NO321871B1 - Fremgangsmater og anordning for a fortrenge borefluider med kompletterings og overhalingsfluider, og for a rense rorelementer - Google Patents

Abstract

Mekanisk separasjon av borefluid og kompletteirngsfluid ved rensekopper (86, 88) benyttes i kombinasjon med en foringsrørskrape (90, 92) og bevegelse av røret (18) for å rense opp et borehull. I en første utførelsesform benyttes reversert sirkulasjon som plasserer et kompletteringsfluid over rensekopper (86, 88) og senke røret (18) for å fortrenge et borefluid. I en andre utførelsesform, i kombinasjon med en foringsrørskrape (90, 92), pumpes et kompletteringsfluid inn i ringrommet plassert nedenfor rensekopper (86, 88) og borefluidet fortrenges fra ovenfor rensekoppene (86, 88) ved å heve røret (18). Alternativt er store rensekopper (360, 362) brytbart festet i kombinasjon med mindre rensekopper (370, 372) og foringsrørskrape. (380) som tillater anordningen å benyttes med foringsrør. (310) med progressivt mindre diameter under samme operasjon for anordningen.

Description

Oppfinnelsen vedrører hovedsakelig nye og forbedrede fremgangsmåter og anordning som anvender mekanisk separasjon mellom borefluid og fortrengningsfluider, og særlig anvendelse av stempelsugekopper (swab cups) for mekanisk å atskille borefluid fra fortrengningsfluider, i kombinasjon med en fdringsrørskrape for å fjerne avfall fra den indre vegg av foringsrøret eller andre rørformede elementer. Fremgangsmåten og anordningen kan også benyttes for å rense nedihullsfluider, og kan benyttes for å pusse rent brønnforingsrør og kompletteringsstigerør, selv med varierende indre diameter.

Det er velkjent innenfor komplettering og/eller etterarbeide av olje og gassbrønner å forskyve borefluid med et kompletteringsfluid eller et overhalingsfluid. Et overhalingsfluid vil vanligvis enten være en overflate rensefluid, slik som en syre for å rense ut perforeringene i foringsrøret, eller et formasjonsbehandlingskjemikalie som kan benyttes med støttemiddel (proppants) for å slipe formasjonen åpen. Kompletteringsfluidet vil vanligvis være en klar, tung lake slik som kalsiumklorid, kalsiumbromid eller sinkbromid, eller ulike kombinasjoner av slike tunge laker. Tettheten av slike klare laker er hovedsakelig valgt og styrt for å sikre at den hydrostatiske høyden eller trykket i fluidet i borehullet (12,110) vil stemme overens med det hydrostatiske trykket i søylen av borefluid som fortrenges.

Fortrengnings "spacer", som de vanligvis kalles, benyttes mellom borefluid og kompletteringsfluid, og disse er vanligvis fremstilt av spesifikke kjemikalier utformet for det spesielle grunnleggende borefluid som fortrenges, og vil vanligvis innebefatte vektede eller uvektede barriere "spacer", viskøse barriere "spacer", flokkulerende "spacer" og fdringsrørrensende kjemikalier, etter ønske.

Det er velkjent innefor denne teknikken at fullstendig fortrengning av borefluider er kritisk for hvor vellykket ferdigstilling og/eller overhalingsoperasjonen er. Det er ekstremt viktig at lakene ikke blandes med selve borefluidet.

I tidligere kjent teknikk er det to grunnleggende fortrengningsmetoder, nemlig direkte og indirekte. Valget mellom direkte og indirekte har vært avhengig av foringsrørstyrke, sementbindingslogg og tilgjengeligheten til den interessante formasjon. Dersom sementbindingsloggen, og foringsrørstyrkedata indikerer at foringsrøret vil motstå et beregnet trykkdifferensial, det vil si at foringsrøret ikke vil revne, og at formasjonen av interesse ikke er tilgjengelig, så har den konvensjonelle teknikken vært indirekte fortrengning.

I en typisk indirekte fortrengning benyttes store volum at sjøvann for å spyle borefluid ut av brønnen. Ved anvendelse av spylemetoden er det imidlertid svært viktig at trykket i saltvannsspylingen ikke overskrider trykket hvor foringsrøret som skylles vil sprekke.

Direkte fortrengning av borefluid som benyttes innen dette området når det er trykkproblemer eller formasjonen av interesse er tilgjengelig, benytter kjemiske midler og tunge fluider for å rense borehullet og skille borefluid fra overhalings/- kompletteringsfluid. Fordi et konstant hydrostatisk trykk beholdes, elimineres trykkproblemer. Direkte fortrengning benyttes normalt når (1) foringsrør og rør ikke kan motstå trykket forbundet med den indirekte fortrengningsprosedyre, (2) når formasjonen av interesse er tilgjengelig; (3) dersom en kilde av spylevann, vanligvis saltvann, ikke er enkelt tilgjengelig; eller (4) i tilfelle av at utslipps og avfallsbegrensning pålegges den bestemte brønn eller gruppe av brønner.

Et felles element for både en direkte og indirekte fortrengningsprosedyre er anvendelse av barrierer og rensekjemikalier (»"spacer"») for effektiv hullrensing og separasjon mellom borefluid og overhalings/kompletteringsfluid. Den primære hensikt ved en barriere "spacer" er å frembringe en fullstendig atskillelse mellom borefluid og kompletterings/overhalingsfluidet. I slike tidligere kjente systemer må spacer fluidet være kompatibelt både med borefluidet og overhalings/- kompletteringsfluidet.

I henhold til søkerens beste kunnskap har imidlertid tidligere kjent teknikk ikke mulighet for å forskyve borefluid med et overhalings/kompletterings fluid uten anvendelse av et "spacer" fluid mellom borefluidet og overhalings/kompletterings fluid.

Det er også velkjent innen dette området å benytte fdringsrørskrape for å rense den indre veggen av et nedihulls foringsrør, men vanligvis kan ikke det samme verktøy benyttes i rensing av foringsrørstrenger eller andre rørelementer med varierende diameter. De følgende tidligere kjente US patenter viser ulike kombinasjoner av fdringsrørskrape og/eller stempelsugekopper, men ingen av slike patenter, alene eller i kombinasjon, viser eller antyder kombinasjonen i foreliggende oppfinnelse.

Tidligere kjent teknikk:

Gibson 2362198: Denne viseren fdringsrørskrape (børste) i kombinasjon med stempelsugekopper 17 i fig. 1, og strømmen av ulike fluider (vann, sirkulasjons-fluid eller sement) gjennom den hule staven 10. Denne anordningen er ment å bevege seg frem og tilbake (Resiproserende) vertikalt for å rense det indre av foringsrøret, men foreslår ikke å benytte stempelsugekopper som en mekanisk atskillelse av borefluid og kompletteringsfluid.

Hodges 2652120: Denne viser en fdringsrørskrape 22 og en tetningsring 23 (en oppblåsbar pakning istedenfor en stempelsugekopp) og en resiproserende stav 15 for å danne et sug som renser perforeringene 12 i foringsrøret (se kolonne 3, linjene 48-68 vedrørende denne operasjonen). Patentet foreslår ikke konseptet ved mekanisk separasjon av fluidene.

Hodges 268774: Denne er relatert til Hodges 2652120, som ovenfor angitt, og har ikke ytterligere betydning.

Keltner 2825411: Denne viser en renseanordning som innbefatter en typisk kjemisk renseprosess i forbindelse med den Resiproserende renseprosess. (Se kolonne 6, linjene 1-11 forden kjemiske renseprosess). Det foreslås ingen mekanisk separasjon av kompletterings fluider fra borefluid.

Maly, et al, 3637010: Denne har svært liten, om i det hele tatt noen relevans, og viser pakninger 66 og 68 (se fig. 2) i en gruspakningsoperasjon i horisontale brønner.

Jenkins 4838354: Denne viseren fdringsrørskrape med blader 18 og en pakning 76 understøttet av en rørstreng 12 med en borekrone 48 ved sin nedre ende, alt innenfor foringsrøret 68. Produksjonspakningen 76 er åpenbart forankret til foringsrørveggen uavhengig av den nedadrettede bevegelse av rørstrengen 12.

Dette patentet foreslår ikke konsept som involverer mekanisk separasjon av

fluidene. Faktisk, returnerer fluidet tilbake gjennom ringrommet 82, når det pumpede fluid slipper ut av borekronen, mellom rørstrengen 12 og det indre rørformede element 66 som passerer gjennom det indre av paktingen 76.

Stafford 4892145: Denne viser chevron pakninger 22 og 23, på motsatte sider av

et hulrom »AC» (se fig. 2). Et knivblad 34 fungerer som en skrape mellom chevronpakningene 22 og 23. Når chevronpakningene har isolert perforeringene i foringsrøret, pumpes fluid ut av åpningene 27 i stammen 11 for å rense ut perforeringene.

Caskey 4921046: Denne viser et renseverktøy for å rense det indre av en forings-rørstreng med en pakningskopp 18 for å tette verktøyet til foringsrørveggen, og som pumper rensefluid ut gjennom porten 84 inn i foringsrøret nedenfor paknings-koppen. Avfallet plukkes deretter opp av det pumpede fluid og pumpes i den nedre ende av stammen 70 og pumpes tilbake til jordens overflate. Dette foreslår ikke en mekanisk separasjon av kompletteringsfluid og borefluid.

Jenkins 5076365: Dette er samme beskrivelse som 4838354, som ovenfor nevnt,

og de samme kommentarer gjelder her.

Ferguson et al 5119365: Dette brønnrensesystemet benyttes for å pumpe sand og annet avfall ut fra bunnen av en produksjonsbrønn, men har bortsett fra anvendel-

sen av stempelsugekopper hovedsakelig ingen relevans i forhold til foreliggende oppfinnelse.

Det er derfor den primære hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe nye

og forbedrede fremgangsmåter og anordning for fortrengning av borefluid i et borehull med en eller flere kompletterings og/eller brønnbrønnoverhalingsfluider.

Det er ytterligere en hensikt med oppfinnelsen å frembringe en ny og forbedret utrensning og/eller tørke av det indre av bore- og kompletteringsstigerør.

Det er en ytterligere hensikt ved foreliggende oppfinnelse å frembringe ny og forbedret separasjon av borefluid fra et eller flere kompletterings og/eller brønnbrønnoverhalingsfluider.

Det er en ytterligere hensikt ved oppfinnelsen å frembringe nye og forbedrede fremgangsmåter og anordning for rensing av de indre overflater av forings-rørstrenger eller andre rørelementer som har progressivt mindre indre diameter som en funksjon av dybden av foringen i borehullet.

Foreliggende oppfinnelse er rettet hovedsakelig mot fremgangsmåter og anordning som benytter et flertall stempelsugekopper integrert plassert innenfor en rørstreng, plassert inne i et foret borehull, eller inne i et bore- eller kompletterings-stigerør, og med borefluid plassert på en side av flertallet av stempelsugekopper og overhalingsfluid eller kompletteringsfluid plassert på den andre side av flertallet stempelsugekopper, resulterende i en mekanisk atskillelse av borefluid og over-halings-/kompletteringsfluid.

I en variant av oppfinnelsen er røret senket ned i det forede borehullet, vanligvis lastet med borefluid, med kompletterings/overhalingsfluid pumpet inn bak flertallet stempelsugekopper. Denne handlingen tvinger borefluid til å pumpes til borehullet gjennom det indre av røret tilbake mot eller til jordens overflate.

Som et ytterligere trekk ved oppfinnelsen kjøres en mekanisk skrape under stempelsugekoppene for å hjelpe til å rense det indre av brønnforingen og for å forhindre eller redusere enhver skade på stempelsugekoppene.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er fortrengningsfluidet plassert mellom et par stempelsugekopper og borefluid plassert i borehullets (12,110) ringrom annet enn mellom paret av stempelsugekopper.

Alternativt føres kombinasjonen av stempelsugekopp og skrapesammenstilling til den ønskede dybde i det forede brønnhullet, eller stigerør, og trekkes deretter ut av hullet, og bringer borefluid eller annet fluid som skal fortrenges mot jordens overflate ved å returnere opp ringrommet, hvor den del av det forede borehull, eller stigerør, under sammenstillingen etterfylles med fortrengningsfluidet.

Som et spesielt trekk ved oppfinnelsen innbefatter verktøyet stempelsugekopper med varierende ytre diameter, hvor i det minste en eller flere av disse skjæres ved møtet med rør med redusert diameter, hvilket tillater verktøyet å benyttes i rør med varierende diameter.

Kortfattet beskrivelse av tegningene.

Fig. 1 er et planriss fra siden delvis i tverrsnitt, som illustrerer en borerigg som benytter normal sirkulasjon av borefluid gjennom borestrengen;

fig. 2 er et planriss fra siden i skjematisk form av en rigg hvor det benyttes motsatt sirkulasjon av borefluid gjennom borestrengen;

fig. 3 er et planriss fra siden i skjematisk form av den kombinerte brønnrense og foringsrørskrape som benyttes i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse; fig. 4 er et planriss fra siden i skjematisk form av den kombinerte brønnrense og foringsrørskrape i benyttet i overensstemmelse med en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen;

fig. 5 er et planriss fra siden i skjematisk form av den kombinerte stempelsugekopp og skrape benyttet i overensstemmelse med oppfinnelsen for å rense den indre vegg av et bore eller kompletterings stigerør;

fig. 6 er et planriss fra siden i skjematisk form av den kombinerte stempelsugekopp og skrape benyttet i overensstemmelse med en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen for å rense den indre vegg av bore eller kompletterings stigerøret; fig. 7 er et planriss fra siden delvis i tverrsnitt, av et verktøy i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse med fjærbelastet foringsrørskrape og et første par stempelsugekopper med en bestemt ytre diameter og et andre par stempelsugekopper med en diameter større enn den nevnte bestemte diameter;

fig. 8 er et planriss fra siden av verktøyet i fig. 7, når paret av stempelsugekopper med en bestemt diameter først entrer et avsnitt av foringsrørstrengen med redusert diameter;

fig. 9 er et planriss fra siden av verktøyet i fig. 7 som illustrerer de skårne stempelsugekopper med større diameter hvilene på toppen av det første avsnitt av foringsrør med redusert diameter; og

fig. 10 er et planriss fra siden av verktøyet i fig. 7 som illustrerer at verktøyet trekkes ut av foringsrørstrengen.

Med henvisning særlig til tegningene, og først til fig. 1, er det vist en borerigg 11 anbrakt på toppen av et borehull 12. Et MWD instrument 10 (måling under boring), som vanligvis benyttes for å gi målinger under boring, men som ikke er nødvendig for foreliggende oppfinnelse, bæres av en nedre rørdel 14, vanligvis et vektrør, innbefattet i en borestreng 18, og anbrakt inne i borehullet 12. En borekrone 22 er plassert ved den nedre ende av borestrengen 18 og gråveret borehull 12 gjennom jordformasjonene 24. Boreslam 26 pumpes fra et lagerreservoar 27 nær brønnhodet 28, ned gjennom en aksiell passasje (ikke vist) gjennom borestrengen 18, ut av åpninger i kronen 22 og tilbake til overflaten gjennom ringromsområdet 16, vanligvis henvist til som ringrommet. Foring med metalloverflate 29 er plassert i borehullet 12 over borekronen 22 for å holde den øvre dei av borehullet 12 tett.

I operasjonen av anordningen illustrert i fig. 1, hvor borefluidet pumpes ned gjennom det indre av borestrengen 18, ut gjennom borekronen 22, og tilbake til jordens overflate via ringrommet 16, er dette derved en beskrivelse av såkalt »normal sirkulasjons».

I en fremgangsmåte vanligvis benyttet innenfor kjent teknikk, fremdeles med henvisning til fig. 1, trekkes borestrengen 18 ut av borehullet, og borekronen 22 fjernes fra enden av borestrengen. En streng av stålforing føres inn i brønnen i det minste ned til formasjonen som antas å inneholde olje og/eller gass. På dette tidspunkt vil det forede borehull vanligvis fremdeles inneholde noe volum av borefluid. Borestrengen 18 føres deretter tilbake inn i borehullet til dens nedre ende er nedenfor den interessante formasjonen. Et "spacer fluid", som ovenfor diskutert, som vanligvis innbefatter ulike kjemikalier for å rense det indre av foringen, pumpes ned i det indre av borestrengen, teoretisk forårsaker dette at borefluidet fortrenges og pumpes mot jordens overflate gjennom ringrommet 16. Kompletterings eller overhalingsfluidet pumpes deretter ned i det indre av borestrengen 18, og fortrenger spacer fluidet, og forårsaker at spacer fluidet pumpes mot jordens overflate, alt som en konvensjonell og velkjent teknisk løsning. Dette kan selvsagt være problematisk ved at tre (3) fluider, dvs. borefluid, "spacer fluid" og.kompletteringsfluid ofte har en tendens til å blande seg istedenfor å fortsette som tre tydelig atskilte fluider.

I den «reverserte sirkulasjons» modus for operasjon, illustrert skjematisk i fig. 2, er slampumpen 30 forbundet slik at dens utløp pumper slam (borefluid) ned i og langs ringrommet 16 og deretter ned i den nedre ende av borestrengen 18, og til slutt tilbake til jordens overflate, alt sammen tydelig gjenkjent og forstått av fag-menn på området innen foring av olje og gassbrønner.

I fig. 2, i den reverserte sirkulasjonsmodus, har slampumpen 30 sitt utløp forbundet med en ledning 42 inn i ringrommet 16. Om ønskelig, settes en pakning 44 nedenfor den åpne ende 46 av borestrengen 18 for å isolere den del av borehullet over pakningen fra den del av borehullet nedenfor pakningen. Det indre av borestrengen 18 er forbundet gjennom en fluidledning 48 tilbake til slamtanken 50. Fluidledningen 52, forbundet ned i slamtanken 50, er forbundet med fluidinnløpet til slampumpen 30.

Det skal bemerkes at de fleste boreoperasjoner benytter det normale sirkulasjons-system angitt i fig. 1, selv om enkelte brønner har blitt boret ved anvendelse av reversert sirkulasjonsmodus i fig. 2, hvor borefluid bores ned i ringrommet 16, igjennom borekronen (ikke illustrert i fig. 2) og opp igjennom det indre av borestrengen 18 tilbake til slamkaret 49 som inneholder borefluidet 50.

Med videre henvisning tii fig. 2, når det er bestemt fra brønnlogging, jordkjerne prøver og liknende at en potensiell olje og/eller gassone har blitt identifisert i en bestemt dybde i formasjonen, for eksempel, sone 54, plasseres stålforingen 56 i borehullet, og prosessen begynner for fortrengning av borefluid med kompletteringsfluid, vanligvis en klar, tung lake som ovenfor angitt. Når det indre av foringsrørstrengen er renset, og kompletteringsfluidet er på plass, kan foringen perforeres med eksplosive ladninger, foreksempel, med kuler eller formede ladninger, hvilke alle er konvensjonelle og velkjente deler av området, og olje og/ellergass i produksjonssonen, dersom dette er tilstede, kan produseres gjennom perforeringene inn i borehullet og dumpes til jordens overflate gjennom konvensjonelle anordninger, for eksempel gjennom produksjonsrør.

Under frembringelse av det fortrengte fluid, dersom dette gjøres på konvensjonelt vis, renses borefluidet i slamtanken 49 ut og erstattes av et "spacer fluid", som ovenfor omtalt og vanligvis inneholdende kjemiske fluider. Etter at "spaceren" er pumpet inn, renses "spacer fluidet" ut av slambeholderen 49 og erstattes med kompletteringsfluidet, hvilket deretter pumpes inn for å forskyve "spacer fluidet".

Med henvisning til fig. 3 er en nedre rørdel 80 innbefattet i borestrengen 18 i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Den nedre rørdel 80 er

vanligvis et par rørdeler 82 og 84 som sammen erstatter vektrøret 60 illustrert i fig. 2. Den nedre rørdel 82 har et par konvensjonelle elastomere stempelsugekopper 86 og 88 med diameter valgt for å muliggjøre rensing av foringsrøret 56 illustrert i fig. 2. Den nedre rørdel 84 har konvensjonelle fdringsrørskrape r 90 og 92 med diameter valgt for å muliggjøre rensing av den indre vegg av foringsrøret 56 illustrert i fig. 2 og 3. Stempelsugekoppene 86 og 88 så vel som foringsrørskrape ne 90 og 92 er velkjent innenfor området og krever derved ikke mer enn en skjematisk illustrasjon og beskrivelse. Den øvre rørdel 82 (nærmest jordens overflate under anvendelse) kan ha en "han" skrueforbindelse 94 for forbindelse inn i borestrengen 18, mens den nedre rørdel 84 kan ha en "hun" gjenge-forbindelse ved sin nedre ende 96 for å motta enhver ytterligere nedre rørdel nedenfor rørdelen 84 eller motsatt.

I operasjonen av systemet i overensstemmelse med fig. 2 og 3, etter at den potensielle produserende sone 54 er identifisert med brønnloggeutstyr, kjerne-prøver etc, og foringsrøret av stål 56 er satt i borehullet, forberedes borestrengen 18 med nedre rørdeler 82 og 84 for å føres tilbake i borehullet. På dette tidspunkt er borefluidet i slamtanken 49 erstattet med kompletteringsfluid og er klart til å pumpes inn i ringrommet 16 umiddelbart ved toppen av den øvre overflate 87 av stempelsugekoppen 86. Når borestrengen 18 senkes ned i borehullet, pumpes kompletteringsfluid inn i ringrommet 16 for å holde ringrommet over stempelsugekoppene fullt av kompletteringsfluid. Når stempelsugekoppene 86 og 88 beveger seg ned i det forede borehullet, tvinges borefluid i borehullet gjennom den åpne ende 96 av den nederste rørdel, gjennom en enveis tilbakeslagsventil 100 og tilbake til jordens overflate gjennom den indre fluidkanal av borestrengen. Tilbakeslagsventilen 100 forhindrer det fortrengte fluid fra å komme tilbake inn i borehullet. Avhengig av volumet av fortrengt borefluid, kan borefluidet enten pumpes tilbake til slammetanken 49 eller til en annen slamtank (ikke illustrert) for å unngå blanding av returnert borefluid og kompletteringsfluidet ved jordens overflate.

Ved å ha foringsrørskrapen 90 og 92 nedenfor stempelsugekoppene 86 og 88, vil fdringsrørskrape n fjerne mesteparten, om ikke all oppbygningen på forings-rørveggen som ellers kan ødelegge eller redusere effektiviteten av de elastomere stempelsugekoppene.

Når stempelsugekoppene er senket forbi den del av foringen 56 som dekker den planlagte produksjonssone 54, vil alt borefluidet ha blitt forskjøvet fra borehullet motsatt av produksjonssonen 54, ved å skyve eller trekke det fluidet som fortrenges, og kompletterings eller etterarbeidet eller andre ønskede operasjoner gjennom foringsrøret 56 motsatt av sonen 54 kan gjennomføres. Dersom opp-gaven involverer ferdigstilling, kan borestrengen 18 (eller produksjonsrøret om det er ønskelig) innbefatte en konvensjonell perforeringsrørdel 100 slik som illustrert i fig. 2, hvilken rørdel 100 kunne inkludere prosjektilkanoner eller formede ladninger, som alle er velkjent innenfor området av rørført perforering (Tubing Conveyed Perforation).

Det er derved illustrert og beskrevet fremgangsmåter og anordninger som gir en mekanisk separasjon av borefluid som fortrenges, av fortrengningsfluidet, vanligvis et kompletterings eller overhalingsfluid, som derved giren forbedring i forhold til den problematiske oppgave ved å pumpe tre ulike fluider gjennom en felles fluidkanal mens det gjøres forsøk på å beholde en tilstrekkelig atskillelse av de tre fluidene.

Selv om den foretrukne utførelsesform fordrer å anvende reversert sirkulasjon på grunn av at dette er enklere for mekanisk å atskille borefluid fra kompletterings eller overhalingsfluid, vil åpenbare modifikasjoner av den foretrukne utførelses-form være nærliggende for en fagmann på området.

For eksempel illustrerer fig. 4 en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse hvor normal sirkulasjon benyttes. Borestrengen (eller annet rør) 102 har et par stempelsugekopper 104 og 106, så vel som en fdringsrørskrape 108. Borestrengen 102 er illustrert med plassering i et borehull 110 i jorden hvor en stål-rørsfdring 112 allerede er ført inn. En pakning 114 er ført inn som en mulighet for å isolere den del av borehullet 110 over pakningen fra delen av borehullet 110 under pakningen. Pakningen 114 kan ha en overflatestyrt fluidgjennomløp om ønskelig for å tillate borefluid å pumpes nedenfor pakningen etter behov. Den nedre ende av borestrengen 102 har en plugg 116 for å forhindre fortrengningsfluidet fra å pumpes ut av den endre ende av røret 102 og derved forhindre blanding av borefluid med kompletteringsfluid.

Mellom stempelsugekoppene 104 og 106 er det plassert i det minste en åpning 116, med fortrinnsvis et flertall åpninger 116,118,120. En eller flere fluidledninger 126 er forbundet mellom stempelsugekoppene 104 og for å tillate borefluid innenfor borehullet 110 å slippe forbi stempelsugekoppene når borestrengen 102 heves eller senkes i borehullet.

Under operasjon av anordningen illustrert i fig. 4, når borestrengen 102 skal senkes ned i borehullet 110 fra jordoverflaten, fylles det indre av borestrengen 202 med kompletteringsfluidet. Kompletteringsfluidet slipper også ut gjennom en eller flere åpninger 116,118,120 inn i ringrommet 122 plassert mellom stempelsugekoppene 104 og 106. Borestrengen 102 kan senkes eller heves for at kompletteringsfluidet skal være ved siden av den potensielle produksjonssonen 124 for å tillate at den ønskede operasjon finner sted, dvs., perforering av foringsrøret 112, overhaling, etc. Dersom røret 102 er produksjonsrør, kan foringsrøret 112 perforeres fra en perforeringskanon, eller en oppstilling av formede ladninger båret av produksjonsrøret, hvilket alt sammen er konvensjonelt eller velkjent innen området.

For å forenkle presentasjonen har fortrengningsfluidet, for det meste, blitt beskrevet som et kompletteringsfluid. Anordningen og fremgangsmåtene som her er beskrevet er imidlertid anvendbare i et hvert nedihullssystem hvor et fluid fortrenger et annet, og hvor separasjon av to fluider er ønsket. Når for eksempel brønnbrønnoverhalingsfluider benyttes i formasjonen av interesse, er det for-holdsvis vanlig å erstatte borefluid, eller hvilket som helst annet fluid som er i borehullet, for eksempel vann eller hydrokarboner produsert fra formasjonen, med slike brønnoverhalingsfluider. Brønnoverhalingsfluider er velkjent innen området, for eksempel som beskrevet i »Compossision and properties of oil well drilling fluids.», fjerde utgave av Georges R. Grey et al., på sidene 476 til 525. Et ytterligere fluid som kan benyttes for å fortrenge fluidet i borehullet er det såkalte pakningsfluid, som også er omtalt i den samme henvisning på sidene 476 til 525.

I fig. 5, er det illustrert et hult stigerør 200 i stål som strekker seg fra jordoverflaten (ikke illustrert) eller fra en fralandsplattform (ikke illustrert) benyttet i boring, komplettering, overhaling og/eller produksjon av olje og gassbrønner, med en utblåsningssikring 202 (BOP), som vanligvis ville være en konvensjonell sleide-BOP med en eller flere hydrauliske ledninger 204 og 206, som strekker seg til jordoverflaten eller til en fralandsplattform, hvilke benyttes for å åpne og stenge sleidene. Et par kvele- og drepeledninger 208 og 210 strekker seg også enten til jordoverflaten eller til fralandsplattformen, etter ulike tilfeller, og hvilke tillater fluid å pumpes inn i det indre av stigerøret ved henholdsvis innløp 212 og 214. Selv om det er vanlig praksis å installere kvele og drepeledningene nedenfor BOP'en, forutsetter denne bestemte utførelsesform at kvele og drepeledningene installeres over BOP'en.

Et stålrør 216, for eksempel et stålborerør, er illustrert innført i det indre av stigerøret 200 fra jordoverflaten eller en fralandsplattform, og innbefatter en enveis tiibakeslagsventil 218 som tillater fluid inne i røret 216 å pumpes ned igjennom røret 216 i retningen vist med pilen 219.

Røret bærer en skrape 220, for eksempel en stålbørste for mekanisk rensing av den indre overflate av stigerøret 200, og kan være fjærbelastet, om ønskelig, for å holde kontakt med veggen i stigerøret 200.

Røret 216 bærer en eller flere stempelsugekopper 222 og 224, fortrinnsvis av den type som aktiveres av fluidtrykk utøvet på deres nedre overflate henholdsvis 223 og 225, for å komme i inngrep med den indre vegg av stigerøret 200. Stempelsugekoppene 222 og 224 kan enten være den type av kopper som kan aktiviseres, dvs. presses mot den indre vegg av stigerøret, ved trykk utøvet mot deres nedre overflater, eller av trykk utøvet mot deres øvre overflater, dvs. av det hydrostatiske trykk i slamsøylen i stigerøret som skal pumpes ut av stigerøret, eller kan være en kombinasjon av slike stempelsugekopper.

Røret 216 bærer også en spyleenhet 230 og en rørterminering 232 ved sin nedre ende for å tillate rensefluid å pumpes igjennom ventilen 218 og ut igjennom de mange hullene 231 i spyleenheten 230 til det indre av stigerøret 200.

I operasjonen av utføretsesformen i fig. 5 heves røret 216 nok til å forårsake at spyleenheten 230 og endetermineringen kommer ut av den åpne BOP 202. Sleidene i BOP'en lukkes deretter, og forhindrer ethvert fluid fra å pumpes nedenfor BOP'en. Kvele og drepeledningene aktiveres deretter, og skaper hydrauliske trykk under stempelsugekoppene 222 og 224. Røret 216 pumpes derved ut av stigerøret 200 ettersom hydraulisk trykk beholdes mot de nedre overflater 223 og 225 av henholdsvis stempelsugekopper 222 og 224, fortrinnsvis mens røret 216 mekanisk løftes fra jordoverflaten eller en fralandsplattform.

Fig. 6 illustrerer en alternativ utførelsesform av systemet illustrert i fig. 5, hvor kvele og drepeledningen 250 og 252 er plassert under BOP'en 202 og kvele og drepeledningene 208 og 210 kan eller kan ikke til og med være til stede.

En plugg 260, for eksempel en oppblåsbar pakning, føres inn og settes inne i stigerøret 200 nedenfor BOP'en 202. Så snart røret 216 er senket til den ønskede dybde i stigerøret 200 aktiveres kvele- og drepeledningene 250 og 252, hvilket setter det hydrauliske trykket på de nedre overflater 223 og 225 av henholdsvis stempelsugekoppene 222 og 224. Dette pumper røret 216 ut av stigerøret 200 som i utføretsesformen i fig. 5 men uten å lukke sleidene i BOP'en 202.

Videre, enten utførelsesformene i fig. 5 eller fig. 6 benyttes, så kan oppfinnelsen praktiseres uten anvendelse av strupe og drepeledninger simpelthen ved enten å lukke BOP'en eller ved å sette pluggen, og pumpe fluid ned gjennom røret, hvilket danner hydraulisk trykk mot de nedre overflatene av stempelsugekoppene.

Dette er imidlertid ikke foretrukket, fordi dette forårsaker at røret trekkes ut mens fluid pumpes gjennom det, hvilket noen ganger henvises til som å trekke en »våt streng». For en fagmann på området er det kjent at ved å benytte en »slambøtte»

(ikke illustrert), kan problemet ved våt streng hovedsakelig omgås.

Med henvisning til fig. 7 er det illustrert en foringsrørstreng 300 med et nedre avsnitt 310 med en bestemt indre diameter og et øvre avsnitt 320 med en indre diameter større enn den nevnte bestemte diameter. Et verktøy 330 i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse føres igjennom det indre av forings-strengen ved å manipulere en rørstreng 345 fra jordoverflaten, enten ved å senke eller heve strengen 345.

Verktøyet 330 innbefatter en konvensjonell ringformet trykkavlastningsventil 340, en konvensjonell dreieforbindelse 350, et første par stempelsugekopper 360 og 362, et andre par stempelsugekopper 370 og 372, så vel som et flertall fjærbelastede fdringsrørskraper eller børster 380.

Det første paret av stempelsugekopper 360 og 362 har hver en ytre diameter stor nok til å feie den indre diameter av fdringsrøravsnittet 320. Det andre par av stempelsugekopper 370 og 372 har hver en ytre diameter stor nok til å feie den indre diameter av foringsrøravsnittet 310 med redusert diameter. Flertallet av de fjærbelastede fdringsrørskrape 380 er i sin ekspanderte form for å skrape og rense den indre diameter av foringsrøravsnittet 320, men vil komprimeres for å skrape og rense den indre diameter av foringsrøravsnittet 310, ettersom verktøyet 330 senkes ned i fdringsrøravsnittet 310. Fig. 8 illustrerer verktøyet 330 i det dette senkes inn i fdringsrøravsnittet 310 med redusert diameter og kompresjonen av de fjærbelastede fdringsrørskrape 380 for å passe innenfor foringsavsnittet 310 med redusert diameter. Fig. 9 illustrerer det første, øvre par av stempelsugekopper 362 som skjæres vekk fra det rørformede legemet eller stammen 332 av verktøy 330 når det kommer i kontakt med den øvre ende 334 av fdringsrøravsnittet 310 med redusert diameter, og hviler på den øvre ende 334 idet verktøyet 330 senkes videre inn i fdringsrøravsnittet 310.

Fig. 11 illustrerer kun et eksempel på hvorledes stempelsugekoppene 360 og 362 skjæres vekk fra den rørformede stamme 332 av verktøyet 330. Stempelsugekoppen 362 har en krave 364, fortrinnsvis fremstilt av metall eller hard plast, tilpasset i størrelse til å gli over den ytre overflate av stammen 332. Et flertall brytepinner, illustrert av paret av brytepinner 363 og 365, benyttes for å holde stempelsugekoppen 362 fast på plass på stammen 332. Brytepinnene velges til å bryte ved en på forhånd valgt verdi, men verdien bør velges til å være høy nok slik at den ikke brytes på grunn av fluidtrykk utøvet på stempelsugekoppene under operasjon av verktøyet. For eksempel, uten å begrense den tiltenkte anvendelse, dersom stempelsugekoppen 362 forventes å utsettes for 69 bar (1000 psi) fluidtrykk, kunne brytepinnene velges til å bryte ved 103 bar (1500 psi) og unngå skjæring pga. fluidtrykket. Videre, kan det noen ganger i operasjon av anordningen 330 være slik at foringsrørskrape n 380, som kan være fjærbelastet stålbørster om ønskelig, ikke renser ut avfall i tilstrekkelig grad og en hindring kan eksistere i foringsrøret. En slik hindring kunne forårsake for tidlig brudd i en eller flere av stempelsugekoppene. En konvensjonell anordning, vanligvis henvist til som en »ikke-passere» (no-go) anordning, kan være anbrakt på verktøyet 330, som fungerer til å stoppe den videre nedsenkning av verktøyet 330 for å beskytte de brytbare stempelsugekoppene, i tilfelle av at »ikke-passere» anordningen møter en slik hindring.

I operasjonen i utførelsesformen i fig. 11, når verktøyet 330 senkes i foringsrør-strengen til stempelsugekoppen 362 kommer i kontakt med overflaten 334, forårsaker den ytterligere nedsenkning av verktøyet 330 at brytepinnene 363 og 365 brytes, så vel som at brytepinnene i stempelsugekoppen 360 (ikke illustrert, men identisk med de som benyttes i stempelsugekoppen 362), forårsaker at stempelsugekoppene 362-360 hviler på overflaten 334 illustrert i fig. 9. Denne prosessen tillater de mindre stempelsugekoppene 370 og 372, og den fjærbelastede skrape 380 å videre senkes ned i fdringsrøravsnittet 310 med mindre diameter.

Alle operasjonene beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 1 til 6 kan også utføres med verktøy illustrert og beskrevet i fig. 7 til 11.

Fig. 10 illustrerer verktøyet 330 som beveges opp og ut av foringsrørstrengen. Dersom det er ønskelig å bevege fluid ut av foringsrøret skal det bemerkes at de store stempelsugekoppene 360 og 362 simpelthen hviler på de mindre stempelsugekoppene 370 og 372, som illustrert i fig. 10, og ettersom den rørformede streng 345 trekkes opp, skyver stempelsugekoppene 360 til 362 fluidet i forings-røret hele veien opp i foringsrørstrengen til jordoverflaten.

Mens fig. 7 til 11 viser anvendelsen av et par store stempelsugekopper og et par mindre stempelsugekopper i kun to størrelser av foringsrør, kan oppfinnelsen også benyttes med tre eller flere ulike størrelser av foringsrør, ettersom den typiske olje og gassbrønn er foret progressivt mindre med dybden i hvert borehull. Selv om det ikke er foretrukket, forutser oppfinnelsen anvendelse av en, to, tre eller flere stempelsugekopper av en bestemt størrelse, diameter, eller kombinasjoner av disse.

Det er derved beskrevet fremgangsmåter og anordning for fortrengning av bore-hullsfluid med et annet fluid, i valgte deler av stigerør, eller i forede borehull. Imidlertid skal det bemerkes at endringer i de illustrerte og beskrevne utførelses-former av oppfinnelsen vil være nærliggende for en fagmann på området, uten å fjerne seg fra oppfinnelsens grunnleggende form, hvis omfang angis i de etter-følgende krav.

Claims (19)

1. Anordning for fortrengning av et første fluid i et foret borehull (12,110) i grunnen med et andre fluid, karakterisert ved en rørstreng (300,345) nedført i det forede borehullet (12,110) i grunnen; en rørdel (14,80,82,84,100) forbundet inne i nevnte rørstreng, hvilken rørdel (14,80,82,84,100) innbefatter første og andre stempelsugekopper (86,88,104, 106,222,224, 360,362,370,372) (swab cups) anbrakt på en stamme (11,70, 332) med en sentralt beliggende fluidpassasje, og i det minste en åpning gjennom sideveggen av stammen (11,70,332) mellom den første og andre stempelsugekopp (86, 88,104,106, 222, 224, 360, 362, 370, 372) for å tillate nevnte andre fluid å passere fra den sentralt beliggende fluidpassasjen til ringrommet (16, 82,122) i nevnte borehull mellom den første og andre stempelsugekopp (86,88, 104,106, 222, 224, 360, 362, 370, 372).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at en fdringsrør skrapekonstruksjon i tillegg er forbundet inne i den nevnte rørstreng (300,345) nedenfor den nevnte rørformede rørdel (14,80,82,84,100).

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en plugg i den nevnte rørstreng (300,345) nedenfor den i det minste ene åpning for å forhindre det nevnte andre fluid fra å pumpes ut av den nedre ende av den nevnte rørstreng.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved i det minste en fluidoverløpsledning plassert mellom den første og andre stempelsugekopp (86,88,104,106,222,224, 360,362,370,

372) for å tillate det nevnte første fluid å slippe forbi den nevnte første og andre stempelsugekopp (86,88,104,106,222,224,360,362,370,372) når den nevnte rørstreng (300,345) heves eller senkes inne i det nevnte borehull i jorden.

5. Anordning i følge krav 1, karakterisert ved at den rørdelen er skrudd fast via en gjenget forbindelse til den rørformede rørstrengen som er opphengt i det forede brønnhullet i grunnen.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det i tillegg er i det minste en fdringsrørskrape anbrakt på den nevnte stamme.

7. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det i tillegg er en plugg i den nevnte sentralt plasserte fluidpassasje for å forhindre ethvert fluid i det nevnte passasje fra å pumpes ut av enden av anordningen.

8. Anordningen ifølge krav 1, karakterisert ved at det i tillegg er i det minste en fluidomløpsledning plassert utenfor stammen (11, 70, 332) mellom de nevnte første og andre stempelsugekopper (86, 88,104,106, 222, 224, 360, 362, 370, 372).

9. Fremgangsmåte for å fortrenge et første fluid i en på forhånd valgt sone av en foret borehull med et andre fluid, karakterisert ved: å føre en rørstreng (300, 345) ned i det nevnte borehull, hvilken nevnte streng innbefatter første og andre stempelsugekopper (86, 88,104,106, 222, 224, 360, 362, 370, 372) anbrakt på en rørdel (14, 80, 82, 84,100) innbefattet i det nevnte borehull som omgir den nevnte rørstreng; fra jordoverflaten pumpe det nevnte andre fluid inn i ringrommet (16, 82,122) innenfor det nevnte borehull som omgir den nevnte rørstreng (300, 345) og over de nevnte første og andre stempelsugekopper (86, 88,104,106, 222, 224, 360, 362, 370, 372); og senke den nevnte rørstreng (300, 345) ned i borehullet (12,110) mens det fortsatt pumpes det nevnte andre fluid inn i det nevnte ringrommet (16, 82,122) fra jordoverflaten, og derved forårsaker at det nevnte første fluid i det nevnte borehullet (12,110) pumpes gjennom det indre av den nevnte rørstreng (300, 345) mot jordoverflaten, til de nevnte første og andre stempelsugekopper (86,88, 104,106,222,224,360,362, 370, 372) har beveget seg forbi den på forhånd valgte sone av det nevnte forede borehull.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at foringsrøret skrapes fremfor de nevnte stempelsugekoppene (86, 88,104,106,222, 224, 360, 362, 370, 372)som sveiper et slikt foringsrør.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det første fluid er borefluid og det nevnte andre fluid er et kompletteringsfluid valgt fra klassen av kalsiumklorid, kalsiumbromid, sinkbromid eller blandinger av disse.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det nevnte andre fluid er et overhalingsfluid.

13. Fremgangsmåte for fortrengning av et første fluid i et på forhånd valgt sone av et foret borehull med et andre fluid, karakterisert ved: å føre en rørstreng (300,345) inn i den nevnte borehullet (12,110), hvilken nevnte streng innbefatter første og andre stempelsugekopper (86,88,104,106,222,224, 360,362,370,372) anbrakt på en rørdel (14,80,82,84,100) innbefattet i den nevnte rørstreng; å pumpe den nevnte andre fluid fra jordoverflaten gjennom det indre av den nevnte rørstreng (300,345) og inn i borehullets (12,110) ringrom utenfor den nevnte rørstreng (300,345) mellom de nevnte første og andre stempelsugekopper (86, 88,104,106,222, 224, 360, 362, 370, 372); og senke eller heve den nevnte rørstreng, og derved fortrenge det nevnte første fluidet i nærheten av den nevnte på forhånd valgte sone av det nevnte forede borehull, til det andre fluid er i nærheten av den på forhånd valgte sone av det nevnte forede borehull.

14. Fremgangsmåte i følge kravl 3, karakterisert ved at det nevnte første fluid er et borefluid og det nevnte andre fluid er et kompletteringsfluid valgt fra klassen av kalsiumklorid, kalsiumbromid, sinkbromid eller blandinger av disse.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at det andre fluid er et overhalingsfluid.

16. Anordning for å rense en rørstreng (300,345) i et borehull innbefattende et første rørformet avsnitt av en bestemt indre diameter; og et andre rørformet avsnitt med en indre diameter mindre enn den nevnte bestemte diameter, hvor en ende av den nevnte første rørformede avsnitt er forbundet med en ende av den nevnte andre rørformede avsnitt, hvilken anordning er karakterisert ved: et langstrakt røriegeme tilpasset i størrelse til å passere igjennom de nevnte første og andre rørformede avsnitt; en første stempelsugekopp (86,88,104,106,222,224,360,362, 370,372) brytbart anbrakt til det nevnte rørformede legeme, og avpasset i størrelse til å sveipe den indre overflate av det nevnte første rørformede avsnitt; en andre stempelsugekopp (86, 88,104,106, 222, 224, 360,362, 370, 372) forbundet med det rørformede legemet, og tilpasset i størrelse til å sveipe den indre overflate av det nevnte andre rørformede avsnitt; og en fjær belastet fdringsrørskrape anbrakt på det rørformede legemet tilpasset i størrelse til å passere igjennom og skrape den indre overflate av de nevnte første og andre rørformede avsnitt.

17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at den nevnte andre stempelsugekopp (86,88,104, 106,222,224,360,362, 370,372) er brytbart anbrakt til det nevnte rørformede legemet.

18. Anordning for å rense en rørformet streng i henhold til krav 16 ytterligere omfattende: en tredje stempelsugekopp (86,88,104,106,222,224, 360,362,370,372) brytbart forbundet med det rørformede legemet, og er dimensjonert for å rense ved sveiping av den innvendige overflaten av den første rørformede seksjonen; og en fjerde stempelsugekopp (86,88,104,106,222,224,360, 362,370, 372) fastgjort med det rørformede legemet, og er dimensjonert for å rense ved sveiping av den innvendige overflaten av den andre rørformede seksjonen.

19. Anordning ifølge krav 18, karakterisert ved at de andre og fjerde stempelsugekoppene er brytbart fastgjort med det rørformede legemet.