NO334088B1

NO334088B1 - Utvidbart rør

Info

Publication number: NO334088B1
Application number: NO20035510A
Authority: NO
Inventors: John Alasdair Macdonald Cameron
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2013-12-09
Also published as: WO2003027436A1; US20030056947A1; NO20035510D0; US20050173109A1; US6877553B2; CA2446115C; GB0324707D0; GB2392464A; CA2446115A1; US7048063B2; GB2392464B

Description

UTVIDBART RØR

Den foreliggende oppfinnelse vedrører brønnkomplettering ved bruk av utvidbare komponenter. Nærmere bestemt omhandler den foreliggende oppfinnelse en innret-ning for anbringelse av instrumenteringsledninger eller styreledninger i et brønnhull.

Hydrokarbonbrønner utformes typisk med et sentralt brønnhull som støttes opp ved hjelp av en stålforing. Stålforingen kler borehullet som under boringsarbeidet utformes i jorden. Dette skaper et ringområde mellom foringen og borehullet som fylles med sement for å gi ytterligere støtte og forme brønnhullet.

Enkelte brønner produseres ved å perforere brønnhullsforingen ved utvalgte dybder hvor det finnes hydrokarboner. Hydrokarboner vandrer fra formasjonen, gjennom per-foreringene og inn i det forede brønnhull. I noen tilfeller lar man et nedre parti av brønnhullet være åpent, det vil si at det ikke er kledd med foring. Dette er kjent som åpent hull-komplettering. I dette tilfellet vandrer hydrokarboner i en nærliggende formasjon direkte inn i brønnhullet, hvor de så føres til overflaten, typisk ved bruk av et kunstig løftesystem.

Kompletteringer i åpne hull fører med seg et potensial for større produksjon enn komplettering av et foret hull. De benyttes ofte i forbindelse med horisontalborede brønn-hull. Imidlertid innebærer komplettering av et åpent hull ulike farer når det gjelder fullstendigheten av det åpne brønnhull. I dette henseende er brønnhullet i et åpent hull åpent for inntrengning av sammenklumpet materiale, herunder sand. Sandpro-duksjon kan føre til en for tidlig svikt i det kunstige løftesystem og annet utstyr nede i brønnen og på overflaten. Sand kan bygge seg opp i foringen og produksjonsrøret og hindre strømning gjennom brønnen. Partikler kan presses sammen og slite på den omgivende formasjon slik at man får sammenbrudd i foringsrør og foring. I tillegg blir det vanskelig å håndtere og avhende produsert sand på overflaten. Til slutt fører åpne hull også med seg risikoen for at formasjonen skal bryte totalt sammen og falle inn i brønnhullet.

For å styre partikkelstrømmen fra løse formasjoner, brukes for eksempel ofte brønn-filtre nede i brønnen langs de uforede partier av brønnhullet. Én form for brønnfilter som nylig er utviklet, er det utvidbare sandfilter, kjent som Weatherford's ESS<®>verk-tøy. ESS<®>består i det store og hele av tre sammensatte lag, herunder et mellomlig-gende filtermedium. Filtermediet lar hydrokarboner trenge inn i brønnhullet, men filt-rerer ut sand og andre uønskede partikler. Sandfilteret er festet til et produksjonsrør i en øvre ende, og hydrokarbonene beveger seg til brønnens overflate via røret. I én nyere utforming utvides sandfilteret nede i brønnen mot den nærliggende formasjon for å bevare formasjonens fullstendighet under produksjonen.

En mer detaljert beskrivelse av et utvidbart sandfilter finnes i amerikansk patent nr.

5 901 789. Dette patent beskriver et utvidbart sandfilter som består av et perforert bærerør, et vevet filtermateriale og et beskyttende ytre deksel. Både bærerøret og det ytre deksel kan utvides, og det vevde filter plasseres typisk over bærerøret i lag som delvis dekker hverandre og glir over hverandre etter hvert som sandfilteret utvides. Sandfilteret utvides ved hjelp av et konusformet objekt som drives langsetter filterets innvendige boring, eller ved hjelp av et ekspansjonsverktøy med radialt utskyvbare ruller som drives ved hjelp av fluid fra en rørstreng. Ved bruk av ekspansjonsinnret-ninger som disse, utsettes sandfilteret for utadrettede radialkrefter som driver veggene i sandfilteret mot den åpne formasjon. Sandfilterkomponentene strekkes forbi sin elastisitetsgrense, hvilket dermed øker sandfilterets utvendige og innvendige diame-ter.

Den største fordelen med bruk av et utvidbart sandfilter i et åpent brønnhull som det som beskrives i dette skrift, er at når det først er utvidet, forsvinner stort sett ringområdet mellom filteret og brønnhullet, og dermed også behovet for en gruspakking. ESS<®>'en utvides typisk til et punkt hvor dens yttervegg utøver et trykk mot brønn-hullsveggen, hvilket dermed støtter opp brønnhullsveggen og forhindrer dislokasjon av partikler.

US 2001/00047871 Al vedrører verktøy og utstyr for bruk nedihulls. Nærmere bestemt gjelder nevnte publikasjon bruken av spiralviklet rør. Det beskrives et utvidbart rør eller sandfilter som består av bærerør, et vevet filtermateriale og et beskyttende ytre deksel.

Ved moderne brønnkomplettering ønsker operatøren ofte å benytte brønnverktøyer eller -instrumenter. Disse innbefatter glidehylser, neddykkbare elektriske pumper, nedihulls strupeventiler og ulike følerinnretninger. Disse innretninger styres fra overflaten via hydrauliske styreledninger, mekaniske styreledninger eller til og med fiber optisk kabel. Operatøren kan for eksempel ønske å plassere ut en rekke trykk-og/eller temperaturfølere hver tiende meter i et parti av hullet og forbinde disse ved hjelp av en fiberoptisk ledning. Denne ledning ville strekke seg inn i det parti av brønnhullet hvor det er plassert et utvidbart rør.

For å beskytte styreledningene eller instrumenteringsledningene plasseres ledningene typisk i små metallrør som festes utvendig på kompletteringsrøret og produksjonsrøret i brønnhullet. I tillegg er styreledningene i tilfelle av komplettering ved bruk av ikke-utvidbare gruspakkinger, blitt anbrakt i en rektangulær boks. Denne måte å anbringe styreledninger eller instrumenteringsledninger på kan ikke brukes i sammenheng med de nye utvidbare sandfiltre som nå er på markedet.

For det første vil styreledninger som befinner seg bak et utvidbart kompletteringsrør eller -verktøy, gripe forstyrrende inn i en viktig funksjon ved det utvidbare rør, nemlig å anordne en trang pasning mellom rørets ytterflate og formasjonsveggen (eller den omgivende foring). Dette gjelder spesielt med de rektangulære bokser som normalt brukes. Fravær av en trang pasning mellom yttersiden av det utvidbare rør og formasjonsveggen gir opphav til en vertikal kanal utenfor sandfilteret, hvilken gjør det mulig for formasjonsfluider å vandre mellom formasjoner, og til og med til overflaten. Dette vil i sin tur forårsake feilaktige avlesninger av trykk, temperatur eller annet fra brønn-instrumentene, spesielt når brønnen stenges for en periode.

Det eksisterer derfor et behov for beskyttende innkapsling av styreledninger eller instrumenteringsledninger, hvor denne innkapsling ikke er til hinder for utvidelsen av det utvidbare verktøy til en trang pasning mot formasjonsveggen (eller foringen). Det eksisterer videre et behov for en innkapsling som ikke etterlater en vertikal kanal utenfor det utvidbare rør når dette utvides mot formasjonsveggen (eller foringen). Videre eksisterer det et behov for en innkapslingsanordning som gir økt beskyttelse for styreledningene/fiberoptikken etter hvert som det utvidbare rør utvides mot en brønnhullsvegg, enten brønnhullet er foret eller åpent.

I henhold til ett aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det anordnet en utsparing i en vegg i et utvidbart rør, hvor utsparingen omfatter minst én buet vegg og utgjør et hus for én eller flere instrumenterings- og/eller styreledninger. Instrumenterings-og/eller styreledningene kan innbefatte én eller flere styreledninger, instrumenteringsledninger, fiberoptikk og nedihulls følere.

Ytterligere foretrukne trekk settes frem i krav 2 ff.

Den foreliggende oppfinnelse anordner en utsparing for anbringelse av instrumenteringsledninger, styreledninger eller fiberoptikk i en brønn. I ett aspekt avgrenser innkapslingen en utsparing i veggen i et utvidbart rør som for eksempel et utvidbart sandfilter. Fordi innkapslingen ligger inne i veggen i brønnverktøyet, forekommer det ingen vertikal kanalisering av fluider i ringrommet utenfor verktøyet, f.eks. sandfilteret. Utsparingen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan brukes enten kompletteringen er foret eller åpen.

Enkelte foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, kun gjennom eksempel, og under henvisning til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 er en snittegning som viser et åpent brønnhull i hvilket det er anordnet et utvidbart sandfilter, med en utsparing i veggen i det utvidbare sandfilter; Fig. 2 er en snittegning ovenfra av et utvidbart sandfilter i et åpent brønnhull hvor det befinner seg en profilert utsparing i det ytre lag av sandfilterveg-gen; Fig. 3 er en snittegning ovenfra av et utvidbart sandfilter i et åpent brønnhull,

med utsparingen i en alternativ konfigurasjon; og

Fig. 4 er en snittegning ovenfra av et utvidbart sandfilter før utvidelse, og en forstørrelse av et parti av det utvidbare sandfilter utvidet mot en brønn-hullformasjon, med en alternativ utførelse av en innkapsling inne i utsparingen. Figur 1 er en snittegning som viser et åpent brønnhull 40. Brønnhullet 40 innbefatter et sentralt brønnhull som er kledd med en foring 42. Ringområdet mellom foringen 42 og grunnen er fylt med sement 46, hvilket er vanlig ved brønnkomplettering. Nedover fra det sentrale brønnhull strekker det seg et åpent brønnhull 48. En formasjon 50 er vist grensende til brønnhullet 48.

Anordnet i det åpne brønnhull 48 er et utvidbart sandfilter 20. Det utvidbare sandfilter 20 er hengt opp i brønnhullet 40 fra en opphengningsanordning 32. I noen tilfeller er opphengningsanordningen 32 en pakning (ikke vist). På avbildningen på figur 1 er opphengningsanordningen et foringsrør 30 og en foringsrørhenger 32. En egen pakning 34 er brukt til å tette ringrommet mellom foringsrøret 30 og produksjonsrøret 44.

Figur 1 viser også en overhullsinnkapsling 12. Den viste overhullsinnkapsling 12 er et tverrsnitt av en standard, rektangulær boks som typisk benyttes ved innkjøring av instrumenteringsledninger eller kabler i brønnen. Det kan imidlertid benyttes en spesi-alprofilert innkapsling som omfatter buede vegger, som beskrevet i korresponderende amerikansk patentsøknad nr. 09/964160, med tittel "Profiled Encapsulation for Use With Instrumented Expandable Tubular Completions" ("Profilert innkapsling for bruk med instrumenterte, utvidbare rørkompletteringer").

Overhullsinnkapslingen 12 er vist løpende fra overflaten til sandfilterets 20 dybde. Innkapslingen 12 er festet til produksjonsrøret 44 ved hjelp av klammere, vist skje-matisk ved 18. Klammere 18 er typisk festet til produksjonsrøret 44 hver tiende meter. Overhullsinnkapslingen 12 passerer gjennom foringsrørhengeren 32 (eller den benyttede opphengningsanordning) og strekker seg nedover til en angitt dybde i brønnhullet 40. I den utførelse som vises på figur 1, strekker innkapslingen 12 seg til toppen 21 av sandfilteret 20.

Ved eller nær opphengningsanordningens 32 dybde ender overhullsinnkapslingen 12. Instrumenterings- eller kabelledningene 62 fortsetter imidlertid fra overhullsinnkapslingen 12 og til en ønsket dybde. På figur 1 går ledningene 62 til bunnen 25 av sandfilteret 20 og det åpne brønnhull 48.

Nedre del av ledningene 62 ligger i en ny utsparing 10 i veggen i et utvidbart rør 20. Det eksempelvise rør 20 som vises på figur 1, er et utvidbart sandfilter. Utsparingen 10 er synlig på figur 1 langs ytterveggen 26 av sandfilteret 20. Utsparingen 10 fungerer som et hus for instrumenteringsledninger eller styreledninger 62. Når det gjelder denne anvendelse, innbefatter slike ledninger 62 en hvilken som helst type data-fangstledninger, kommunikasjonslinjer, fiberoptikk, kabler, følere og "smart" brønn-teknologi.

Figur 2 viser en snittegning an en utsparing 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, sett ovenfra. I denne projeksjonen vises utsparingen 10 beliggende i det ytre lag 26 av et utvidbart rør 20. En forstørret del av røret 20 er vist utvidet mot formasjonen. Igjen er det viste utvidbare rør 20 et utvidbart sandfilter. Det ligger imidlertid innenfor rammen av denne oppfinnelse å bruke en profilert utsparing 10 i et hvilket som helst utvidbart rør eller verktøy.

I utførelsen på figur 2 er sandfilteret 20 bygget opp av tre sammensatte lag. Disse fremviser et slisset konstruksjonsbærerør 22, et lag av filtermedium 24 og en ytre

beskyttende mantel eller "deksel" 26. Både bærerøret 22 og det ytre deksel 26 er kon-figurert slik at de slipper hydrokarboner gjennom, for eksempel gjennom perforeringer (f.eks. 23) som er utformet i disse. Filtermaterialet 24 holdes mellom bærerøret 22 og

det ytre deksel 26, og tjener til å filtrere ut sand og andre partikkelstoffer, slik at disse ikke går inn i sandfilteret 20 og produksjonsrøret 44. Igjen ligger det innenfor rammen av denne oppfinnelse å bruke en profilert utsparing 10 i et utvidbart verktøy med en hvilken som helst lagkonfigurasjon.

I utførelsen som vises på figur 2, er utsparingen 10 spesielt profilert for å passe til det utvidbare rørs 20 buede profil. For å oppnå dette innbefatter utsparingen 10 minst én buet vegg 12. I utførelsen på figur 2 fremviser utsparingen 10 en indre buet vegg 12, en ytre buet vegg 14 og to endevegger 16. I denne utførelse innbefatter den ytre buede vegg 14 en valgfri gjennomgående åpning 14o for å underlette innføringen av ledninger 62. I tillegg rommes styre- eller instrumenteringsledningene 62 i valgfrie metallrør 60. Til slutt innbefatter utførelsen på figur 2 et valgfritt fyllstoff 64 for å holde den ene eller de flere ledninger 62 i utsparingen 10. Fyllstoffet 64 kan være et eks-truderbart polymermateriale som for eksempel polyetylen, et herdbart skum materiale som polyetylen, eller et annet hensiktsmessig materiale for å holde ledningene 62 i utsparingen 10.

Det finnes mange alternative utførelser for konfigurasjonen av utsparing 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse. Ett eksempel på en alternativ konfigurasjon for en utsparing 10 er vist på figur 3. Der omfatter utsparingen 10 en første indre buet vegg 12 og en andre ytre buet vegg 14. De to buede vegger 12 og 14 møtes i motstående ender 16'. Det ligger imidlertid innenfor rammen av denne oppfinnelse å anordne en hvilken som helst formet utsparing 10 som i alt vesentlig er utformet inne i et hvilket som helst lag av veggen 26 i et utvidbart brønnrør 20. Når utsparingen 10 på figurer 2 og 3 eller tilsvarende utførelser benyttes, etterlater det ingen vertikal kanal i ringområdet 28 mellom sandfilteret og formasjonen 50 etter utvidelse av sandfilteret 20.

I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse er det anordnet en separat profilert innkapsling 10' i utsparingen 10 i det utvidbare rør 20. En slik innkapsling 10' er vist på figur 4, hvor det utvidbare rør 20 igjen, kun som eksempel, er et utvidbart sandfilter. Figur 4 viser en del 20e av et utvidbart sandfilter 20 i utvidet tilstand. Dette viser at sandfilteret 20 fremdeles er sandtett etter utvidelse (bemerk at det forstørre-de bilde ikke er i riktig målestokk). Radialkrefter som virker mot det perforerte bære-rørs 22 innvendige vegg, presser røret 22 forbi dettes elastisitetsgrense og utvider også diameteren av bærerørets perforeringer 23. Dekslet 26 utvides også. Som vist på figur 4, utvides dekslet 26 til et punkt hvor det er i kontakt med formasjonen 50. Fast kontakt mellom sandfilteret 20 og formasjonsveggen 48 bevirker et visst trykk mot formasjonen 50, hvilket reduserer faren for at partikkelstoffer skal komme inn i brønnhullet 48. Det reduserer også risikoen for vertikal fluidstrømning bak sandfilteret 20.

Figur 4 viser at innkapslingen 10' utvider seg og deformeres med utsparingen 10. Innkapslingen 10' er generelt utformet for å tilpasse seg veggene 12, 14, 16 i utsparingen 10. På denne måte fremviser innkapslingen 10 minst en første buet vegg 12'. I utfø-relsen på figur 4 innbefatter innkapslingen 10' en indre buet vegg 12', en ytre buet vegg 14' og to endevegger 16'. Innkapslingen 10' fungerer som et hus for instrumenteringsledningene eller kablene 62. Innkapslingen 10' kan settes inn i utsparingen 10 enten som en del av produksjonsprosessen eller ute ved brønnen under innkjøring av brønnverktøyet. Innkapslingen 10' er laget av et termoplastmateriale som er slitefast nok til å motstå avslitning når det skyves eller presspasses inn i utsparingen 10. Sam-tidig må innkapslingsmaterialet 10' kunne deformeres tilstrekkelig til å gjøre det mulig for innkapslingen 10' å i det store og hele forme seg etter det utvidbare rør 20 etter hvert som dette utvides mot formasjonen 50.

Det finne andre utførelser for en innkapsling 10'. Det kan for eksempel benyttes en halvmåneformet innkapsling (ikke vist) som er utformet for å ligge inne i den profiler-te utsparing 10 på figur 3. For hver av de ovennevnte utførelser kan utsparingen 10 eventuelt også inneholde metallrør 60 som rommer styre- eller instrumenteringsledningene 62. Metallrør 60 er vist i utførelsene på figurene 2 og 3.

Sandfiltrene 20 som vises på figurene 1-4, er laget for å kunne utvides. Utvidelse ut-føres vanligvis ved hjelp av en kon eller en ettergivende ekspansjonsmekanisme eller annet ekspansjonsverktøy (ikke vist) for å gi en trang pasning mellom det utvidbare rør 20 og formasjonen 50. På figur 1 er sandfilteret 20 allerede blitt utvidet mot en formasjon 50 i et åpent hull, slik at det ikke er noe ringområde igjen. Sandfilteret 20 befinner seg således i stilling for produksjon av hydrokarboner. Fravær av et ringområde vil i alt vesentlig forhindre vertikalbevegelse av fluid bak sandfilteret 20.

På figur 2 derimot, befinner det utvidbare rør 20 seg i uutvidet tilstand. Et ringområde 28 vises dermed på figur 2 mellom sandfilteret 20 og formasjonen 50 i brønnhullet 48. På figur 3 befinner sandfilteret 20 seg igjen i en uutvidet tilstand. I denne utførelse er imidlertid utsparingen 10 plassert inne i et utvidbart rør 20 i et foret brønnhull. Foring 52 er vist omkretsende sandfilteret 20, og danner et ringrom 28. Videre er det sement 54 rundt foringen 52. Perforeringer 23' skytes inn i fåringen 52 for å blottlegge hydrokarboner eller andre formasjonsfluider mot brønnhullet 48. Således har utsparingen 10 ifølge oppfinnelsen praktisk nytte for kompletteringer både i åpne og forede hull. Selv om det ovennevnte retter seg mot utførelser av den foreliggende oppfinnelse, kan man tenke seg ytterligere utførelser av oppfinnelsen uten å avvike fra dennes grunnleggende ramme, og rammen av denne bestemmes av de etterfølgende krav.

Claims

1. Utvidbart rør (20) omfattende en utsparing (10) i en vegg til dette,karakterisert vedat utsparingen omfatter minst én buet vegg (12) og utgjør et hus for én eller flere instrumenterings- og/eller styreledninger (62).

2. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 1, hvor et brønnhull (40) innbefatter et åpent hullparti, slik at det nevnte utvidbare rør utvides til fast kontakt med en formasjon.

3. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 1, hvor et brønnhull (40) fremviser en fåret hull-komplettering som er slik at nevnte utvidbare rør utvides til fast kontakt med en foring (42).

4. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 1, 2 eller 3, hvor nevnte utsparing (10) omfatter: - en første bueformet vegg (12) med en første ende og en andre ende; og - en andre vegg (14) med en første ende og en andre ende, idet nevnte første og andre ende av nevnte første og andre vegg er forbundet med hverandre på en slik måte at de avgrenser et hus mellom nevnte første og andre vegg.

5. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 4, hvor nevnte første og andre vegg (12, 14) er forbundet med hverandre ved første og andre motstående punkter.

6. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 4 eller 5, hvor nevnte første og andre vegg (12, 14) er forbundet ved hjelp av første og andre motstående endevegger (16).

7. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 4, 5 eller 6, hvor nevnte første og andre vegg (12, 14) begge er bueformet.

8. Utvidbart rør (20) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor det videre omfatter et fyllstoff (64) som skal bidra til å holde instrumenterings- og/eller styreledningene (62) i nevnte utsparing (10).

9. Utvidbart rør (20) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor det videre omfatter en innkapsling (10') i nevnte utsparing (10) som skal romme instrumenterings- og/eller styreledningene (62), idet innkapslingen (10') omfatter: - en første bueformet vegg (12') med en første ende og en andre ende; og - en andre vegg (14') med en første ende og en andre ende, hvor nevnte første og andre ende av nevnte første og andre vegg i nevnte innkapsling er forbundet med hverandre på en slik måte at de avgrenser et hus mellom nevnte innkapslings nevnte første og andre vegg.

10. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 9, hvor nevnte innkapsling (10') er laget av et deformerbart materiale.

11. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 9 eller 10, hvor nevnte innkapsling (10') videre tjener som et hus for minst ett metallrør (60), hvor nevnte minst ene metallrør (60) rommer nevnte ene eller flere instrumenterings- og/eller styreledninger (62).

12. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 9, 10 eller 11, hvor det videre omfatter et fyllstoff (64) som skal bidra til å holde instrumenterings- og/eller styreledningene (62) i nevnte innkapsling (10').

13. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 9, 10, 11 eller 12, hvor nevnte innkapsling (10') angir en halvmåneform.

14. Utvidbart rør (20) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte utvidbare rør er et sandfilter for bruk i et brønnhull (48) i en formasjon.

15. Utvidbart rør (20) som angitt i krav 14, hvor nevnte sandfilter omfatter et perforert bærerørlag (22), et filtermediumlag (24) rundt nevnte bærerørlag, og et perforert, ytre deksel (26) rundt nevnte filtermediumlag, og hvor nevnte utsparing (10) befinner seg i nevnte ytre deksel (26).

16. Utvidbart rør (20) som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor instrumenterings- og/eller styreledningene (62) omfatter én eller flere av følgende; styreledninger, instrumenteringsledninger, fiberoptikk og brønnføle-re.