NO336570B1 - Fremgangsmåte og verktøystreng som tilveiebringer kontroll av transiente trykkforhold i en brønnboring. - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

For å komplettere en brønn, blir én eller flere formasjonssoner inntil et borehull perforert for å tillate at fluid fra formasjonssonene strømmer inn i brønnen for produksjon til overflaten eller for å tillate at injeksjonsfluider innføres i formasjonssonene. En perforerende skyteanordningsstreng kan senkes inn i brønnen og skyteanordningene avfyres for å skape åpninger i foringsrøret og å utvide perforasjoner inn i den omgivende formasjon.

Den eksplosive karakter ved dannelsen av perforasjonstunneler knuser sandkornene i formasjonen. Et lag av en «sjokkskadet region» med en permeabilitet lavere enn av den opprinnelige formasjonsmatriks kan bli dannet omkring hver perforasjonstunnel. Prosessen kan også generere en tunnel full av pulverisert stein blandet med avfall fra perforatorladningen. Graden av skaden og mengden av løst avfall i tunnelen kan dikteres av en rekke forskjellige faktorer inklusive formasjonsegenskaper, eksplosivladningsegenskaper, trykkbetingelser, fluidegenskaper o.s.v. Den sjokkskadede region og løst avfall i perforasjonstunnelene kan nedsette produktiviteten av produksjonsbrønner eller injektiviteten av injektorbrønner.

En populær metode for oppnåelse av rene perforasjoner er den såkalte underbalanserte perforering. Perforeringen gjennomføres ved et lavere borehulltrykk enn formasjonstrykket. Trykklegaliseringen oppnås ved hjelp av fluidstrømning fra formasjonen og inn i borehullet. Dette fluid medfører noen av de skadede steinpartikler. Underbalanseperforering behøver imidlertid ikke alltid å være effektiv og kan være dyr og usikker å implementere ved visse brønnbetingelser.

US 4512217 beskriver en fremgangsmåte og et apparat for utføring av perforering av et forings rør, og den tilstøtende produksjonsformasjonen omfatter et rørformet hus som er forbundet mellom et perforeringskanon-hus og den nedre enden av en rørstreng. Perforeringskanon-huset inneholder en avfyringsmekanisme, og det rørformede huset inneholder en radiell port som normalt er lukket av en hylse. Hylsen er satt inn ved overflaten i en åpen bunn til et ringformede kammer, og dermed fanges omgivende luft mellom den ene enden av hylsen og den lukkede enden av fluid trykkammeret. Den andre enden av fluidtrykkammeret er forbundet ved hjelp av en fluidpassasje til innsiden av perforeringskanon-huset, og følgelig blir gasstrykket som genereres ved avfyring av perforeringskanonen, og formasjonsfluidtrykk som produseres av formasjonsfluider som strømmer gjennom de nylig dannede perforeringer, brakt i kontakt med den andre enden av hylsen. Hylsen er skjærpinnefestet i sin lukkede stilling av porten, men kan forskyves til en åpen stilling av porten av overskytende fluidtrykkrefter som utøves ved avfyring av perforeringskanonen, og strømningen av formasjonsfluider inn i perforeringskanon-huset. Normalt er fluidtrykket i det rørformede huset ved tidspunktet for avfyring vesentlig mindre enn det forventede formasjonsfluidtrykk.

US 6173783 beskriver en fremgangsmåte for komplettering og produksjon av hydrokarboner fra en oljebrønn ved bruk av ekstremt over-balansert trykk under perforering av foringsstrengen, etterfulgt av en under-balansert bølge for å produsere hydrokarboner gjennom rørstrengen.

US 6158511 beskriver en fremgangsmåte og apparat for perforering og stimulering av en underjordisk formasjon som er penetrert av et brønnhull med forings rør plassert deri slik at det etableres fluidforbindelse mellom formasjonen og brønnhullet. Hovedsakelig stivt, fleksibelt eller flytende drivmiddel er anbragt mellom forings røret og i det minste én rettet ladning i et underjordisk brønnhull, og antennes på grunn av støt, varme og / eller trykk generert fra den detonerte ladning. Ved brenning genererer drivmiddelet gasser som renser perforeringer dannet i formasjonen ved detonering av den formede ladning(er) og som utvider fluidforbindelsen mellom formasjonen og brønnhullet.

Oppsprekking av formasjonen for å forbipassere den skadede eller pluggede perforasjon kan være en ytterligere mulighet. Oppsprekking er imidlertid en forholdsvis dyr operasjon. Videre er det nødvendig med rene, uskadede perforasjoner for lavt frakturinitiasjonstrykk (én av forutsetningene for en god fraktureringsjobb). Syrebehandling, en ytterligere ofte anvendt metode for å fjerne perforeringsskade, er mindre effektiv til å fjerne perforasjonsskaden, eller for å behandle sand og løst avfall etterlatt inne i perforasjonstunnelen. Å ha uskadede perforasjoner medfører i tillegg en bedre matriks- eller syrefraktureringsjobb i en karbonatformasjon. Det foreligger således fremdeles et behov for en fremgangsmåte og apparat for å forbedre fluidkommunikasjon med reservoarer i brønnformasjoner.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Generelt inkluderer en fremgangsmåte og apparat for bruk i et borehull innføring av en verktøystreng til et intervall i borehullet og aktivering av en første komponent i verktøystrengen, for å skape en transient underbalanansetrykk-tilstand i borehullintervallet. En andre komponent i verktøystrengen aktiveres for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet.

Generelt, ifølge en ytterligere utførelsesform, inkluderer en fremgangsmåte og apparat for anvendelse i et borehull, og innføring av en verktøystreng til et intervall av borehullet og aktivering av en første komponent i verktøystrengen for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet. En andre komponent i verktøystrengen aktiveres for å skape en transient underbalansetrykktilstand i borehullintervallet.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet for å tilveiebringe en fremgangsmåte for anvendelse i et borehull, omfattende: innføring av en verktøystreng til et intervall i borehullet, idet fremgangsmåten innbefatter trinnene: aktivering av en første komponent i verktøystrengen for å skape en transient underbalansetrykktilstand i borehullintervallet; og

etter aktivering av den første komponent for å skape underbalansetrykktilstanden å aktivere en andre komponent i verktøystrengen for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet;

der aktivering av den andre bestanddel består av å initiere et drivmiddel i den andre komponenten.

Foreliggende oppfinnelse er videre særlig egnet for å tilveiebringe en verktøystreng innbefattende: en første komponent kan aktiveres for å skape en transient underbalansetrykktilstand i et borehullintervall nær verktøystrengen; og en andre komponent kan aktiveres for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet, der den første komponenten ytterligere innbefatter et hus i hvilket i det minste en eksplosiv er anordnet, der aktivering av den første komponenten omfatter å aktivere i det minste en eksplosiv i huset for å lage åpningene i huset for å eksponere et kammer inne i huset for borehullfluider for å skape den transiente underbalansetrykktilstand.

Andre eller alternative trekk vil fremgå av den følgende beskrivelse, patentkravene og fra tegningene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 illustrerer en verktøystreng for å utøve transiente underbalanse- og/eller overbalansetrykkbetingelser i et borehullintervall, ifølge noen utførelsesformer.

fig. 2 er en uttrekksperspektivtegning av en del av verktøystrengen i fig. 1.

Fig. 3 illustrerer en perforerende skyteanordning ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 4 illustrerer et verktøy ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 5 til 7 er tidsdiagrammer for å illustrere generering av transiente underbalanse- og overbalansetrykkbetingelser i borehull. Fig. 8 og 9 illustrerer verktøy ifølge andre utførelsesformer for å skape en transient underbalansetilstand. Fig. 10 illustrerer et verktøy for å generere en kontrollert, transient overbalansetilstand, ifølge en utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE

I den følgende beskrivelse er tallrike detaljer angitt for å tilveiebringe en forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Det skal imidlertid forstås av de fagkyndige at den foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljer og at tallrike variasjoner eller modifikasjoner fra de beskrevne utførelsesformer kan være mulig.

Som anvendt her, anvendes i denne beskrivelse betegnelsen «opp» og «ned»; «øvre» og «nedre»; «oppover» og «nedover»; «oppstrøms» og «nedstrøms»; «over» og «under» og andre lignende betegnelser som indikerer relative posisjoner over eller under et gitt punkt element for mer klart å beskrive noen utførelsesformer av oppfinnelsen. Når de anvendes for utstyr og metoder for anvendelse i avviks- eller horisontale brønner kan slike betegnelser referere til et venstre-til-høyre forhold, et høyre-til-venstre forhold, eller andre forhold som det måtte gjelde.

Ifølge noen utførelsesformer av oppfinnelsen genereres transiente overbalanse- og underbalanse trykkbetingelser i et borehull for å forbedre kommunikasjon av formasjonsfluidene med borehullet. Brønnoperatøren er i stand til å kontrollere en sekvens av underbalanse- og overbalanse-betingelser for å gjennomføre ønskede- og/eller stimulerende oppgaver i ett eller flere borehullintervaller i en brønn.

Det foreligger flere potensielle mekanismer for å skade formasjonsproduktivitet og injektivitet som skyldes perforasjonen. En mekanisme kan være tilstedeværelse av et lag av lavpermeabilitets sandkorn (korn som er frakturert av den eksplosive formede ladning) etter perforasjon. Etter som det produserte fluid fra formasjonen må passere gjennom denne lavere permeabilitetssone kan et høyere enn forventet trykkfall forekomme som resulterer i lavere produktivitet. Den andre vesentlige type av skade kan oppstå fra løst perforasjonsgenerert stein- og ladningsavfall som fyller perforasjonstunnelene. Løst avfall i perforasjonstunneler kan bevirke nedsettelser i produktivitet og injektivitet (foreksempel under gruspakking, injeksjon o.s.v.). Enda en ytterligere type av skade opptrer fra partiell åpning av perforasjoner. Forskjellig kornstørrelsesfordeling kan bevirke at noen av disse perforasjoner blir plugget (på grunn av brodannelse ved foringsrør/sementdelen av perforasjonstunnelen), som kan føre til tap av produktivitet og injektivitet.

For å avhjelpe disse vanskeligheter manipuleres trykket i et borehullintervall i relasjon til reservoartrykket for å oppnå fjernelse av løst avfall fra perforasjonstunneler. Trykkmanipulasjonen inkluderer å skape en transient underbalansetilstand (hvor boreutrykket er lavere enn et formasjonstrykk) eller å skape en overbalansetrykkbetingelse (når borehulltrykket er høyere enn reservoartrykket) før detonasjon av formede ladninger i en perforerende skyteanordning eller en drivladning. Å skape en underbalansetilstand kan gjennomføres på en rekke forskjellige måter, som for eksempel ved anvendelse av et lavtrykkammer som åpnes for å skape en transient underbalansetilstand, anvendelse av tomrom i en perforerende skyteanordning for å trekke trykk inn i skyteanordningen rett etter avfyring av formede ladninger, og andre metoder (diskutert videre i det følgende).

Etablering av en overbalanse-tilstand kan oppnås ved bruk av en drivladning (som når den aktiveres bevirker oppbygning av høytrykksgass), et trykksatt kammer, eller andre metoder.

Manipulasjon av borehulltrykkbetingelsene bevirker at i det minste ett av de følgende trekk gjennomføres: (1) transport av løst avfall (som sand, steinpartikler, etc.) fra perforasjonstunnelene forbedres; (2) det oppnås stimulering av borehullets nærhet; og (3) det gjennomføres frakturering av omgivende formasjon.

I samsvar med noen utførelsesformer av oppfinnelsen kontrolleres sekvensen av generering av underbalanse- og overbalanse-trykkbetingelser av en brønnoperatør. For eksempel kan brønnoperatøren bevirke at det skapes en transient underbalansetilstand, etterfulgt av en transient overbalansetilstand. Alternativt kan brønnoperatøren begynne med en transient overbalansetilstand, etterfulgt av en transient underbalansetilstand. Ved enda et ytterligere senarium kan brønnoperatøren først skape en transient underbalansetilstand, etterfulgt av en større transient underbalansetilstand, etterfulgt av en transient overbalansetilstand, o.s.v. En hvilken som helst sekvens av transiente underbalanse- og overbalansetrykkbetingelser kan innstilles av brukeren, i samsvar med brønnoperatørens behov.

Fig. 1 illustrerer en verktøystreng 100 som er blitt senket inn i et intervall i et borehull 102. Verktøystrengen 100 føres inn i borehullet 102 ved hjelp av en bærerstruktur 104, som for eksempel en vaier, glatt ståltråd, spolerør eller annen bærerstruktur. Verktøystrengen 100 inkluderer flere komponenter, inklusive en første komponent 106 (referert til som en «underbalansetrykkskapende komponent» for å generere en transient underbalansetrykk-tilstand i borehullet 102, en andre komponent 108 (referert til som en «overbalanse trykkskapende komponent») for å generere en transient overbalansetrykktilstand, og en perforerende skyteanordning

110 for å skape perforasjoner inn i den omgivende formasjon 112. Bemerk at den perforerende skyteanordning 110 kan kombineres med hvilken som helst av den underbalanse-trykketablerende komponent 106 eller den overbalanse-trykketablerende komponent 108. Ved andre implementasjoner kan den perforerende skyteanordning 110 utelates eller erstattes med et annet verktøy.

Den første komponent 106 kan aktiveres først for å skape den underbalanse-trykktilstand, etterfulgt av aktivering av den andre komponent 108 for å skape den overbalanse-trykktilstand. I noen senarier kan den andre komponent 108 aktiveres mens underbalanse-trykktilstanden fremdeles er tilstede. I motsetning til dette kan den andre komponent 108 aktiveres, mens underbalansetrykk-tilstanden fremdeles er tilstede. I motsetning til dette kan den andre komponent 108 aktiveres først for å skape overbalanse-trykktilstanden, etterfulgt av å aktivere den første komponent 106 for å skape underbalanse-trykktilstanden. I noen senarier kan den første komponent 106 aktiveres, mens overbalanse-trykktilstanden fremdeles er tilstede.

Som anvendt her kan en «komponent» referere til enten en enkelt modul eller en sammenstilling av moduler. En underbalanse-trykketablerende komponent kan således for eksempel inkludere en lavtrykksmodul (som for eksempel et tomt kammer), en andre modul inneholdende eksplosive anordninger, og andre moduler (som for eksempel konnektormoduler for forbindelse til andre deler av en verktøystreng). Modulene kan være separate gjenstander eller være integrert i et enkelt verktøy.

For å skape en underbalanse-trykkbetingelse i borehullintervallet tilveiebringer brønnoperatøren et kontrollsignal (som kan være et elektrisk signal, et optisk signal, trykkpulssignal, mekanisk signal, hydraulisk signal, o.s.v.) for å bevirke aktivering av den underbalanse-trykketablerende komponent 106. Med en gang underbalansetilstanden er etablert i borehullintervallet gjennomføres en brønnoppgave (som foreksempel en perforasjonsoppgave). Deretter kan brønnoperatøren bevirke at den overbalanse-trykketablerende komponent 108 genererer en overbalanse-trykktilstand i borehullintervallet. Overbalansetrykktilstanden kan bevirke etablering av et tilstrekkelig trykk til å bevirke frakturering eller annen stimulasjon av den omgivende formasjon (som for eksempel etter at perforasjonstunneler er blitt forlenget av den perforerende skyteanordning 110 inn i formasjonen 112).

Selv om det etterfølgende beskriver noen spesifikke utførelsesformer av komponenter, kan den foreliggende oppfinnelse anvende andre komponenter og metoder for å oppnå det ønskede resultat. Fig. 2 illustrerer en komponent 200 som kan brukes sammen med verktøystrengen 100 avbildet i fig. 1. Komponenten 200 kan være en hvilken som helst av den valgte komponent 106, 108 eller 110 i verktøystrengen 100 i fig. 1. Komponenten 200 inkluderer en øvre hodesammenstilling for å festes til en ytterligere del av verktøystrengen over komponenten 200, og en nedre hodesammenstilling 204 for å feste komponenten 200 til en del av verktøystrengen under komponenten 200. Mellom øvre og nedre hodesammenstillinger 202 og 204 er det festet en bærer 206.

Bæreren 206 er et hult hus som er i stand til å motta enten et drivladings-ladingsrør 208 eller et standard ladningsrør 210. Det standard ladningsrør 210 er i stand til å bære formede ladninger som er montert ved posisjoner tilsvarende åpninger 212 i ladingsrøret 210. Når de aktiveres bevirker de formede ladninger at perforeringsstråler avfyres gjennom respektive åpninger 212. I den illustrerte utførelsesform har ladingsrøret 210 en generelt sylindrisk form. I andre utførelsesformer kan ladingsrøret 210 ha andre former, inklusive ikke-sylindriske former.

Drivladingsladingsrøret 208 er en drivlading forhåndsstøpt til en sylindrisk form (ifølge en eksempelvis implementering) eller en annen slags form. Drivladingen har hulrom for å motta formede ladinger 214. Drivladingen er således faktisk et ladingsrør som har hulrom for å inneholde formede ladinger 214. I et slikt arrangement er ladingsrøret tildannet av en drivlading i stedet for å utgjøres av mer konvensjonelle metallhusdeler. Hvis drivladings-ladingsrøret 208 er anordnet i bæreren 206 bevirker avfyring av de formede ladinger 214 også aktivering av drivladningen. Brenning av drivladningen bevirker oppbygning av høytrykksgass.

I operasjon er en detonerende lunte (eller annen type av detonator) ballistisk koplet til de formede ladninger 214 i ladningsrøret 208 for drivladningen. Den detonerende lunte eller annen detonator er også ballistisk koplet til drivladningen. Et avfyringshode bevirker initiering av den detonerende lunte (eller annen detonator) som i sin tur bevirker initiering av drivladningen og de formede ladninger 214. De formede ladninger 214 skyter når de avfyres ut stråler som blåser tilsvarende hull gjennom bæreren 206. De perforerende stråler utvides gjennom ethvert foringsrør eller foring som forer borehullet 102 og utvider videre perforasjoner inn i den omgivende formasjon 112. Ved denne tid, etter avfyring av de formede ladninger 214, fortsetter drivladningen å brenne og dette bevirker oppbygning av høytrykksgass i borehullintervallet. Oppbygningen av høytrykksgassen bevirker at det etableres en overbalansetilstand i borehullintervallet.

Brenningen av drivladningen kan bevirke at trykket øker til et tilstrekkelig høyt nivå til å frakturere formasjonen. Fraktureringen tillater bedre kommunikasjon av reservoarfluider fra formasjonen inn i borehullet eller injeksjon av fluider inn i den omgivende formasjon.

I en alternativ utførelsesform kan det i stedet for formede ladninger 214 som sender perforerende stråler ut gjennom omgivende foringsrør/foringer og formasjon, anvendes mindre ladninger med en tilstrekkelig energi til å blåse hull gjennom bæreren 206 (men ikke bevirke perforasjonen av det omgivende foringsrør-foring og inn i formasjonen). I dette tilfelle skapes ikke perforasjoner i formasjonen 112 - idet åpninger i stedet skapes i bæreren 206 for å muliggjøre brenning av drivladningen for å bevirke oppbygning av trykk for å oppnå en overbalanse-trykktilstand. I denne alternative utførelsesform er de formede ladninger referert til som «punchere» eller «puncher ladninger» ettersom ladningene er i stand til å slå gjennom bæreren 206 uten å skjære gjennom den omgivende foring eller foringsrør.

Formede ladninger i det standard ladningsrør 210 blir på lignende måte aktivert av en detonerende lunte eller annen detonator for å bevirke generering av perforerende stråler som strekker seg gjennom åpningene 212 av ladningsrøret 210. De perforerende stråler skaper også åpninger i bæreren 206. Forskjellen er at drivladningen ikke brennes i det standard ladningsrør 210, slik at oppbygning av gasstrykk ikke foregår med aktiveringen av de formede ladninger i ladningsrøret 210. Fig. 3 illustrerer et forskjellig arrangement av en perforerende skyteanordning 300, som kan anvendes som den perforerende skyteanordning 110 i fig. 1. Den perforerende skyteanordning 300 inkluderer en bærerstrimmel 302 hvorpå det er montert formede ladninger 304. Som avbildet er de formede ladninger 304 anordnet i et skruemønster. En detonerende lunte 306 strekker seg langs lengden av den perforerende skyteanordning 300 i en generell skrueformet bane for å muliggjøre at den detonerende lunte 306 blir ballistisk forbundet til hver av de formede ladninger 304.

I utførelsesformen i fig. 3 er de formede ladninger 304 kapselformede ladninger, som inkluderer forseglede kapsler for å romme en formet ladning inne i hver forseglet kapsel. De kapselformede ladninger 304 må ikke rommes inne i et forseglet skyteanordningsbærerhus (som for eksempel bæreren 206 i fig. 2), men de kapselformede ladninger kan snarere eksponeres for borehullfluidene.

I tillegg er det anordnet drivmiddelelementet 308 i form av innsatser i rom tilgjengelig mellom de kapselformede ladninger 304 og omkring kapselladningene 304. Drivladningselementene 308 initieres i respons til en detonasjonsbølge som beveger seg gjennom den detonerende lunte 306. Også her bevirker aktivasjon av de formede ladninger 204 og aktivasjon av drivladningsinnsatsene 208 for å bevirke oppbygning av høytrykksgass og etablering av enn overbalansetilstand i borehullintervallet.

Fig. 4 illustrerer en verktøystreng ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. Verktøystrengen 400 i fig. 4 inkluderer flere seksjoner 402A, 402B, 402C, 402D og 402E. Seksjon 402A inkluderer en kontrollmodul 404 og en skyteanordnings- og drivladningsmodul 406. Skyteanordnings- og drivladningsmodulen 406 inkluderer både formede ladninger og drivladningselementet. For eksempel kan skyteanordnings- og drivladningsmodulen 406 enten være den perforerende skyteanordning 300 i fig. 3 eller drivladningsladningsrøret 208 installert i bæreren 206 i fig. 2.

Den andre seksjon 402B inkluderer en kontrollmodul 408 og en perforerende skyteanordning 410. I den andre seksjon 402B er det anordnet en drivladning. Den perforerende skyteanordning 410 kan imidlertid være konstruert til å ha en forholdsvis høy andel av tomrom inne i den perforerende skyteanordning 410. (Tomrommet annet volum enn de formede ladninger, hovedlunten og andre komponenter i den perforerende skyteanordning 410) er initialt avtettet fra borehulltrykket. Etter avfyring av de formede ladninger er åpninger tildannet i det forseglede hus av den perforerende skyteanordning 410. Etter detonasjon av de formede ladninger fyller varme detonasjonsgasser det indre kammer av skyteanordningen 410. Hvis det resulterende detonasjonsgasstrykk er mindre enn borehulltrykket trekkes da de kaldere borehullfluider inn i skyteanordningshuset. Den hurtige akselerasjon gjennom perforasjonsåpningene i skyteanordningshuset bryter fluidet opp i dråper og resulterer i hurtig avkjøling av gassen. Hurtig tap avtrykk i skyteanordningen resulterer følgelig i at hurtig borehullfluidtømming bevirker et fall i borehulltrykket. Fallet i borehulltrykk skaper en underbalansetilstand i det ønskede borehullintervall.

Den neste seksjon 402C i verktøystrengen 400 inkluderer en kontrollmodul 412 og en skyteanordnings- og drivladningsmodul 414. Skyteanordnings- og drivladningsmodulen 414 kan være lignende skyteanordnings- og drivladningsmodulen 406 (inneholdende formede ladninger som kan utvide perforasjoner inn i den omgivende formasjon) eller skyteanordnings- og drivladningsmodulen 414 kan inkludere mindre formede ladninger som er konstruert til å blåse åpninger gjennom huset av modulen 414, men har ikke tilstrekkelig energi til å utvide perforasjoner inn i den omgivende formasjon.

Den neste seksjon 402D av verktøystrengen 400 inkluderer en kontrollmodul 416 og en skyteanordningsmodul 418. Skyteanordningsmodulen 418 kan være lignende skyteanordnings-modulen 410. Den andre seksjon 402E inkluderer en kontrollmodul 420 og en skyteanordnings- og drivladningsmodul 422 som også inkluderer både formede ladninger og drivladningselementer. Bemerk at seksjoner 402A og 402C og 402E når de aktiveres bevirker etableringen av overbalansetrykkbetingelsene i borehullsintervallene proksimalt respektive seksjoner 402A, 402B og 402C. Hver av seksjonene 402B og 402D er i stand til å bevirke etablering av underbalansebetingelser i borehullintervaller proksimalt til seksjonene.

Rekkefølgen av modulene illustrert i fig. 4 er anordnet for et eksempelvis formål. I andre implementasjoner kan andre rekkefølger av modulene anvendes. Den rekkefølge hvori modulene aktiveres kan også kontrolleres av brønnoperatøren. Aktivering av hver seksjon 402 styres av den respektive kontrollmodul. I noen implementasjoner kan hver av kontrollmodulene inkludere en tidsstyreanordning som når den aktiveres bevirker en forsinkelse av en eventuelt forhåndsinnstilt periode før aktivasjon av seksjonen.

Fig. 5 er et tidsdiagram som illustrerer en sekvens av transiente trykkbetingelser generert ved aktivering av forskjellige moduler av en verktøystreng (som for eksempel verktøystrengen 400 i fig. 4 eller verktøystrengen 100 i fig. 1) i borehullintervallet. Ifølge fig. 5 avfyres først en perforerende skyteanordning (som initialt bevirker at det i borehullintervallet genereres en forholdsvis liten transient overbalansetilstand 450). Trykket faller så tilbake til det normale trykk i borehullet, som skyldes at forekomsten av perforasjonene i den omgivende formasjon befinner seg ved formasjonstrykket.

Deretter, hvis en drivladning er blitt initiert, genereres da en større overbalansetrykktilstand 452 (med høyere trykk enn overbalansetrykktilstanden 450). Etter brenning av drivladningen faller trykket tilbake til det normale borehulltrykk. Deretter aktiveres en perforerende skyteanordning som inkluderer en modul for å skape en transient underbalansetilstand og dette bevirker at det genereres en transient underbalansetilstand 454. Modulen kan være en hul bærer som inneholder en lavtrykksgass og som når den åpnes (som for eksempel ved avfyring av formede ladninger) bevirker at det omgivende trykk faller (som drøftet i det foregående). Etter aktivering av denne modul returnerer borehulltrykket til nær det normale borehulltrykk. Deretter skapes i respons til initieringen av en ytterligere drivladning en transient overbalansetrykktilstand 456 i borehullintervallet. I fig. 5, er således sekvensen av overbalanse- og underbalansetilstander som følger: (1) overbalanse (2) overbalanse, underbalanse, og (3) overbalanse.

Fig. 6 viser en ytterligere sekvens av overbalanse- og

underbalansebetingelser. Etter den første initiering av en perforerende skyteanordning assosiert med en underbalansetrykketablerende modul skapes en transient underbalansetilstand 460. Deretter, etter at borehullintervallet har returnert til det normale borehulltrykk aktiveres en drivladning for å skape en overbalansetilstand 462. Deretter skapes i tillegg underbalansebetingelser 464 og 468 og overbalansetilstander 466 og 470.

Fig. 7 viser enda en ytterligere sekvens med underbalansebetingelser og overbalansebetingelser. Bemerk at fig. 5-7 viser noen eksempelvise sekvenser. Mange andre sekvenser av underbalanse- og overbalanse-betingelser er mulig.

Tidsintervallene for de forskjellige trykkbetingelser illustrert i fig. 5-7 kan være i avstand fra hverandre på henholdsvis millisekunder, sekunder eller endog minutter hvis det er anordnet tidsgiveranordninger i verktøyer ifølge noen utførelsesformer. Hvis tidsgiveranordninger ikke er anordnet kan da intervallene mellom de forskjellige trykktilstander i fig. 5-7 være av størrelsesorden mikrosekunder.

Fig. 8 illustrerer et verktøy for å skape en underbalansetilstand, i samsvar med en utførelsesform. Bemerk at verktøyet i fig. 8 kan anvendes som del av verktøystrengen illustrert i fig. 1. Verktøyet i fig. 8 inkluderer en atmosfærisk beholder 51 OA anvendt i forbindelse med en perforerende skyteanordning 530. I utførelsesformen i fig. 8 er beholderen 51 OA (som kan være en forbruksartikkel i én utførelsesform) oppdelt i to deler, en første del over den perforerende skyteanordning 530 og en andre del under den perforerende skyteanordning 530. Beholderen 51 OA inkluderer en lavtrykksgass (for eksempel luft, nitrogen, etc.) eller annet kompressibelt fluid.

Beholderen 51 OA inkluderer forskjellige åpninger 516A innrettet til å bli åpnet av en eksplosiv kraft, som for eksempel en eksplosiv kraft som skyldes initiering av en detonerende lunte 520A eller detonering av eksplosiver forbundet til den detonerende lunte 520A. Den detonerende lunte er også forbundet til formede ladninger 532 i den perforerende skyteanordning 530. I en utførelsesform kan som illustrert den perforerende skyteanordning 530 være en strimmelskyteanordning hvori kapselformede ladninger er montert på en bærer 534. En slik perforerende skyteanordning 530 er også referert til som en kapselformet perforerende skyteanordning. I alternative utførelsesformer kan de formede ladninger 532 være ikke-kapselformede ladninger inneholdt i en forseglet beholder.

Åpningene 516A kan i alternative utførelsesformer inkludere en ventil eller annet element som kan åpnes for å muliggjøre kommunikasjon med det indre av beholderen 51 OA. Når denne åpnes kan åpningene 516A bevirke at fluid plutselig strømmer inn i det indre kammer av den atmosfæriske beholder 51 OA.

Den plutselige fluidinnstrømning kan gjennomføres forholdsvis hurtig etter perforering. For eksempel kan den plutselige fluidinnstrømning gjennomføres i løpet av omtrent 1 minutt etter perforering. I andre utførelsesformer kan den plutselige fluidinnstrømning gjennomføres i løpet av (mindre eller lik) omtrent 10 sekunder, ett sekund, 100 millisekunder, eller 10 millisekunder, som eksempler, etter perforering. Tidsforsinkelsen kan innstilles ved hjelp av en tidsgiveranordning i verktøyet.

Med henvisning til fig. 9 illustreres enda en ytterligere utførelsesform for å etablere en underbalanse-trykktilstand under en perforeringsoperasjon. En perforerende skyteanordning 700 inkluderer et skyteanordningshus 702 og en bærerledning 704, som kan være en glatt ståltråd, en vaier, eller spolerør. I en utførelsesform er den perforerende skyteanordning 700 en hul bærerskyteanordning med formede ladninger 714 inne i et kammer 718 av et forseglet hus 716. I arrangementet i fig. 9 senkes den perforerende skyteanordning 702 ned gjennom et produksjonsrør 706. En pakning (ikke vist) kan være anordnet omkring produksjonsrøret 706 for å isolere et intervall 712, hvori den perforerende skyteanordning 700 skal avfyres (referert til som det «perforerende intervall 712»). Et trykk Pwer tilstede i det perforerende intervall 712.

Under detonasjon av de formede ladninger 714 danner perforerende åpninger 720 i huset 702 som et resultat av de perforerende stråler produsert av de formede ladninger 714. Under detonasjon av de formede ladninger 714 fyller varm gass det indre kammer 708 av skyteanordningen 716. Hvis det resulterende detonasjonsgasstrykk PGer mindre enn borehulltrykket, Pwmed en gitt mengde vil da de kaldere borehullfluider trekkes inn i kammeret 718 av skyteanordningen 702. Den hurtige akselerasjon av brønnfluider gjennom perforasjonsåpningene 720 vil bryte fluidet opp til dråper som resulterer i hurtig avkjøling av gassen inn i kammeret 718. Det resulterende hurtige skyteanordningstrykktap og den enda mer hurtige borehullfluidtømming inn i kammeret 718 bevirker at borehulltrykket Pwreduseres. Avhengig av de absolutte trykk kan dette trykk være tilstrekkelig til å generere en forholdsvis stor underbalansetrykktilstand (foreksempel på mer enn 140 kg/cm<2>, selv i en brønn som begynner med en vesentlig overbalanse (for eksempel omtrent 35 kg/cm<2>). Underbalansetilstanden er avhengig av nivået av det detonerende gasstrykk PGi sammenligning med borehulltrykket Pw.

Når en perforerende skyteanordning avfyres er detonasjonsgassen hovedsakelig varmere enn borehullfluidet. Hvis kalde borehullfluider som trekkes inn i skyteanordningen frembringer hurtig avkjøling av den varme gass vil da gassvolumet krympe forholdsvis hurtig, slik at trykket reduseres til å fremme at enda mer borehullfluider trekkes inn i skyteanordningen. Gassavkjølingen kan skje i løpet av en periode på noen millisekunder, ifølge et eksempel. Tømming av borehullvæsker (som kan ha liten kompressibilitet) ut av det perforerende intervall 712 kan bringe borehulltrykket, Pwtil å falle med en forholdsvis stor grad (flere hundre kg/cm<2>).

I samsvar med noen utførelsesformer kontrolleres forskjellige parametere for å oppnå den ønskede forskjell i verdier mellom de to trykk pwog PG. For eksempel kan nivået av detonasjonsgasstrykket PGreguleres av den eksplosive ladning eller ved å regulere volumet av kammeret 718 eller regulere arealet av åpningen eller åpningene inn i kammeret 718. Nivået av borehulltrykket Pwkan reguleres ved å pumpe opp trykket i hele brønnen eller en isolert seksjon av brønnen, eller ved dynamisk å øke borehulltrykket i et lokalt nivå.

Fig. 10 illustrerer en utførelsesform av et verktøy 600 (brukbart i verktøystrengen i fig. 1) som kan anvendes for å generere en overbalansetrykktilstand for det formål å stimulere et borehullintervall. Verktøyet 600 inkluderer en drivladning 602 og et trykkammer 604. Trykkammeret 604 anvendes for å oppsamle gassbiprodukter som skapes ved initiering av drivladningen 602. Verktøyet 600 inkluderer videre et bruddelement 606 (for eksempel en bruddskive) ved en ende av trykkammeret 604. Verktøyet 600 inkluderer også en tømmesubmontasje 608 festet til trykkammeret 604. Tømmesubmontasjen 608 inkluderer flere åpninger 610.

I operasjon samles etter initiering av drivladningen 602 høytrykksgass inn i trykkammeret 604. Når trykket i presskammeret 604 når et tilstrekkelig høyt nivå brytes bruddelementet 606. Etter brudd av bruddelementet 606 frigis gasstrykket i trykkammeret 604 gjennom åpningene 610 på tømmesubmontasjen 608.

Bruddelementet 606 er konstruert til å brytes ved et forut bestemt trykk, som for eksempel som når 1/2, 3A eller en annen andel av drivladningen 602 er forbrukt. Bruddtrykket kan varieres ved å endre antallet av bruddskiver anvendt i bruddelementet 606. Ved å anvende verktøyet 600 ifølge noen utførelsesformer kan den trykkpuls som utøves på den omgivende formasjon kontrolleres. Denne kontroll kan også oppnås ved å variere volumet av trykkammeret 604 og/eller ved å variere arealet av åpningene 610 i tømmesubmontasjen 608. Et reservoar av høytrykksgass tilveiebringes således av trykkammeret 604 og frigis på en kontrollert måte til den omgivende formasjon gjennom tømmesubmontasjen 608. På denne måte, ved å kontrollere frigivelsen av høytrykksgass, unngås skade på den omgivende formasjon som skyldes det forutsigbare høytrykk som utøves mot formasjonen.

Mens oppfinnelsen er blitt vist i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer vil de fagkyndige innse at tallrike modifikasjoner og variasjoner derfra er mulig. Det er ment at de etterfølgende patentkrav skal dekke slike modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor den reelle idé og ramme for oppfinnelsen.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for anvendelse i et borehull, omfattende: innføring av en verktøystreng (100) til et intervall i borehullet (102), idet fremgangsmåten erkarakterisert vedtrinnene: aktivering av en første komponent (106) i verktøystrengen (100) for å skape en transient underbalansetrykktilstand i borehullintervallet; og etter aktivering av den første komponenten (106) for å skape underbalansetrykktilstanden, å aktivere en andre komponent (108) i verktøystrengen (100) for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet; der aktivering av den andre komponenten (108) består av å initiere et drivmiddel i den andre komponenten (108).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor initiering av drivmidlet i den andre komponenten (108) omfatter initiering av drivmiddel i forbindelse med avfyring av eksplosive innretninger (208) i den andre komponenten (108).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der avfyring av eksplosive innretninger (208) omfatter å avfyre rettede ladninger (214).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der den andre komponenten (108) består av et holder-hus (206) som inneholder drivmidlet og de rettede ladninger (214), idet fremgangsmåten videre omfatter å stanse åpninger (212) i holderhuset (206) som reaksjon på avfyring av rettede sprengladninger (214).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der aktivering av den andre komponenten (108) gjøres når den transiente underbalansetrykktilstanden fremdeles er tilstede.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å tilveiebringe et intervall på mikrosekunder mellom de transiente overbalanse- og underbalanse- trykkbetingelser.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den første komponenten (106) ytterligere innbefatter et hus (206) i hvilket i det minste én eksplosiv er anordnet, der aktivering av den første komponenten (106) omfatter å aktivere i det minste én eksplosiv i huset for å skape åpninger (212) i huset for å eksponere et kammer på innsiden av huset for borehullfluider for å skape den transiente underbalansetrykktilstanden.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, der aktivering av i det minste én eksplosiv omfatter aktivering av en detonerende lunte (306).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, videre omfattende å tilveiebringe en kapsel formet perforeringskanon (300) som er aktiverbar av den detonerende lunte (306), den kapsel formede perforeringskanonen er forbundet med huset.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å tilveiebringe, ved hjelp av en tidsgiveranordning, en pause på en av millisekunder, sekunder og minutter mellom transient underbalanse- og overbalansetrykkbetingelser.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den andre komponenten (108) består av et hus i hvilket i det minste en eksplosiv er anordnet, der aktivering av den andre komponenten (108) omfatter aktivering av i det minste en eksplosiv i huset for å skape åpninger (212) i huset for å eksponere et kammer inne huset for borehullfluider for å skape den transiente underbalansetrykktilstanden.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11 ,der aktivering av den andre komponenten (108) inntreffer mens overbalansetilstanden fortsatt er til stede.

13. Verktøystreng,karakterisert vedat: en første komponent (106) kan aktiveres for å skape en transient underbalansetrykktilstand i et borehullintervall nær verktøystrengen (100); og en andre komponent (108) kan aktiveres for å skape en transient overbalansetrykktilstand i borehullintervallet, der den første komponenten (106) ytterligere innbefatter et hus (206) i hvilket i det minste en eksplosiv (214) er anordnet, der aktivering av den første komponenten (106) omfatter å aktivere i det minste en eksplosiv (214) i huset for å lage åpninger (212) i huset for å eksponere et kammer inne i huset for borehullfluider for å skape den transiente underbalansetrykktilstand.

14. Verktøystreng ifølge krav 13, der den andre komponenten (108) omfatter et drivmiddel som er igangsatt for å generere høytrykksgass i borehullintervallet for å skape den transiente overbalansetrykktilstanden.

15. Verktøystreng ifølge krav 14, der drivmidlet omfatter hulrom, og den andre komponenten (108) består av eksplosive innretninger montert i hulrommene.

16. Verktøystreng ifølge krav 15, der de eksplosive innretninger omfatter rettede ladninger (214).

17. Verktøystreng ifølge krav 18, der den andre komponenten (108) omfatteren holder (206) med en flerhet av eksplosive innretninger, og drivmidlet er inkludert i holderen (208).

18. Verktøystreng ifølge krav 13, der den andre komponenten (108) omfatter et drivmiddel og et trykkammer (604) for å motta høytrykksgass generert ved initiering av drivmidlet.

19. Verktøystreng ifølge krav 13, der den andre komponenten (108) videre omfatter et bruddelement (606) innrettet til å briste av trykket i trykkammeret (604).

20. Verktøystreng ifølge krav 19, der den andre komponenten (108) videre omfatter en ventil som har en eller flere åpninger for å frigjøre høytrykksgass fra trykkammeret (604).