NO335519B1

NO335519B1 - Fremgangsmåte for brønnkomplettering

Info

Publication number: NO335519B1
Application number: NO20052303A
Authority: NO
Inventors: Bennett M Richard; John T Broome; Kenneth R Dyson; Chad J Abadie; Donald C Gossen
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2014-12-22
Also published as: NO20052303L; US20040211560A1; GB0508607D0; WO2004040097A1; US6877561B2; AU2003276985A1; GB2412933A; NO20052303D0; GB2412933B

Abstract

En fremgangsmåte for gruspakking som kombinerer frakturering, er beskrevet. En kanon som har et ytre vribor blir brukt til perforering. Med kanonen på plass blir grusen plassert omkring den og formasjonen blir frakturert for å skyve grusen inn i sprekkene. Kanonen blir rotert ut av grusen ved å bruke vriboret. En sil med et ytre vribor blir kjørt inn og rotert inn i den pakkede grusen i brønnhullet mens den samtidig vibreres. Etter at silen er ført på plass, blir vibratoren fjernet og en klaffventil blir lukket for å minimalisere fluidtap inn i formasjonen. En produksjonsstreng og en pakning blir festet i silen og produksjonen begynner.

Description

TEKNISK OMRÅDE

Området for oppfinnelsen er gruspakking i et brønnhull, og mer spesielt bruk av frakturering for å levere grusen inn i formasjonen og vibrasjon for å innføre en produksjonssil.

TEKNISK BAKGRUNN

Ved komplettering av brønner med produksjons- eller injeksjons-soner som ligger i nærheten av uskikkede undergrunnsformasjoner (dvs. formasjoner dannet av en ukonsolidert matriks slik som løs sandsten eller lignende) eller som ligger i nærheten av formasjoner som er blitt hydraulisk frakturert og understøttet, må sandkontrollproblemene som nesten sikkert vil oppstå under driftstiden til brønnen, omhyggelig overveies. Disse problemene oppstår når store volumer med sand og/eller andre partikkelmaterialer (f.eks. tilbakestrømning av understøttelsesmidler fra den hydraulisk frakturerte formasjonen) løsner fra formasjonen og blir innfanget i formasjonsfluidene og blir produsert sammen med disse inn i brønnhullet. Disse produserte materialene er meget ødeleggende for driften av brønnen og forårsa-ker rutinemessig erosjon, tilstopping, osv. av brønnutstyret som i sin tur fører til høye vedlikeholdskostnader og betydelig dødtid for brønnen.

Selv om mange teknikker er blitt foreslått for regulering av sandproduksjon i en brønn, er sannsynligvis den mest brukte som generelt er kjent som "gruspakking". En gruspakkingskomplettering er hovedsakelig én hvor et fluidpermeabelt foringsrør (f.eks. en sil, et perforert foringsrør, et slisset foringsrør, forhåndspakke-de siler, kombinasjoner av disse eller lignende) er anordnet inne i brønnhullet (åpent eller foret) overfor de uskikkede eller frakturerte sonene og deretter blir omgitt av aggregat eller partikkelmateriale ved hjelp av en sirkulasjonsanordning (kollektivt kalt "grus", eller mer generelt "understøttelsesmiddel"). Som kjent på området er gruspartiklene dimensjonert for å blokkere eller filtrere ut formasjons-partiklene som kan bli innfanget i de produserte fluidene mens åpningene i forings-røret er dimensjonert for å blokkere grusen fra å strømme inn i foringsrøret. Dette totrinns filtreringssystemet er vanlig kjent som en "gruspakking".

Det finnes to grunnleggende, velkjente teknikker for installering av en typisk gruspakkingskomplettering i et brønnhull. En første av disse teknikkene innebærer å posisjonere det fluidpermeable foringsrøret i brønnhullet før plassering av grusen omkring foringsrøret for å danne gruspakkingen. Den andre teknikken inne bærer å plassere grusen i brønnhullet først og så drive, rotere eller vaske forings-røret inn i grusen for å danne gruspakkingen.

Selv om begge disse teknikkene er blitt meget brukt, krever begge sirkulasjon av fluid under installasjonen. Når f.eks. foringsrøret blir posisjonert først i brønnhullet, kan en velling av grus og et bærefluid pumpes ned og ut gjennom en "overgang" inn i det ringrommet som er dannet mellom forlengelsesrøret og den forede veggen (foringshullet) eller brønnveggen (åpen hull). Åpningene i forlengel-sesrøret tillater bare bærefluidet å strømme fra ringrommet inn i forlengelsesrøret mens grusen blir drenert fra fluidet og blir avsatt inne i ringrommet for å danne gruspakkingen. Grusen kan også plasseres ved å føre grusen direkte inn i ringrommet omkring forlengelsesrøret fra overflaten eller gjennom rørledninger med åpen ende, som strekker seg ned i brønnhullet.

Når grusen blir plassert i brønnhullet først, blir forlengelsesrøret senket ned på en arbeidsstreng og blir vasket eller drevet inn på plass mens fluid blir pumpet ned gjennom arbeidsstrengen og ut gjennom bunnen av forlengelsesrøret. Dette sirkulerende fluidet (dvs. høytrykksvirkningen) er nødvendig for å "fluidisere" den forhåndsanbrakte eller tilstedeværende grusen slik at forlengelsesrøret kan sen-kes ned og gjennom grusen for å danne gruspakkingen. Siden fluidet strømmer gjennom arbeidsstrengen må dessverre pumpingen stoppes hver gang en ytterligere arbeidsstrengseksjon må tilføyes for å senke forlengelsesrøret videre ned i grusen. Mens pumpingen er stoppet, setter grusen seg og i mange tilfeller kan den ikke "refluidiseres" tilstrekkelig ved gjenopptagelse av pumpingen for å muliggjøre en dypere plassering av forlengelsesrøret inn i grusen.

Siden begge teknikkene krever pumping og/eller sirkulering av fluid under trykk under installering, kan begge oppleve alvorlige fluidtapproblemer, spesielt brukt til å avslutte soner ved formasjoner som har normalt trykk eller trykk under normal eller trykk som er under det hydrostatiske trykket til kompletteringsfluidene i brønnhullet. Ved plassering av grus omkring et på forhånd innsatt forlengelsesrør kan f.eks. tapet av kostbare kompletteringsfluider til en undertrykksformasjon (dvs. en formasjon som har et trykk mindre enn fluidtrykket i brønnhullet) bli for stort. Bruken av kjente tapssirkulasjonsmaterialer i grusvellingen er begrenset siden sli-ke materialer i alvorlig grad hindrer plasseringen av grusen omkring forlengelses-røret. Når grusen er posisjonert først, kan fluidtapene under høytrykkstrålene som er nødvendige for å "fluidisere" den forhåndsinnsatte grusen også bli for store. I begge tilfellene resulterer disse fluidtapene ikke bare i økte kostnader på grunn av tapet av de kostbare kompletteringsfluidene i seg selv, men bidrar også til alvorlig formasjonsdrening i mange tilfeller, noe som derved reduserer produktiviteten og/eller levetiden til den avsluttede brønnen.

For å motvirke de ovenfor beskrevne problemene beskriver US-patent 5.036.920 en sil med et ytre vribor for å gjøre det mulig å avsette grusen uten sirkulasjon for å minimalisere fluidtap. Deretter ble silen rotert inn i grusen for å danne gruspakkingen uten behov for å sirkulere for å fluidisere grusen. Vribor er blitt brukt på perforeringskanoner for å lette ekstrahering av disse etter at de er blitt avfyrt og rester oppsamles i ringrommet som omgir dem. Denne bruken av et vribor på en perforeringskanon er vist i US-patent Re. 34,451. I denne referansen er brønnen brakt inn for å fjerne rester fra perforering og så blir grus brakt på plass, og deretter blir vellingen pumpet inn i perforeringene. En annen teknikk er å avsette grusen etter plassering av silen og så bruke tilfeldig vibrasjon for å fordele den avsatte grusen jevnt i ringrommet.

En teknikk for grusavsetting og anbringelse i perforeringene er å bruke frakturering. Grusen blir dispergert ved å bruke høyt trykk og høye strømningshastig-heter. Hydrauliske fraktureringsteknikker av forskjellige typer er beskrevet i flere US-patenter, slik som: 3.933.205, 4.550.779, 5.228.510, 5.273.114, 5.617.921, 5.598.891 og 5.669.448. Forskjellige sensorer kan anvendes for å overvåke frak-turpakkingsoperasjonen som beskrevet i WO 02/06593 A1.

Nyere avsetting av grus ved frakturering er blitt mer fremherskende for å utelukke produsert sand i områder utsatt for sandproduksjon. Grunnen til dette skiftet i teknikk er den høyere produktiviteten som realiseres med frakturerings-teknikken. Frakturering trenger effektivt ut til flere hundre fot i formasjonen for å omgå tidligere induserte skademekanismer. Frakturering har imidlertid frembrakt andre problemer slik som erosjon av overgangsverktøy, foringsrørerosjon, sil-erosjon, fastkilte overgangsverktøy, trykkovervåkningsproblemer i sanntid i brønn-hullet og fluidtap til formasjonen.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse letter i det minste noen av disse tidligere kjente problemene. Grusen blir plassert i posisjon etter underbalan-sert perforering. Frakturering blir foretatt med kanonen i posisjon og kanonen blir deretter trukket ut. Silen blir innsatt i den forhåndsplasserte grusen som er blitt skjøvet inn i perforeringene og boret inn i grusen ved hjelp av vibrasjon. Deretter blir vibratoren fjernet og en produksjonspakking blir satt inn i silen for etterfølgende produksjon. Disse og andre aspekter ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå tyde-ligere for fagkyndige på området fra beskrivelsen av den foretrukne utførelsesfor-men som kommer nedenfor.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for brønnkomp-lettering som angitt i det selvstendige krav 1. En fremgangsmåte for gruspakking som kombinerer frakturering ved bruk av skruegjenger, rotasjon og vibrasjon er beskrevet. En kanon som har et ytre vribor blir brukt til perforering. Med kanonen på plass blir grusen plassert omkring den og formasjonen blir frakturert, slik at grusen skyves inn i sprekkene. Kanonen blir rotert ut av gruspakkingen ved å bruke venstredreide skrugjenger. En sil med et ytre vribor blir kjørt inn og rotert inn i den pakkede sanden i brønnhullet mens den samtidig blir vibrert. Etter at skjermen er ført inn på plass, blir vibratoren fjernet og en klaffventil lukkes for å minimalisere fluidtap inn i formasjonen. En produksjonsstreng og en pakking blir festet i silen og produksjon begynner.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en tverrsnittsskisse som viser kanonen med vribor kjørt inn i posisjon; Fig. 2 er skissen på fig. 1 som viser kanonen avfyrt og grusen levert med fraktureringsfluidet; Fig. 3 er skisse på fig. 2 etter frakturering og viser kanonen som fjernes ved rotasjon; Fig. 4 er skissen på fig. 3 som viser vriborskjermen som innsettes i grusen med vibrasjon; Fig. 5 er skissen på fig. 4 som viser frigjøringen av innkjøringsstrengen fra silen; Fig. 6 viser silen i posisjon for å motta produksjonsstrengen og isolerings-pakkingen; og Fig. 7 illustrerer bruken av hule skrugjenger som virker som et vribor og som en alternativ strømningsbane eller strømningsbaner for å føre grus omkring broer.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMEN

Fig. 1 illustrerer en isoleringspakking 10 levert på en borestreng (ikke vist). Under pakkingen er en overgang 12 som gjør det mulig for grus 14 å komme ut gjennom åpninger 16 for å trenge inn i ringrommet 18, som vist på fig. 2. Piler 20 representerer strømningen av grus og fraktureringsfluid inn i ringrommet 18, noe som inntreffer etter at kanonen 22 er i den ønskede posisjon som er vist på fig. 1. Kanonen 22 har en ytre skrugjenge 24 for å lette uttrekking av denne etter avfyring og etter å ha skapt perforeringer 26. En isoleringspakking 28 kan være satt over perforeringskanonen 22. Fig. 2 viser grusen 14 som tvinges inn i perforeringene 26 som en del av fraktureringsprosessen som innledes fra overflaten med innføringen av trykkfluid og grusen 14. Frakturering begynner etter at brønnfluidene først er reversert ut. Som et resultat av fraktureringen, blir grusen 14 presset inn i perforeringene 26 for å holde dem åpne og for å fremme produksjon. Grusen 14 reduserer også sandproduksjon fra formasjonen. Ved slutten avfraktureringsoperasjonen, når grusen 14 er avsatt i perforeringene 26 som beskrevet, blir kanonen 22 fjernet, fortrinnsvis ved rotasjon mot høyre for å bidra til ytterligere pakking av grusen 14 i perforeringene 26. De roterende gjengene på vriboret 24 gir et skyv utover på kanonen 22, mens uttrekkingskraften samtidig bidrar til å komprimere grusen 14 ytterligere inn i perforeringene 26.

Med kanonen 22 fjernet blir en sil 30 som har en skruegjenge 32 som strekker seg over en sildel 34 og en rett del 36, innsatt. En fjernbar vibrator 38 blir for-bundet med festenippelen 40. Festenippelen er rotasjonsmessig låst til skilleisole-ringsventilen 42. Inne i ventilen 42 er en avbøyningsplate 44 som lukkes etter fjerning av vibratoren 38. Som vist på fig. 4 blir silen 30 fortrinnsvis rotert til høyre for å gjøre det mulig for skruegjengen 32 å hjelpe silen 30 ved inntrengning i grusen 14. Vibratoren 38 blir aktivert kontinuerlig eller intermitterende etter behov for å hjelpe til med fremføringen av silen 30. Vibratorenheten 38 holder klaffventilen 44 åpen under denne operasjonen. Hele enheten som er vist på fig. 4, blir rotert fra overflaten for å fremføre silen 30 ved bruk av vriboret 32 i forbindelse med vibrasjon fra vibratoren 38. Vibratoren 38 kan aktiveres ved hjelp av sirkulasjon, reversert sirkulasjon eller en lokalt anordnet kraftkilde. En hvilken som helst type kjent vibrator kan brukes. Jo mer kontakt med silen 30 som kan anordnes med vibrato ren 38 og jo høyere vibrasjonsamplituden er, jo lettere vil det bli å innføre silen 30 inn i grusen 14 som på forhånd er blitt pakket under fraktureringsoperasjonen.

Fig. 5 viser slipping av en kule 46 og trykksetting på strengen 48 for å frigjø-re den fra mottaket 50. Vibratoren 38 blir fjernet med strengen 48 og klaffventilen 44 lukkes. Lukking av klaffventilen 44 reduserer fluidtap ovenfra og inn i formasjonen. På fig. 6 er silen 30 klar til å motta en produksjonsstreng og en pakking (ikke vist) slik at produksjonen kan begynne.

Fagkyndige på området vil innse at fordelene ved foreliggende oppfinnelse. Erosjonsrisikoen blir redusert ettersom fraktureringen blir avsluttet med kanonen 22 fremdeles i posisjon og før silen 30 er innsatt. Renere perforeringer blir mulige, og muligheten for brodannelse og tomrom i grusen 14 er redusert. Vriborvirkning-en ved fjerning av kanonen 22 og innsetting av silen 30 bidrar til å fordele grusen 14 jevnt i ringrommet 18 og driver mekanisk understøttelsesmiddel inn i perforeringene. Forekomsten av skruegjengene 24 og 32 muliggjør henholdsvis fjerning av kanonen 22 eller silen 30 hvis det skulle bli nødvendig. Behovet for å pumpe slamplugger inn i formasjonen, som kan skade den og fylle perforeringer med uønskede materialer, blir også minimalisert ved frakturering av formasjonen med perforeringskanonene overfor produksjonsintervallet. Med alle perforeringer åpne for strømning, kan perforeringer som er ute av fase fra sprekkantene også pakkes enten under pumpingsprosessen eller mekanisk under kanonfjerningen.

Skruegjengene slik som 24 og 32 kan være segmentert eller kontinuerlige og kan ha konstant stigning eller variabel stigning langs sin lengde. Skruegjengene kan være lukket eller åpne på forskjellige steder enten over eller under eller begge deler for å virke som et shuntrør for å eliminere brobygging ved å gi grusen alternative baner for å omfordele den når den avsettes under trykk. Fig. 7 illustrerer hule skruegjenger 31 som har en åpning 33 i toppen og flere bunnåpninger 35 ved forskjellige høyder for å føre ut grus som har kommet inn i åpningen 33. Det kan være mange innløpsåpninger slik som 33. Dette kan utføres ved å gjøre skruegjengene 31 diskontinuerlige. Stigningen og diameteren til skruegjengene 31 kan variere. Rotasjonsretningen og hastigheten kan varieres. Skruegjengene kan roteres i serie i motsatte retninger for å lette innføring av silen 30 eller fjerne kanonen 22. Istedenfor å bruke skruegjenger 31 kan vriborene omfatte et antall utragende staver som stikker radialt ut og skaper en lignende effekt for å bidra til inn-føring av silen 30 eller fjerning av kanonen 22.

Claims

1. Fremgangsmåte for brønnkomplettering, karakterisert ved: å posisjonere en perforeringskanon (22) i et brønnhull; å avfyre kanonen for å skape perforeringer (26) i brønnhullet; å plassere et understøttelsesmiddel inne i perforeringene og brønnhullet med fluid som frakturerer formasjonen som omgir brønnhullet; å fjerne kanonen etter denne plasseringen; å tilveiebringe et vribor (24) på utsiden av en sil (30) for å lette innsetting ved hjelp av rotasjon; å sette inn silen i understøttelsesmiddelet som tidligere er plassert i brønn-hullet; og å rotere og vibrere silen med en vibrator (38) for å lette dens innsetting inn i understøttelsesmiddelet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å vibrere silen kontinuerlig under innsettingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å vibrere silen intermitterende under innsettingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å fjerne vibratoren fra silen etter innsetting av silen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å levere vibratoren med silen i en eneste innkjøring.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, videre omfattende: å holde åpen en fluidtapsstyringsventil (44) med vibratoren.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, videre omfattende: å fjerne vibratoren fra silen etter innsetting av silen; og å lukke fluidtapsstyringsventilen ved fjerningen av vibratoren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende: å tilveiebringe en klaffventil som lukkes etter fjerning av vibratoren, som fluidtapsstyringsventil.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å rotere silen i minst én retning mens den vibreres.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende: å tilveiebringe et antall skruegjenger (31) som går i spiral omkring utsiden av silen med minst én stigning, som vribor.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende: hovedsakelig å omslutte skruegjengene mens det etterlates åpninger i dem for innføring og utføring av grus; og å bruke åpningene til å omfordele grus.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å bruke et antall utragende staver som vribor.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å drive vriboret med én av sirkulasjon, reversert sirkulasjon og en lokalt montert kraftforsyning.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å tilveiebringe et vribor på kanonen; og å rotere kanonen i minst én retning mens den trekkes ut.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende: å feste en produksjonsstreng og en pakking til silen etter fjerning av vibratoren.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å tvinge understøttelsesmiddelet gjennom en pakking og en overgang for med tvang å avsette understøttelsesmiddelet i et ringrom i brønnhullet omkring kanonen og inn i formasjonen.