NO325699B1 - Anordning ved sementeringsventil - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og en fremgangsmåte for å utføre sementeringsoperasjoner i en brønnboring omfattende foringsrør (2). Anordningen ifølge oppfinnelsen er særpreget ved at en sementeringsventil (1) er skjøtet inn mellom foringsrør (2), der sementeringsventilens (1) indre og ytre diameter er hovedsakelig lik foringsrørenes (2) indre og ytre diameter og der sementeringsventilens (1) mekaniske egenskaper tilsvarer eller overstiger foringsrørets (2) mekaniske egenskaper, der sementeringsventilen (1) omfatter en indre glidehylseventil (3) som i lukket posisjon stenger for et antall åpninger (4) gjennom et ytre rør (5) av sementeringsventilen (1) og som i en åpnet posisjon avdekker antallet åpninger (4), der glidehylseventilen (3) omfatter et utløsningsorgan (6) som krever en bestemt kraft for å bli utløst både fra den lukkede posisjon til den åpnede posisjon og omvendt, idet det på innsiden av glidehylseventilen (3) er anordnet inngrepsorganer (7) som et brønnkjøreverktøy (8) omfattende dertil motsvarende gripeorganer (9) kan gripe inn i.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for å utføre sementeringsoperasjoner ifølge ingressen til vedføyde selvstendige krav 1.

Under brønnkonstruksjon er det et krav fra Oljedirektoratet at foringsrør installert inne i et annet foringsrør må være trykktett før en borer gjennom bunnen av sist installerte foringsrør. Ved konvensjonelle sementeringsoperasjoner pumpes vanligvis sement gjennom en tilbakeslagsventil som er anordnet i bunnen av forings-røret. For å oppfylle trykkravene pumpes nok sement til at det står minimum 50 m med sement på utsiden og inne i foringsrøret. Sementen blir da testet innenfra mot kosteplugger, og med stengt tilbakeslagsventil i bunnen av foringsrøret. For å spare tid blir foringsrør testet mot våt sement, og dersom lekkasjer detekteres, trykkes ytterligere ny sement inn i lekkasjepassasjen og en ny trykktest gjennom-føres. Slike etterfyllingsoperasjoner er teknisk krevende og kostbare, og gir på ingen måte alltid et godt resultat.

For noen brønners vedkommende er det aktuelt å sette bunn av foringsrør i en bergart som har mindre trykk enn grunnere bergarter. Sementen som trykkes gjennom bunnen av foringsrøret vil gå letteste vei, i dette tilfellet nedover inn i den svake sonen på grunn av tyngdekraften. Man vil dermed ikke oppnå minstekravet på 50 m sement opp fra bunnivået.

For å oppnå et trykktett foringsrør er det vanlig å montere en sirkulær ventil skrudd på foringsrøret 50 m over bunnivået til foringsrøret. Det benyttes gjerne en trykk-operert ventil, idet en plugg pumpes ned til ventilen før sementen for å åpne ventilen samt en plugg bak sementen for å lukke ventilen. Ved hjelp av tyngdekraften eller ved hjelp av et påført trykk, stiger sementen opp til de påkrevde 50 m, slik at en ved trykktesting kan verifisere at foringsrøret er trykktett. Ulempen ved denne metoden er at ventilen må ha en veggtykkelse som gjør at ytre diameter overstiger foringsrørets ytre diameter. Rotasjonsmomentet som en slik ventil tåler, er også vesentlig lavere enn det som kreves for et foringsrør, slik at denne metoden ikke egner seg for applikasjoner der man må rotere foringsrøret for å "bore" røret til ønsket dyp. En slik ventils innvendige diameter vil gjerne også være mindre enn foringsrørets indre diameter, noe som er en stor ulempe. Tetningen på disse ventilene har vist seg å være upålitelige, og trykkrating er mindre enn for foringsrør-ene, noe som skaper et uønsket svakt punkt på foringsrøret.

Konvensjonelle sementventiler er videre beheftet med den ulempe at ventilmekanismen ikke er isolert fra brønnvæsken. Dette medfører at brønnvæske og eventuelt sement trenger inn i ventilmekanismens bevegelige deler, øker friksjonen, tetter igjen sementporter og/eller støper fast pakninger. Dette gjør disse ventilene upålitelige. Videre er den konvensjonelle teknologi også kjennetegnet ved at man ikke får verifikasjon på boredekk om sementventilen virker eller ikke. Ventilene opereres ved å pumpe ned gummiplugger foran og bak sementen. Den første gummipluggen åpner ventilen ved å trykke på en hylseventil. Den andre gummipluggen stenger ventilen ved å pumpe en glidemuffe. Som følge av kompleksiteten i syste-met og at arbeidet foregår ved flere tusen meters dyp med høye pumperater, er det nesten umulig å se en trykkoppbygning som verifiserer åpning og stenging av en sementeringsventil. I tillegg anvendes viskøs, kompressibel, oljebasert bore-slam der det tar flere minutter å få se en trykkoppbygning på boredekk. Dette kan for eksempel medføre at man feilaktig tror at man har pumpet riktig mengde sement inn i ringrommet uten faktisk å ha gjort det. Senere kan dette føre til en ukontrollert utblåsning, noe som er svært alvorlig og kostbart.

Ved sementeringsoperasjoner anvendes ofte "mekanisk opererte" sementeringsventiler. Disse ventilene kan monteres hvor som helst på foringsrør og så mange som trengs for å få forseglet en brønn. Ventilen kan lages slik at indre diameter er lik foringsrørets indre diameter, og ytre diameter er lik foringsrørets koblingers ytre diameter. Dagens konvensjonelle løsninger på sementeringsventiler gir ikke den samme trykkrating som for foringsrør på grunn av liten veggtykkelse og mang-lende tetningsteknologi. De nevnte konvensjonelle løsningene benytter et åpne-og stengeverktøy, som anvendes for å plassere en planlagt mengde flytende sement eller annen type væske ut gjennom portene i sementeringsventilen for å oppnå ønsket trykktetning rundt foringsrør. Kjent teknologi åpner og stenger ventilen ved hjelp av en hylsetetning og porter i ventil ved å bevege borestreng opp og ned. Etter ferdig sementering stenges ventilen og en trykktest kan foretas av ventil og foringsrør. Borestrengen frigjøres fra sementeringsventilen ved å rotere borestrengen inntil et påmontert verktøy ikke lenger er låst inn i spor i sementeringsventilen. Det er også kjent å anvende en rotasjonsfri opp-ned-bevegelse i forbindelse med en friksjonslås for å åpne og stenge sementeringsventilen, idet et verktøy slipper taket i en profil på sementeringsventilen ved en gitt kraft.

Dagens konvensjonelle løsninger er beheftet med følgende ulemper: Rotasjonsmomentet er mindre enn foringsrørkoblinger og er ikke verifiserbar ved kalkula-sjon. Dette utgjør en risiko ved applikasjoner der en "borer" med røret som ventilen er montert på. Verst tenkelig scenario er at en ventil deler seg i to deler, slik at foringsrøret splittes. Trykkratingen for dagens konvensjonelle sementeringsventiler er vesentlig mindre enn trykkratingen til et foringsrør. Ingen av dagens konvensjonelle løsninger oppviser en på forhånd verifiserbar justert indikasjon ved repeterbar åpning og stengning eller noen indikasjon på hvilken posisjon den enkelte ventil befinner seg i eller av hvilken ventil som opereres. Dette gjør operasjonen kritisk, spesielt i brønner med stor brønnvinkel der det på grunn av vertikal og torsjo-nal friksjon er vanskelig å få verifisert rotasjon eller aksiale opp-ned-bevegelser ved overflaten. Mangel på verifikasjon gjør operasjoner kritisk ved at en kan risi-kere å pumpe sement på uønsket plass, med det verst tenkelige scenario at en sementerer fast en borestreng.

Andre kritiske situasjoner som kan oppstå med dagens konvensjonelle løsninger er at ventilen kan åpnes på en ukontrollert måte ved at en kjører utstyr forbi ventilen. Ventilene holdes lukket av friksjonskrefter, og da kun friksjonskrefter fra pakninger og O-ringer, noen som i mange tilfeller ikke er nok til å hindre at ventilen åpnes på uønsket vis. Videre omfatter dagens konvensjonelle løsninger ingen be-skyttelse mot at uønskede fluider og partikler kommer inn i ventilens kritiske deler, noe som lett kan bevirke til at ventilens funksjon blir satt ut av spill.

Slike sementeringsoperasjoner foretas gjerne gjentatte ganger, ettersom det i en brønn settes flere foringsrør inni hverandre, og hver gang et foringsrør avsluttes, må sementering foretas. Det er derfor viktig med utstyr som tillater repetisjon av åpne- og stengefunksjoner for sementblandingen. Videre er det viktig at rørenes ytre vegger er slette, og det er en forutsetning at rørveggene og at sementerings-ventilene ikke danner svake punkter i brønnen.

I sterkt avvikende (ikke vertikale) brønner vil tyngdekraften føre til at den pumpede sement vil fylle bunnen av ringrommet, og det oppnås vanligvis ingen pålitelig tet-ning mellom rørene i den øvre del åv ringrommet.

Det kan ofte være et problem at ventilen ikke er tett eller har kilt seg fast på grunn av at partikler har trengt seg inn mellom glidehylsen og det omkringliggende røret. Selv om glidehylsen er forsynt med tetninger, viser det seg ofte at partikler har trengt seg inn mellom glidehylsen og det omkringliggende røret. Tetningene kan dermed ødelegges og/eller partikler kan sørge for at ulike låsemekanismer som er anordnet mellom glidehylsen og det omkringliggende røret ikke fungerer eller fungere uoptimalt.

US 3,768,562 vedrører en sementeringsventil for å utføre sementeringsoperasjoner i en brønn, der sementeringsventilen omfatter en hylseventil som i lukket tilstand stenger for et antall åpninger og i åpen tilstand åpner for åpningene. Hylseventilen omfatter et utløsningsorgan som krever en bestemt kraft for å kunne åpnes eller lukkes. Utløsningsorganet aktiveres av et gripeorgan som krever en bestemt kraft for å kunne åpnes eller lukkes.

US 5,299,640 vedrører en sementeringsanordning omfattende sementeringsporter som kan åpnes og lukkes ved hjelp av en glideventil. Ventilen kan åpnes og lukkes ved hjelp av en drivanordning som aktiveres ved hjelp av dertil egnede, mottatte signaler.

Det finnes også andre tilfeller der en repeterbar åpning og lukking av en glidehylse som er anordnet i en brønnboring er av stor betydning. En slik glidehylse kan også anordnes i for eksempel et produksjonsrør og anvendes for å styre innstrømningen av produksjonsfluider i produksjonsrøret. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse kan også finne anvendelse i forbindelse med en slik innstrømningsbegrensningsanordning.

NO 923625 vedrører en innstrømningsbegrensningsanordning for styring av produksjonen i brønn, spesielt horisontale brønner. Innstrømningsbegrensnings-anordningene er anordnet slik at deres innløp står i forbindelse med et ringrom mellom et filter og dreneringsrøret og at deres utløp står i forbindelse med dreneringsrørets strømningsrom. En slik innstrømningsbegrensningsanordning kalles også gjerne en choke og benyttes for å regulere innstrømningen av fluider inn i dreneringsrørets strømningsrom, spesielt i horisontale brønner. Ved å regulere innstrømningen kan produksjonen optimaliseres og såkalt koning utsettes.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret anordning for å utføre sementeringsoperasjoner av et fdringsrør eller innstrømningsregulering i et produksjonsrør.

Ifølge foreliggende oppfinnelse løses noen av de ovennevnte problemer ved hjelp av en anordning som er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i det selvstendige patentkravets karakteristikk, idet andre fordelaktige og foretrukne utførelser er angitt i de uselvstendige krav.

Fig. 1 viser en utførelse av en ventil ifølge foreliggende oppfinnelse, der ventilen er

i lukket tilstand,

Fig. 2 viser et utsnitt A av fig. 1,

Fig. 3 viser et utsnitt B av fig. 1,

Fig. 4a og 4b viser henholdsvis et perspektivriss og et langsgående snitt av ut- førelsen vist på fig. 1, Fig. 5 viser en utførelse av en ventil ifølge foreliggende oppfinnelse, der ventilen er

i åpnet tilstand,

Fig. 6 viser et utsnitt C av fig. 5,

Fig. 7 viser et utsnitt D av fig. 5,

Fig. 8a-b og 9a-d viser eksempler på brønnkjøreverktøy som kan anvendes i for bindelse med foreliggende oppfinnelse, og Fig. 10a-e viser hvordan brønnkjøreverktøyet kan anvendes i en ventil ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 og 4 viser en utførelse av en ventil 1 ifølge foreliggende oppfinnelse. Ifølge denne utførelsen er én eller flere ventiler 1 skjøtet inn mellom foringsrørseksjoner eller produksjonsrørseksjoner 2 for derved å danne en ventilseksjon. Hver sementeringsventilseksjon har en indre og ytre diameter som i hovedsak er lik for-ingsrørenes eller produksjonsrørenes indre og ytre diameter, idet sementerings-ventilseksjonens eller produksjonsrørventilens mekaniske egenskaper med tanke på strekkstyrke, kompresjonsstyrke, trykktetthet osv. tilsvarer eller overstiger foringsrørets eller produksjonsrørets 2 mekaniske egenskaper. Ventilen 1 omfatter en indre glidehylseventil 3 som i lukket posisjon stenger for et antall åpninger 4 gjennom et ytre rør 5 av ventilseksjonen og som i en åpnet posisjon avdekker antallet åpninger 4. Glidehylseventilen 3 omfatter utløsningsorganer 6 som krever en bestemt kraft for å bli utløst både fra den lukkede posisjon til den åpnede posisjon og omvendt. Dette utløsningsorganet 6 kan omfatte en fjæranordning, klakk eller annen mekanisme som hindrer glidehylseventilen 3 i å åpnes eller lukkes på uønsket måte, idet utløsningsorganet 6 krever en forutbestemt kraft, for eksempel 10 eller 20 tonn for å utløse. På innsiden av glidehylseventilen 3 er det anordnet inngrepselementer 7, for eksempel i form av spor, utsparinger, vulster, knaster eller liknende, som et brønnkjøreverktøy 8 omfattende dertil motsvarende gripeorganer 9 kan gripe inn i.

Ifølge en foretrukket utførelse er det anordnet forseglingselementer 10, for eksempel i form av plugger, i åpningene 4 i det ytre rør 5 av ventilseksjonen, idet disse forseglingselementene 10 bidrar til å stenge ute uønsket materiale fra ventilmekanismen, for eksempel partikler, fluider og/eller sement som befinner seg i ringrommet på utsiden av forings- eller produksjonsrø ret 1, 2.

Videre kan forseglingselementene 10 omfatte trykkutliknende organer 11 som sørger for at trykkdifferensen over pluggen ikke blir for stort. Når glidehylsen 3 er i en lukket posisjon, vil det ifølge en foretrukket utførelse være anordnet et forseglet kammer 12 som er fylt med fluid, som eventuelt kan være trykksatt, som hindrer inntrengning av uønskede bore- og formasjonsfluider samt -partikler. Dette kammeret 12 er dannet mellom glidehylseventilen 3 og det ytre rør 5 av ventilseksjonen. De trykkutliknende organene 11 i pluggene 10 vil bidra til at trykkdifferansen mellom det trykksatte fluidet i kammeret 12 og det omgivende trykket ikke blir for høyt, noe som kan føre til at pluggen blåser ut og dermed eksponerer glidehylsen og tetningene for uønskede og skadelige partikler. Fluidet kan for eksempel omfatte en væske, gass eller en gel. Glidehylsen 3 vil i samarbeid med forseglingselementene 10 og fluidet som befinner seg i det forseglede kammer 12 og som eventuelt er trykksatt, beskytte alle bevegelige deler i ventilen når den ikke er i bruk, og dermed sikre at ventilen funger gjentatte ganger og/eller etter lang tids stillstand. Et eventuelt overtrykk i det forseglede kammer vil bevirke til at partikler ikke trenger inn gjennom tetningsringene som avgrenser forseglingskammeret.

Fluidet i det forseglede kammeret kan også omfatte et selvherdende materiale, der dette selvherdende materialet kan bringes til å herde for eksempel etter at glidehylseventilen 3 er blitt brakt til en permanent låst posisjon for dermed å danne en permanent forsegling og/eller låsing av glidehylseventilen 3. Herdingen av fluidet kan aktiveres ved at man fører inn eller frigjør et herdeaktiverende materiale i det forseglede kammer der fluidet befinner seg.

Det forseglede kammer kan konstrueres for å være vibrasjonsbestandig. Fluidet kan bidra til denne vibrasjonsbestandigheten ved for eksempel å velge en egnet viskositet. Dette kan bidra til å beskytte ventilen og de mekanismer og organer som befinner seg inne i det forseglede kammeret ved ekstreme vibrasjoner som dannes for eksempel ved boring eller ekstreme strømningsforhold.

Forseglingselementene 10 kan utgjøres av propper, innfelte luker, dreiehylser eller likende. For at for eksempel en propp ikke skal blåse ut av eller inn gjennom ventilåpningen 4, kan den utstyres med en membran eller annen trykkutliknende funksjon som sørger for at trykkdifferansen over forseglingselementet 10 blir for stort.

Ifølge en foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse er hver ventilseksjon forsynt med organer som gjør det mulig for brønnkjøreverktøyet 8 å detektere og/eller gjenkjenne den bestemte ventilseksjon. For lange forings- eller produksjonsrør 2 som trenger gjennom flere formasjonslag, vil man kunne ønske å anordne et antall ventilseksjoner i forings- eller produksjonsrøret 2 med varierende avstand fra hverandre. Det er da viktig at brønnkjøreverktøyet 8 kan detektere og/eller gjenkjenne en bestemt ventilseksjon. Detekterings- og/eller gjenkjenningsorganene kan omfatte magnetiske, elektroniske og/eller mekaniske detekterings- og/eller gjenkjenningsorganer.

Under bruk ved sementeringsoperasjoner vil man først anordne én eller flere sementeringsventilseksjoner 1 i foringsrøret 2 som så føres ned i brønnboringen. Etter at en bestemt foringsrørlengde er kjørt ned i brønnen, vil man kunne påbegynne sementeringsarbeidet. Etter å ha kjørt et brønnkjøreverktøy 8 som er anordnet på en borestreng ned i brønnen til en bestemt sementeringsventilseksjon 1, bringes brønnkjøreverktøyet 8 til å gripe inn i og åpne en glidehylseventil 3 ved å vektsette brønnkjøreverktøyet 8. Når en forutbestemt kraft er oversteget, aktiveres utløsningsorganet 6 og glidehylsen 3 åpnes. Brønnkjøreverktøyet 8 står i fluidforbindelse med overflaten og er ellers forseglet på hver side av sementeringsventilseksjonen 1. Åpning av glidehylseventilen 3 verifiseres ved at en vektindikator på overflaten viser at vekten på brønnkjøreverktøyet 8 har avtatt med en verdi som tilsvarer den forutbestemte utløsningskraft. Når åpning av glidehylseventilen 3 er verifisert, tilføres trykksatt sement gjennom brønnkjøre-verktøyet 8 til den åpnede sementeringsventilseksjonen. Den trykksatte sementen vil føres gjennom åpningene og inn i et ringrom som omslutter foringsrøret 2 dersom trykket på utsiden av åpningene 4 er mindre enn trykket i den trykksatte sement. Dersom ringrommet rundt foringsrøret 2 allerede er tilstrekkelig tett eller oppfylt, vil den trykksatte sement ikke komme noen vei og trykket i sementen som befinner seg i brønnkjøreverktøyet 8 vil stige. Dette overvåkes fra overflaten ved hjelp av en trykkindikator. Når ringrommet rundt denne seksjonen av foringsrøret 2 er oppfylt, trekkes glidehylseventilen 3 motsatt vei, idet vektindikatoren på overflaten igjen anvendes for å bekrefte at glidehylseventilen 3 faktisk er lukket. Det er et viktig aspekt at sementeringsventilen 1 fremdeles vil være operabel i ettertid av en slik innledende sementering. Man kan også anordne sementeringsventilseksjoner 1 som ikke anvendes ved den innledende sementeringen, men som man har i bakhånden for senere sementeringsarbeid dersom det skulle bli behov for det. Dersom man i ettertid finner ut at sementen på utsiden av foringsrøret 2 likevel ikke er tett, vil man igjen kunne åpne opp glidehylseventilen 3 ved hjelp av brønnkjøreverktøyet 8 og fylle på med mer sement. I denne sammen-heng er det derfor viktig at brønnkjøreverktøyet 8 kan finne og gjenkjenne en bestemt sementeringsventilseksjon 1. Dette oppnås ved hjelp av organer som gjør det mulig for brønnkjøreverktøyet å detektere og/eller gjenkjenne den bestemte sementeringsventilseksjon 1.

Det er et viktig aspekt ved oppfinnelsen at den gir større forutsigbarhet med tanke på å vite og forvente at ventilen 1 faktisk fungerer som tiltenkt. Ved å anvende det forseglede kammer ifølge foreliggende oppfinnelse, vil operatøren vite med større sikkerhet at ventilen 1 fungerer selv etter lang tids stillstand. Dette er ingen selvfølge med dagens konvensjonelle løsninger.

Claims (8)

1. Sementeringsventil for å utføre sementeringsoperasjoner i en brønnboring omfattende et foringsrør (2), der sementeringsventilen (1) er skjøtet inn mellom foringsrør (2), der sementeringsventilen (1) omfatter en indre glidehylseventil (3) som i lukket posisjon stenger for et antall åpninger (4) gjennom et ytre rør (5) av sementeringsventilen (2) og som i en åpnet posisjon avdekker antallet åpninger (4), der glidehylseventilen (3) omfatter et utløsningsorgan (6) som krever en bestemt kraft for å bli utløst både fra den lukkede posisjon til den åpnede posisjon og omvendt, idet det på innsiden av glidehylseventilen (3) er anordnet inngrepsorganer (7) som et brønnkjøreverktøy (8) omfattende dertil motsvarende gripeorganer (9) kan gripe inn i, karakterisert vedat det mellom glidehylseventilen (3) og det ytre rør (5) av sementeringsventilen (1) når glidehylsen (3) er i en lukket posisjon, er dannet et forseglet kammer (12) som er fylt med en trykksatt fluid som hindrer inntrengning av uønskede bore- og formasjonsf luider samt -partikler, idet det i åpningene (4) av det ytre rør av sementeringsventilen er anordnet forseglingselementer (10) som stenger ute eventuelle partikler, fluider og sement som befinner seg i et ringrom rundt foringsrøret (2).

2. Sementeringsventil ifølge krav 1, karakterisert vedat forseglingselementene (10) omfatter plugger som er anordnet i åpningene (4).

3. Sementeringsventil ifølge krav 2, karakterisert vedat forseglingselementene (10) omfatter trykkutliknende organer (11) som sørger for at trykkdifferansen over pluggen (10) ikke blir for stor.

4. Sementeringsventil ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat glidehylsen (3) i samarbeid med forseglingselementene (10) og eventuelt den trykksatte væske som befinner seg i det forseglede kammer (12), beskytter alle bevegelige deler i sementeringsventilen (1) når den ikke er i bruk.

5. Sementeringsventil ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver sementeringsventilen (1) er forsynt med organer som gjør det mulig for brønnkjøreverktøyet (8) å detektere og/eller gjenkjenne den bestemte sementeringsventil (1).

6. Sementeringsventil ifølge krav 5, karakterisert vedat detekterings- og/eller gjenkjenningsorganene omfatter magnetiske, elektroniske og/eller mekaniske detekterings- og/eller gjenkjenningsorganer.

7. Sementeringsventil ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat en vektindikator på overflaten viser om glidehylseventilen (3) er åpnet eller lukket.

8. Sementeringsventil ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat en trykkindikator på overflaten viser hva trykket til sement som er ført gjennom brønnkjøreverktøyet (8) og inn i den åpnede sementeringsventilen (1).