasjonssystemet ved brønnhodet 125 er ved et trykk lik eller stør-re enn det hydrostatiske trykk ved havflaten. Ved slike trykk stiger slammet/vannet 72 med søylens 74 høyde, idet det justeres som reaksjon på trykkendringene i fluidsirkulasjonssystemet. Denne endring i slamsøylen tillater også fluidets strøm-ningsrate som opprettet av det regulerbare pumpesystem 30 eller injektoren 62 å være forskjellig fra overflatepumpens 28 strømningsrate. Denne utjevningskapasi-tet gir systemet tid til å tilpasse seg pumperate-feiltilpasninger som kan opptre i systemet og å gjøre dette på en selvregulerende måte. Ytterligere kritiske nedi-huil-trykkmålinger av fluidsirkulasjonssystemet kan bli tatt ved overflaten via føringsrøret 70. Når således høyden av slamsøylen 74 endrer seg, vil vannsøylen 76 strømme ut (eller gjenfylles) ved overflate-arbeidsstasjonen 101. Måling av denne overflate-vannstrømmen f.eks. ved en egnet strømningsmåler 80, gir et hensiktsmessig mål på trykket i returfluidet ved brønnhodet 125.

Bruken av den regulerbare pumpen 30 (eller styrte injektor 62) skal nå be-skrives med henvisning til fig. 4A - 4C. Fig. 4A viser et diagram over statisk trykk (abscisse) mot undervanns- og deretter borehulldybde (ordinat) ved en brønn. Formasjonens poretrykk i en bergart under normalt trykk er gitt ved linjen 303. Typisk boreslam som har høyere tetthet enn vann benyttes i borehullet for å hindre en underbalansen tilstand som fører til utblåsing av formasjonsfluid. Trykket i borehullet er representert ved 305. Når borehulltrykket 305 overskrider formasjonens bruddtrykk FP, hvilket skjer ved dybden 307, vil imidlertid boring under dybden 307 ved bruk av slamvekten tilsvarende 305 ikke lenger være mulig.

Med konvensjonelle fluidsirkulasjonssystemer, må enten boreslammets tetthet minskes og hele mengden av tungt boreslam fortrenges fra sirkulasjonssystemet, hvilket er en tidkrevende og kostbar prosess, eller det må innsettes et stål-foringsrør i bunnen av borehullet 307, hvilket også er tidkrevende og kostbart hvis det er påkrevet oftere enn i henhold til borehullplanen. Dessuten vil tidlig setting av fåringsrør bringe brønnen teleskopisk ned til mindre diametre (og følgelig til lavere produksjonskapasitet) enn hva som ellers er ønskelig.

Fig. 4B viser dynamiske trykkforhold når slam strømmer i borehullet. På grunn av friksjonstap på grunn av strømning i borestrengen, vist ved linjen Po, og i ringrommet, vist ved Pa, er trykket ved en dybde 307 gitt ved en verdi 328, dvs. definering av en effektiv sirkulasjonstetthet (ECD) ved hjelp av trykkgradient-linjen 309. Trykket ved bunnen av hullet 328 overskrider det statiske fluid-hydrostatiske trykk 305 med et tilleggstrykk over bruddtrykket FP vist i fig. 4A. Dette oversky-tende trykk Pa er hovedsakelig lik friksjonstapet i ringrommet for returstrømmen. Selv med borefluid som har lavere tetthet enn tettheten for gradientlinjen 305 sirkulerende i sirkulasjonssystemet, kan en brønn derfor ikke bores til dybden angitt ved 307. Med tilstrekkelig trykkfall på grunn av fluid-friksjonstap, kan det bli umu-lig å bore dypere enn dybden 307, selv ved bruk av bare vann.

Kjente metoder som bruker dual density-metoden søker å redusere den effektive borehullfluidtrykkgradienten ved å redusere tettheten til fluidet i returledningen. Den viser også et av problemene med utelukkende å stole på tetthets-manipulering for styring av bunnhulltrykk. Med henvisning til fig. 4B, er det ingen friksjonstap dersom boreslam-sirkulasjonen avbrytes, og den effektive fluidtrykk-gradienten endres umiddelbart til den verdi som er gitt ved det hydrostatiske trykk 305 som reflekterer tettheten til borefluidet. Det kan være fare for å miste kontroll over brønnen, hvis det hydrostatiske trykk da ikke er noe over poretrykket for å unngå innstrømning av formasjonsfluider i borehullet. Trykkgradientlinjen 311 representerer fluidtrykket i borestrengen.

Fig. 4C viser virkningen av å ha en kontrollert løfteanordning (dvs. pumpe 30 eller injektor 62) ved en dybde 340. Dybden 340 kan være ved sjøbunnen eller lavere i selve borehullet. Trykkprofilen 309 svarer til den samme slamvekten og friksjonstapet som 309 i fig. 4B. Ved dybden tilsvarende 340, brukes en kontrollert løfteanordning til å minske ringromtrykket fra 346 til 349. Borehullet og trykkprofilen følger nå trykkgradientlinjen 347 og i et bunnhulltrykk på 348, som er under formasjonens bruddtrykk FP. Ved å bruke foreliggende oppfinnelse, blir det således mulig å bore ned til og under dybden 307 ved bruk av konvensjonelt boreslam, mens dette ikke ville vært mulig med kjente teknikker vist i fig. 4C, selv med et borefluid med lavere tetthet.

Denne oppfinnelsen har flere åpenbare fordeler. Som ovenfor nevnt, er det mulig å bruke tyngre slam, typisk med tettheter på 0,96 til 2,16 kg/l for boring: slammet med tyngre vekt gir smøring og er også bedre egnet til å bringe borekaks til overflaten. Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å bore til større dybder med bruk av siam av tyngre vekt. Kjente teknikker som var basert på endring av slamvekten ved tillegg av lettvektskomponenter, tar flere timer for justering av bunnhulltrykket, mens foreliggende oppfinnelse kan gjøre dette nesten momen-tant. Den hurtige reaksjon gjør det også lettere å kontrollere bunnhulltrykket når et brønnspark detekteres, mens det ved kjente teknikker ville ha vært en farlig pe-riode uten kontroll over brønnen mens slamvekten ble justert. Mulighetene til å fininnstille bunnhulltrykket innebærer også at det er mindre fare for formasjons-skade og det muliggjør boring av brønnen og setting av foringsrør i samsvar med borehullplanen.

Selv om den ovenstående beskrivelse er rettet mot foretrukne utføringsfor-mer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være innlysende for fagmenn på området. Det er meningen at alle varianter innenfor rammen og ånden av de medfølgende krav skal omsluttes av den ovenstående beskrivelse.

Claims (14)

1. Borehullsystem (100) typisk for utforming av et borehull (90) i en formasjon, omfattende: (d) en borestreng som i sin ene ende har en borkrone for nedbryting av en formasjon; (e) et fluidsystem som tilfører fluid (20) under trykk til borkronen via borestrengen, idet fluidet (20) strømmer tilbake via et ringrom (146) i borehullet (90); og videre karakterisert ved at det omfatter: (c) en pumpe (30) som er koplet til ringrommet i borehullet (90) for å minske fluidtrykket i ringrommet (146), idet pumpen kontrollerer fluidtrykket i ringrommet (146) ved et forutbestemt trykk.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det forutbestemt trykk er større enn et formasjonsporetrykk.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at forutbestemte trykk er større enn et formasjonsporetrykk og mindre enn et formasjons-bruddtrykk (FP).

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at pumpen (30) er enten en sentrifugalpumpe eller en fortrengningspumpe.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter et fluidomløp tilknyttet pumpen (30).

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved et det videre omfatter en strupeinnretning (150) og en ventil (152) som er tilknyttet fluidsystemet for å hindre uønsket fluidstrømning når pumpen (30) ikke arbeider.

7. Fremgangsmåte for utforming av et borehull (90) i en formasjon, omfattende: (a) tilveiebringelse av en borestreng med en borkrone med sin ene ende for nedbryting av en formasjon; (b) tilføring av fluid (20) under trykk med et fluidsystem til borkronen via borestrengen, idet fluidet (20) strømmer tilbake via et ringrom (146) i borehullet (90); og videre karakterisert ved at den omfatter: (c) styring av fluidtrykket i ringrommet (146) til å gi et forutbestemt trykk ved bruk av en pumpe (30) som er koplet til ringrommet (146) i borehullet (90).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den videre omfatter tilveiebringelse av et plott av et poretrykk i formasjonen; og at fluidtrykket styres i forhold til poretrykket.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det forutbestemte trykk er større enn formasjons-poretrykket.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved det forutbestemte trykk er større enn et formasjonsporetrykk og mindre enn et formasjons-bruddtrykk (FP).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at pumpen (30) er enten en sentrifugalpunpe eller en fortrengningspumpe.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7,. karakterisert ved at den videre omfatter bibehold av en konstant gjen-nomstrømningshastighet ved pumpen (30), ved bruk av et fluid (20).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den videre omfatter hindring av uønsket fluid-strømning når pumpen (30) ikke arbeider, ved bruk av enten en strupeinnretning (150) eller en ventil (152).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at pumpen (30) plasseres ved en dybde i borehullet (90); og at pumpen (30) opereres slik at fluidtrykket under pumpen (30) er lavere enn fluidtrykket over pumpen (30).