NO333101B1 - Anordning for gruspakking av en bronnboring som strekker seg gjennom en undergrunnssone, samt forbedret fremgangsmate for komplettering av en undergrunnssone som en bronnboring strekker seg gjennom - Google Patents

Abstract

Det er utviklet forbedrede fremgangsmåter og anordninger for klargjøring av en undergrunnssone som en brønnboring trenger gjennom. De forbedrede fremgangsmåter omfatter hovedsakelig trinnene med anbringelse av en sandkontrollskjerm (for eksempel skjermer, gitterrør, perforerte foringer, ferdigpakkede skjermer etc.) og en ytre kappeanordning montert over sandskjermen i brønnboringen nær ved en sone som skal klargjøres der kappen har perforerte og tette (ikke perforerte) segmenter og der de tette segmenter tilsvarer valgte intervaller av brønnboringer, for eksempel problemsoner som for eksempel skiferstrekninger eller isolerte soner der strømmer er begrenset med mekaniske tetninger eller pakkere og initiering av partikkelformet materiale i brønnboringen, hvorved gruspakking finner sted uten hulrom i den gjenværende lengde av ringrommet mellom brønnboring og kappe. Det indre ringrom mellom kappen og skjermen danner en alternativ strømningsbane for oppslemninger når den skal ledes forbi blokkerte intervaller og fortsette med sin fremføring. Mekaniske tetninger eller pakkere kan benyttes i kombinasjon med kappen og den tilhørende sandskjerm. Fremgangsmåten kan også benyttes til å anbringe gruspakker i en foret og perforert brønn som er boret i sonen.

Description

Denne oppfinnelse angår forbedrede fremgangsmåter og anordninger for å komplettere brønner og mer bestemt angår den forbedrede fremgangsmåter og anordninger for gruspakking, frakturering eller frakturpakking av brønner for å skape alternative strømningsbaner og en innretning for omløp til omløp isolert eller problemsoner for å muliggjøre fullstendig grusfylling i resten av brønnboringen så vel som i omledningsområdet.

Komplettering av lange horisontale brønner er blitt mulige for å produsere hydrokarboner, særlig i dypvannsreservoarer. Gruspakking med skjermer er blitt benyttet for å få kontroll med sand ved komplettering horisontalt. En vellykket komplettert gruspakking i brønnboringens ringrom rundt skjermen så vel som i perforeringstunneler om disse finnes, kan styre produksjonen av formasjonssand og fine partikler og forlenge brønnens produktive levetid.

Gruspakking i forede hull krever at perforeringene eller frakturene strekker seg forbi enhver skade nær brønnboringen så vel som det ringformede området mellom den utvendige diameter (OD) for skjermen og den indre diameter (ID) av foringen blir tett pakket med grus. Se brosjyre: "Sand Control Applications", av Halliburton Energy Services Inc. som det her vises til som referanse for alle formål. Prosessen med utførelse av gruspakking i åpne hull krever bare at grusen pakkes tett i ringrommet mellom den utvendige diameter OD for skjermen og det åpne hull.

Flere teknikker for å forbedre ekstern plassering av gruspakking, enten med eller uten stimulering av fraktur, er blitt utviklet. Disse forbedrede teknikker kan utføres enten med en gruspakkeskjerm og andre ned-i-hullet-utstyr på plass eller før skjermen blir lagt over perforeringene. De foretrukne fremgangsmåter for pakking er enten 1) forhåndspakking eller 2) anbringelse av den eksterne pakke med skjermer på plass kombinert med en eller annen sort stimulering (syre-prepakking) eller med frakturering eller syrebehandling. Fremgangsmåten "syre-prepakking" er en kombinasjon av stimulering og prosedyre med sandkontroll for ekstern gruspakking (pakking av perforeringene med grus). Vekslende trinn med syre og grusoppslemning blir pumpet under behandlingen. Perforeringene blir renset og deretter "prepakket" med pakkesand.

Kombinasjonsfremgangsmåter kombinerer teknologier for både kjemisk konsolidering og mekanisk sandkontroll. Sandkontroll ved kjemisk konsolidering innebærer prosessen med initiering av kjemikalier i den naturlig ukonsoliderte formasjon for å danne korn-til-korn-sementering. Sandkontroll med harpiksbelagt grus innebærer anbringelse av harpiksbelagt grus i perforeringstunnelene. Harpiksbelagt grus blir som regel pumpet som en gel-/oppslemning. Straks den harpiksbelagte grus er på plass begynner harpiksen å danne et konsolidert grus filter og opphever dermed behovet for en skjerm som skal holde grusen på plass. Proppemiddelet som pumpes ved frakturbehandling kan konsolideres til en fast (men gjennomtrengelig) masse for å forhindre strøm av proppemiddel tilbake uten en mekanisk skjerm og for å hindre dannelse av formasjonssand. US patent nr. 5,775,425 som er tatt med som referanse for alle formål beskriver en forbedret fremgangsmåte for kontroll med de fine partikler som fremkommer ved en stimuleringsbehandling innbefattende trinnene med å frembringe en flytende suspensjon som inneholder en blanding av partikler som er belagt med en klebrig masse og pumping av suspensjonen inn i en formasjon for avsetning av blandingen i denne.

En kombinert frakturering og gruspakkeoperasjon innebærer pumping av grus eller proppemiddel inn i perforeringen med hastigheter og trykk som overskrider slipptrykket i formasjonen. Frakturer sørger for stimulering og forbedrer virkningsgraden ved gruspakkeoperasjonen ved eliminering av sandproduksjon. Fraktureringsoperasjonen skaper en viss "respenning" i formasjonen noe som har tilbøyelighet til å redusere sanddannelse. Se brosjyre: STIMPAC Service Brochure" av Schlumberger Limited, som her er tatt med som referanse for alle formål. De høye trykk som benyttes under frakturering sikrer avlekking inn i alle perforeringer, innbefattende de som ikke er koblet til frakturer og pakker disse godt. Frakturering og gruspakking kan kombineres i en enkel operasjon, mens en skjerm sitter i brønnen.

"Frakturpakking" (også betegnet som "HPF" for høypermeabel frakturering) benytter tip-screenout (TSO) utformningen som skaper en bred fraktur som er proppet med en høy sandkonsentrasjon i brønnboringen. Se M. Economides, L. Watters & S. Dunn-Norman, Petroleum Well Construction, ved 537-42 (1998) som her er tatt med som referanse for alle formål. TSO oppstår når tilstrekkelig proppemiddel er blitt konsentrert ved den forreste kant av frakturen for å hindre ytterligere forlengelse av frakturen. Straks vekst av frakturen er blitt stanset (det forutsettes at pumpeytelsen er større enn avlekkingen til formasjonen), vil kontinuerlig pumping utvide frakturen (øke frakturens bredde). Resultatet er korte, men usedvanlige brede frakturer. Frakturpakking kan utføres enten med en skjerm og en gruspakning anbrakt på plass eller i åpen foring ved bruk av en klempakning. Syntetiske proppemidler blir ofte benyttet for frakturpakking siden de er mer motstandsdyktige mot knusing og har høyere permeabilitet ved fastholdelse med høyt trykk.

Ved en typisk komplettering med gruspakking blir en skjerm anbrakt i brønnboringen og plassert i den sone som skal klargjøres. Skjermen er som regel forbundet med et verktøy som har en produksjonspakning og en tverrport og verktøyet er på sin side forbundet med en arbeidsstreng eller produksjonsstreng. Et partikkelformet materiale som som regel er siktet sand og som ofte betegnes på dette området som grus, blir pumpet i en oppslemning ned gjennom arbeidsstrengen eller produksjonsstrengen og gjennom kryssporten der det strømmer inn i ringrommet mellom skjermen og brønnboringen og inn i perforeringene hvis disse finnes. Væsken som danner oppslemningen lekker av inn i undergrunnssonen og/eller gjennom skjermen som er dimensjonert for å hindre sanden i oppslemningen i å strømme gjennom. Som et resultat blir sanden avsatt i ringrommet rundt skjermen der den danner en gruspakke. Størrelsen på sanden i gruspakken er valgt slik at dannelse av fine partikler og sand hindres i å strømme inn i brønnboringen som produserer fluider.

"Alfa-beta" gruspakketeknikken er blitt benyttet for å anbringe en gruspakke i et horisontalt hull. Se Dickinson, W. m.fl.; "A Scond-Generation Horizontal Drilling System" publikasjon 14804 som ble fremlagt ved 1986IADC/SPE Drilling Conference avholdt i Dallas, Texas i februar 10-12; Dickinson, W. m.fl.: Gravel Packing of Horizontal Wells, publikasjon 16931 fremlagt ved 1987 SPE Annual Technical Conference og Exhibition holdt i Dallas, Texas, i september 27-39; og M. Economides, L. Watters & S. Dunn-Norman, Petroleum Well construction, seksjon 18-9.3 i 533-34

(1998), og alle disse er her tatt med som referanse for alle formål.

Alfa-beta-metoden bruker hovedsakelig en saltoppløsning som bærervæske som inneholder lave konsentrasjoner av grus. En forholdsvis strømningshastighet benyttes for å transportere grusen gjennom arbeidsstrengen og gjennom kryssverktøyet. Etter å ha kommet ut gjennom kryssverktøyet, kommer oppslemningen av saltoppløsning-grus inn i det forholdsvis store ringrom mellom brønnboring og skjerm og grusen samler seg på bunnen av den horisontale brønnboring og danner en sanddyne. Etter hvert som høyden på det avsatte lag øker, blir tverrsnittet av strømningsområdet redusert, noe som øker hastigheten over toppen av sanddynen. Hastigheten fortsetter å øke etter hvert som sanddynens høyde vokser og inntil den minste hastighet som er nødvendig for å transportere grus langs toppen av sanddynen er oppnådd. På dette punkt blir ikke ytterligere grus avsatt og sanddynens høyde sies å være i likevekt. Denne likevektshøyde vil bli opprettholdt så lenge innføringshastigheten på oppslemningen og oppslemningens egenskaper forblir utforandret Forandring i innføringshastigheten på overflaten, oppslemningens konsentrasjon og saltoppløsningsinnhold eller saltoppløsningsviskositet vil etablere en ny likeveksthøyde. Innkommet grus blir transport over toppen av sanddynen som er i likevekt og eventuelt nå området med redusert hastighet ved den forreste ende av sanddynen som skrider fremover. På denne måte fortsetter avsetningsprosessen med å danne et lag i likevekt som skrider fremover som en bølgefront (alfa-bølge) langs brønnboringen i retning mot dennes fot. Når alfa-bølgen når enden av skyllerøret slutter den å vokse og grus som blir transport under kompletteringen begynner å fylle opp bakover i området mellom likevekstlaget. Etter hvert som denne prosess fortsetter vil en ny bølgefront (betabølge) gå tilbake til hælen av det hele. Under avsetningen av betabølgen foregår awanning av pakkingen hovedsakelig ved væsketap til ringrommet mellom skjerm og skyllerør.

Vellykket avendelse av alfa-beta-pakketeknikken avhenger av en forholdsvis konstant diameter på brønnboringen, strømningshastighet, konsentrasjon av grus, strømningsegenskaper og lave tap av fluidum. Fluidumtap kan redusere lokal fluidumhastighet og øke gruskonsentrasjonen. Begge vil øke likevektshøyden på det avsatte lag eller sanddynen. I tillegg kan fluidumtap oppstå mot formasjonen og/eller mot ringrommet mellom skjerm og skyllerør.

Nøkkelen til vellykket frakturpakking og gruspakking er mengden av grus som anbringes i frakturen, perforeringen og ringrommet mellom foring og skjerm. Dannelsen av broer i lange perforerte mellomrom eller meget avvikende brønner kan avslutte behandlingen for tidlig noe som fører til en redusert produksjon fra upakkede perforeringer, tomrom i den ringformede gruspakke og/eller redusert frakturbredde og ledningsevne.

US patent nr. 6,934,376 som det her vises til som referanse for alle formål beskriver en sandkontrollmetode som kalles CAPS™ for et konsentrisk ringformet pakkesystem utviklet av Halliburton Energy Services Inc. Se også Lafontaine, L. m. fl.: "New Concentric Annular Packing System Limits Bridging in Horizontal Gravel Packs", publikasjon 56778 som ble fremlagt i 1999 ved SPE Annual Technical Conference and Exhibition avholdt I Houston, Texas, oktober 3-6, og det vises til denne som referanse for alle formål. CAPS™ omfatter hovedsakelig trinn med anbringelse av en slisset foring eller en perforert kappe med en innvendig anbrakt sandskjerm i den sone som skal klargjøres, isolasjon av den perforerte kappe og brønnboringen i sonen og initiering av partikkelformet materiale i ringrommene mellom sandskjermen og den perforerte kappe og brønnboringen for dermed å danne pakning med partikkelformet materiale i disse. Systemet gjør det mulig for fluidum og sand å bli omledet eventuelle broer som kan dannes ved frembringelse av et flertall strømningsbaner via ringrommet mellom den perforerte kappe og skjermen.

CAPS™ anordningen består av en skjerm og skyllerør med tilføyelse av en utvendig perforert kappe. CAPS™ opplegget skaper en sekundær strømningsbane mellom brønnboringen og skjermen som lar grusoppslemningen passere forbi problemområder som for eksempel broer som kan ha dannet seg som resultat av for store forandringer i væsketap eller hullgeometri.

Strømmen blir delt blant de tre ringrom. En grusoppslemning blir transport i de ytre to ringrom (brønnborings/kappe) og kappe/skjerm) og filtrert, mens sandfritt fluidum blir transportert i det indre ringrom (skjermhovedrør/skyllerør). Hvis enten brønnborings/kappe eller kappe/skjerm-ringrommet blir sperret, blir strømmen omledet til det ringrom som forblir åpent.

Av tidligere kjent teknikk, skal det også vises til US patent nr. 6,220,345 Bl, som beskriver en anordning og fremgangsmåte for komplettering og/eller gruspakking av en undergrunnssone som en brønnboring trenger gjennom for å skape en omledningsinnretning for omledning ved et valgt intervall av sonen.

Et problemområde i horisontale gruspakninger er muligheten for å lede det hele utenom problemsoner som for eksempel skiferstrekninger. Horisontale kompletteringer inneholder ofte skifersoner som kan være kilder til fluidumtap og/eller forstørrede hulldiametere med senere potensielle problemer ved utførelse av gruspakking. I tillegg kan skifersonene komplisere valg av den rette størrelse på wireskjermen. Et annet mulig problem ved skifersoner er utvasking og sammenbrudd i hullet etter at skjermen er plassert. Utvasking av skifer i brønnboringer med åpne hull eller ustabile formasjonsmaterialer kan føre til for tidlig utskilling under behandling av gruspakken og etterlate seg en stor del av brønnboringens hulrom upakket eller tomt.

Komplettering av horisontale brønner som åpne hull gir operatøren liten eller ingen mulighet til å utføre diagnosearbeid eller hjelpearbeid. Mange horisontale brønner som har vært i produksjon i mange år støter nå på produksjonsproblemer som kan føres tilbake til mangel på kontroll med kompletteringer. Hovedårsaken til alternative kompletteringer av brønner er at åpne hull ikke byr på muligheter for fleksibel soneisolasjon og fremtidig brønnstyring. Egenskapene ved formasjonsarten er noe som først må tas i betraktning når det gjelder å bestemme hvorledes en horisontal brønn skal klargjøres. I en formasjon som ikke er konsolidert blir sandproduksjonen ofte et problem.

En utførelse av komplettering for horisontale brønner innbefatter bruk av oppslissede eller hele foringer eller sandkontrollskjermer adskilt med eksterne foringspakninger (ECP). I alminnelighet blir pakninger hydraulisk ansatt mot formasjonsveggen. Imidlertid ville gruspakkeoperasjoner være umulig fordi de eksterne foringspakninger blir stengsler som blokkerer strømningsbanen for grusoppslemning. Anbringelse av grus i sonene under den isolerte sone blir hindret.

Det foreligger således behov for forbedrede fremgangsmåter og anordninger til komplettering av brønner særlig når det gjelder brønner med åpent hull der det kan oppstå utvaskingsproblemer og vanskeligheter med fleksibilitet for soneisolasjon og brønnadministrasj on.

Foreliggende oppfinnelse går ut på forbedrede fremgangsmåter og anordninger for komplettering av brønner som imøtekommer de behov som er beskrevet ovenfor og overvinner manglene ved teknikkens stand.

I henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en fremgangsmåte til brønnkomplettering der en foring eller en kappeanordning med perforerte og tette (dvs. ikke-perforerte) segmenter i tilknytning til en sandkontrollskj erm er installert i kombinasjon med eksterne foringspakninger for å skape alternative strømningsbaner og muligheter for plassering av grus for sandkontroll. Kappeanordningen benyttes til å skape alternative strømningsbaner for grusoppslemningen for å kunne passere problemsoner som for eksempel skiferstrekninger eller isolasjonssoner der strømningene er begrenset eller hindret av mekaniske tetninger eller pakninger.

De tette seksjoner av kappen som svarer til de isolerte soner eller steder der utvaskingsproblemer muligens kan oppstå skal forbli blanke eller uperforerte. Som alternativ kan i det vesentlige tette seksjoner benyttes selv om de inneholder et redusert antall perforeringer eller perforeringer som er dimensjonert og plassert slik at for stort væsketap til formasjonen blir unngått.

Ved bruk av anordningen ifølge oppfinnelsen sammen med et ikke-perforert kappesegment omgitt av isolasjonsinnretninger som for eksempel utvendige foringspakninger (ECP'er), en innretning til omledning som for eksempel en konsentrisk omledning kan anbringes inntil en skifersone med perforerte kappesegmenter (og brønnboring/kappe og kappe/skjermringrom) over og under.

De foreliggende fremgangsmåter kan kombineres med andre teknikker så som forhåndspakking, frakturering, kjemisk konsolidering etc. Fremgangsmåtene kan anvendes på tidspunktet for kompletteringen eller senere i brønnens levetid. Den ukonsoliderte formasjon kan fraktureres før eller under innføringen av det partikkelformede materiale i den ukonsoliderte produserende sone og det partikkelformede materialet kan være belagt med herdbar harpiks og bli avsatt i frakturene så vel som i ringrommet mellom sandskjermen og brønnboringen.

Anordningen og fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved de i krav 1 og 4 respektivt angitte trekk, mens fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Andre formål, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil være klar for fagfolk på området etter gjennomgåelse av beskrivelsen av foretrukne utførelser som følger, i tilslutning til tegningene. Figur 1 viser et snitt gjennom en anordning som følger prinsippene ved foreliggende oppfinnelse og omfatter en sandkontrollskjerm, et skyllerør og en utvendig kappe med perforerte og hele segmenter (hele segmenter er ikke vist på figur 1) i en åpenhulls brønnboring ved en produksjonssone. Figur 2 viser skjematisk en anordning i følge prinsippene ved foreliggende oppfinnelse i en åpenhulls brønnboring og gjengir et tett segment av kappeanordningen som lar en strøm av oppslemning passere et uhindret område som skyldes utvasking eller ustabile formasj onsmaterialer. Figur 3 viser skjematisk bruk av kappeanordning med perforerte og tette segmenter i gruspakking av et langt stykke av en horisontal brønn med isolerte soner. Figur 4 viser et snitt gjennom en gruspakking i ringrommet brønnboring/kappe og kappe/skjerm ved en produksjonssone ifølge fremgangsmåter ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 5 viser et snitt gjennom gruspakking i ringrommet mellom et tett segment av kappeanordningen og sandkontrollskj erm ved en sammenbrutt eller isolert sone i henhold til fremgangsmåter ved foreliggende oppfinnelse. Figur 6 er en tabell som viser de resultater som er oppnådd for prøver i en hundremeters isolasjonsmodellprøveanordning som ble benyttet for å vise virkningsgraden ved pakking av områder over og under en isolert seksjon som simulerer skifer som bryter sammen, i henhold til fremgangsmåter ved foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse går ut på forbedrede fremgangsmåter og anordninger for komplettering av brønner innbefattende gruspakking, frakturering eller frakturpakkeoperasjoner for å komme utenom problemsoner som for eksempel skiferstrekninger eller andre soner det er behov for å isolere der strømninger er begrenset eller sperret av mekaniske tetninger eller pakninger. Fremgangsmåtene kan utføres i enten vertikale, hellende eller horisontale brønnboringer som har åpent hull eller har foring sementert fast. Hvis fremgangsmåten skal utføres i en foret brønnboring er foringen perforert for å skape fluidumforbindelse med sonen.

Siden foreliggende oppfinnelse angår horisontale og skråttstilte brønnboringer, er uttrykkene "øvre" og "nedre" og "topp" og "bunn" som her benyttes, relative uttrykk og skal bare angå de respektive stillinger i en bestemt brønnboring, mens uttrykket "nivåer" skal betegne de respektive posisjoner i avstand fra hverandre langs brønnboringen.

Det vises til tegningene der figur 1 viser en sandskjerm 16, skyllerør 14 og ytre kappe 20 installert i en åpenhulls brønnboring 12 ved en produksjonssone 33 (vist på figur 3) slik at et ringrom 26 dannes mellom skjermen 16 og kappen 20. Den ytre kappe 20 har en slik diameter at når den er anbrakt i brønnboringen 12 dannes det et ringrom 28 mellom denne og brønnboringen 12.

Sandskjermen 16 har en "kryssdel" (ikke vist) koblet til sin øvre ende og den er hengt opp fra overflaten på et rør eller en arbeidsstreng (ikke vist). En pakning (ikke vist) er festet til kryssdelen. Kryssdelen og pakningen er vanlige verktøy for forming av gruspakning og er velkjent for fagfold på området. Pakningen blir benyttet for å tillate fluidum/oppslemning å krysse fra arbeidsstrengen til ringrommet brønnboring/skjerm under pakking. Kryssdelen danner kanaler for sirkulasjon av proppmiddeloppslemning til utsiden av skjermen 16 og retursirkulasjon av fluidet gjennom skjermen 16 og opp gjennom skyllerøret 14. Skyllerøret 14 er festet til serviceverktøyet for gruspakking og blir kjørt inne i skjermen 16. Skyllerøret 14 blir benyttet til å drive fluidum rundt bunnen av skjermen 16.

Skjermen 16 er dannet av et perforert hovedrør 17 som en wire 18 er viklet rundt.

Uttrykket "skjerm" er her benyttet generisk og menes å innbefatte og dekke alle typer lignende strukturer som er vanlig benyttet ved brønnkompletteringer med gruspakking som tillater strøm av fluider gjennom "skjermen", mens den blokkerer strøm av partikler (for eksempel andre kommersielt tilgjengelige skjermer; slisser eller perforerte foringer eller rør; sintrede metallskj ermer; nettingsskj ermer; rør av netting; forhåndspakkede skjermer, radialt utvidbare skjermer og/eller foringer eller kombinasjoner av disse).

Skjermen 16 kan være av en enkel lengde som vist på tegningene eller kan omfatte et flertall av stort sett identiske skjermenheter som er koblet sammen med skrukoblinger eller lignende (ikke vist).

Figur 2 viser den ytre kappe 20 med perforerte og tette (ikke perforerte) segmenter henholdsvis 22 og 24 installert i en brønnboring 12 som har ustabile eller problemsoner 30 der utvaskingsproblemer kan oppstå (detaljer ved skjermen 16 er ikke vist på figur 2).

Perforeringer eller slisser 23 i de perforerte segmenter 22 kan være runde som vist på tegningene eller de kan være rektangulære, ovale eller av andre former. I alminnelighet når sirkulære slisser benyttes er de minst 6,35 mm i diameter og når det benyttes rektangulære slisser er de minste 6,35 mm brede og 12,7 mm lange.

På figur 2 er den ytre kappe 20 plassert i brønnboringen 12 slik at de tette segmenter 24 ligger hovedsakelig ved det ustabile stykket 30 i boringen 12. Det indre ringrom 26 mellom kappen 20 og skjermen 16 danner en alternativ strømningsbane for oppslemning for å komme forbi intervallet 30 og fortsette videre for plassering.

Figur 3 viser brønnboring 12 med isolerte soner 32 der strøm er begrenset eller blokkert med isolerende innretninger som for eksempel mekaniske tetninger eller pakninger som for eksempel utvendige foringspakninger eller isolasjonsverktøy 36. På figur 3 er den ytre kappe 20 installert i kombinasjon med utvendige foringspakninger 36 for å danne alternative strømningsplaner og en innretning for grusplassering for sandkontroll med ledning forbi de eksterne foringspakninger 36 og deres isolerende mellomrom.

Under drift blir sandskjermen 16 og den ytre kappe 20 satt sammen og senket ned i brønnboringen 12 på en arbeidsstreng (ikke vist) og plassert ved den sone som skal klargjøres. Grusoppslemning blir så pumpet ned gjennom arbeidsstrengen ut gjennom kryssdelen eller lignende og inn i ringrommet 26 mellom sandskjermen 16 og kappen 20. Strømningen fortsetter inn i ringrommet 28 mellom kappen 20 og brønnboringen 12 gjennom perforeringene 23 i det perforerte segment 22 av kappen 20. Hvis ringrommet

28 mellom brønnboring og kappe blir sperret, vil strømmen bli omledet blant de ringrom som forblir åpne. Tette segmenter 24 av kappen 20 tilsvarer de isolerte soner 32 eller ustabile intervaller 30 der utvaskingsproblemer kan oppstå i brønnboringen 12. Det indre ringrom 26 mellom kappe og skjerm danner en alternativ bane for oppslemningen som da kan passere forbi de blokkerte intervaller og fortsetter dit det skal. Figur 4 viser en gruspakning 38 i ringrommet 28 med brønnboring og kappe og ringrommet 26 mellom kappe og skjerm i en produksjonssone ifølge fremgangsmåtene ved foreliggende oppfinnelse. Figur 5 viser en gruspakning 38 i ringrommet mellom et tett segment 24 av kappen 20 og en sandskjerm 16 i en sone som er falt sammen eller isolert i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Vanlige sandkontrollskj ermer eller toppklasseskjermer som for eksempel POROPLUS™ skjermer som selges av Purolator Facet, Inc., Greensboro, North Carolina kan bli forhåndsinstallert i den eksterne kappe før de bringes til brønnområdet. Kappen danner beskyttelse på skjermen under transport. Skjermene kan også senkes ned i brønnboringen og settes inn i kappen på den vanlige måte. Kappen beskytter skjermen mot å komme i berøring med formasjons veggen og reduserer dermed faren for skade eller tilstopning.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes for plassering av en gruspakning i en foret og perforert brønn som er boret i en sone som ikke er konsolidert eller er dårlig konsolidert. I denne utførelse bringes det partikkelformede materialet til å bli ensartet pakket i perforeringene i brønnboringen og ringrommet mellom sandskjermen og foringen.

Dannelsen av en eller flere frakturer i den ukonsoliderte undergrunnssone som skal klargjøres for å stimulere produksjonen av hydrokarboner derfra er velkjent for fagfolk på området. Den hydrauliske fraktureringsprosess innebærer som regel pumping av en viskøs væske som inneholder suspenderte partikkelformede materialer i formasjonen eller sonen med en hastighet og et trykk hvormed frakturer oppstår i formasjonen. Den fortsatte pumping av fraktureringsvæske utvider frakturene i sonen og fører det partikkelformede materialet inn i disse. Frakturene blir hindret i å lukke seg ved tilstedværelse av det partikkelformede materialet.

Den undergrunnssone som skal klargjøres kan fraktureres før eller under initieringen av det partikkelformede materialet i sonen, det vil si pumping av bærevæsken som inneholder det partikkelformede materialet gjennom den perforerte kappe inn i sonen. Etter dannelse av en eller flere frakturer kan det partikkelformede materialet bli pumpet inn i frakturene så vel som inn i perforeringene og inn i de ringformede rom mellom sandskjerm og perforert kappe og mellom den perforerte kappe og brønnboringen.

For ytterligere å illustrere foreliggende oppfinnelse og ikke som noen begrensning, er de følgende eksempler gitt.

Resultatene fra forsøk med en modell på 12,2 meter med utvendig diameter på 26,9 centimeter og innvendig diameter på 21,8 centimeter har vist at kappeanordningen med perforerte og uperforerte segmenter i kombinasjon med avpakningsanordninger (for å simulere forholdene der strøm gjennom ringrommet mellom brønnboringens vegg og kappen er stengt for segmenter av kappen) gjør det mulig for gruspakking å finne sted i den gjenværende lengde av modellen uten tomrom. Det "avpakkede" segmentet simulerer forholdene der skifer eller ustabilt formasjonsmateriale blir utvasket og stenger strømmen av grusoppslemning i det ytre ringrom. Bruken av kappeanordning gjør det mulig for oppslemningen å fortsette strømning inne i ringrommet mellom kappen og skjermen slik at brønnboringen vil bli fullstendig pakket.

Seks storskalaprøver ved bruk av en 100 meter lang stålmodell med akrylvinduer ble utført for å vise effektiviteten ved den perforerte og uperforerte kappeanordning når det gjaldt å skape alternative strømningsbaner og konsentrisk omledning for omledning av en sone som er falt sammen og for også å muliggjøre fullstendig plassering av grus i resten av brønnboringen i det konsentriske omledningsområdet. Kappeanordningen består av en foring med perforerte og uperforerte segmenter som omgir skjermen og deler det ringformede rom mellom skjerm og brønnboring i to adskilte, men allikevel sammenkoblede ringrom. Under strømning gjennom det av disse ringrom som har størst tverrsnittareal danner de perforerte hull i foringen de mange alternative strømningsbaner som lar grusoppslemningen finne den bane som er minst motstand når den støter på begrensninger som skyldes sandbroer, avpakkede intervaller eller unormale tilstander i formasjonen.

Den simulerte brønnboring består av stålrørsegmenter med innvendig diameter på 15 centimeter og lengde på 6 meter som var føyd sammen med metallklemmer. Med en vegg som er 12,7 millimeter tykk kan modellen håndtere høye pumpetrykk. Sirkulære vinduer med 5 centimeters diameter og er anbrakt i stålseksjonen. En akrylhylse ble plassert inne i stålseksjonen og dannet dermed et vindu der personer gjennom dette kunne se strømmen av sand inne i modellen. Vindussegmentet på 30 centimeter ble anbrakt ved passende områder for å bidra til besiktigelsen av grusplasseringens fremgang.

Kappeanordningen blir laget av et PVC rør med 10 centimeters innvendig diameter. De perforerte segmenter hadde 12 hull pr. ti centimeter med hullstørrelse på 12,7

millimeter. Et slisset (slisser på 0,30 millimeter) PVC rør med en utvendig diameter på 73 millimeter og en innvendig diameter på 6,35 millimeter ble benyttet for å simulere en sandkontrollskj erm. Det slissede PVC rør ble kjørt gjennom største delen av lengden av brønnboringen med unntak av de første tre meter som simulerer et tett rør. Et skyllerør med utvendig diameter på 48,2 millimeter som også var laget av PVC rør ble satt inn i det slissede PVC rør. Formålet med bruken av PVC rør var å bidra til demontering av modellen etter hver prøve. Klemmene på den ytre stålmodell ble fjernet for å frilegge de tre lag av PVC rør. Det ble benyttet en sag for å kutte gjennom sanden og PVC rørene. Dette muliggjorde betraktning av pakkingens effektivitet ved hver forbindelse.

Modellen ble stilt opp slik at de første tre meter inneholdt en normal perforert kappeanordning. De midtre tre meter av modellen ble stilt opp ved bruk av en uperforert kappe for å danne en konsentrisk omledning forbi den simulerte skifersone. Isolasjonsringer ble anbrakt på hver side av den tette kappe for å tvinge oppslemningen til å strømme gjennom det ringrom som dannes av utsiden av det slissede PVC rør og innsiden av kappen gjennom denne sone. De massive avledningsanordninger ble installert på oppstrømssiden og nedstrømssiden av den isolerte seksjon med vinduer på oppstrømssiden og nedstrømssiden av de massive avløpsanordninger.

Viskosifisert bærerfluidum (11,35 kg/454 liter hydroksyetylcellulose {HEC}

geldannende middel) eller vanlig vann ble benyttet til å transportere grus inn i modellen. En grussandkonsentrasjon i en mengde på 1 gram/liter ble pumpet inn i modellen med en beregnet inngangsmengde på 3,1 BPM for å få til en effektiv strømningshastighet på 60 centimeter i sekundet i modellen.

Valget av hullstørrelse, hullmønstre og antall hull pr. meter i den perforerte kappe bør passe til bærefluidum som benyttes i en bestemt form for komplettering og også til hastigheten i ringrommet. De bør velges, ikke bare basert på effektiviteten ved dannelse av alternative strømningsbaner for fullstendig pakking av brønnboringens ringrom, men også basert på brønnens produksjonsegenskaper.

Resultatene fra prøvene er stilt opp på figur 6. Da grus ble innført i modellen, forplantet alfabølgen seg gjennom modellens første tre meter (som hadde den perforerte kappeanordning). Strømmen ble deretter kanalisert inn i den konsentriske tette kappeomledning i den isolerte seksjon av den andre tre meters seksjon via den perforerte kappe og fortsatte til enden av modellen. Betabølgen begynte ved det siste observasjonsvinduet og forplantet seg tilbake gjennom de siste tre meter av modellen. Den ble igjen kanalisert gjennom omledningen med den tette kappe av den isolerte seksjon og deretter tilbake ut fra den første isolasjonsring via den perforerte kappe og fortsatte tilbake for å komplettere pakkingen av de første tre meter.

Under hele grusinnføringen ble store lekkasjeanordninger åpnet for å la hvert lekkasjeområde ha et væsketap som ligger i området fra 10 til 20 prosent av den totale pumpemengde.

Det ble observert at grus ble vellykket plassert i de ønskede områder, det vil si på oppstrømssiden og nedstrømssiden av den isolerte seksjon og i den konsentriske omledning gjennom den isolerte seksjon. Etter at klemmene på modellen var fjernet og grus og PVC rør var kuttet opp ble det påvist en god pakning på oppstrømssiden og nedstrømssiden av den isolerte seksjon. En god pakning ble også påvist i ringrommet i den isolerte seksjons konsentriske omledning (det vil si mellom den tette kappes innvendige diameter og skjermrørets utvendige diameter).

Foreliggende oppfinnelse er dermed velegnet til å tilfredsstille formålene og skape de fordeler som er nevnt så vel som de som ligger i dette. Selv om mange endringer kan gjøres av fagfolk på området, ligger disse innenfor omfanget av oppfinnelsen slik den er definert i kravene.

Claims (13)

1. Anordning for gruspakking av en brønnboring (12) som strekker seg gjennom en undergrunnssone (30, 32,33) og lar et valgt intervall (30, 32) av sonen (30, 32, 33) bli omledet under gruspakkingen,karakterisert vedat den omfatter: en sandskjerm (16); og en kappe (20) som omgir sandskjermen (16), hvilken kappe (20) har en perforert seksjon (22) for fremføring av grusoppslemning til brønnboringen (12) og minst en tett seksjon (24) som tilsvarer det valgte intervall (30, 32) som skal omledes, hvorved et ringrom (26) blir dannet mellom sandskjermen (16) og kappen (20) og det fremkommer en alternativ strømningsbane for oppslemningen for omledning ved det valgte intervall (30,32) og for fortsettelse av oppslemningens plassering, og videre omfattende innretning for isolasjon av ringrommet (26) mellom den tette seksjon (24) av kappen (20) og brønnboringen (12).

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat isolasjonsinnretningen omfatter en pakning (36).

3. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat isolasjonsinnretningen omfatter en mekanisk tetning.

4. Forbedret fremgangsmåte for komplettering av en undergrunnssone (30, 32, 33) som en brønnboring (12) strekker seg gjennom,karakterisertved at den omfatter trinnene med: (a) anbringelse i brønnboringen (12) i sonen av en foring (20) som har minst en perforert seksjon (22) og minst en tett seksjon (24) der den minst ene tette seksjon (24) tilsvarer et valgt intervall (30,32) av brønnboringen (12); (b) anbringelse av en sandskjerm (16) i foringen (20) hvorved det dannes et første ringrom (26) mellom sandskjermen (16) og foringen (20) og et andre ringrom (28) blir dannet mellom foringen (16) og brønnboringen (12); og (c) injisering av partikkelformet materiale inn i det første ringrom (26) og inn i det andre ringrom (28) gjennom perforeringene (23) i foringen (16) hvorved partikkelformet materiale blir pakket i det første ringrom (26) og i det andre ringrom (28) i områdene over og under det valgte intervall (30,32) av brønnboringen (12).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat det partikkelformede materialet er sand.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat det partikkelformede materialet er kunstig proppemiddel.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat det partikkelformede materialet er belagt med et herdbart harpiksmateriale.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat brønnboringen (12) i undergrunnssonen (30, 32, 33) er en åpenhullbrønnboring.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat brønnboringen (12) i undergrunnssonen (30, 32, 33) har en foring (20) som er innsementert med perforeringen (23) gående gjennom foringen (20) og sementen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat brønnboringen (12) i sonen (30, 32,33) er horisontal.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat den videre omfatter trinnet med frembringelse av minst en fraktur i undergrunnssonen (12).

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat den videre omfatter trinnet med isolering av minst en del av det andre ringrom (28) mellom foringen (20) og brønnboringen (12) i det valgte intervall (30, 32).

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat det andre ringrom (28) mellom foringen (20) og brønnboringen (12) er isolert ved setting av en pakning (36) i brønnboringen (12).