NO323289B1 - Fremgangsmate og system for komplettering av en bronn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår brønner for petroleumsproduksjon. Mer spesifikt angår oppfinnelsen komplettering samt fremgangsmåter og anordning for produksjon av brønner.

Prosessen og strukturen med hvilke en petroleumsproduksjonsbrønn forberedes for produksjon inkluderer trinnene med å tette produksjonssonen for forurensning og feste produksjonsstrømningsrørene inne i borehullet. Disse produksjonssonene befinner seg tusenvis av meter under jordoverflaten. På grunn av dette er prosedyrene ifølge tidligere teknikk for å gjennomføre disse trinnene kompleks og ofte farlig. Enhver forbedring av prosedyrer eller utstyr som eliminerer en "tur" ned i borehullet er vanligvis en velkommen forbedring.

Ifølge tidligere teknikk gjennomføres innsetting og åpning av produk-sjonsrør i separate "turer" ned i brønnen. Først festes veggforings-forlegnings-røret ved sementering og produksjonsstrengen plasseres der det er ønskelig inne i borehullet og de nødvendige tetningspakningene settes av fluidtrykket inne i produkjonsrørboringen. Etter at pakningene er satt åpnes en sementerings-sirkulasjonsventil i produksjonsrøret av rørboringstrykket og sement pumpes i posisjon i ringrommet rundt produksjonsrøret og ovenfor produksjonssonens øvre tetningspakning.

Denne prosedyren etterlater en seksjon med sement inne i produksjons-produkjonsrørboringen nedenfor sementeringsventilen som blokkerer det øvre produksjonsrørboringen for produksjonsstrøm. Blokkeringen ligger mellom den øvre delen av produksjonsrørboringen og produksjonssilen ved eller nær terminalenden av produksjonsrørstrengen. I henhold til tidligere teknikks praksis fjernes blokaden av resterende sement vanligvis ved boring. En borkrone og en støttende borestreng må senkes ned i brønnen, inne t produksjonsrørene, i en kostbar, uavhengig "tur" for å fjerne blokkeringen.

Fra US 5746 274 fremgår det et system for installasjon og sementering av forlengningsrør og for sirkulering av fluid før formasjonsbehandling. Systemet omfatter en forlengningsrørenhet, en sementeringsenhet og en sirkulasjons og produksjonsenhet. Sementeringsenheten omfatter en sementeringsventil og en ringromstetning, eksempelvis en pakning. Systemet benytter et vaskerør sammen med sirkulasjons- og produksjonsenheten for å behandle formasjonen med fluid.

Fra WO 97/15748 fremgår det et system for komplettering av awiks-borehull. Systemet omfatter ett eller flere filtre som er forhåndspakket med en permeabel masse. Etter innføring i brønnen, blir sement eller annet materiale pumpet inn i ringromshulrommene over filtrene for å avslutte kompletterings-prosessen.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for komplettering av en brønn. Fremgangsmåten omfatter omfattende: (i) sammen-stilling av en brønnfluidproduksjonsstreng med en trykkaktivert sementeringsventil, en utvendig foringsrørpakning og en trykkaktivert produksjonsventil operativt forbundet med produksjonsstrengen, (ii) posisjonering av produksjonsstrengen i brønnen slik at et punkt for brønnfluidinnløp er ved en ønsket brønn-fluidproduksjonslokalisering, (iii) økning avtrykket inne i produksjonsstrengen for å blåse opp den utvendige foringsrørpakningen, (iii) økning av fluidtrykk inne i produksjonsstrengen for å åpne den trykkaktiverte sementeringsventilen, og (iv) pumping av en ønsket mengde borehullssement ned produksjonsstrengen og gjennom sementeringsventilen. Fremgangsmåten omfatter videre (a) levering av en lukkende nedpumpingsplugg mot den trykkaktiverte sementeringsventilen, (b) økning av fluidtrykk for å lukke nevnte sementeringsventil, og økning av fluidtrykk for å forflytte den lukkede nedpumpingspluggen, idet den lukkende nedpumpingspluggen åpner produksjonsventilen og spyler restsement ut av produksjonsventilen.

Videre omfattes et system for komplettering av en brønn. Systemet omfatter: (i) en brønnfluidproduksjonsstreng med en trykkaktivert sementeringsventil, en utvendig foringsrørpakning og en trykkaktivert produksjonsventil operativt forbundet med produksjonsstrengen. Systemet omfatter videre: (a) en lukkende nedpumpingsplugg tilpasset for (i) å danne en tetning tilstøtende den trykkaktiverte sementeringsventilen slik at økning av fluidtrykket i produksjonsstrengen lukker sementeringsventilen; (ii) å bli forflyttet ved påføring av fluidtrykk; og (iii) å åpne produksjonsventilen og spyle restsement ut av produksjonsventilen.

Et mål ved foreliggende oppfinnelse er å posisjonere produksjonsrør inne i borehullet, feste produksjonsrørene i brønnen ved sementering og åpne rørene for produksjonsstrøm i én nedihullstur. For å oppnå dette og andre mål som vil komme frem i det følgende, inkluderer foreliggende oppfinnelse en produksjonsrorstreng som har det foreliggende brønnkompletterings-verktøy-settet festet ovenfor produksjonssilen og ledeskoen (eng: casing snoe).

Dette kompletterings-verktøysettet innkluderer en linjeføring av fire grunnleggende verktøy i seriell nedihulls rekkefølge. Ved opphullsenden av linjeføringen er det en trykkdrevet sementeringsventil etterfulgt av en ytre foringsrørpakning. Nedenfor foringsrørpakningen er det en trykkdrevet produksjonsventil og nedenfor produksjonsventilen er det en hullplugglandings-krage (eng: bore plug landing coilar).

Med produksjonsrørstrengen nede i hullet og åpenhulls-produksjonssilen plassert i den ønskede posisjonen inne i brønnproduksjonssonen, plasseres det en åpningsplugg i produksjonsrørboringen ved overflaten og pumpes med vann, annet brønnfluid eller kompletteringssement ned mot pluggens landingskrage. Ved kontakt med landingskragen forsegler i det vesentlige pluggen produk-sjonsrørboringen for å forenkle det å oppnå store trykkøkninger inne i dette. Drevet av en trykkøkning inne i produksjonsrørsøylen, ekspanderes den ytre foringsrørspakningen for å blokkere borehullsringrommet mellom veggen i det åpne borehullet og pakningslegemet. En ytterligere økning av trykket skyver åpningsmuffen til den trykkaktiverte sementeringsventilen inn på linje med de indre og ytre sirkulasjonsportene. Ved linjeføring av sirkulasjonsportene føres produksjonsrørfluid så som sement ut gjennom portene og inn i brønnhullets ringrom. På grunn av nærværet av den ekspanderte ytre foringsrørpakningen nedenfor sirkulasjonsportene, må ringromsementen flyte opphulls og rundt rørene ovenfor pakningen.

Når den ønskede mengden sement er plassert i produksjonsrørboringen ved overflaten, blir den fluidiserte sementen inne i produksjonsrørhull-søylen lukket med en lukkende nedpumpingsplugg. Vann eller et annet hensiktsmessig brønnfluid pumpes mot lukningspluggen for å drive resten av sementen i ringrommet ut gjénnom sirkulasjonsportene. Ved sirkulasjonsport-terskelen fester lukningspluggen til et pluggsete på lukningsmuffen i den trykkdrevne sementeringsventilen. Med en første pumpet trykkøkning som virker på luknings-pluggens sete, føres sementeringsventilens lukningsmuffe inn i en posisjon som blokkerer sirkulasjonsportene. En andre trykkøkning, som normalt er større enn den første, utvikler en kraft på pluggsetet med tilstrekkelig magnitude til å

skjære skruene som holder seteringen. Når de strukturelt frigjøres fra ventil-

lukningsmuffen legger lukningspluggen og pluggsetet på en stempellast på den korte sementsøylen som støttes av åpningspluggen og plugglandingskragen. Denne søylelasten overføres til fluidtrykk på den trykkaktiverte produksjonsventilen og tvinger frem en åpning for strømning av fluid gjennom ventilen. Når den trykkaktiverte produksjonsventilen åpnes, føres søylen med restsement ut gjennom den åpne ventilen nedenfor pakningen.

Selv om søylen med.restsement føres inn i produksjonssonehullet, blir det absolutte volumet av sement i søylen dispergert i en ubetydelig konsentra-sjon (eng: dispersed as insignificant).

Når lukningspluggen drives av kompletteringsfluidet gjennom det sentrale hullet i produksjonsventilen forbi ventilåpningen, strømmer kompletteringsfluidet, vann eller lett oppløsningsmiddel, gjennom ventilåpningen for å spyle den for restsement og avfall (eng: debris). På dette tidspunktet er det åpnet en veldefinert produksjonsstrømbane fra produksjonssonen og inn i produksjons-rørboringen. Når trykket på kompletteringsfluidet frigjøres, skyller oppover-strømmende produksjonsfluid rester av kompletteringsfluidet ut av produksjons-rørboringen foran strømmen av produksjonsfluid.

En detaljert beskrivelse av oppfinnelsen som følger etter dette henviser til de mange numrene i figurene idet like referansetegn i de mange figurene rela-terer til de samme eller tilsvarende elementer i alle figurene, og: Figur 1 er en skjematisk brønn i montert foreliggende oppfinnelse for komplettering og produksjon; Figur 2 er et delsnitt av foreliggende brønnkompletteringsverktøysett i innmontert stilling; Figur 3 er et delsnitt av en trykkdrevet sementeringsventil; Figur 4 er et delsnitt av foreliggende brønnkompletteirngsverktøysett i pakningsutspilt stilling; Figur 5 er et delsnitt av foreliggende brønnkompletteringsverktøysett i stilling for sementering i ringrommet; Figur 6 er et delsnitt av foreliggende brønnkompletteringsverktøysett i stilling for sementterminering; Figur 7 er et delsnitt av foreliggende brønnkompletteringsverktøysett i stilling som åpner for produksjonsstrøm.

Oppfinnelsens anvendelsesmiljø er representert ved skjematikken i figur 1, som illustrerer et borehull 10 som vanligvis blir initiert fra jordoverflaten i verti-kal retning. Med anordninger og fremgangsmåter som er velkjent innen tidligere teknikk, kan det vertikale borehullet kontinuerlig transitteres til en horisontal

hullretning 11 etter behov for bunnhull-lokalisering eller konfigurasjon av produksjonssonen 12. Vanligvis vil en andel av det vertikale overflateborehullet 10 i sitt indre være foret med et stålforingsrør 14 som settes på plass med

sement i ringrommet mellom den indre borehullsveggen og den ytre periferi-flaten til foringsrøret 14.

Verdifulle fluider så som petroleum og naturgass som befinner seg inne i produksjonssonen 12 blir effektivt ført til overflaten for transport og raffinering gjennom en streng i produksjonsrøret 16.1 dette dokument anvendes betegnelsen "fluid" i sin videste betydning til å inkludere væsker, gasser, bland-inger og plastisk flytende faststoffer. I mange tilfeller vil ringrommet mellom den ytre flaten til produksjonsrøret 16 og den indre flaten av foringsrøret 14 eller det åpne borehullet 10 være blokkert med en produksjonspakning 18. Det vanligste behovet for en produksjonspakning 18 er for å skjerme den nedre produksjonssonen 12 for forurensning av fluider som dreneres langs borehullet 10 fra

høyere soner og lag.

Terminalenden av en produksjonsstreng 16 kan være et åpent hull uten foringsrør men er ofte utstyrt med et forléngningsrør eller en ledesko 20 og en produksjonssil 22.1 mangel på en sil kan det anvendes en lengde av et boret eller et slisset rør. Produksjonssilen 22 grovseparerer berg- og jordpartikler fra de ønskede fluidene som bæres av formasjonsstrukturen (12) og slipper produksjonssonefluidene inn i det indre hullet i produksjonsrørstrengen 16. Følgelig anvendes betegnelsen "sil" i en utvidet betydning her som entrings-punktet for brønnfluidet inn i produksjonsrøret.

I henhold til praksis ifølge foreliggende oppfinnelse blir en produksjonsstreng 16 utstyrt med det foreliggende brønnkompletterings-verktøysettet 30. Verktøysettet plasseres i opphulls retning fra produksjonssilen 22 men i umiddelbar nærhet av denne. Som representert i figur 1 blir produksjons-pakningen 18 (om nødvendig), kompletterings-verktøysettet 30, produksjonssilen 22 og ledeskoen 20 forhåndsmontert med produksjonsrøret 16 når produksjonsstrengen senkes ned i brønnhullet 10.

Med henvisning til figur 2, omfatter kompletterings-verktøysettet 30 en trykkaktivert sementeringsventil 32, en ytre foringsørrpakning 34, en trykkaktivert produksjonsventil 36 og en plugglandingskråge 38. Hver av disse anordningene kan være kjent for fagfolk i en eller annen modifisert form eller anvendt kombinasjon.

Som vist mer i detalj i figur 3, frembringer den trykkdrevne sementeringsventilen sirkulasjonsporter 40 og 42 mellom det indre hullet til verktøyet og den ytre verktøysbekledningen. De indre sirkulasjonsportene 42 er gjennom en aksielt glidende muffe 44. Muffen er aksielt plassert slik at den hindrer de indre portene 42 fra kommunikasjon med de ytre portene 40 i brønnmonterings-posisjon. Nedihulls blir muffen flyttet, ved et forut bestemt fluidtrykk inne i verk-tøyets innerhull, fra den lukkede monteringsposisjonen til en posisjon som er slik at de indre og de ytre portene kommer på linje. Når disse er på linje, kan brønnsement pumpes ut fra det indre hullet i verktøyet og produksjonsrør-strengen gjennom portene 40 og 42 og inn i brønnens ringrom rundt produk-sjonsrørstrengen. Anvendelsen av betegnelsen "sement" er her ment å beskrive enhver substans som har en flytende eller plastisk strømningstilstand og som kan pumpes på plass og deretter induseres til å herde.

Avstengning av kommunikasjonen mellom portene 40 og 42 oppnås ved en andre glidemuffe 46, til hvilken det er festet et plugglandingssete 48 med skjærskruer 49. Prosedyremessig blir sementblandingsrestene lukket av en kamlukkeplugg (eng: wiper closing plug). Lukkepluggen pumpes med vann eller annet hensiktsmessig brønnbearbeidingsfluid ned produksjonsstrenghullet inntil den treffer plugglandingssetet 48. Når pluggen treffer setet 48, kan fluidtrykket i hullet for eksempel økes til 70 kg/cm<2> mot pluggen og setet 48 inntil lukke-muffen 46 føres inn i stillingen som lukker forbindelsen mellom portene 40-42. Ytterligere trykk mot lukningspluggen og setet 48, for eksempel 350 kg/cm2, vil skjære ut monteringsskruene 49 og presse pluggen og setet ut av verktøy-boringen.

Den ytre foringsrørpakningen 34 kan være enhver anordning som gir en tetting av brønnens ringrom rundt produksjonsrørstrengen. Et vanlig eksempel på en foringsrørpakning frembringer en ekspanderbar elastomer-gummiring (eng: elastomer boot) rundt et indre rørlegeme. Et indre hull i rørlegemet blir koaksielt forbundet til produksjonsrørstrengen. Den ekspanderbare gummiringen festes til rørlegemet rundt omkretsen til de to periferikantene. Med dette skapes det et fluidtett kammer mellom rørlegemet og den indre flaten til den ekspanderbare gummiringen. Dette kammeret forbindes ved en tilbakeslags-ventilskontrollert kanal til det indre hullet i rørlegemet. Overtrykksfluid inne i rørlegemet vil således ekspandere gummiringen mot foringsrøret eller borehullsveggen.

Den trykkdrevne produksjonsventilen 36 er en innkoplingsanordning med en intern muffe plassert i en radiell avstand innover fra den ytre kappen for å definere et ringrom for fluidstrømning mellom den indre veggen til ventilkappen og den ytre veggen til muffen. Dette strømningsrommet knyttes til det indre hullet i ventilen ved en trykkettergivende struktur så som en trykkbristeskive eller-rørblad for å skape en ensrettet strømningsforbindelse.

Plugglandingskragen 38 er en forlengelse av produksjonsventilmuffen som fortsetter en åpen strømningsforbindelse med ringrommet i produksjonsventilen. Internt i landingskragen er det et nedpumpbart pluggsete.

Den ovenfor beskrevne produksjonsrørstrenganordningen senkes ned i borehullet 10 med pakningene 18 usatt og den ytre foringsrørpakningen 34 i ikke oppumpet tilstand. Portene 40 og 42 i sementeringsventilen 32 er lukket. Produksjonsstrømsilen 22 plasseres der det er ønskelig og en åpnende nedpumpingsplugg 50 plasseres i produksjonsrørstrengboringen for å bli pumpet av . brønnkompletteringssement ned i kontaktposisjon med landingskragen 38. Om ønskelig kan pluggen 50 også sendes nedihulls med vann eller annet brønn-bearbeidingsfluid. Med pluggen 50 festet på landingskrage-pluggsetet 38, økes fluidtrykket inne i produksjonsrørboringen mot åpningspluggen 50 for å pumpe opp pakningen 34. Dette blokkerer brønn ringrommet mellom produksjonssilen 22 og sementeringsventilen 32.

Deretter økes fluidtrykket i produksjonsrørboringen ytterligere for å for-skyve åpningsmuffen 44 og skape forbindelse mellom sirkulasjonsportene 40

og 42. Når sirkulasjonsportene har forbindelse, strømmer sement gjennom portene og opp ringrommet i borehullet rundt produksjonsrørene.

Det totale sementvolumet som er nødvendig for en gitt brønn beregnes vanligvis med betydelig nøyaktighet. Når den ønskede mengden sement er pumpet inn i produksjonsrørboringen, plasseres følgelig en lukkende nedpumpingsplugg 54 inn i hullet for å tette sementsøylen. Bak den lukkende nedpumpingspluggen 54 pumpes vann eller et annet hensiktsmessig brønn-bearbeidingsfluid for å fullføre sem entove rf øringen og feste den lukkende nedpumpingspluggen 54 mot sementeringsventil-pluggsetet 48. En trykkøkning, for eksempel 70 kg/cm<2>, i produksjonsrørboringen mot pluggen 54 og setet 48 gir en forskyvning av ventillukkemuffen 46 og stenger med det forbindelsen mellom portene 40 og 42. Deretter økes produksjonsrørhutlstrykket ytterligere, for eksempel til 350 kg/cm<2>, for å skjære ut holdeskruene 49 og frigjøre både setet 48 og lukkepluggen 54. Når den frigjøres, vil fritt stempelnaturen til plugg-og seteenhetene drives mot restsementsøylen som var isolert mellom den åpnende nedpumpingspluggen 50 og den lukkende nedpumpingspluggen 54. Trykk mot den lukkende nedpumpingspluggen 54 blir med det overført til restsementsøylen og således til den trykkdrevne produksjonsventilen 36. Dette trykket åpner permanent strømningspassasjen mellom produksjonsstrøm-ringrommet og produksjonsrørboringen. Fortsatt trykk mot restsementsøylen spyler restsementen gjennom den nyåpnede produksjonsventilen og inn i borehullet nedenfor pakningen 34.

På dette tidspunktet er brønnkompletteringsprosessen i det vesentlige fullført og brønnen er klar til produksjon. Noen operatører kan imidlertid velge å sende inn et sementkontamineringsfluid i produksjonssoneboringen for å sørge for en påfølgende fjerning av restsøylesementen fra borehullet.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn omfattende: (i) sammen-stilling av en brønnfluidproduksjonsstreng (16) med en trykkaktivert sementeringsventil (32), en utvendig foringsrørpakning (34) og en trykkaktivert produksjonsventil (36) operativt forbundet med produksjonsstrengen (16), (ii) posisjonering av produksjonsstrengen (16) i brønnen slik at et punkt for brønn-fluidinnløp er ved en ønsket brønnfluidproduksjonslokalisering, (iii) økning av trykket inne i produksjonsstrengen (16) for å blåse opp den utvendige forings-rørpakningen (34); (iii) økning av fluidtrykk inne i produksjonsstrengen (16) for å åpne den trykkaktiverte sementeringsventilen (32), og (iv) pumping av en ønsket mengde borehullssement ned produksjonsstrengen (16) og gjennom sementeringsventilen (32), karakterisert ved at: (a) levering av en lukkende nedpumpingsplugg (54) mot den trykkaktiverte sementeringsventilen (32); (b) økning av fluidtrykk for å lukke nevnte sementeringsventil (32); og (c) økning av fluidtrykk for å forflytte den lukkede nedpumpingspluggen (54), idet den lukkende nedpumpingspluggen (54) åpner produksjonsventilen (36) og spyler restsement ut av produksjonsventilen (36).

2. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved å serielt innrette sementeringsventilen (32), den utvendige foringsrørpakningen (34), og produksjonsventilen (36).

3. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved posisjonering av et pluggsete (48) nedihulls i forhold til sementeringsventilen (32).

4. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved posisjonering av et lukkepluggsete (56) tilstøtende produksjonsventilen (36).

5. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved levering av den lukkende nedpumpingspluggen (54) ved pumping av en av (i) sement og (ii) vann inn i produksjonsstrengen (16).

6. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved åpning av produksjonsventilen (36) ved å bryte bladelementer (38) (reed members) i produksjonsventilen (36).

7. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved en lukning av sementeringsventilen (32) ved sleiding av en hylse (46).

8. Fremgangsmåte for komplettering av en brønn i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved at sementeringsventilen (32) har en glidehylse (46) som lukker sementeringsventilen (32).

9. System for komplettering av en brønn omfattende: (i) en brønnfluid-produksjonsstreng (16) med en trykkaktivert sementeringsventil (32), en utvendig foringsrørpakning (34) og en trykkaktivert produksjonsventil (36) operativt forbundet med produksjonsstrengen (16), og som erkarakterise rt ved: (a) en lukkende nedpumpingsplugg (54) tilpasset for (i) å danne en tetning tilstøtende den trykkaktiverte sementeringsventilen (32) slik at økning av fluidtrykket i produksjonsstrengen (16) lukker sementeringsventilen (32); (ii) å bli forflyttet ved påføring av fluidtrykk; og (iii) å åpne produksjonsventilen (36) og spyle restsement ut av produksjonsventilen (36).

10. System for komplettering av en brønn i henhold til krav 9, ytterligere karakterisert ved at sementeringsventilen (32), den utvendige foringsrørpakningen (34), og produksjonsventilen (36) er innrettet i serie.

11. System tor komplettering av en brønn i henhold til krav 9, ytterligere karakterisert ved et pluggsete (56) plassert nedihulls i forhold til sementeringsventilen (32).

12. System for komplettering av en brønn i henhold til krav 9, ytterligere karakterisert ved et lukkeptuggsete (56) plassert tilstøtende produksjonsventilen (36).

13. System for komplettering av en brønn i henhold til krav 9, ytterligere karakterisert ved at produksjonsventilen (36) har et flertall bladventilelementer (78) som brytes ved påføring av fluidtrykk på disse.