NO320872B1 - Bronnverktoy med alternativ bane med et indre shuntror - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et brønnverktøy for frakturering og/eller gruspakking av en brønn og i et av sine aspekter angår den et brønnverktøy med alternativ bane for frakturering og/eller gruspakking av en brønn som har et indre shuntrør for avlevering av partikkelmettet fluid ved adskilte pumper innen brønn-boringsringrommet som omgir brønnverktøyet.

Ved produksjon av hydrokarboner av en lignende type fra visse under-jordiske formasjoner, er det nå vanlig å produsere store volumer av partikkelmateriale (for eksempel sand) sammen med formasjonsfluidene. Produksjonen av denne sanden må styres eller den kan alvorlig påvirke det økonomiske livet til brønnen. En av de mest vanlige benyttede teknikker for sandstyring er en som er kjent som «gruspakking».

I en typisk gruspakkekomplettering, er et filter plassert innen brønnboringen tilstøtende intervallet som skal kompletteres og et slam av partikkelmateriale (d.v.s. «grus») er pumpet ned brønnen og inn i ringrommet som omgir filteret. Etter som væske er tapt fra slammet inn i formasjonen og/eller gjennom filteret, er grusen fra slammet anbrakt rundt filteret for å forme en permeabel masse rundt filteret som tillater produserte fluider å strømme gjennom grusmassen, idet vesentlig strømmen av ethvert partikkelmateriale blokkeres.

Et hovedproblem i gruspakking - spesielt hvor lange og skrå intervaller skal kompletteres - ligger i tilstrekkelig fordeling av grusen over hele kompletteringsintervallet, d.v.s. fullstendig pakking av brønnringrommet langs lengden av filteret. Dårlig fordeling av grus (d.v.s. hulrom i gruspakken) forekommer ofte når væske fra grusslammet er tapt for tidlig i de mer permeable partier av formasjonen og derved bevirker at «sandbruer» formes i ringrommet før all grus har blitt plassert. Disse sandbruene blokkerer effektivt ytterligere strømning av slam gjennom ringrommet og derved forhindrer avlevering av grus til alle deler av ringrommet som omgir filteret.

For å bekjempe dette problemet, har brønnverktøy med «alternativ bane»

(for eksempel brønnfiltere) nå blitt utviklet som tilveiebringer god fordeling av grus ut gjennom hele kompletteringsintervallet selv når sandbruer formes før all grusen har blitt plassert. I brønnverktøy med alternativ bane, strekker perforerte shunter eller omløpsledninger seg langs lengden av verktøyet som mottar grussiam etter som det går inn i brønnringrommet. Hvis en sandbru formes i ringrommet, kan slammet gå igjennom de perforerte shuntrørene for å avleveres i forskjellige nivåer

i ringrommet og/eller under bruen. For en mer fullstendig beskrivelse av hvorledes slike verktøy (for eksempel gruspakkefiltere) opererer, se US patent 4.945.991 som er innlemmet heri med referanse.

I mange tidligere kjente brønnfiltere med alternativ bane, er individuelle shuntrør båret utvendig på den ytre overflaten av filteret; se US patenter 5.588.487; 4.945.991; 5.082.052; 5.113.935; 5.417.284 og 5.419.394. Idet dette arrangementet har vist seg å være meget vellykket, har utvendig monterte shunter noen ulemper. For eksempel, ved montering av shuntene utvendig på filteret, er den effektive totale utvendige diameteren av filteret øket. Dette kan være meget viktig spesielt når filteret skal føres inn i en brønnboring med relativt liten diameter hvor spesielle fraksjoner av en tomme (2,54 cm) i dens diameter kan gjøre filteret ubrukelig eller i det minste vanskelig å installere i brønnen.

For å holde den effektive diameteren av et verktøy så liten som mulig, er utvendige shuntrør typisk formet fra «plane» rektangulære rør selv om det er godt kjent at det er lettere og vesentlig mindre kostbart å fremstille et rundt rør og at et rundt rør har en vesentlig større og en mer enhetlig briststyrke enn det et sammenlignbart rektangulært rør har. En annen ulempe ved montering av shunt-rør utvendig, om de er runde eller rektangulære, er at shuntrørene således er eksponert for skade under sammenstilling og installasjon av filteret. Hvis shunt-røret er krympet under installasjon eller brister ved trykk under operasjon, blir de inneffektive ved avlevering av grus til alle nivåene i kompletteringsintervallet og kan resultere i ufullstendig pakking av intervallet. Et forslag for å beskytte disse shuntrørene er å plassere dem på innsiden av den ytre overflaten av filteret; se US patenter 5.341.880; 5.476.143 og 5.515.915. Dette kan imidlertid betydelig øke kostnadene av filteret uten vesentlig å minske den totale diameteren av filteret.

Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til et brønnverktøy av den innledningsvis angitte art, der man unngår de ovenfor omtalte ulemper ved kjente brønnverktøy av denne art. Dette oppnås i følge oppfinnelsen ved et brønnfilter som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således et brønnfilter med et shuntrør plassert på innsiden av filteret for levering av grussiam til forskjellige nivåer innen ringrommet som omgir filteret når filteret er plassert tilstøtende formasjonen som skal kompletteres. Fordelingen av grus direkte til de forskjellige nivåene i ringrommet fra det indre shuntrøret tilveiebringer en bedre fordeling av grus gjennom kompletteringsintervallet spesielt når nevnte sandbruer formes i ringrommet før all grusen har blitt plassert.

Også ved å plassere det indre shuntrøret på innsiden av basisrøret av filteret, (a) er shuntrøret beskyttet fra skade og misbruk under håndtering og installasjon av gruspakkefilteret; (b) shuntrøret øker ikke den effektive diameteren av filteret; (c) et mer ønskelig «rundt» rør kan benyttes for å forme det indre shuntrøret for derved å tilveiebringe et shuntrør med en større briststyrke og en mindre sjanse for brudd under operasjon enn de fleste ytre shuntrør; og (d) shuntrøret kan forsegles med hensyn til innsiden av filteret, slik at det ikke er noe behov for å lukke innløpet eller utløpene fra det indre shuntrøret med avslutningen av gruspakkeoperasjonen for å forhindre grus eller partikler fra å gå inn i filteret.

Mer nøyaktig, består brønnfilteret til den foreliggende oppfinnelse av en eller flere skjøter hvor hver skjøt består av et permeabelt basisrør med en filterseksjon deri (for eksempel vaierviklet rundt basisrøret). En gjenget kopling e.l. er anordnet på begge ender av baserøret for å forbinde tilstøtende skjøter sammen. En lengde av indre basisrør (for eksempel ledning med et rundt tverrsnitt) er plassert på innsiden av basisrøret og strekker seg vesentlig gjennom lengden av basisrøret. En gjenget kopling e.l. er anordnet på begge (den ene eller den andre) endene av lengden av det indre shuntrøret for å forbinde de tilstøtende lengdene av shuntrørene sammen.

Lengden av indre shuntrør er plassert innen basisrøret, slik at koplingen på shuntrøret vil være innrettet med koplingen på basisrøret. Åpninger er enten utført i både forbindelsen og koplingen og så innrettet eller begge åpninger er formet (for eksempel boret) at koplingsstykket og koplingen er innrettet under sammenstilling. Et langstrakt element, for eksempel en gjenget bolt med en åpen, aksiell passasje derigjennom, er ført gjennom de innrettede åpninger for å tilveiebringe en fluid-kommunikasjonspassasje mellom det indre av det indre shuntrøret og det ytre av brønnfilteret. En tetningsinnretning, for eksempel pakning (er), er anordnet for å forhindre lekkasje av grus eller annet partikkelmateriale rundt bolten inn i det indre av filteret. I noen tilfeller, kan ytre shuntrør også være anordnet på brønnfilteret.

I operasjon er brønnfilteret sammenstilt og senket i brønnboringen til en posisjon tilstøtende intervallet som skal gruspakkes. Grussiam er så pumpet ned brønnboringen og inn i ringrommet som omgir filteret. Slam går inn i det indre shuntrøret gjennom et innløp (for eksempel den øverste fluidkommunikasjons-passasjen til det indre shuntrøret) og strømmer nedover gjennom det indre shuntrøret for å gå ut i ringrommet ved hver av utløpspassasjene som fører fra det indre shuntrøret til det ytre av filteret.

Den virkelige konstruksjonen, operasjonen, og synlige fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil bedre forstås med å referere til tegningene som ikke nødvendigvis er i målestokk og hvor like nummer identifiserer like deler og i hvilke: Fig. 1 er et elevasjonsriss, delvis i snitt, av et brønnverktøy i henhold til den foreliggende oppfinnelse; og Fig. 2 er et elevasjonsriss, delvis i snitt, av en annen utførelse av et brønn-verktøy i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Med å mer nøyaktig vise til tegningene, illustrerer fig. 1 det foreliggende brønnverktøy 10 i en opererbar posisjon innen den nedre enden av en produ-serende og/eller injeksjonsbrønnboring 11. Brønnboring 11 strekker seg fra overflaten (ikke vist) og inn eller gjennom formasjon 12. Brønnboring 10, som vist, er foret med foring 12 som har perforeringer 14 derigjennom, som vil forstås på fagområdet. Idet brønnboring 11 er illustrert som å være en vesentlig vertikal, foret brønn, skal det erkjennes at den foreliggende oppfinnelse likeledes kan benyttes såvel som i «åpen hull» og/eller diameterutvidende kompletteringer såvel som i horisontale og/eller skrå brønnboringer.

Brønnverktøy 10 (for eksempel gruspakkefilter) kan ha en enkel lengde eller det kan bestå av flere skjøter (for eksempel 15a, 15b i fig. 1), som er sammen-bundet med gjengede koplinger 16 e.l. Som vist er hver skjøt 15 av gruspakkefilter 10 hovedsakelig identisk til hverandre og hver består av et perforert basisrør 17 med en kontinuerlig lengde av en viklet vaier 19 viklet derpå som former en «filter-» seksjon deri. Idet basisrøret 17 er vist som et som har et flertall av perforeringer 18 deri, skal det erkjennes at andre typer av permeable basisrør (for eksempel slissede rør etc. kan benyttes å avvike fra den foreliggende oppfinnelse.

Hver kveil av viklingsvaier 19 er noe adskilt fra de tilstøtende kveilene for derved å forme fluidpassasjer (ikke vist) mellom de respektive kveilene av vaier som vanligvis er gjort i mulige kommersielt tilgjengelige, vaierviklede filtere, for eksempel BAKERWELD Gravel Pack Screens, Baker Sand Control, Houston, TX. Igjen idet en type av filter 10 har blitt spesielt beskrevet, skal det erkjennes at betegnelsen «filtere», som benyttet ut gjennom den foreliggende beskrivelse og kravene, er ment å være generisk og er beregnet å innbefatte og dekke alle typer av lignende strukturer som vanligvis er benyttet i gruspakkeoperasjoner (for eksempel kommersielt tilgjengelige filtere, slissede eller perforerte foringer eller rør, skjermede rør, prepakkede eller dobbelt prepakkede filtere og/eller foringer, eller kombinasjoner derav.

Med referanse igjen til fig. 1, har skjøter 15a, 15b en lengde på minst et indre shuntrør henholdsvis 20a, 20b, plassert innen basisrør henholdsvis 17a, 17b, og som strekker seg vesentlig derigjennom. Shuntrør 20 er fortrinnsvis et rundt rør som har enhetlig bruddstyrke ut gjennom dens lengde hvorved det er minst sannsynlig at det vil briste under operasjon. Hver lengde av shuntrør 20 er tilpasset for å være væskeforbundet til en tilstøtende lengde av shuntrør ved et gjenget shuntkoplingsstykke 21 (for eksempel 21b) e.l. som igjen er tilpasset til å ligge tilstøtende en respektiv basisrørkopling (for eksempel 16b) når filter 10 er riktig sammenstilt.

En passasje 22 (for eksempel utløp 22b) er anordnet ved hver shuntkopling 21 ut gjennom filter 10 og strekker seg gjennom både koplingen 21 og den til-støtende basisrørkopling 16. Passasje 22 tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom det indre av indre shuntrør 20 og det ytre av brønnfilter 10 for et formål som beskrevet nedenfor. Som vist består utløp 22 av et «hult» langstrakt element, for eksempel bolt 23 e.l., med en åpen aksiell passasje 24 derigjennom.

Ved sammenstilling av brønnfilter 10, er den nedre enden av den nederste skjøten 15c av brønnfilter 10 enten lukket eller tilpasset for å være forbundet til en nedre streng av brønnrør 40 som vil forstås på fagområdet. Den nedre enden av indre shuntrør 20b er lukket med en gjenget kapsel 21c e.l. og shuntkoplingsstykker 21 b er gjenget på dets øvre ende. Shuntrør 21 b er så plassert på innsiden av basisrøret 17b, slik at shuntkoplingsstykke 21b vil ligge tilstøtende basis-rørkopling 16b.

En åpning kan være utført i både kopling 16b og koplingsstykke 21b som vil innrettes når indre shuntrør 20b er i posisjon innen basisrøret 17b. Alternativt kan disse åpningene være boret eller anordnet gjennom både basisrørkoplingen og shuntrørkoplingene i en enkel operasjon etter at de er innrettet etter som filteret er bygd opp. Bolt 23b er ført gjennom disse innrettede åpningene for å forme passasje 22b. Bolt 23 kan enten være gjenget direkte inn i åpningen i shuntkoplingsstykke 21 (nedre bolt 23c i fig. 1) eller en mutter 25 (øvre bolter 23a, 23b) kan være benyttet for å feste den på plass. Pakninger 26 eller andre tetnings-innretninger kan benyttes hvis nødvendig, for å forhindre lekkasje av fluider (d.v.s. partikkelmateriale) rundt bolten og inn i det indre av basisrøret 17 under installasjon i en brønnboring. Den nedre passasjen 22c er installert før den nederste skjøten 15b er lukket eller sammenstilt til den nedre brønnstreng. Det kan ses at de åpne, aksielle passasjer 24 gjennom de respektive bolter 23 vil tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom det indre av indre shuntrør 20 og det ytre av brønn-filter 10 ved hver av basisrørkoplingene 16.

Den nedre enden av den tilstøtende lengden av shuntrør, d.v.s. 20a, er så gjenget på shuntkoplingsstykker 21b før den neste tilstøtende skjøten 15a er senket over indre shuntrør 20a. Basisrøret 17a til skjøt 15a er gjenget på basis-rørkopling 16b og den ovenfor beskrevne prosedyre er repetert inntil den ønskede lengden av brønnfilter 10 har blitt sammenstilt. Den øvre enden av den øverste lengden, for eksempel 20a, av indre shuntrør 20 vil være lukket av et gjenget deksel 21a e.l. og bolt 23a vil forme en «innløps-» passasje 22a for et formål beskrevet nedenfor.

I noen tilfeller kan det være ønskelig å også innbefatte en eller flere ytre perforerte shuntrør 30 (kun et er vist) av typen vanligvis funnet i tidligere kjente med alternativ bane. Shunt(er) 30 er plassert langs den ytre overflaten av filter 10 og er tilpasset for å føre slam til forskjellige nivåer innen en brønnboring; se US patenter 4.945.991; 5.113.935; og 5.419.394 som er innlemmet heri med referanse. I slike tilfeller er rektangulære rør fortrinnsvis benyttet for å forme ytre shuntrør 20, slik at den ytre diameteren av filteret ikke er øket i forhold til den av tidligere kjente filtere med lignende ytre shuntrør. Imidlertid, i den foreliggende oppfinnelse, hvis shunt(er) 30 er ødelagt under installasjon eller brister under gruspakkeoperasjonen, kan slam fremdeles avleveres gjennom innløpsshuntrøret 20 til forskjellige nivåer innen ringrommet 30 for å komplettere gruspakkeoperasjonen.

En typisk gruspakkeoperasjon som benytter den foreliggende oppfinnelse vil nå fremlegges. Filter 10 er sammenstilt og senket inn i brønnboring 10 på en arbeidsstreng (ikke vist) og er plassert tilstøtende formasjon 12. En pakning (ikke vist) kan settes hvis nødvendig som det vil forstås på fagområdet. Grussiam er så pumpet ned arbeidsstrengen, ut gjennom en overgang e.l. (ikke vist), og inn i ringrommet 30 rundt brønnfilter 10. Den øvre enden av hver av de ytre shunt-rørene 30, hvis tilstede, er typisk åpen for å motta grusslammet etter som det går inn i ringrom 35 eller kan fordeles direkte til utløpene i overgangen og vil føre slam til forskjellige nivåer i ringrommet.

Etter som grusslammet strømmer nedover i ringrom 35 rundt filter 10, vil det tape væske til formasjon 15 og/eller gjennom selve filteret. Grusen ført i slammet er anbrakt og samler seg i ringrommet for å forme gruspakken rundt filteret 10. Hvis for mye væske er tapt fra slammet før ringrommet er fylt, vil en sandbru (ikke vist) sannsynligvis formes i ringrommet 35 og derved blokkere ytterligere strømning derigjennom som igjen forhindrer ytterligere fylling av ringrommet under bruen.

I den foreliggende oppfinnelse, hvis en sandbru formes før gruspakkingen har blitt utført, kan grusslammet fortsette å strømme nedover gjennom shuntrør 20 og ut de respektive utløp 22 for derved å gå rundt bruen og komplettere gruspakken. Slammet (se kraftige piler) vil gå inn i det indre shuntrøret 20 gjennom innløp 22a og vil gå ut gjennom hver av utløpene, for eksempel 22b, 22c ved forskjellige nivåer innen ringrommet 35.

Fordelingen av grus direkte til de forskjellige nivåene i ringrommet fra indre shuntrør 20 tilveiebringer en bedre fordeling av grus ut gjennom et kompletterings-intervall spesielt når sandbruer kan formes i ringrommet før all grusen har blitt plassert. Også, siden indre shuntrør 20 er plassert innen basisrøret av filteret, er det beskyttet fra skade og mishandling under håndtering og installasjon av gruspakkefilteret. Videre, ved å plassere shuntrøret på innsiden av basisrøret, øker det ikke den effektive diameteren av filteret. Dette tillater at et mer ønskelig «rundt» rør kan benyttes for å forme shuntrøret 30 og derved tilveiebringe et shuntrør med en større briststyrke og en mindre sjanse for brudd under operasjon enn de fleste utvendige shuntrør. Videre, siden shuntrøret er forseglet med hensyn til strømning på innsiden av filteret, er det ikke noe behov for å lukke innløpet eller utløpene til de indre shuntrørene ved avslutningen av gruspakkeoperasjonen siden ingen grus eller partikler kan gå inn i filteret fra shuntrøret eller dets tilhørende passasjer.

Fig. 2 illustrerer en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse som er likeledes med den som vist i fig. 1, med unntak av indre shuntrør 120 utgjøres av lengder av rør (for eksempel runde rør 120a, 120b, 120c) som er lukket ved begge ender ved skrukdde deksler 121. Som tidligere, er innrettede åpninger anordnet gjennom både basisrørkopling 116 og dekslene 121 og hule bolter 123 e.l. er plassert derigjennom for å tilveiebringe fluidkommunikasjon mellom shuntrørene og det ytre av filteret. Under drift vil slam gå inn i shuntrør 120 ved den øvre enden (ikke vist) til den øverste skjøten av filteret og strømme gjennom den første lengden av shuntrør 120 (for eksempel 120a) og gå ut gjennom bolt 123a. Slammet kan så gå inn i den andre lengden av shuntrør, for eksempel 121b, ved dets øvre ende gjennom bolt 123b og gå ut ved dets nedre ende gjennom bolt 123c, og så videre gjennom hele lengden av filteret 110.

Claims (11)

1. Brønnfilter (10) omfattende et basisrør (17) med en filterseksjon (19), et innvendig i basisrøret (17) anbrakt, indre parallellkoplingsrør (20) som strekker seg hovedsakelig langs hele lengden av basisrøret (17), karakterisert ved et hult, langstrakt element (24) som danner en kanal for fluidmessig å forbinde parallellkoplingsrørets (20) innside med brønnfilterets (10) utside.

2. Brønnfilter ifølge krav 1, karakterisert ved at elementet (24) omfatter en bolt (23) med en i lengderetningen gjennomgående kanal.

3. Brønnfilter ifølge krav 2, karakterisert ved at det videre omfatter en kopling (16) på en ende av basisrøret (17); et forbindelsesstykke (21) som er anordnet på en ende av det indre parallellkoplingsrør (21) og innrettet til å ligge rett overfor koplingen (16) når det indre parallellkoplingsrør (20) er anbrakt i basisrøret (17); åpninger i koplingen (16) og forbindelsesstykket (21) som korresponderer når det indre parallellkoplingsrør (20) er anbrakt i basisrøret (17), idet bolten (23) anbringes gjennom de korresponderende åpninger.

4. Brønnfilter ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det videre omfatter minst: et perforert, ytre parallellkoplingsrør (20) som er anbrakt på utsiden av basisrøret (17).

5. Brønnfilter ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at det videre omfatter: et antall rørlengder (15) som hver omfatter: et basisrør (17) med en filterseksjon (19); en kopling (16) på en ende av basisrøret (17) for sammenføyning av to tilstøtende rørlengder (15); idet en lengde av et indre parallellkoplingsrør (20) er anbrakt i basisrøret (17) og strekker seg hovedsakelig i hele basisrørets (17) lengde; et forbindelsesstykke (21) som er anordnet på en ende av det indre parallellkoplingsrør (20) for å sammenføye to tilstøtende lengder av det indre parallellkoplingsrør (20) og som er anbrakt rett overfor koplingen (16) på basisrøret (17); åpninger i både forbindelsesstykket (21) og koplingen (16); samt en innretning som strekker seg gjennom de korresponderende åpninger for å danne en kanal som fluidmessig forbinder det indre parallellkoplingsrør med brønnfilterets (10) utside, idet nevnte innretning omfatter et langstrakt element (24) med en gjennomgående kanal.

6. Brønnfilter ifølge krav 5, karakterisert ved at elementet (24) omfatter en bolt (23) med en i lengderetningen gjennomgående kanal.

7. Brønnfilter ifølge krav 6, karakterisert ved at bolten (23) er innskrudd i åpningen i forbindelsesstykket (21).

8. Brønnfilter ifølge krav 7, karakterisert ved at bolten (23) strekker seg gjennom åpningen i forbindelsesstykket (21) og er festet ved hjelp av en mutter (25).

9. Brønnfilter ifølge krav 6, karakterisert ved at det innbefatter en tetningsinnretning for å hindre strømning mellom åpningene og bolten (23).

10. Brønnfilter ifølge krav 9, karakterisert ved at tetningsinnretningen omfatter minst én pakning (26.

11. Brønnfilter ifølge krav 10, karakterisert ved at det omfatter minst ett perforert, ytre parallell-koplingsrør (20) som er anordnet på basisrørets (17) utside.