NO333996B1 - Anordning og fremgangsmåte for å penetrere sement som omgir et rør sementert til en formasjon - Google Patents

Description

INNLEDNING

[0001] Den foreliggende oppfinnelse angår et apparat og en fremgangsmåte for gjennomtrenging eller penetrering av sement rundt et rør.

BAKGRUNN

[0002] En brønn som strekker seg gjennom geologiske formasjoner, kan brukes for leting etter og produsering av olje og/eller gass, vannproduksjon og/eller i geo-termiske anvendelser. Utbygging av en brønn omfatter vanligvis følgende trinn: å bore et brønn- eller borehull, å sette inn et stålrør eller stålforingsrør i brønnhullet og å sementere røret eller foringsrøret til formasjonen. Foringsrøret sørger for strukturell stabilitet, for eksempel ved å hindre at svak stein eller sand hules eller vaskes ut inn i borehullet. Når sementen er herdet, blir neste seksjon boret gjennom formasjonen i utstrekningen eller forlengelsen av det eksisterende røret eller foringsrøret. En liner eller foring blir deretter avhengt fra foringsrøret og sementert til formasjonen. Denne prosessen kan gjentas inntil brønnen har nådd den ønskede dybde. En brønn kan også omfatte seksjoner med uforet eller åpent borehull, seksjoner med foringsrør eller foring / kledning med sandskjermer eller -sikter, seksjoner omgitt av gruspakninger, osv., som er velkjente på fagområdet. Imidlertid, for formålene i den etterfølgende beskrivelse, vil kun brønn- eller borehull med en rørformet stålforing eller -kledning som er sementert til formasjonen, bli vurdert. Videre vil et foringsrør og en foring / liner bli i fellesskap referert til som et rør i den etterfølgende beskrivelse og de vedføyde krav. Med andre ord, vil det ikke gjøres noen forskjell / skille mellom et foringsrør og en foring / liner i det som følger.

[0003] For å muliggjøre væske- eller fluidstrøm fra formasjonen inn i brønn- eller borehullet, må stålrøret og sementen gjennomtrenges eller penetreres på dybder som svarer til et lag som inneholder olje og/eller gass, et vannførende sjikt (aquifer), e.l., heretter referert til som en produksjonssone. Konvensjonelt har perforeringen blitt utført ved bruk eller hjelp av en eksplosiv- eller sprengladning i en enhet kjent som en perforeringskanon. Eksplosiver eller sprengladninger krever imidlertid spesiell håndtering i henhold til strenge sikkerhetsregler da de kan skade formasjonen og de har andre ulemper. Derfor er det en tendens til å unngå eksplosiver eller sprengladninger når dette er mulig.

[0004] Når som helst etter penetrering, dvs. når en væske- eller fluidbane er blitt etablert mellom formasjonen og det indre av brønnhullet, kan produksjonssonen 'stimuleres' for å forenkle fluidstrømningen. Teknikker for stimulering av en sone innebærer hydraulisk frakturering, der hydraulisk trykk blir påført for å bryte opp sprekker i bergarten, samt sette inn sand eller annet kornet materiale i sprekkene. Når fraktureringstrykket blir fjernet, vil det granulære eller kornede materiale forbli eller være igjen i sprekkene og holde dem åpne. Kjente stimuleringsteknikker vil også omfatte injisering av syre, løsemidler, overflateaktive stoffer (surfaktanter), osv. for å redusere viskositeten til produksjonsfluidet eller adhesjonen / til-slutningen av produksjonsfluidet til den omkringliggende bergart.

[0005] US 7,775,285 B2, US 7,617,871 B2, US 7,422,060 B2 og US 7,387,165 B2 angir den nærmestliggende kjente teknikk på området. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å overvinne problemene med den kjente teknikk, og samtidig å beholde fordelene med de kjente teknikker og utstyr, særlig for å penetrere eller trenge inn i sementen som omgir et rør sementert til en formasjon uten bruk av eksplosiver / sprengladninger.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0006] Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav. Dette betyr også at alle viktige utførelsesformer og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå fra de medfølgende patentkrav.

[0007] I henhold til den foreliggende oppfinnelse, i et første aspekt, oppnås dette ved hjelp av en anordning / et apparat for penetrering av sement som omgir eller ligger rundt et rør sementert til en formasjon, hvor apparatet omfatter en boring gjennom rørveggen og en mellomliggende fluidkanal anordnet innenfor en innsats i boringen, idet en indre hylse kan være anordnet på den indre overflate av rør-veggen, der den indre hylse er bevegelig mellom en lukket stilling eller posisjon, hvor væske- eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er forhindret, og en åpen stilling eller posisjon, hvor væske- eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er tillatt, og hvor innsatsen er en stempelenhet som er bevegelig anordnet i boringen og er bevegelig i en aksial retning for boringen, der stempelenheten omfatter en herdet spiss på/ved en ytre ende og et stempel på/ved en indre ende, og der væske- eller fluidkanalen anordnes gjennom stempelenheten i nærheten av spissen. Boringen gjennom rørveggen 200 kan videre tilveiebringes i en retning vinkelrett til rørveggen. I en ytterligere utførelses-form, omfatter apparatet en substans med evne til å svelle når en væske blir tilsatt til denne, idet svellingssubstansen anordnes mellom stempelet og en indre vegg, og den indre veggen omfatter porter som blir åpnet eller lukket ved hjelp av den indre hylsen.

[0008] I et annet aspekt, vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for gjennomtrenging eller penetrering av sement som ligger rundt eller omgir et rør sementert til en formasjon, idet fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å tilveiebringe en boring gjennom rørveggen; å tilveiebringe et fluid eller væske fra et indre av røret gjennom en mellomliggende fluidkanal anordnet i en innsats i boringen, der fluidet er i stand til fjerne sement og/eller materiale fra innsatsen som omgir fluidkanalen, der fremgangsmåten, før trinnet med å tilveiebringe fluidet, videre omfatter trinnene med å tilveiebringe eller anordne en indre hylse på en indre overflate av rørveggen, å flytte eller bevege den indre hylsen fra en lukket stilling eller posisjon, hvor væske- eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er forhindret, til en åpen stilling eller posisjon, hvor væske- eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er tillatt, og å tvinge en herdet spiss fra det indre av rørveggen inn i sementen med tilstrekkelig kraft til å kunne forårsake et hulrom / en hulromsdannelse (groove) og/eller sprekker i sementen, hvor innsatsen er en stempelenhet anordnet i boringen, og fluidkanalen er anordnet gjennom stempelenheten i nærheten av spissen, og trinnet med å tvinge den herdede spissen inn i sementeringen / sementen kan omfatte anvendelse av hydraulisk trykk fra det indre av røret på et stempel som er fast eller stivt forbundet til/med spissen.

[0009] Trinnet med å tvinge den herdede spissen inn i sementen / sementeringen kan også omfatte trinnet med å åpne en væske- eller fluidkanal fra det indre av røret til en ekspanderbar substans som er anordnet mellom stempelet og en indre vegg og som er anordnet for å utøve en kraft på stemplet. Under forutsetning av at fluidet kan sørge for et slipefluid eller -væske eller tilveiebringe minst én kjemikalie som er i stand til å etse sement og/eller materialet i innsatsen. [0010] I en utførel-sesform vil hulrommet og/eller sprekkene sørge videre for et større angrepsområde eller -flate for fluidet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0011] Utførelsesformer av oppfinnelsen skal nå bli beskrevet med henvisning til de følgende tegningene, hvor:

[0012] Fig. 1 er et skjematisk tverrsnittsriss av en anordning eller apparat for gjennomtrenging eller penetrering av sement som omgir et rør sementert til en formasjon, der anordningen omfatter en fluidkanal innenfor en innsats;

[0013] Fig. 2 er et skjematisk tverrsnittsriss av en utførelsesform av oppfinnelsen;

[0014] Fig. 3 er et skjematisk tverrsnittsriss av en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0015] Tegningene er skjematiske og er kun ment å illustrere prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Derfor er tegningene ikke i riktig skala, og et antall detaljer er blitt utelatt for klarhetens / oversiktens skyld. Figur 1 illustrerer en utførelsesform av et apparat eller en anordning for gjennomtrenging eller penetrering av sementen 300 som omgir et rør 200 sementert til en formasjon 400. En boring 10 strekker seg gjennom rørveggen 200. I figur 1 strekker boringen seg gjennom rørveggen 200 i en retning som er perpendikulær eller vinkelrett på veggen, dvs. radielt med hensyn til røret. Imidlertid kan boringen 10 også strekke seg gjennom rørveggen 200 i en skrå eller skrånende retning. Boringen er forsynt eller utstyrt med en avtagbar forsegling 140 i nærheten av en ytre overflate av røret.

[0016] En mellomliggende væske- eller fluidkanal 102 innenfor en innsats 100 sørger i hovedsak for en væske- eller fluidbane gjennom rørets vegg. Imidlertid er diameteren til den mellomliggende fluidkanal betydelig mindre enn diameteren til boringen. Dette kan være nyttig i anvendelser hvor et antall eller en rekke porter skal åpnes, f.eks. av en fallkule eller droppball, og en liten trykkforskjell ønskes over hver port som svarer til boringen 10. Senere kan en slipevæske eller -fluid, for eksempel slam (slurry) for hydraulisk frakturering eller oppsprekking, slipe av innsatsen for å åpne fullt porten eller boringen. I en slik anvendelse, kan boringen bli foret 101 med et hardt materiale, f.eks. wolframkarbid (WC), keramisk materiale eller herdet stål, og innsatsen vil fremstilles eller lages av et mykere materiale, for eksempel et mykere stål eller annet metall, f.eks. aluminium. Denne metoden kan også brukes til å gjennomtrenge eller penetrere sementen rundt foringsrøret, slik som illustrert i figur 1.

[0017] En indre hylse 120 er anordnet på den indre overflate for rørveggen 200. Den indre hylse er bevegelig mellom en lukket stilling eller posisjon, hvor væske-eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er forhindret, og en åpen stilling eller posisjon, hvor væske- eller fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen er tillatt. Hylsen er anordnet for å kunne lukke boringen eller hullet under innkjøring, og kan roteres rundt eller alternativt forskyves aksielt langs rørets rotasjonsakse. I begge tilfeller, er minst én åpning i den indre hylse linjeført eller -stilt med boringen i den åpne stilling eller posisjon, og ikke linjeført i den lukkede, eller innkjørings-, stilling eller posisjon som er vist i figur 1-3.

[0018] Fig. 2 illustrerer en foretrukket utførelsesform av anordningen eller apparatet, hvor innsatsen 100 er en stempelenhet anordnet i boringen 10. Boringen er forsynt eller utstyrt med en avtagbar forsegling 140 i nærheten av en ytre overflate til røret. Stempelenheten kan forskyves i aksial retning for boringen 10, som svarer til den radielle retning av for røret. Når den indre hylse 120 beveges eller forflyttes til sin åpne stilling eller posisjon, kan hydraulisk trykk virke i den indre overflate for stempelet 110, dvs. til venstre på fig. 2. Det er lett å se at trykket og stempelflaten eller -området kan tilpasses, slik at stempelenheten tvinges radialt utover med hensyn til røret, dvs. til høyre på fig. 2, slik at den herdede spissen 105 penetrerer forseglingen eller tetningen 140 og gåren avstand eller strekning inn i sementen 300.

[0019] For å oppnå dette, omfatter stempelenheten en herdet spiss 105 ved en ytre ende fast forbundet med et stempel 110 ved en indre ende til boringen. Spissen kan være laget av et keramisk materiale, siden keramikk har en tendens til å tåle kompresjonskrefter ganske godt, selv om de er sprø og brytes eller knuses lett når de utsettes for strekkrefter. Alternativt kan spissen 105 være laget av herdet stål eller et annet egnet / passende materiale. Spissen er tilstrekkelig hard til å gjennomtrenge eller penetrere en avstand eller strekning inn i sementen og å tilveiebringe eller fremskaffe utruste et hulrom og/eller sprekker. Typisk er sementens trykkfasthet fra ca. 20,68 MPa (3000 psi) og oppover, og spissen blir tvunget inn i sementen med tilstrekkelig kraft for at trykket mot sementen under spissen vil bli større enn trykkfastheten. Den forstørrede overflaten til hulrommet og/eller sprekkene sørger for et angrepsområde eller -flate for en etsevæske eller slipefluid slik som beskrevet nedenfor. Dette fluidet leveres fra det indre av røret (til venstre på figurer 1-3) gjennom fluidkanal(er) 102 som er anbrakt gjennom stempelenheten til eller i nærheten av spissen 105.

[0020] Forseglingen eller tetningen 140 i figurer 1-3 er ment å beskytte boringen eller hullet under innkjøring. Denne kan være anbrakt som et lokk slik som det er illustrert. Alternativt kan tetningen eller forsegningen eller pakningen 140 være en del eller parti av rørveggen 200 med redusert tykkelse, eller en plugg laget av et egnet eller passende materiale, slik som plast eller harpiks. Spesielt skal spissen 105 i fig. 2 og 3 gjennomtrenge eller penetrere tetning / forsegling 140 uten å kreve for mye kraft, slik at tetningen 140 bør kun være i stand til å tåle de krefter som kan oppstå under den innkjøring (run-in).

[0021] Figur 3 ligner på figur 2 ved at den omfatter en stempelenhet inne i et hus.

I fig. 3, er en svellingssubstans 150 imidlertid anordnet mellom stempelet 110 og en indre vegg 103. Den indre vegg 103 er anordnet i boringen 10 stående overfor eller rettet mot den indre hylse 120. Den indre vegg 103 har porter eller væske-eller fluidkanaler 102 slik som omtalt ovenfor. Portene 102 kan åpnes av den indre hylsen 120, slik at væske kan tilføres til det svellende eller svellingsmateriale. Når væske tilføres, vil det svellende materiale utøve like krefter i motsatte retninger på den indre veggen 103 og stempelet 110. Derfor må den indre vegg 103 være i stand til å motstå kreftene som kreves for å drive spissen 105 inn i sementen 300.

[0022] I alle utførelsesformer ovenfor, er en væske eller fluid tilgjengelig eller anskaffet fra det indre av røret gjennom en mellomliggende væske- eller fluidkanal 102. Fluidet må kunne være i stand til å fjerne sement og/eller materiale fra en innsats som omgir fluidumskanalen. Slam eller slurry som inneholder sand eller keramiske partikler, slik som slam som brukes for hydraulisk frakturering, er kjent for å slipe av metallinnsatser og sement. Mengden av slipemateriale er proporsjonal med området eller arealet hvor slipefluidet tillates å tilvirke. Derfor pleier en liten hulromdannelse eller hulrom til å bli utvidet ved hjelp av abrasjonen eller slitasjen. Likeledes har sprukket sement en tendens til å slipes lettere enn fast sement. Alternativt kan fluidet være etsende / korroderende eller etsing. For eksempel er det velkjent at NaOH etser aluminium og kan dermed bli brukt til å fjerne innsatser laget av aluminium. Likeledes kan HCI benyttes for etsing av sementen 300 og/eller stimulering av en kalksteinformasjon. Åpenbart kan ulike væsker eller fluider brukes på ulike tidspunkter. Valget av passende eller egnede materialer og kjemikalier er kjent på fagområdet, og dermed etterlatt til fagmannen.

[0023] Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til visse utførelses-former, er omfanget av oppfinnelsen definert av de følgende patentkrav.

Claims (10)

1. Anordning for penetrering av sement (300) som omgir et rør (200) sementert til en formasjon (400), der anordningen omfatter: - en boring (10) gjennom rørveggen (200), og - en mellomliggende fluidkanal (102) i en innsats (100) inne i boringen (10), og erkarakterisert ved: en indre hylse (120) anordnet på en indre overflate for rørveggen (200), der den indre hylsen er bevegelig mellom en lukket posisjon, hvor fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen (10) er forhindret, og en åpen posisjon, hvor fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen (10) er tillatt, og hvor innsatsen (100) er en stempelenhet anordnet i boringen (10) og bevegelig i en aksial retning for boringen (10), der stempelenheten omfatter en herdet spiss (105) ved en ytre ende og et stempel (110) ved en indre ende, og fluidkanalen (102) er anordnet gjennom stempelenheten i nærheten av spissen (105).

2. Anordning ifølge krav 1, hvor boringen (10) gjennom rørveggen (200) er i en retning som er vinkelrett på rørveggen (200).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, hvor boringen er forsynt med en avtagbar tetning eller forsegling (140) i nærheten av en ytre overflate for røret.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor innsatsen (100) i boringen (10) er eroderbar ved hjelp av et slipefluid / abrasiv og/eller etsefluid.

5. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor innsatsen er anordnet i et hus (101) som er laget av et materiale som er mer motstandsdyktig mot slitasje / abrasjon og/eller korrosjon enn materialet til rør-veggen (200).

6. Apparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, videre omfattende en substans (150) som er i stand til å svelle når en væske blir tilsatt til denne, idet svellingssubstansen (150) er anordnet mellom stempelet (110) og en indre vegg (103), og den indre veggen (103) omfatter porter (102) som blir åpnet eller lukket ved hjelp av den indre hylsen (120).

7. Fremgangsmåte for å penetrere sement (300) som omgir et rør (200) sementert til en formasjon (400), der fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - å tilveiebringe en boring (10) gjennom rørveggen (200), - å tilveiebringe et fluid fra det indre av røret gjennom en mellomliggende fluidkanal (102) anordnet i en innsats (100) inne i boringen (10), der fluidet er i stand til å fjerne sement og/eller materiale fra innsatsen (100) som omgir fluidkanalen, der fremgangsmåten, før trinnet med tilveiebringelse av fluidet, videre erkarakterisert vedfølgende trinn: - å anordne en indre hylse (120) på en indre overflate for rørveggen (200), - å flytte eller bevege den indre hylse (120) fra en lukket posisjon, hvor fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen (10) er forhindret, til en åpen posisjon, hvor fluidforbindelse mellom det indre av røret og boringen (10) er tillatt, og - å tvinge en herdet spiss (105) fra det indre av rørveggen (200) inn i sementen med tilstrekkelig kraft til å forårsake et hulrom og/eller sprekker i sementen, hvor innsatsen (100) er en stempelenhet (110) anordnet i boringen (10), og fluidkanalen (102) er anordnet gjennom stempelenheten (110) i nærheten av spissen (105), og hvor trinnet med å tvinge den herdede spissen (105) inn i sementeringen omfatter anvendelse av hydraulisk trykk fra det indre av røret på stempelet (110) som er forbundet fast med spissen (105).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor trinnet med å tvinge den herdede spissen (105) inn i sementeringen omfatter åpning av fluidkanalen (102) fra det indre av røret til en ekspanderbar substans (150) som er anordnet mellom stempelet (110) og en indre vegg (103) og som er anordnet for å utøve en kraft på stempelet (110), hvor den indre veggen (103) omfatter porter (102) som blir åpnet eller lukket ved hjelp av den indre hylsen (120).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, hvor tilveiebringelsen av fluidet omfatter trinnet med å tilveiebringe et slipefluid.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 7-9, hvor tilveiebringelsen av fluidet omfatter trinnet med å tilveiebringe minst én kjemikalie som er i stand til å etse sement og/eller innsatsens materiale.