NO327168B1 - Isolasjonssammenstilling til bruk i en bronn - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører feltet kompletteringer. Mer bestemt vedrører oppfinnelsen en innretning og en fremgangsmåte til en komplettering av en brønn ved bruk av en innvendig kompletteringsstreng.

US 6257332 beskriver et system som inkluderer en sensor og en styreanordning anbrakt i brønnen, et kontrollsystem anbrakt på overflaten, en kontinuerlig rørstreng som strekker seg ned i brønnen, og en leder anbrakt på den kontinuerlige rørstrengen. Lederen forbinder sensoren og styreanordningen til overflatekontrollsystemet for å tillate dette å overvåke nedihullsbetingelser og for å drifte styreanordningen som svar på nedihullsbetingelser. En annen leder kan også tilveiebringes langs den kontinuerlige rørstrengen for å lede kraft fra en strømforsyning på overflaten til styreanordningen. Lederne er foretrukket anbrakt i veggen til den kontinuerlige rørstrengen og kan være en elektrisk leder, optiske fibere, og/eller hydrauliske ledninger. Styreanordningen er foretrukket ustyrt med en sensor som verifiserer driften og status til anordningen og tilveiebringer verifiseringen til overflateprosessoren via lederen. Styreanordningene kan omfatte ventiler, glidehylser, chokes, filtre, pakninger og pumper. Systemet kan installeres gjennom produksjonsrøret til eksisterende brønner.

US 5808192 lærer et arrangement for kontinuerlig innsamling av nedihulls-informasjon fra en olje- eller gass-produserende brønn som omfatter et røropp-heng opphengt i produksjonsrøret over dets termiske ekspansjonsledd og nær produksjonspakningen. Et rør opphengt i hengeren strekker seg ned i produksjonssonene i brønnen. Røret bærer instrumenter for kontinuerlig overvåkning av lokale brønnforhold, idet instrumentsignalene bringes til toppen av brønnen gjennom instrumentkabler som går langs røret, gjennom hengeren og videre opp langs produksjonsrøret. Røret bærer også glideventiler som kan styres gjennom styreledninger og pakninger som følger langs banen til instrumentkablene. Disse glideventilene og pakningen tillater separat testing av individuelle produksjonssoner i brønnen.

US 5875852 angår en fremgangsmåte og tilknyttet apparat som tilveiebringer forbedret sikkerhet i undergrunnsbrønn-kompletteringer samtidig som andre produksjonsforhold kan adresseres effektivt og kostnadseffektivt. I en utførelsesform benytter en metode for å produsere en undergrunnsbrønn en isolasjonspakning som har et indre rør gjennom hvilket fluidoverføringslinjer og elektriske transmisjonslinjer på en praktisk måte kan installeres. En konfigurasjon av pakningen tillater at en overflatekontrollert sikkerhetsventil anbrakt under overflaten, en fluidegenskapssensor, injeksjonsdeler osv. blir installert under pakningen med de forskjellige ledningene som skal brukes anbrakt aksialt gjennom det indre røret.

Oljeselskaper forbedrer hele tiden sine utvinningssystemer for å produsere olje og gass mer effektivt og økonomisk fra kilder som stadig blir vanskeligere å utvinne, uten at dette skal øke kostnaden til forbrukeren i vesentlig grad. En relativt nylig utvikling for å øke produksjonen, er bruken av intelligente kompletteringer. Intelligente kompletteringer inkluderer generelt nedihulls overvåkningsinnretning og kontrollinnretninger som er fjernaktuerbare fra overflaten. Intelligente kompletteringer såvel som andre typer kompletteringer krever bruk av kontrolledninger (eksempelvis elektriske, fiberoptiske og hydrauliske ledninger og kombinasjoner av disse) som strekker seg gjennom brønnen til utstyr som er posisjonert i denne. Ruting av kontrolledningene er ofte et tema ved mange kompletteringer. Ved sandkontrollkompletteringer blir f.eks. kontrolledningen typisk kjørt sammen med sandskjermene, som deretter blir gruspakket. Når produksjonsstrengen kjøres og stikkes inn i mottakeren med polert boring (polished bore respectable, PBR) i sandskjerm-kompletteringen, må kontrolledningene som er installert sammen med sandkontrollutstyret forbindes til overflaten. Denne forbindelsen gjøres generelt med en våt forbindelse, hvilket generelt anses som uønsket.

I tillegg, så snart sandkontrollkompletteringen er gruspakket i brønnen, er den meget vanskelig eller umulig å fjerne. Utstyr som installeres i sandkontrollkompletteringen kan følgelig generelt ikke lett byttes ut.

Ved sandkontrollkompletteringer som har flere soner, er det ønskelig å sep-arere produksjonen fra og injeksjonen inn i de forskjellige sonene.

Det er også et behov for utbedringskompletteringer inne i allerede eksisterende kompletteringer, eller som en ekstra mulighet for nye kompletteringer.

I henhold til et første aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en isolasjons-sammenstilling til bruk i en brønn, der brønnen har en brønnboring som skjærer en formasjon, idet brønnboringen har en ytre komplettering. Sammenstillingen er kjennetegnet ved at den omfatter: en øvre tetning som har et legeme som definerer en produksjonspassasje forskjøvet fra senterlinjen til legemet og som danner en side av legemet tykkere enn den gjenværende delen av legemet, og en kontrolledningspassasje dannet gjennom den tykkere delen, idet den øvre tetningen er i tettende inngrep med den ytre komplettering;

en nedre tetning med en produksjonspassasje, i det den nedre tetning er i tettende inngrep med den ytre komplettering;

et rør som strekker seg gjennom den øvre tetningspassasjen og den nedre tetningspassasjen;

en ventil forbundet med røret mellom den øvre og den nedre tetning og som er i stand til å styre fluidstrømmen mellom røret og utenfor røret: og

en kontrolledning som strekker seg gjennom kontrolledningspassasjen i den øvre tetning og som er forbundet med ventilen.

Ifølge en utførelse tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse generelt en sandkontrollkomplettering hvor en innvendig komplettering kjøres inn i en sandskjerm. Den innvendige komplettering omfatter strømningskontrollutstyr såvel som kontrolledningen til overflaten. Andre utførelsesformer fremgår av de uselvstendige krav.

Andre trekk og utførelser vil fremgå av den følgende beskrivelse, tegning-ene og kravene.

Hvordan disse hensiktene og andre ønskede karakteristika kan oppnås, er forklart i den følgende beskrivelse og de ledsagende tegninger, hvor: fig. 1 viser en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, hvor det vises flere soner,

fig. 2 viser et forstørret parti av den foreliggende oppfinnelse på fig. 1,

fig. 3 viser en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse,

fig. 4 er et enderiss av en utførelse av en tetningssammenstilling ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 5 viser et tverrsnitt sett fra siden av en utførelse av en tetningssammenstilling ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 6 viser en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser en alternativ utførelse hvor en PBR er posisjonert mellom en skjerm og en sirkulasjonsventil.

Det skal imidlertid forstås at de vedheftede tegninger kun viser typiske ut-førelser av denne oppfinnelsen, og at de derfor ikke skal anses som begrensende for dens omfang, idet oppfinnelsen kan ha andre like virksomme utførelser.

I den følgende beskrivelse er det angitt tallrike detaljer for å tilveiebringe en forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Det vil imidlertid forstås av fagpersoner innen området at den foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene, og at tallrike varianter eller modifikasjoner fra de beskrevne utførelser, kan være mulig.

Selv om figurene viser oppfinnelsen brukt i en flersone-komplettering, kan den foreliggende oppfinnelse brukes i en enkeltsone-komplettering. Videre kan den foreliggende oppfinnelse anvendes i enkelte av sonene (eksempelvis en av sonene) i en flersone-komplettering, hvis dette er ønskelig.

Med henvisning til fig. 1, strekker en brønn 2 som har et foringsrør 4 seg gjennom en flerhet av perforerte soner 6. Hver sone er komplettert med en sandskjerm-komplettering 10. Sandskjerm-kompletteringen 10 kan være som vist, eller det kan brukes andre sandskjerm-kompletteringsmetoder og utstyr. I den viste utførelse omfatter sandskjerm-kompletteringen 10 en sumppakning 12 som har en mottaker 14 med polert boring (polished bore receptacle, PBR). Merk at PBR 30 kan være inkorporert i en separat del i kompletteringen. Av hensyn til enkelhet ved omtalen er den imidlertid her generelt beskrevet som festet til eller en del av pakningen. Sumppakningen 12 er plassert og satt i brønnen nedenfor en sone 6. En sandskjerm-sammenstilling 16, omfattende en sandskjerm 18 og en tetningssammenstilling 20 ved sin nedre ende, er festet til den nedre ende av en pakning 22. Sandskjerm-sammenstillingen 16 er posisjonert i brønnen med tetningssammenstillingen 20 i tettende inngrep med PBR 14 i sumppakningen 12. Pakningen 22 i sandskjerm-sammenstillingen 16, som også har en PBR 14, er satt, hvilket isolerer den tilhørende sone 6 mellom pakningene 12, 22.

Om ønskelig kjøres en servicestreng (ikke vist) inn i brønnen, og sonen 16 gruspakkes ved enhver ønsket fremgangsmåte. US-patent nr. 6.220.353, utstedt 24. april 2001, omtaler en gruspakke-prosedyre og tilhørende verktøy, og inkorporeres herved ved denne referanse. Andre fremgangsmåter til gruspakking av sonen 6 er kjent og kan brukes sammen med den foreliggende oppfinnelse.

Hvis brønnen har flere soner, kan de også kompletteres som beskrevet ovenfor. For eksempel stikkes tetningssammenstillingen 20 i en annen sandskjerm-sammenstilling 16 inn i PBR 14 i den forrige installerte sandskjerm-sammenstilling 16. Så snart pakningssammenstillingen 22 i den annen sandskjerm-sammenstilling 16 er satt, isolerer pakningene 22 i de to sandskjermsammenstillingene 16 den ytterligere, øvre sone. Den annen sone kan deretter gruspakkes. Ytterligere soner kan kompletteres på samme måte.

I en alternativ utførelse kan en sandskjerm-komplettering 10 i en brønn med flere soner, kompletteres som beskrevet i US-patentsøknad serienummer 09/631.859, innlevert 3. august 2000, som ved denne referanse herved inkorporeres. I denne utførelsen oppnås gruspakkingen ved hjelp av gjennomgående rør, slik at alt utstyret for sandskjerm-kompletteringen 10 for alle sonene kan installeres før gruspakkeoperasjonen utføres. Tilsvarende kan en sandskjerm-komplettering 10 for en brønn med flere soner kompletteres som beskrevet i US-patent nummer 6.311.772, utstedt 6. november 2001, som ved denne referanse herved inkorporeres, eller den kan kompletteres på andre kjente måter.

Ovenfor og nedenfor hver av sandskjermene 18 er det en innvendig

PBR 30. Merk at, istedenfor å tilveiebringe innvendige PBR'er 30 ovenfor og nedenfor hver sandskjerm 18 i hver sandskjermsammenstilling 16 i en brønn 2 med flere soner, kan hver sandskjermsammenstilling 16 ha en innvendig PBR 30 nedenfor sandskjermen 18. Den samlede komplettering har imidlertid minst én PBR 30 mellom sonene i brønnen. Den innvendige PBR 30 i de to sandskjermsammenstillinger 16 tilveiebringer isolasjon av den nederste av de to sandskjermsammenstillinger 16. Den øverste sandskjermsammenstillingen 16 i sandkontrollkompletteringen 10 vil da ha en innvendig PBR 30 over sin sandskjerm 18 for å sørge for isolasjon av den øverste sone. Bruken av en øvre og en nedre innvendig PBR 30 i hver sandskjermsammenstilling 16 tilveiebringer imidlertid en ekstra tetning og et mer pålitelig system. Sandskjermsammenstillingene 16 har generelt en sirkulasjonsventil 32 (fig. 7) over sandskjermen 18, hvilken brukes under gruspakking. Den øvre, innvendige PBR 30 tilveiebringer ekstra pålitelighet i tilfelle av lekkasje i sirkulasjonsventilen. Hvis en PBR 30 plasseres mellom sirkulasjonsventilen og sandskjermen 18, isoleres sirkulasjonsventilen fra produksjonen ved hjelp av PBR 30 så snart en komplettering 40 (omtalt nedenfor) settes på plass.

En komplettering 40 som er kjørt inn i brønnen 2 er innsatt i sandskjerm-kompletteringen 10. Tetningssammenstillinger42 i kompletteringen 40 sitter sammen med de innvendige PBR'er 30 for å isolere den eller de tilhørende soner. Strømning som kommer inn i ringrommet dannet mellom sandskjermen 18 og kompletteringen 40 reguleres med ventiler 44 i kompletteringen 40. Tetningssammenstillingene 42 og de innvendige PBR'er 30 sørger for regulering av strømningen gjennom ventilene 44. Kontrolledninger 46 strekker seg langs kompletteringen 40, gjennom tetningssammenstillingene 42, for å gi kraft og telemetri til ventilene 44 eller annet utstyr i brønnen 2.

I den viste utførelse omfatter kompletteringen 40 et produksjonsrør 50 (eller en strømningskanal (conduit)) som strekker seg til overflaten i brønnen 2. En sikkerhetsventil 52 og en pakning 54 er posisjonert i brønnen 2 rundt produksjons-røret 50 over sandkontrollkompletteringen 10. En tetningssammenstilling 42 som er festet til produksjonsrøret 50 sitter sammen med den øvre innvendige PBR 30. Nedenfor tetningssammenstillingen 42 er det en kontrollventil 44. En tetningssammenstilling 42 nedenfor kontrollventilen 44 sitter sammen med den innvendige PBR 30 nedenfor sandskjermen 18 i den tilhørende sone 6, for å isolere sonen. Tetningssammenstillingene 42 ovenfor og nedenfor en kontrollventil 44 og utstyret derimellom benevnes samlet en isolasjonssammenstilling 56. Fig. 2 viser en isolasjonssammenstilling 56. Selv om den her primært er beskrevet som at den isolerer en enkelt sone 6, kan en isolasjonssammenstilling 56 strekke seg over mer enn én sone 6, hvis dette er ønskelig.

En kontrolledning 46 går fra ventilen 44 og gjennom tetningssammenstillingen 42 til en posisjon ovenfor sandkontrollkompletteringen 10. Kontrolledningen 46 går vanligvis til overflaten, men kan gå til en nedihulls kontroller, en kraftforsyn-ing, eller telemetriutstyr, så som en induktiv kopler eller en akustisk sender. Eks-empler på kontrolledninger 46 er elektriske, hydrauliske, fiberoptiske, eller kombinasjoner av disse. Annet utstyr kan også være anordnet i isolasjonssammenstillingen 56 eller et isolert parti som krever at det går en kontrolledning 46 til denne. For eksempel kan kompletteringen 40 ha intelligente kompletteringsinnretninger så som måleinstrumenter, sensorer, ventiler, samplingsinnretninger, temperatursensorer, trykksensorer, strømningsmengde-måleinnretninger, olje/vann/gass-forholds-måleinnretninger, avleiringsdetektorer, aktuatorer, låser, utløsningsmekanismer, utstyrssensorer (eksempelvis vibrasjonssensorer), sanddetekteringssensorer, vanndetekteringssensorer, dataregistratorer, viskositetssensorer, tetthetssensorer, boblepunktsensorer, sammensetningssensorer, resistivitetsmønsterinnretninger og -sensorer, akustiske innretninger og sensorer, andre telemetriinnretninger, nær-infrarøde sensorer, gammastråledetektorer, H2S-detektorer, C02-detektorer, nedihulls hukommelsesenheter, nedihulls kontrollere, lokaliseringsinnretninger, og andre nedihulls innretninger. I tillegg kan kontrolledningen 46 i seg selv omfatte en intelligent kompletteringsinnretning, eksempelvis en fiberoptisk ledning som tilveiebringer funksjonalitet, så som temperaturmåling, trykkmåling og lignende. I et eksempel tilveiebringer den fiberoptiske ledning en fordelt temperaturfunk-sjonalitet, slik at temperaturen langs lengden av den fiberoptiske ledning kan bestemmes. Kontrolledningen 46 for slikt utstyr ville også gå gjennom tetningssammenstillingen 42.

I en brønn med flere soner, så som den som er vist på fig. 1, har kompletteringen 40 om ønskelig ytterligere isolasjonssammenstillinger 56 som korresponderer med tilhørende soner 6.

I en utførelse sikrer en lokaliseringsinnretning 60 korrekt innretting mellom kompletteringen 40 og sandkontrollkompletteringen 10. Et eksempel på en lokaliseringsinnretning er vist på fig. 1.1 dette eksemplet lander bunnen 62 av kompletteringen 40 på en skulder 64 som er forbundet til en nedre ende av sandkontrollkompletteringen 10.1 dette eksemplet er skulderen 64 posisjonert nedenfor sumppakningen 12. Tallrike andre typer av lokaliseringsinnretninger kan brukes.

Fig. 4 og 5 viser en mer detaljert illustrasjon av tetningssammenstillingen 42.1 mange tilfeller er de radiale begrensninger ved plassering av en komplettering 40 inne i sandkontrollkompletteringen 10 strenge. For å lette plassering av kontrolledningene 46 i den radialt begrensede plassen, kan tetningssammenstillingen 42 være eksentrisk med den primære produksjonspassasje 66 forskjøvet fra senterlinjen i tetningssammenstillingen 42. Et eksentrisk arrangement gir en relativt tykkere side som kontrolledningen(e) 46 kan gå gjennom. Kontrolledningene 46 går gjennom kontrolledningspassasjene som er anordnet i tetningssammenstillingens 42 hoveddel.

I en annen utførelse, vist på fig. 3, brukes kompletteringen 40 sammen med en allerede eksisterende komplettering 70 for å tilveiebringe et utbedringssystem. Som et eksempel er en komplettering 70, som beskrevet i US-patentsøknad nr. 09/732.134, innlevert 7. desember 2000, som herved inkorporeres ved denne referanse, anordnet i en brønn 2. I en utførelse har kompletteringen 70 en sandskjerm 18 med en gruspakning. Et hovedrør 72 i sandskjermen 18 er uperforert og avgrenser et strømningsringrom 74 mellom sandskjermen 18 og hovedrøret 72. Ringrommet står i forbindelse med en strømningskontrollventil 44 som regulerer strømmen fra ringrommet 74 inn i produksjonsstrengen 50.

I den foreliggende utførelse omfatter kompletteringen 70 videre et par innvendige PBR'er 30 som isolerer innløpet til produksjonsrøret (dvs. ventilens 44 port). For eksempel kan en innvendig PBR 30 være plassert nedenfor ventilen 44 og ovenfor sandskjermen 18. På denne måte, hvis ventilen 44 svikter, kan den låses i åpen stilling og en innvendig komplettering 40 kan kjøres inn i kompletteringen 70. Som i den tidligere beskrevne utførelse, kan tetningssammenstillingene 42 i kompletteringen 40 sitte sammen med de innvendige PBR'erfor å isolere den innkommende strømmen, som deretter kan reguleres med ventilen 44 i den innvendige komplettering 40. Dette systemet vil virke i andre situasjoner hvor det er et bestemt innstrømningsområde inn i produksjonsrøret, og det er ønskelig med en innvendig komplettering 40 for å regulere strømmen derigjennom, så som i tilfellet av utbedring.

Selv om den isolasjon som her er beskrevet skjer ved bruk av PBR'er og tetningssammenstillinger, kan andre typer isolasjonsinnretninger, så som pakninger og kopp-pakninger, brukes. I en utførelse kan en innvendig komplettering 40 ifølge den foreliggende oppfinnelse, brukes i en allerede eksisterende komplettering som ikke haren PBR. I denne utførelse bruker den innvendige komplettering innvendige pakninger 80 til å isolere mellom de forskjellige sonene. På denne måte kan det tilveiebringes en intelligent komplettering i en eksisterende brønn. Fig. 6 viser et eksempel på denne utførelse. På fig. 6 omfatter den allerede eksisterende komplettering en øvre pakning 22, en sandskjerm 18 i hver av sonene, og en pakning 22 som isolerer de to sonene. Den innvendige komplettering 40 omfatter en ventil 44 for hver av sonene og innvendige pakninger 80 for isolasjon av ventilene 44 fra hverandre. De innvendige pakningene 22 tetter mellom den innvendige strengen 82 og den allerede eksisterende komplettering. De innvendige pakningene 22 og ventilene 44 er slik posisjonert i brønnen, at strømningen fra hver av skjermene eller sonene er isolert fra strømningen fra andre skjermer eller soner (selv om en ventil om ønskelig kan brukes for flere soner). En kontrolledning 46 kan gå fra overflaten eller fra en nedihulls kontroller til hver av ventilene 44, slik at ventilens posisjon kan styres. Andre intelligente kompletteringsinnretninger kan også plasseres i den innvendige komplettering 40. Kontrolledningen 46 kan gå gjennom omløpsledninger i de innvendige pakninger 80, som kan være eksentriske for å tilveiebringe ekstra område for gjennomføring av kontrolledningene 46.

Når en innretning her er beskrevet som at den tilveiebringer en tetning, kan det skje noe lekkasje gjennom tetningen. En tetning inkluderer således en anordning som hovedsakelig begrenser strømningen. Uttrykket "tetning" som det her er brukt, viser generelt til tetningssammenstillinger, pakninger, kopp-pakninger og andre isolasjonsinnretninger.

Bemerk også at i hver av de ovenfor beskrevne utførelser, kan sandskjermen 18 byttes ut med en foring forsynt med spalter som en alternativ form for sandkontroll. Uttrykket "sandkontrollinnretning" brukes generelt til å beskrive sandskjermer, foringer og andre typer strømningsrør (conduits) som brukes til å forhindre migrering av sand inn i produksjonen.

Claims (10)

1. Isolasjons-sammenstilling til bruk i en brønn (2), der brønnen har en brønnboring som skjærer en formasjon (6), idet brønnboringen har en ytre komplettering, idet sammenstillingen er karakterisert ved at den omfatter: en øvre tetning (42) som har et legeme som definerer en produksjonspassasje (66) forskjøvet fra senterlinjen til legemet og som danner en side av legemet tykkere enn den gjenværende delen av legemet, og en kontrolledningspassasje (46) dannet gjennom den tykkere delen, idet den øvre tetningen (42) er i tettende inngrep med den ytre komplettering (10); en nedre tetning (42) med en produksjonspassasje, i det den nedre tetning (42) er i tettende inngrep med den ytre komplettering (10); et rør som strekker seg gjennom den øvre tetningspassasjen og den nedre tetningspassasjen; en ventil (44) forbundet med røret mellom den øvre (42) og den nedre (42) tetning og som er i stand til å styre fluidstrømmen mellom røret og utenfor røret: og en kontrolledning (46) som strekker seg gjennom kontrolledningspassasjen i den øvre tetning (42) og som er forbundet med ventilen (44).

2. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre komplettering (10) omfatter en sandkontrollinnretning.

3. Sammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at sandkontrollinnretningen (16) er en sandskjerm (18).

4. Sammenstilling ifølge krav 2, karakterisert ved at sandkontrollinnretningen (16) er en foring forsynt med spalter.

5. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre tetning (42) er anbrakt mellom overflaten av brønnen (2) og formasjonen (6) og den nedre tetning (42) er posisjonert under formasjonen (6).

6. Sammenstilling ifølge krav 1, karakterisert ved at kontrolledningen (46) er en fiberoptisk ledning.

7. Sammenstilling ifølge krav 6, karakterisert ved at den øvre tetning (42) er anbrakt mellom overflaten av brønnen (2) og formasjonen (6) og den nedre tetning (42) er posisjonert under formasjonen (6).

8. Sammenstilling ifølge krav 7, karakterisert ved at den ytre komplettering (10) omfatter en sandkontrollinnretning.

9. Sammenstilling ifølge krav 8, karakterisert ved at sandkontrollinnretningen (16) er en sandskjerm (18).

10. Sammenstilling ifølge krav 8, karakterisert ved at sandkontrollinnretningen (16) er en foring forsynt med spalter.