NO337070B1

NO337070B1 - Fremgangsmåte for styrt trykkboring av et borehull

Info

Publication number: NO337070B1
Application number: NO20061019A
Authority: NO
Inventors: Thomas Floyd Bailey; David J Brunnert; David Michael Haugen; Kevin Smith; Ram K Bansal; Tom Fuller; Roy W Rooyakkers; Graham Skinner; Frederick T Tilton
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2016-01-11
Also published as: GB0603997D0; NO20061019L; GB2431942B; CA2539266A1; CA2539266C; US8955619B2; US20060157282A1; GB2431942A

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsesområdet

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt styring av trykket i et borehull. Mer spesifikt vedrører utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kontroll av trykket i borehullet i forhold til trykket i en omgivende jordformasjon.

Beskrivelse av beslektet teknikk

For å oppnå hydrokarbonfluidproduksjon i en jordformasjon anvendes typisk en borestreng for å bore et borehull med en første dybde inn i formasjonen. Borestrengen inkluderer et rørformet legeme med en borekrone festet til sin nedre ende for boring av hullet inn i formasjonen for å danne borehullet. Perforasjoner er lokalisert gjennom borekronen for å tillate fluidstrømning derigjennom.

Mens boring med borestrengen inn i formasjonen for å danne borehullet sirkuleres borefluid gjennom borestrengen, ut gjennom perforasjonene og opp gjennom et ringrom mellom den ytre diameter av borestrengen og en vegg av borehullet. Fluid sirkuleres i borehullet for å danne en bane inne i formasjonen for borestrengen, for å rive med seg borkaks oppnådd fra formasjonen og som skyldes boring til overflaten, og å avkjøle borekronen.

Etter at borehullet er boret til den ønskede dybde med borestrengen fjernes denne fra borehullet. Seksjoner eller strenger av foringsrør innføres så i borehullet for å fore borehullet. Foringsrøret festes typisk i borehullet ved å bringe sement til å strømme inn i ringrommet mellom den ytre diameter av foringsrøret og veggen av borehullet. Borestrengen senkes så ned gjennom foringsrøret og inn i formasjonen for å bore borehullet til en andre dybde, og en ytterligere seksjon eller streng av foringsrør senkes inn i borehullet og festes deri. Borehullet bores til økende dybder og ytterligere foringsrør festes deri til den ønskede dybde av borehullet.

Under borings- og foringsprosessen er det viktig å kontrollere trykket i borehullet ("Pw"). Pwkontrolleres i forhold til trykket i formasjonen ("Pf"). Brønnen betegnes som balansert når Pwer Pf.

Når Pf er større enn Pwer brønnen underbalanser!. Underbalanserte betingelser i borehullet letter produksjon av fluid fra formasjonen til overflaten av borehullet på grunn av at det høyere trykk bringer fluid til å strømme fra formasjon en til det lavere trykkareal inne i borehullet, mens de underbalanserte betingelser kan samtidig bevirke en uønsket utblåsing eller" spark" av produksjonsfluid gjennom borehullet opp til overflaten av borehullet. I tillegg, hvis brønnen bores under de underbalanserte betingelser kan produksjonsfluider stige til overflaten under boring og bevirke tap av produksjonsfluid.

Når det motsatte trykkforhold forekommer slik at Pwer større enn Pf er brønnen overbalansert. Overbalanserte betingelser i borehullet er fordelaktig for å kontrollere brønnen og hindre at utblåsinger forekommer, men ulemper følger ofte når Pwblir hovedsakelig større enn Pf. Spesifikt kan borefluidet anvendt under boring av borehullet strømme inn i formasjonen og bevirke tap av dyrt borefluid så vel som forårsake minsking i formasjonens produktivitet. Videre, hvis Pw er vesentlig større enn Pf kan borestrengen som senkes inn i borehullet bli sittende fast mot borehullveggen på grunn av at borestrengen trekkes i retningen av fluid som slipper i formasjonen, benevnt" fastsuging". Typisk erfastsuging av borestrengen blitt avhjulpet ved fysisk å vibrere borestrengen eller ved å fiske opp borestrengen fra borehullet.

Det ønskelige trykkforhold mellom Pwog Pf varierer i forskjellige situasjoner. For å unngå de uheldige resultater som er beskrevet i det foregående under boring under vesentlig overbalanserte eller vesentlig underbalanserte betingelser, er det ønskelig å kontrollere Pwi forhold til Pf uansett deres kontrollerte forhold til hverandre.

Generelt blir i et trykkontrollert borehull fluidtrykket i borehullet opprettholdt ved et nivå over poretrykket ("Pp0re") av formasjonen og samtidig under fraktureringstrykket ("Pfrak") av formasjonen. Pp0reav formasjonen er det naturlige trykk av formasjonen. Pfrakav formasjonen er det trykk ved hvilket borefluidet frakturerer og går inn i formasjonen. Det trykkontrollerte borehull opprettholder et forhold mellom Pwog Pf som hindrer at produksjonsfluid kommer inn i borehullet fra formasjonen (ved å holde Pwover Pp0re) og hindrer samtidig at borefluid kan komme inn i formasjonen (ved å holde Pwunder Pfrak).

Forsøk på å kontrollere Pwtar en rekke forskjellige former. Å sirkulere borefluid i borehullet under boring med borestrengen, sammen med dettes andre fordeler beskrevet i det foregående, påvirker trykket i borehullet. Ved å bringe et tilstrekkelig volum av fluid til å strømme inn i borehullet med en tilstrekkelig strømningsmengde og trykk kan hindre at produksjonsfluid strømmer inn i bore hullet fra formasjonen under boring. Fluidegenskapene av borefluidet som for eksempel densitet og viskositet påvirker også trykket i borehullet. Foretrukket har borefluid et trykk ved, men ikke over, Pf.

Kontroll av Pwnår borefluidets variabler er involvert er vanskelig på grunn av karakteren av fluidstrømning i borehullet. Med økende dybde av borehullet i formasjonen øker fluidtrykket av borefluid i borehullet tilsvarende og utvikler en hydrostatisk trykkhøyde som påvirkes av vekten av fluidet i borehullet. Friksjons-kreftene bevirket ved sirkulasjonen av borefluidet mellom overflaten av borehullet og den dypeste del av borehullet skaper ytterligere trykk i borehullet benevnt" friksjonstrykkhøyde". Friksjonstrykkhøyden øker når viskositeten av borefluidet øker. Den totale økning i trykk fra overflaten av borehullet til bunnen av borehullet er den ekvivalente sirkulasjonstetthet" ECD" av borefluidet. Trykkdifferensialet mellom ECD i borehullet og Pf ved økende dybder kan bevirke at borehullet blir overbalansert og inviterer de problemer som er beskrevet ovenfor i forhold til vesentlig overbalanserte brønner. Forskjellen mellom ECD og Pf kan være spesielt problematisk i høyavviksbrønner som bores til store lengder i forhold til deres dybder.

I tillegg til å endre borefluidegenskaper og/eller strømningsmengder i for-søket på å kontrollere Pwi forhold til Pf, anbringes seksjoner eller strenger av foringsrør i borehullet med mellomrom for å hjelpe til med å kontrollere Pwi forhold til Pf. Konvensjonelt bores en seksjon av borehullet til den dybde ved hvilken kombinasjon av hydrostatisk og friksjonstrykkhøyde nærmer seg Pfrak. En seksjon eller streng av foringsrør anbringes så i borehullet for å isolere formasjonen fra det økende trykk i borehullet før borehullet bores til en større dybde. Under boring av høyavviksbrønner fører anbringelse av mer foringsrørstrenger eller foringsrør-seksjoner med minskende indre diameter i borehullet ved økende dybder til at banen for å lede hydrokarboner og/eller å innføre verktøy i borehullet blir meget begrenset. Noen dype borehull er umulig å bore på grunn av det antall av forings-rørseksjoner eller foringsrørstrenger som er nødvendig for å komplettere brønnen.

Sammen med fastsetting av foringsrør i borehullet og endring av borefluid-egenskapene og strømningsmengder fra overflaten av borehullet for å kontrollere Pwhar også andre metoder vært undersøkt i forsøk på å kontrollere Pw(inklusive ECD). Spesifikt har en struping eller annen type av strømningskontrollanordning vært anvendt ved overflaten av borehullet for å øke og minske Pw. Forsøk på å strupe strømningen ved overflaten er dokumentert i US-Patent Application Publication 2003/0079912 og PCT Patent Application Publication WO 03/071091.

Når det anvendes en ventil for å strupe fluidstrømningen ved overflaten under boring, resulterer høyt brønnhodetrykk. Høyt brønnhodetrykk utøvet på en utblåsingssikring (" BOP") øker påkjenningen på utstyret og kunne resultere i usikre tilstander på grunn av manglende trykkbarriere mellom borehullet og overflaten, noe som kan føre til stans av operasjonen i det minste i den tid som er nødvendig for å gjennomføre erstatning av nevnte BOP. Det foreligger et behov for mer effektivt å kontrollere Pwuten å sette effektiviteten av BOP i fare.

Mange variabler som påvirker trykket av borefluidet i borehullet forekommer under boring av borehullet, inklusive bevegelsen og virkningen av borestrengen under boring inn i formasjonen, karakteren av den formasjon som bores, og den økende ECD og hydrostatiske trykk som følger med økende dybde. De stort sett uforutsigbare effekter av disse variabler bevirker at borehulltrykket stadig endres, spesielt med økende dybde i borehullet. De nåværende anstrengelser for å kontrollere Pwhar stort sett vært avhengig av manipulering av Pwfra overflaten av borehullet, mens trykket av borefluidet i borehullet stadig endres ettersom borefluidet går dypere. På grunn av at borehullet nede i brønnen og dets resulterende trykk er vanskelig å forutsi er kontroll av borehulltrykket nede i brønnen fra overflaten ikke særlig nøyaktig.

Et ytterligere problem med å kontrollere Pwunder boring resulterer på grunn av det økende trykk av fluidet med økende dybde, eller varierende trykkgradient. Formasjonsfluider i hulrom i formasjonen behøver ikke være tilstrekkelig trykksatt i en dybde, men kan være for høyt trykksatt ved en annen dybde, slik at brønnen er underbalanser! i én dybde og overbalansert i en annen dybde. Kontroll av Pwi forhold til Pf ved en dybde behøver ikke å bevirke kontroll av Pwi forhold til Pf ved en annen dybde på grunn av det økende trykk av fluid med økende dybde. Forsøkene på å kontrollere Pwfra overflaten av borehullet tar ikke hensyn til den dynamiske karakter av borehullet ved forskjellige dybder, ettersom formasjonsfluider ikke er konsekvent trykksatt ved forskjellige dybder av borehullet. Avhengig av dybden av borehullet kan det være umulig å opprettholde adekvat borehull-trykkontroll langs hele borehullet uten å overstige Pfrakunder normale forhold.

Skumfluid er en type av borefluid som anvendes for å transportere borkaks, som er biprodukter fra boringen i formasjonen, ut av borehullet til overflaten av dette. Skum er generelt en dispersjon av gass i væske stabilisert ved inklusjon av et skummiddel som for eksempel et overflateaktivt middel. Ideelt dispergeres gass i væsken for å danne en homogen gass-i-vann emulsjon. Gassen dispergeres i væsken som en diskontinuerlig fase av mikroskopiske bobler og skummidlet holder gassen og væsken sammen.

På grunn av dets ytelse ved høy viskositet, gunstig reologisk opptreden (strømningsadferd), og lave filtreringstap inn i formasjonen selv uten tilsetning av filtreringstaptilsetningsstoffer, foretrekkes skum enkelte ganger for bruk som et borefluid. I tillegg har skum fordelaktig strukturell integritet i et gitt strømnings-regime, har lett vekt, har en lav hydrostatisk trykkhøyde, og oppnår utmerket opp-slemming av faststoffer i et definert strømningsregime. Evnen av skum til å transportere borkaks fra bend i et borehull eller en utspyling i et borehull hvor borkaks ofte avsettes og forblir, bevirker typisk at borkaks forekommer utenfor rekkevidden av flytende borefluider, er en ytterligere grunn til at skum enkelte ganger foretrekkes.

Strømningsegenskaper av skum, inklusive viskositet og skjærfasthet av skummet, må imidlertid overvåkes og kontrolleres mens skummet befinner seg inne i borehullet for å opprettholde den borkaks transporterende evne av skummet opp til overflaten av borehullet. Den borkaks transporterende kapasitet og strøm-ningsegenskapene av skum dikteres i et henseende av skummets skumkvalitet. I et typisk borehull varierer skumkvaliteten ettersom skummet beveger seg gjennom borestrengen, så vel som når skummet beveger seg opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullet eller det omgivende foringsrør. Skumkvalitet, som defineres som forholdet mellom gassvolum og skumvolum ved et gitt trykk og temperatur, er en viktig egenskap av skummet på grunn av at nærheten av gassboblene til hverandre i skummet bestemmer evnen av skummet til å løfte borekakset til overflaten av borehullet uten at borekakset faller ned gjennom hulrom-mene mellom gassboblene. Skumkvalitetsparameteren dikterer om skummet har falt utenfor det område hvori blandingen er et skum.

Anvendelsen av skum er ofte problematisk på grunn av at det er nesten umulig nøyaktig å bestemme skummets strømningsatferd på grunn av ekspan-sjonen av skummet når dette beveger seg opp gjennom ringrommet. Det er ønskelig å opprettholde et hovedsakelig homogent skumstrømningsregime i ringrommet. Hvis skumkvaliteten og andre atferdsstrømningsegenskaper av skummet avviker utenfor et gitt område settes skummets borkaks bærende evne i fare og kan resultere i utilstrekkelig fjernelse av borkaks fra borehullet. Hittil er det bare mulig med et estimat av trykkprofilen og den resulterende skumkvalitet langs ringrommet av borehullet på grunn av at trykket i ringrommet er avhengig av bunnhulltrykket, den hydrostatiske trykkhøyde, friksjonstrykktap i borestrengen og andre rør, og ekspansjon av skummet i ringrommet, idet bare bunnhulltrykket og overflatetrykket av skummet er kjent. Forsøk på å opprettholde skumkvalitet i ringrommet innebærer å anslå skumkvaliteten ved måling av trykket ved bunnen av borehullet og deretter å anslå trykket i ringrommet ved dybdeintervaller ved beregninger for å oppnå det ønskede brønnhodetrykk for å opprettholde den borkaks bærende kapasitet. Kjennskap til strømningsregimet av skummet går derfor effektivt" tapt" når skummet beveger seg opp gjennom ringrommet, mellom bunnen av borehullet og overflaten av borehullet, som setter effektiv borkaks-fjernelse i fare. Publikasjonen "Formation Facturing with Foam" av Blauer og Kohlhaas, SPE Paper No. 5003, opphavsrett 1974, som beskriver den tidligere kjente metode for å anslå trykk og skumkvalitet langs ringrommet med bare bunnhulltrykket kjent.

US 7255173 beskriver et apparat og fremgangsmåter for instrumentering i forbindelse med utplassering av en nedihulls ventil, eller et separat instrumente-ringssystem. I en utførelse er en DVD i en foringsrørstreng lukket for å isolere en øvre seksjon av et brønnhull fra en nedre seksjon. Deretter blir en trykkforskjell over og under den lukkede ventil målt ved hjelp av nedihulls instrumentering for å lette åpningen av ventilen. I en annen utførelse av instrumenteringen i DDV, inkluderes sensorer som er plassert over og under en klaff i ventilen. Trykkforskjellen blir kommunisert til brønnoverflaten for bruk ved bestemmelse av hvilken mengde av trykksetting som er nødvendig i den øvre del for å sikkert og effektivt å åpne ventilen. Instrumentering tilknyttet DDV kan inkludere måling av trykk, temperatur, seismikk, akustisk, og nærhetssensorer for å forenkle bruken av ikke bare DDV men også telemetri verktøy.

WO 03006778 beskriver et boresystem for å bore undersjøiske brønnbor-inger som omfatter en rør-forbundet borkrone (130) som går gjennom et undersjø-isk brønnhode. Borefluid tilført fra overflaten strømmer gjennom røret (121), blir sluppet ut ved borkronen, og returnerer til brønnhodet gjennom et borehullsring-rom (122), og strømmer til overflaten via et stigerør (160) som strekker seg fra brønnhodet. En strømningsbegrensningsinnretning (164) plassert i stigerøret begrenser strømningen av det returnerende fluidet, mens en aktiv fluidanordning styrer utslipp av fluid fra en posisjon nedenfor til like ovenfor strømningsbegrens-ningsanordningen i stigerøret, for derved å styre bunnhullstrykk og ekvivalent sirkulasjonstetthet («ECD"). Alternativt kan fluidet tømmes inn i en separat retur-ledning (206) for derved å tilveiebringe dobbelt-gradient boring mens bunnhullstrykk og ECD kontrolleres. En styreenhet (180) styrer energien og således hastigheten til pumpen i respons til nedihulls måling(er) for å opprettholde ECD ved en forutbestemt verdi eller innenfor et forutbestemt område.

US 2003024737 beskriver et system for regulering av driftstrykk i et underjordisk borehull. Borehullet omfatter et rørformet medlem, et tetningsmedlem for å tette et ringrom mellom det rørformede medlemmet og borehullet, en pumpe for å pumpe fluidmaterialer inn i det rørformede medlemmet, og en automatisk strupeventil for styrbart å frigjøre trykksatte fluidmaterialer ut fra ringrommet. Systemet overvåker driftstrykk inne i det rørformede medlemmet og sammenligner det aktuelle driftstrykk med et ønsket driftstrykk. Differansen mellom det faktiske og det ønskede driftstrykket blir så behandlet for å styre driften av den auto-matiske strupeventilen for derved kontrollert å blø trykksatte fluidmaterialer ut av ringrommet for derved å skape mottrykk inne i borehullet.

Det foreligger derfor et behov for mer effektivt og dynamisk å kontrollere trykk i borehullet under boring av dette. Mer spesifikt behøves det å kontrollere trykket i borehullet ved forskjellige dybder av borehullet. Det foreligger et behov for å opprettholde brannkontroll ved alle dybder av borehullet ved å manipulere trykket i borehullet. Det er et ytterligere behov for å tilpasse en borehulltrykkprofil for anvendelse under boring. Det foreligger et ytterligere behov for å opprettholde et hovedsakelig homogent skumstrømningsregime i ringrommet når skum anvendes som et borefluid for å bevare den borkaks transporterende evne av skummet langs hele ringrommet.

Oppsummering av oppfinnelsen

I én utførelse omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for boring av et borehull i en formasjon hvor borehullet bores ved bruk av et rørformet legeme; et skum sirkuleres gjennom det rørformede legeme og inn i et ringrom mellom den ytre diameter av det rørformede legeme og borehullet; og et hovedsakelig homo gent skumstrømningsregime opprettholdes i ringrommet ved bruk av én eller flere trykkontrollmekanismer.

I en ytterligere utførelsesform omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å endre trykket i et borehull hvor borehullet dannes ved bruk av en borestreng; fluid sirkuleres inn i ringrommet mellom en ytre diameter av borestrengen og en vegg av borehullet mens borehullet dannes; og fluidet i ringrommet strupes selektivt slik at en trykkprofil av fluidet som strømmer i ringrommet endres.

Et ytterligere aspekt av utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse inkluderer et apparat for å regulere brønnfluidtrykk i et borehull, omfattende en borestreng, og en første trykkontrollmekanisme lokalisert på borestrengen og anbrakt i et ringrom mellom den ytre diameter av borestrengen og en vegg av borehullet, idet den første trykkontrollmekanisme tilveiebringer en ringformet innsnevring og som har en boring derigjennom, hvori en dimensjon av boringen er regulerbar når den første trykkontrollmekanisme er nede i brønnen for å endre fluidtrykk i borehullet.

I enda et ytterligere aspekt tilveiebringer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å avhjelpe fastsuging i et borehull i en jordformasjon, omfattende å danne borehullet ved bruk av en borestreng; en energioverføringsanordning forbindes selektivt til borestrengen nede i brønnen etter fastsuging av borestrengen i borehullet; og energioverføringsanordningen opereres for å overføre energi fra borefluidet som pumpes ned gjennom borestrengen til fluid som sirkulerer oppover i et ringrom mellom en ytre diameter av borestrengen og en borehullvegg, slik at fastsugingen fjernes. I enda et ytterligere aspekt av utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for å overføre en del av belastningen som bevirkes av den hydrostatiske trykkhøyde av fluidet fra å virke på bunnen av borehullet til å henge fra borestrengen.

I et ytterligere aspekt inkluderer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å danne et borehull, omfattende å innføre et rørformet legeme i et borehull tildannet i en jordformasjon; en skummet sement sirkuleres gjennom det rørformede legeme og inn i et ringrom mellom den ytre diameter av det rørformede legeme og borehullet; og en densitet av den skummede sement tilpasses langs ringrommet ved bruk av én eller flere trykkontrollmekanismer.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe en fremgangsmåte for boring av et borehull, omfattende: boring av borehullet ved injisering av borefluid gjennom en borestreng anbrakt i borehullet, der borefluidet går ut av borkronen og fører borkaks fra borkronen, borefluidet og borkakset (retur) strømmer til en overflate av borehullet gjennom et ringrom formet mellom borestrengen og borehullet,

borestrengen omfatter:

et rørformet legeme med en langsgående boring derigjennom, og en borkrone operativt koplet til en nedre ende av det rørformede legemet, minst et parti av borehullet er foret med foringsrør, en trykksensor er anbrakt i foringsrøret ved et sted i borehullet, og trykksensoren er i kommunikasjon med overflaten via en kabel; og samtidig med boring: måling av et første ringromstrykk ved anvendelse av trykksensoren; sending av det målte første ringromstrykket ved selektivt å justere en variabel strupeanordning, for derved å utøve et mottrykk på returene slik at et andre ringromstrykk er vesentlig likt et poretrykk i formasjonen.

Kort beskrivelse av tegningene

For at den måte hvorpå de ovenfor angitte trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan forstås i detalj anføres en mer spesiell beskrivelse av oppfinnelsen, kort oppsummert i det foregående, med henvisning til utførelsesformer, hvorav noen er illustrert i de vedføyde tegninger. Det skal imidlertid bemerkes at de vedføyde tegninger bare illustrerer typiske utførelsesformer av denne oppfinnelse og skal derfor ikke betraktes som begrensende for oppfinnelsens omfang, idet oppfinnelsen kan anta andre like effektive utførelsesformer. Figur 1 er en snittegning av en første utførelsesform av en brønnstrupe-anordning anbrakt i et borehull. Figur 2 er en tverrsnittstegning av en andre utførelsesform av en brønn-strupeanordning anbrakt i et borehull. Figur 2A er en snittegning av en alternativ utførelsesform av en strupeanordning anvendbar med utførelsesformen i figur 2. Figur 2B er en snittegning av en alternativ utførelsesform av en strupeanordning anvendbar med utførelsesformen i figur 2.

Figur 2C er en tverrsnittstegning gjennom linjen 2C-2C i figur 2.

Figur 3 er en tverrsnittstegning av en tredje utførelsesform av en brønn-strupeanordning anbrakt i et borehull.

Figur 4 er en snittegning av en brønnseparator i en rørstreng.

Figur 5 er en snittegning av et fluid som strømmer fra overflaten av et borehull inn i et ringrom mellom konsentriske rørformede legemer i borehullet. Figur 6 er en snittegning av en brønninjeksjonsanordning for å innføre fluid i et ringrom mellom borestrengen og et borehull. Figur 7 er en snittegning av en første utførelsesform av et trykkontrollapparat som inkluderer en overflate strupeanordning og et ECD (ekvivalent sirkulasjonstetthet) reduksjonsverktøy. Figur 8 er en snittegning av en andre utførelsesform av et trykkontrollapparat som inkluderer en brønnstrupeanordning i en borestreng og et ECD reduksjonsverktøy. Figur 9 er en snittegning av en tredje utførelsesform av et trykkontrollapparat som inkluderer en ringformet brønnstrupeanordning anbrakt under et ECD reduksjonsverktøy. Figur 10 er en snittegning av en fjerde utførelsesform av et trykkontrollapparat som inkluderer en ringformet brønnstrupeanordning anbrakt over et ECD reduksjonsverktøy. Figur 11 er en snittegning av en femte utførelsesform av et trykkontrollapparat som inkluderer en kombinert ECD reduksjonsverktøy/brønnstrupe-anordning. Figur 12A er en snittegning av en borestreng som borer et borehull ved bruk av en sammenhengende borestreng. Figur 12B er en snittegning av en første utførelsesform av et fastsugings-reduksjonsverktøy som inkluderer et ECD reduksjonsverktøy operativt forbundet til borestrengen i figur 12A. Figur 13A er en snittegning av en andre utførelsesform av et fastsugings-reduksjonsverktøy som inkluderer et ECD reduksjonsverktøy anbrakt i en borestreng og en indre diameterinnsnevring lokalisert i borestrengen under ECD reduksjonsverktøyet. Figur 13B er en snittegning av fastsugingsreduksjonsverktøyet i figur 13A. En reguleringsdel forandrer den indre diameters begrensning og dermed tillater fluidstrømning gjennom én eller flere omløpsporter innen en vegg av borestrengen. Figur 14A er en snittegning av en tredje utførelsesform av et fastsugings-reduksjonsverktøy som borer inn i en formasjon for å danne et borehull. Figur 14B vise fastsugingsreduksjonsverktøyet i figur 14A i posisjon etter fastsuging av borestrengen i borehullet. Figur 15 er en snittegning av en borefluidanvendelse som bruker skum med et trykkontrollapparat. Skummets strømningsegenskaper kan kontrolleres ved hjelp av trykkontrollapparatet langs dybden av ringrommet som eksisterer mellom en ytre diameter av en borestreng og en vegg av borehullet. Figur 15A er en tverrsnittstegning av borestrengen i borehullet langs linjen 15A-15Aifigur15.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesform

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse tillater kontroll av fluidtrykket i hele borehullet ved bruk av forskjellige trykkontrollanordninger og forskjellige borefluider. Videre tilveiebringer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse tilstrekkelig trykkontroll i borehullet til å tillate opprettholdelse av en gitt trykkprofil i hele borehullet. I tillegg tilveiebringer utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse et lukket sløyfe fluidsirkulerende system for boring av brønn-er hvori fluidstrømningsegenskapene kan kontrolleres, tilpasses etter ønske, og opprettholdes for fluid som strømmer inn i borehullet, returnere fluid som strømmer ut av borehullet, og fluid som strømmer i hele borehullet.

I utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse anvendes en brønn-strupeanordning for å påvirke fluidtrykk i borehullet. Figurene 1-3 viser utførelses-former av brønnstrupeanordninger som reduserer trykket av borefluid som sirkulerer opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullet over brønn-strupeanordningene, mens trykket økes i ringrommet under brønnstrupeanord-ningene ved å bevirke tilbaketrykk i ringrommet.

Med først henvisning til figur 1 er en borestreng 105 med en brønnstrupe-anordning 110 på sin ytre diameter anbrakt i et borehull 103 i en formasjon 101. Borehullet 103 er vist delvis foret med foringsrøret 135, selv om borestrengen 105

i andre utførelsesformer anvendes for boring inn i formasjonen 101 for å danne et borehull 103 før dette fores. Borestrengen 105 inkluderer et rørformet legeme

med en langsgående boring derigjennom, idet det rørformede legeme har en borekrone 140 operativt forbundet til sin nedre ende. Borekronen 140 kan være et hvilket som helst jordfjerningselement i stand til å bore et borehull inn i jordformasjonen 101 når borestrengen 105 senkes inn i formasjonen 101. Én eller flere perforasjoner er inkludert i borekronen 140 for å tillate sirkulasjon av borefluid F derigjennom.

Den del av borestrengen 105 som har brønnstrupeanordningen 110 på sin ytre diameter kan være separat fra resten av borestrengen 105 og forbundet til borestrengen 105 når det er ønskelig å anvende brønnstrupeanordningen 110 for å redusere trykk i ringrommet. Alternativt kan brønnstrupeanordningen 110 til-føyes til den ytre diameter av en på forhånd oppbygd borestreng 105 og anbringes ved den ønskede lokalitet på borestrengen 105 for å tilveiebringe de passende trykkeffekter i borehullet.

Brønnstrupeanordningen 110 har et strupelegeme 115 som omgir borestrengen 105. En strupeboring 120 strekker seg gjennom strupelegemet 115. Strupeboringen 120 kan ha en hvilken som helst form og konfigurasjon for å av-lede ringromsfluidstrømning inn i strupelegemet 115 i strupeanordningen 110 for å påvirke fluidtrykk i borehullet 103.

Ett eller flere tetningselementer 125, 125B strekker seg ut fra den ytre diameter av brønnstrupeanordningen 110 til den indre diameter av foringsrøret 135 for i vesentlig grad å tette ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 105 nær den brønnstrupeanordnings omsluttede del og foringsrøret 135. Et øvre tetningselement 125A og et nedre tetningselement 125B er illustrert i figur 1 ved hver ende av brønnstrupeanordningen 115, selv om alternative utførelses-former av den foreliggende oppfinnelse kan tas i betraktning som inkluderer et hvilket som helst antall tetningselementer som kan strekke seg delvis inn i ringrommet eller fullstendig inn i ringrommet for i vesentlig grad eller fullstendig å tette ringrommet mellom brønnstrupeanordningen 110 og foringsrøret 135. Hvert tetningselement 125A, 125B er foretrukket en statisk tetning bestående av gummi eller annet lignende elastisk element. I tillegg til nevnte ett eller flere tetningselementer 125A, 125B kan det anvendes én eller flere mekaniske tetninger 130 for å tette mot fluidstrømning mellom den ytre diameter av borestrengen 105 og den indre diameter av brønnstrupeanordningslegemet 115. I en utførelsesform er ett eller flere av tetningselementene 125A, 125B ringformede pakningselementer av kopptypen.

For å tette ringrommet mellom borestrengen 105 og foringsrøret 135 kan det anvendes en type av roterende trykkontrollanordning. Eksempler på roterende trykkontrollanordninger og metoder for operasjon som kan anvendes i utførelses-former inkluderer dem som er vist i US-patent 6.263.982, US-patent 5.901.964, US-patent 6.470.975, US-patent 6.138.774 eller US-patent 6.708.780. Ytterligere eksempler på roterende trykkontrollanordninger og metoder for operasjon som kan anvendes i utførelsesformer inkluderer dem som er vist i U.S. Patent Application 10/995.980, U.S. Patent Application 10/281.534, U.S. Patent Application 10/666.088 eller U.S. Patent Application 10/807.091.

I operasjon senkes borestrengen 105 med brønnstrupeanordningen 110 derpå inn i borehullet 103 mens borefluid F innføres fra overflaten inn i den indre diameter av borestrengen 105. I tillegg kan borestrengen 105 (og brønnstrupe-anordningen 110) roteres mens borestrengen 105 senkes inn i borehullet 103 mens borestrengen 105 senkes inn i borehullet 103 strømmer borefluidet F gjennom den indre diameter av borestrengen 105 og ut gjennom perforasjonene i borekronen 140, og deretter opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av den eksponerte borestreng 105 og den indre diameter av foringsrøret 135. Hvis borestrengen 105 senkes inn i formasjonen 101 for å bore et borehull 103 med en ytterligere dybde, sirkulerer fluidet F opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 105 og veggen av borehullet 103 dannet i formasjonen 101, og det returnerende fluid som strømmer oppover gjennom ringrommet inkluderer borkaks fra den utborede del av formasjonen 101. Ettersom fluidet F fortsetter å strømme oppover gjennom ringrommet er boringen 120 i brønnstrupe-anordningen 110 den eneste ikke-blokkerte bane som fluidet F kan strømme i, ettersom strupelegemet 115 virker som en fast blokkering mellom borestrengen 105 og foringsrøret 135 og ettersom den del av ringrommet mellom strupelegemet 115 og foringsrøret 135 som er tilbake er blokkert fra fluidstrømning ved tetningselementene 125B, 125A. Fluidet F kan strømme tilbake opp gjennom boringen i borestrengen 105 på grunn av borefluidet F innføres kontinuerlig ned gjennom borestrengen 105 for å danne en motvirkende kraft overfor et hvilket som helst fluid som forsøker på nytt gå inn i den indre diameter av borestrengen 105. Borefluidet F tvinges således av brønnstrupeanordningen 110 til å strømme opp gjenn om boringen 120 i strupeanordningen og deretter ut gjennom strupeanordningen 110 og tilbake inn i ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 105 og den indre diameter av foringsrøret 135 lokalisert over brønnstrupe-

anordningen 110.

Den blokkerte fluidbane bevirket av brønnstrupeanordningen 110, når den anvendes i samvirkning med en pumpe, øker trykket av borefluidet F som strømm-er opp gjennom delen av ringrommet under brønnstrupeanordningen 110 og reduserer også trykket av borefluidet F som strømmer inn i delen av ringrommet over brønnstrupeanordningen 110. Derfor er trykket av borefluidet F mindre i ringrommet over brønnstrupeanordningen 110 enn i ringrommet under brønnstrupe-anordningen 110.

Trykket av fluidet F i ringrommet kan manipuleres på forskjellige måter ved å anvende brønnstrupeanordningen 110. Diameteren av boringen 120 i strupeanordningen kan være enten regulerbar eller fast. En hydraulisk ledning eller kabel og en motor, eller alternativt en elektrisk ledning (eller begge deler) kan anvendes under boring med borestrengen 105 og operering av brønnstrupe-anordningen 110. Når diameteren av boringen 120 i strupeanordningen er regulerbar kan graden av blokkering avfluidstrømningen opp gjennom boringen 120 i strupeanordningen endres, slik at fluidtrykket under strupeanordningen 110 så vel som trykket ved hvilket fluidet strømmer ut av den øvre ende av boringen 120 i strupeanordningen reguleres. Graden av blokkering av fluidstrømningen gjennom boringen 120 kan endres ved hjelp av en eller annen slags kommunikasjonsanordning, inklusive, men ikke begrenset til, en trykkpulsanordning eller et "smart" borerør (et rør med kommunikasjonsanordninger som for eksempel elektrisk kabel eller optisk kabel derigjennom og som kommuniserer mellom over-flateutstyr for kontraheringen og føleranordninger for å avføle brønnbetingelser slik at overflateutstyret kan bestemme den grad av blokkering som behøves for å frembringe de ønskede trykk ved overflaten og deretter begrense rørdiameteren tilsvarende). Som en generell regel minsker økende innsnevring av diameteren av boringen 120 i strupeanordningen trykket av fluidet F som strømmer ut av boringen 120 i strupeanordningen og inn i ringrommet, og vice versa. Samtidig, som en generell regel, vil økning av innsnevringen i diameteren av boringen 120 i strupeanordningen i samvirkning med pumping av fluidet F øke trykket av fluidet F i den del av ringrommet som ligger under strupeanordningen 110 og vice versa. I en alternativ utførelsesform kan en eventuell ventil (åpen eller lukket) anvendes for å manipulere fluidet som strømmer gjennom boringen 120 i strupeanordningen.

Trykket av fluidet F som kommer ut fra strupeanordningen 110 kan også reguleres ved i lengderetningen å endre lokaliseringen av strupeanordningen 110 på borestrengen 105. Strupeanordningen 110 kan konfigureres til å gli langs borestrengen 105 ved hjelp av en eller annen slags brønnkommunikasjonsanordning, som beskrevet ovenfor i forbindelse med å regulere diameteren av boringen 120 nede i brønnen. Glidningen langs strupeanordningen 110 kan bevirkes ved å anvende en roterende hodetype strupeanordning, som for eksempel den strupeanordning som er referert til ovenfor. Alternativt kan posisjonen av brønnstrupe-anordningen 110 i forhold til borestrengen 105 endres fra overflaten. Å regulere posisjonen av brønnstrupeanordningen 110 på borestrengen 105 endrer trykkarakteristikkene av fluidet F som går inn i og ut av brønnstrupeanordningen 110, når trykket kontrolleres ved overflaten ved å kontrollere volumet av fluid F som befinner seg inne i borehullet 103 under strupeanordningen 110.

Et fordelaktig trekk ved brønnstrupeanordningen 110 ifølge den foreliggende oppfinnelse er dens evne til lett å virke som en brønnutblåsningssikring ("BOP") om så er ønskelig. For å bli en brønn BOP vil innsnevringen til den indre diameter av boringen 120 i strupeanordningen fullstendig blokkere boringen 120 for å hindre enhver strømning av fluidet F i å unnslippe fra delen av borehullet 103 under brønnstrupeanordningen 110 til ringrommet over brønnstrupeanordningen 110 og således avstenge en del av borehullet 103. Kommunikasjonsanordningen (inklusive én eller flere følere) kan anvendes for å bestemme når betingelsene i borehullet 103 (for eksempel trykkbetingelser) når en tilstand ved hvilken fluid-strømning fra borehullet 103 skulle avstenges. Restriksjonen av diameteren i boringen 120 kan være i stand til å bli regulert til variable diametre eller kan enkelt være en plugg som fullstendig blokkerer strømningen gjennom boringen 120 under utblåsningsbetingelser.

En alternativ utførelsesform av en brønnstrupeanordning er vist i figur 2. I figur 2 illustreres en borestreng 205 med en brønnstrupeanordningssammenstilling 260 på sin ytre diameter anbrakt i et borehull 203 i en formasjon 201. Et foringsrør 235 kan være festet inne i borehullet 203 ved hjelp av et bindingsmateriale som kan endres fysisk som for eksempel sement. Borestrengen 205 inkluderer et rør-formet legeme med en langsgående boring derigjennom og en borekrone 240 operativt festet til en nedre ende av det rørformede legeme. Borekronen 240, som har én eller flere perforasjoner derigjennom for å bringe fluid til å strømme gjennom borekronen 240, kan være et hvilket som helst jordfjerningselement i stand til å bore inn i en jordformasjon for å danne et borehull 203.

Strupeanordningssammenstillingen 260 inkluderer en generelt sylindrisk strupeanordningsunderstøttelse 270 som foretrukket (men ikke nødvendigvis) er i det vesentlige koaksial med borestrengen 205. En strupeanordning 265 strekker seg ut fra strupeanordningsunderstøttelsen 270. Strupeanordningen 265 og understøttelsen 270 virker begge omkretsmessig for å blokkere en del av ringrommet mellom veggen av borehullet 203 (og den indre diameter av foringsrøret 235) og den ytre diameter av borestrengen 205.

Strupeanordningen 265 kan ha en hvilken som helst størrelse og form ettersom størrelsen og formen av strupeanordningen 265 representerer variabler som påvirker trykket av fluidet F i ringrommet ovenfor og under strupeanordningen 265. Figur 2 viser en utførelsesform av en strupeanordning 265 hvori formen har hovedsakelig rektangulært tverrsnitt. Figurene 2A og 2B viser tverrsnittsformer av alternative utførelsesformer av respektive strupeanordninger 265A og 265B, som begge er innenfor rammen for den foreliggende oppfinnelse. Strupeanordningen 265B i figur 2B er det valg som kan være det mer effektive valg, og frembringer mindre turbulens og tilveiebringer lengre brukstid sammenlignet med andre strupe-anordningsformer.

I forbindelse med størrelsen av brønnstrupeanordningen 265, jo lenger innsnevringen av ringrommet er, desto større er strupeeffekten (desto større er reduksjonen i trykk fra undersiden av strupeanordningen 265 til oversiden av strupeanordningen 265). Følgelig, og eventuelt, når det er ønskelig å minske trykket over strupeanordningen 265 i borehullet 203 i forhold til delen av borehullet 203 under strupeanordningen 265, kunne lengden av strupeanordningen 265 økes. Lengden kan være regulerbar ved hjelp av en kommunikasjonsanordning (som beskrevet i det foregående i forbindelse med figur 1) som virker på strupeanordningen 265 mens strupeanordningen 265 befinner seg nede i brønnen for å bringe lengden av strupeanordningen 265 til å svare til brønnbetingelser som endrer seg (for eksempel trykket). I tillegg kan posisjonen av brønnstrupe-anordningen 265 i forhold til understøttelsen 270 påvirke det resulterende trykk av fluidet F som strømmer inn i og ut fra strupeanordningen 265; lokaliseringen av strupeanordningen 265 på understøttelsen kan derfor være regulerbar manuelt eller ved hjelp av en brønnkommunikasjonsanordning.

Forbindelsen av understøttelsen 270 (og derfor brønnstrupeanordningen 265) til borestrengen 205 oppnås ved hjelp av en ytterligere komponent av strupeanordningssammenstillingen 260, nemlig to eller flere øvre ribber 275 og/eller to eller flere nedre ribber 280. Selv om øvre og nedre ribber 275 og 280 ikke begge trenges, øker posisjonering av ribbene 275, 280 nær hver ende av understøttelsen 270 stabiliteten av strupeanordningssammenstillingen 260 på borestrengen 205.

Figur 2C, som er en tverrsnittstegning langs linjen 2C-2C i figur 2, avbilder en utførelsesform av de øvre ribber 275 (denne utførelsesform kan også tilpasses for de nedre ribber 280). De øvre ribber 275 (og de nedre ribber 280) inkluderer tre ribber 275A, 275B og 275C i konsentrisk avstand fra hverandre. Ribbene 275, 280 forbinder strupeanordningssammenstillingen 260 til den ytre diameter av borestrengen 205, mens de fremdeles etterlater ringrom mellom ribbene 275A, 275B, 275C (tilsvarende som ribbene 280) for fluid F strømning derigjennom (bortsett fra ved den del som underkastes struping).

Ribbene 275, 280 kan være fast montert eller kan være regulerbare radielt innover og/eller utover fra borestrengen 205 for å endre posisjonen av strupeanordningen 265 inne i ringrommet, slik at trykket av fluidet underkastes strupe-virkning over og under strupeanordningen 265 påvirkes. I den samme strømn-ingsbane kan strupeanordningen 265 være regulerbar radialt innover og/eller utover fra understøttelsen 270 for å øke eller minske det innsnevrede strømnings-areal for fluid F i ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 205 og veggen av borehullet 203 (eller den indre diameter av foringsrøret 235). Generelt bevirker en økning av det innsnevrede areal (minsking av den indre diameter av strupeanordningen 265) en større minsking i fluidtrykk etter at fluidet passerer gjennom strupeanordningen 265 og vice versa). Den radielle utstrekning og/eller tilbaketrekking av ribbene 275, 280 og/eller strupeanordningen 265 kan oppnås ved bruk av en kommunikasjonsanordning for å endre overflatetrykket av fluidet F som diktert ut fra de avfølte brønnbetingelser (for eksempel trykk) som beskrevet ovenfor. Lokaliseringen av strupeanordningssammenstillingen 260 på borestrengen 205 kan også være regulerbar ved hjelp av en brønnkommunikasjons-anordning for å påvirke minskingen i trykk av fluidet F over strupeanordningen 265 og økningen i fluidtrykk under strupeanordningen 265.

I operasjon anbringes brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 på den ytre diameter av borestrengen 205 ved en lokalitet på denne. Alternativt kan brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 anbringes på en del av borestrengen 205 (en borestrengseksjon) og deretter forbindes borestrengseksjonen til resten av borestrengen 205. Borestrengen 205 senkes ned i borehullet 203 mens borefluid F bringes til å strømme inn i den indre diameter av borestrengen 205. Borefluidet F strømmer så ut gjennom perforasjonen eller perforasjonene i borekronen 240 og fluidet F strømmer opp i ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 205 og veggen av borehullet 203. Når borestrengen 205 senkes inn i formasjonen 201 kombinerer borkaks fra jordformasjonen 201 seg med borefluidet F når borefluidet F kommer ut av perforasjonen eller perforasjonene i borekronen 240. Når borestrengen 205 senkes inn i formasjonen 201 kan borestrengen 205 eller en del av borestrengen 205 (for eksempel borekronen 240) også roteres for å bore borehullet 203 inn i formasjonen 201.

Når borefluidet F når brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 strømm-er en del av fluidet F mellom den ytre diameter av strupeanordningsunderstøttels-en 270 og veggen av borehullet 203 (og den indre diameter av foringsrøret 235), mens den resterende del av fluidet F strømmer gjennom de ringformede rom mellom de nedre ribber 280. Det areal hvorigjennom fluidet F kan strømme er da inn-snevret av brønnstrupeanordningen 265. En del av fluidet F fortsetter å strømme omkring den ytre diameter av understøttelsen 270, mens den del av fluidet F som strømmer inne i brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 strupes av brønn-strupeanordningen 265, slik at brønnstrupeanordningen 265 bare tillater at en del av fluidet som strømmer gjennom brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 strømmer forbi strupeanordningen 265 og skaper et tilbaketrykk på fluidet under strupeanordningen 265. Fluid F strømningen gjennom brønnstrupeanordnings-sammenstillingen 260 fortsetter inne i de ringformede rom mellom de øvre ribber 275, deretter vil fluidstrømmen som strømmer omkring den ytre diameter av strupeanordningssammenstillingen 260 og fluidstrømmen som strømmer gjennom strupeanordningssammenstillingen 260 slå seg sammen når fluidet F strømmer videre oppover inne i den ikke-blokkerte ringformede form mellom den ytre diameter av borestrengen 205 og veggen av borehullet 203 (og den indre diameter av foringsrøret 235) over strupeanordningssammenstillingen 260.

Før, etter og/eller under den ovenfor beskrevne operasjon av utførelses-formen vist i figurene 2-2C kan posisjonen, formen, størrelsen og/eller utstrekningen av brønnstrupeanordningssammenstillingen 260 og dens komponenter i forhold til borestrengen 205 reguleres manuelt eller automatisk ved å bestemme parameterne av fluidet F over og/eller under strupeanordningssammenstillingen 260 og regulere posisjonen, formen, størrelsen og/eller utstrekningen for å oppnå de ønskede endringer av fluid F parameterne over og under strupeanordningssammenstillingen 260. Uansett om posisjonen, formen, størrelsen og/eller utstrekningen av strupeanordningssammenstillingen 260 endres før, under eller etter operasjonen av utførelsesformene, vil brønnstrupeanordningen i seg selv tilveiebringe dynamisk regulering av trykket av fluidet over og under brønnstrupe-anordningen på grunn av at i motsetning til en overflatestruping, endrer brønn-strupeanordningen dynamisk posisjoner i forhold til fluidet F inne i borehullet 203 på grunn av at borestrengen 205 stadig endrer posisjon inne i borehullet 203 mens den borer inn i formasjonen 201.

Enda en ytterligere utførelsesform av en brønnstrupeanordning er vist i figur 3. Figur 3 illustrerer en borestreng 305 med en brønnstrupeanordning 392 omkring en del av sin ytre diameter. Borestrengen 305 er anbrakt inne i et borehull 303 dannet i en jordformasjon 301. Borestrengen 305 inkluderer et generelt rørformet legeme med en langsgående boring derigjennom og en borekrone 340 operativt forbundet til den nedre ende av det rørformede legeme. Én eller flere perforasjoner for å tillate fluidstrømning derigjennom ertildannet gjennom borekronen 340.

Brønnstrupeanordningen 392 kan være tildannet med en størrelse (lengde og bredde) beregnet for å redusere trykket derover og øke trykket derunder i den ønskede grad. I tillegg kan brønnstrupeanordningen 392 være lokalisert ved en langsgående del av borestrengen 305 for å redusere og øke trykket i ønsket grad. Formen av brønnstrupeanordningen 392 kan være hovedsakelig rektangulært i tverrsnitt, som vist i figur 3, eller kan være tildannet i formen av brønnstrupe-anordningen 265A i figur 2A, eller brønnstrupeanordningen 265B i figur 2B eller en hvilken som helst annen form i stand til å frembringe den ønskede trykkreduksjon eller trykkøkning ved den ønskede grad av strømningsturbulens i fluidet F som strømmer over eller under brønnstrupeanordningen 392.

Brønnstrupeanordningen 392 kan være regulerbar på en rekke forskjellige måter. Spesifikt kan brønnstrupeanordningen 392 kunne strekke seg radialt fra borestrengen 305, kunne strekke seg i lengderetningen langs borestrengen 305 og/eller være bevegelig i posisjon på borestrengen 305. Brønnstrupeanordningen 392 kan være regulerbar ved anvendelse av en kommunikasjonsanordning, som beskrevet i det foregående i forbindelse med figurene 1 og 2.

I operasjon anbringes brønnstrupeanordningen 392 på borestrengen 305 ved den ønskede lokalitet. Borestrengen 305 senkes inn i formasjonen 301 for å bore ut borehullet 303 mens borefluid F samtidig sirkulerer gjennom borestrengen 305. Borestrengen 305 eller en del derav (kan eventuelt roteres mens den senkes inn i formasjonen 301).

Borefluid F innført i borestrengen 305 strømmer ned gjennom borestrengen 305 ut gjennom perforasjonen eller perforasjonene, og opp gjennom ringrommet mellom veggen av borehullet og den ytre diameter av delen av borestrengen 305 under brønnstrupeanordningen 392. En del av fluidet F strømmer så omkring den ytre diameter av strupeanordningen 392, det punkt ved hvilket fluid F banen strupes, og deretter opp over strupeanordningen 392 i ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 305 og veggen av borehullet 303. Brønnstrupe-anordningen 392 bevirker at trykket av fluidet F som strømmer over strupeanordningen 392 vil være mindre i en viss grad enn trykket av fluidet F under strupeanordningen 392. Ved et hvilket som helst tidspunkt under denne prosess kan posisjon og/eller størrelsen av brønnstrupeanordningen 392 reguleres manuelt og/eller automatisk for å oppnå det trykk som ønskes i fluidet F over eller under brønnstrupeanordningen 392, på grunn av at de ønskede borehullbetingelser endrer seg eller brønnkarakteristikkene endrer seg eller av hvilken som helst annen grunn. Kommunikasjonsanordningen kan måle parametere og regulere karakteristikkene av brønnstrupeanordningen 392 i samsvar dermed for å oppnå det ønskede trykk av fluidet F ved deler av borehullet 303.

Figurene 4-6 viser forskjellige utførelsesformer av apparatet og fremgangsmåten for å redusere ekvivalent sirkulasjonstetthet (" ECD") inne i borehullet under boring inn i jordformasjonen for å danne borehullet. Utførelsesformene vist i figurene 4-6 gjør borefluid innført i en borestreng lettere for å redusere trykket i brønn-en ved å minske den hydrostatiske trykkhøyde som utøves på den omgivende formasjon. Borefluidet gjøres lettere ettersom det strømmer opp gjennom ring rommet mellom borehullveggen og den ytre diameter av borestrengen i hver utførelsesform.

Figur 4 avbilder en borestreng 405 som borer inn i en jordformasjon 435 for å danne et borehull 430. En seksjon eller streng av foringsrør 440 er lokalisert inne i borehullet 430 og er foretrukket festet inne i borehullet 430 ved hjelp av et bindingsmateriale som kan endres fysisk, mest foretrukket sement, anbrakt i ringrommet mellom den ytre diameter av foringsrøret 440 og veggen av borehullet 430. Borestrengen 405 er lokalisert inne i foringsrøret 440.

Borestrengen 405 inkluderer et generelt rørformet legeme med en langsgående boring derigjennom. Inne i borestrengen 405 er en brønnseparasjons-anordning 410 lokalisert for å separere en fluidstrøm F1 i en fluidstrøm F2 og en fluidstrøm F3, hvori fluidstrømmen F2 har lettere vekt enn fluidstrømmen F3. Mest foretrukket er fluidstrømmen F2 i det minste i vesentlig grad i gassfasen, og fluid-strømmen F3 er i det minste hovedsakelig i den flytende fase. Separasjonsanordningen 410 inkluderer en hvilken som helst kjent separasjonsanordning for å separere en fluidstrøm i separate flytende fase og gassfase strømmer (eller i det minste en hvilken som helst kjent anordning for å separere en fluidstrøm i minst to separate fluidstrømmer, idet hver fluidstrøm har en forskjellig densitet eller vekt i forhold til den andre fluidstrøm), som for eksempel en separator, men inkluderer foretrukket en hydrosyklon. Separatoren har en langsgående boring derigjennom i fluidkommunikasjon med boringene i de rørformede legemsdeler av borestrengen 405 slik at fluidstrømmen F3 som kommer ut av separasjonsanordningen 410 kan strømme gjennom den nedre del av borestrengen 405 til å drive borekronen 420 og/eller å fjerne borkaks oppnådd fra boring inn i formasjonen 435 under og omkring borestrengen 405. Én eller flere åpninger 415 er anbrakt i en vegg av separasjonsordningen 410 for å tilveiebringe et utslippspunkt for fluidstrømmen F2 som strømmer inn i ringrommet etter sin separasjon fra fluidstrømmen F1.

En borekrone 420 eller en eller annen form av et jordfjemingselement for å danne borehullet 430 i formasjonen 435 er operativt forbundet til en nedre ende av borestrengen 405. Borestrengen 405 kan ytterligere inkludere en boremotor425 for å rotere borekronen 420 når dette ønskes eller kan inkludere en bunnhullssammenstilling (" BHA") som kan inkludere boremotoren 425 sammen med én eller flere stabilisatorer og/eller trekk for retningsstyrt boring.

I operasjon festes foringsrøret 440 inne i en i det foregående utboret del av borehullet 430. For å bore en ytterligere del av borehullet 430 senkes borestrengen 405 først ned gjennom foringsrøret 440 og bores deretter inn i formasjonen 435 for å danne borehullet 430. Separasjonsanordningen 410 og andre komponenter av borestrengen 405 kan enten monteres sammen før innføringen av borestrengen 405 i foringsrøret 440, eller hver komponent kan forbindes til borestrengen 405 når denne senkes inn i foringsrøret 440 og formasjonen 435. Samtidig med at borestrengen 405 senkes inn i formasjonen 435 for å danne borehullet 430 kan hele borestrengen 405 eller en del av borestrengen 405 roteres mens borestrengen 405 senkes inn i formasjonen 435 (for eksempel kan borekronen 420 roteres ved hjelp av boremotoren 425).

Mens borestrengen 405 senkes inn i formasjonen 435 for å danne borehullet 430 innføres en fluidstrøm F1, som foretrukket inkluderer en blanding av væske og gass, mest foretrukket et skum, i borestrengen 405 fra overflaten av borehullet 430. Fluidstrømmen F1 strømmer gjennom borestrengen 405 inn i separasjonsanordningen 410, som separerer den lettere fluidstrøm F2 fra fluid-strømmen F3. Fluidstrømmen F3 fortsetter å strømme nedover gjennom borestrengen 405 og ut gjennom én eller flere perforasjoner gjennom borekronen 420, hvor fluidstrømmen F3 kombinerer med borkaks fra formasjonen 435 oppnås under dannelse av borehullet 430 til å strømme opp gjennom veggen av borehullet 430 og den ytre diameter av delen av borestrengen 405 under separasjonsanordningen 410.

Etter separasjon strømmer den lettere fluidstrøm F2 ut gjennom åpningen eller åpningene 415 i separasjonsanordningen 410, kombinerer så med fluid-strømmen F3 (og borekakset) for å danne væske/gassblandingsstrømmen F4 som strømmer oppover gjennom ringrommet mellom veggen av borehullet 430 og den ytre diameter av separasjonsanordningen 410 så vel som den ytre diameter av delen av borestrengen 405 over separasjonsanordningen 410. Fluidstrømmen F2 som slipper ut av separasjonsanordningen 410 kombinerer med fluidstrømmen F3 til å danne fluidstrømmen F4 som har lettere vekt enn fluidstrømmen F3 slik at den hydrostatiske trykkhøyde som utøves på formasjonen 435 under separasjonsanordningen 410 reduseres til å hjelpe til med å løfte fluidstrømmen F3 og borekakset oppover gjennom ringrommet.

I én utførelsesform bores borehullet 430 i en underbalanser! tilstand, hvor trykket av formasjonen 435 er høyere enn trykket i borehullet 430, eller i en nær balansert tilstand, hvor trykket i formasjonen 435 er i det vesentlige likt trykket i borehullet 430. Selv om den ovenstående beskrivelse innebærer separasjon av fluidstrømmen F1 i en væskestrøm F3 og en fluidstrøm F2, er det også innenfor rammen av utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse at fluidstrømmen F2 bare kan inkludere en væske med lavere densitet enn densiteten av væske-strømmen F3 eller en væske/gassblanding med lavere densitet enn densiteten av væskestrømmen F3, ettersom målet enkelt er å gjøre væskestrømmen F3 lettere ved bruk av fluidstrømmen F2. På grunn av at separasjonsanordningen 410 er nede i brønnen under boreoperasjonen og fortsetter videre nede i brønnen til forskjellige lokaliseringer under operasjonen, reduseres den hydrostatiske trykk-høyde kontinuerlig av fluidstrømmen F2 som strømmer fra separasjonsanordningen 410 ved en effektiv lokalisering inne i borehullet 430 for dynamisk å gjøre fluidet lettere. Væske- og gassfasene separeres nede i brønnen for å gjøre det fluid som strømmer til overflaten av borehullet 430 lettere og løfte fluidet F3 og borkaks under separatoren 410.

En ytterligere utførelsesform for å gjøre borefluidet lettere når det sirkulerer opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullet er vist i figur 5. Spesifikt illustrerer figur 5 konsentriske foringsrør 540 og 545, inklusive indre foringsrør 545 og ytre foringsrør 540 anbrakt inne i et borehull 530 dannet i en formasjon 535. De konsentriske rør som for eksempel konsentriske foringsrør 540 og 545 kan senkes inn i borehullet 530 sammen eller alternativt kan det ytre foringsrør 540 senkes inn i borehullet 530 før det indre foringsrør 545 senkes inn i det ytre foringsrør 540. Det indre foringsrør 545 kan avhenges umiddelbart under utblåsningssikringen BOP (ikke vist). Det ytre foringsrør 540 festes i borehullet 530, foretrukket ved hjelp av et bindingsmateriale som kan endres fysisk, som for eksempel sement 550, inne i ringrommet mellom den ytre diameter av det ytre foringsrøret 540 og veggen av borehullet 530. Det indre foringsrør 550 kan henges ned inne i borehullet 530 ved hjelp av en foringsrørhenger (ikke vist) eller hvilke som helst andre midler for nedhenging av foringsrør i borehullet 530 mens i det minste en del av ringrommet mellom den ytre diameter av det indre foringsrør 545 og den indre diameter av det ytre foringsrør 540 etterlates ikke-blokkert (for å tillate fluidstrømning derigjennom, som mer fullstendig beskrevet i det følgende).

En borestreng 505 er lokalisert innenfor den indre diameter av det indre foringsrør 545. Borestrengen 505 er et generelt rørformet legeme med en borekrone 520 og et eller annet jordfjerningselement operativt forbundet til den nedre ende av det rørformede legeme. Borekronen 520 inkluderer foretrukket én eller flere perforasjoner som tillater fluidstrømning gjennom borekronen 520.

I operasjon er indre og ytre foringsrør 545 og 540 lokalisert inne i en utboret del av borehullet 530, enten samlet eller separat. Det ytre foringsrør 540 festes inne i borehullet 530 etter innføring av det ytre foringsrør 540 i borehullet 530, mens det indre foringsrør 545 kan avhenges fra det ytre foringsrør 540 før eller etter dettes innføring i borehullet 530.

Borestrengen 505 senkes så inn i det indre foringsrør 545. Mens borestrengen 505 senkes inn i det indre foringsrør 545 kan hele borestrengen 505 eller en del derav, som for eksempel borekronen 520, roteres. I tillegg innføres borefluid F1 i den indre diameter av borestrengen 505 fra overflaten av borehullet 530 mens et fluid F2 med en lavere densitet enn fluidet F1 innføres (foretrukket pumpes) fra overflaten av borehullet 530 inn i ringrommet mellom den indre diameter av det ytre foringsrør 540 og den ytre diameter av det indre foringsrør 545. Fluidet F2 med den lavere densitet kan inkludere et fluid i gassfase, et fluid i den flytende fase eller en væske/gassblanding, idet fluidet F2 uansett form har en mindre densitet enn fluidet F1. Hvis fluidet F2 med lavere densitet er en gassfase-strøm kan gassen inkludere en nitrogengass.

Borefluidet F1 strømmer gjennom lengden av borestrengen 505 og ut gjennom perforasjonen eller perforasjonene i borekronen 520. Med én gang fluid-strømmen F1 slipper ut av borekronen 520 samler den med seg borkaks frembrakt fra den utborede formasjon 535. Fluidstrømmen F2 strømmer ned gjennom ringrommet mellom det ytre foringsrør 540 og det indre foringsrør 545, deretter omkring det indre foringsrør 545 for å blande seg med fluidstrømmen F1 når fluid-strømmen F1 beveger seg opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 505 og veggen av borehullet 530 når den nedre ende av det indre foringsrør 545. Fluidstrømmene F1 og F2 samles i hverandre for å danne fluid-strømmen F3, som til slutt fortsetter opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 505 og den indre diameter av det indre foringsrør 545 til overflaten av borehullet 530.

I likhet med utførelsesformen i figur 4 gjør det lettere fluid F2 innført i ringrommet mellom de konsentriske foringsrør 540 og 545 fluidet F1 som strømmer opp gjennom ringrommet mellom borestrengen 505 og det indre foringsrør 545 til overflaten av borehullet 530 lettere, slik at ECD og den hydrostatiske trykkhøyde som utøves på formasjonen 535 reduseres og fluid F1 løftes under det indre foringsrør 545 gjennom ringrommet. Det lettere fluid F2 hjelper også til med å løfte borekakset frembrakt fra boring inn i formasjonen 535. Utførelsesformen vist og beskrevet i forbindelse med figur 5 innfører et lettgjørende fluid i brønnen inn i den oppover strømmende sirkulasjonsstrøm av borefluid.

Figur 6 viser en alternativ utførelsesform for å gjøre fluid som strømmer til overflaten lettere etter at fluidet sirkulerer gjennom en borestreng. Illustrert i figur 6 er et foringsrør 640 lokalisert i et borehull 630 boret inn i en formasjon 635. Foringsrøret 640 er foretrukket festet i borehullet 630 ved hjelp av et bindingsmateriale som kan endres fysisk, som for eksempel sement 650, anbrakt i ringrommet mellom den ytre diameter av foringsrør 640 og veggen av borehullet 630.

En borestreng 605 lokaliseres innenfor den indre diameter av foringsrør 640. Borestrengen 605 inkluderer et generelt rørformet legeme med en langsgående boring derigjennom og en borekrone 620 operativt forbundet til sin nedre ende. Borekronen 620, som kan være en hvilken som helst form av jordfjerningselement, har én eller flere perforasjoner derigjennom for fluidstrømning. Borestrengen 605 kan videre inkludere en boremotor 625 eller bunnhullssammenstilling BHA for å rotere borekronen 620.

I utførelsesformen i figur 6 er også inkludert en injeksjonsanordning 655 anbrakt innenfor ringrommet mellom den indre diameter av foringsrør 640 og den ytre diameter av borestrengen 605. Injeksjonsanordningen anvendes for å injisere et lettgjørende fluid F4 (for eksempel en gass) inn i ringrommet mellom den indre diameter av foringsrør 640 og den ytre diameter av borestrengen 605. Injeksjonsanordningen 655 er vist som en rørstreng, men kan være en hvilken som helst konfigurasjon i stand til å injisere et fluid inn i ringrommet.

I operasjon festes foringsrør 640 initialt inne i en del av borehullet 630.

Borestrengen 605 senkes inn i den indre diameter av foringsrør 640 og når til slutt en ikke-utboret del av formasjonen 635 under foringsrøret 640. Borestrengen 605 borer så en ytterligere del av borehullet 630 inn i formasjonen 635. Under senking av borestrengen 605 kan hele borestrengen 605 eller en del derav eventuelt roteres (for eksempel kan borekronen 620 roteres av boremotoren 625).

Mens borestrengen 605 senkes inn i borehullet 630 innføres borefluid F5 i den indre diameter av borestrengen 605 fra overflaten av borehullet 630. Borefluidet F5 innføres for å fjerne borkaks fra borehullet 630 så vel som for å rense, avkjøle og drive borekronen 620 om så ønskes. Borefluidet F5 strømmer ned gjennom borestrengen 605, ut gjennom perforasjonen eller perforasjonene i borekronen 620, og opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av borestrengen 605 og veggen av borehullet 630. Når fluidet F5 når foringsrøret 640 strømmer fluidet F5 opp i ringrommet mellom den indre diameter av foringsrøret 640 og den ytre diameter av borestrengen 605.

Ettersom borestrengen 605 senkes inn i borehullet 630 og fluid F5 strøm-mer inn i borestrengen 605 injiseres et fluid F4 med en lavere densitet enn fluidet F5 inn i ringrommet ved bruk av injeksjonsanordningen 655. Fluidet F4 er foretrukket en gass, som kan være nitrogengass, men den kan inkludere hvilken som helst damp, væske eller væske/dampblanding som er lettere (mindre tett) enn borefluidet F5. Når fluidet F5 når den del av injeksjonsanordningen 655 som injiserer fluidet F4 inn i borehullet 630 samles fluidet F5 med fluidet F4 som injiseres til å danne en fluidstrøm F6 som strømmer opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av injeksjonsanordningen 655 og den indre diameter av foringsrøret 640, så vel som opp gjennom ringrommet mellom den ytre diameter av injeksjonsanordningen 655 og den ytre diameter av borestrengen 605, og deretter til slutt opp til overflaten av borehullet 630.

Lettgjøringsfluidet F4, som anført ovenfor i forbindelse med utførelses-formene i figurene 4 og 5 reduserer den ekvivalente sirkulasjonstetthet ECD av borefluidet F5 og reduserer den hydrostatiske trykkhøyde som utøves på formasjonen 635. I tillegg tilveiebringer det lettere fluid F4 løftekraft til borefluid-strømmen F5 og borkaks deri som sirkuleres til overflaten av borehullet 630.

Uansett fremgangsmåten eller apparatet anvendt for å lette borefluidet som strømmer opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullet, kan det anvendes en separasjonsanordning ved overflaten av borehullet etter at fluidet har strømmet opp til overflaten gjennom ringrommet for å separere det fluid som kommer ut fra ringrommet i to eller flere fluidstrømmer med varierende densitet.

Én av de separerte fluidstrømmer kan så resirkuleres gjennom den indre diameter av borestrengen under boring eller under boring i en ytterligere borestreng.

De ovenstående utførelsesformer som er vist og beskrevet i forbindelse med figurer 4-6 er spesielt fordelaktige i brønner med forlenget rekkevidde, hvor fluidfriksjonen signifikant øker trykket av borefluidet som sirkuleres med økende dybde. Sammensetningen, strømningsmengde og/eller andre egenskaper av det lettere fluid i ringrommet kan anvendes for å tilpasse fluidvekt, trykk og ekvivalent sirkulasjonstetthet ECD inne i borehullet i forhold til trykket av den omgivende formasjon.

Når utførelsesformene i figurene 4-6 anvendes for å redusere trykk i borehullet 430, 530, 630 bringes borefluidsirkulasjonen tilslutt til opphør, enten når borestrengen 405, 505, 605 når sin ønskede boredybde i formasjonen 435, 535, 635 eller ved et annet tidspunkt under boring. Når strømningen av borefluid stanses vil trykket i borehullet 430, 530, 630 øke fra ECD-trykket til det hydrostatiske trykk av det borefluid som er tilbake i borehullet 430, 530, 630 slik at i det minste en liten mengde borefluid enkelte ganger vil bli tvunget inn i formasjonen 435, 535, 635. For å hindre at borefluid kommer inn i formasjonen 435, 535, 635 eller i det minste å redusere den mengde av borefluid som strømmer inn i formasjonen 435, 535, 635 etter komplettering av sirkulasjonen av borefluid eksisterer mulige løsninger.

En første løsning innebærer pumping av en spesifikk mengde av lettere væske eller gass ned gjennom borestrengen 405, 505, 605 før strømningen av borefluid inn i borestrengen 405, 505, 605 stanses. Pumping av det lettere fluid ned gjennom borestrengen 405, 505, 605 reduserer den hydrostatiske trykkhøyde ved bunnen av borehullet 430, 530, 630 til tilslutt å tilsvare trykket av formasjonen 435, 535, 635. Det lettere fluid innføres i borestrengen 405, 505, 605 mens pumping av borefluidet inn i borehullet 430, 530, 630 til slutt stoppes.

I en andre løsning kan en ventil eller regulator (ikke vist) anordnes i borestrengen 405, 505, 605 og som åpnes bare når en trykkforskjell eller strømnings-mengdeforskjell eksisterer over ventilen eller regulatoren. Ventilen eller regulatoren er konfigurert slik at åpning av ventilen eller regulatoren frembringer et resulterende trykkfall i bunnen av borehullet 430, 530, 630 til å redusere hydrostatisk trykk av fluidet. Etter å ha stanset pumping av borefluidet inn i borestrengen 405, 505, 605 vil ventilen eller regulatoren lukke seg og etterlate et redusert trykk under ventilen eller regulatoren.

Under anvendelse av utstyret som vist og beskrevet i det foregående i forbindelse med figur 4 er borefluidet ofte allerede lettet tilstrekkelig på grunn av at separasjonsanordningen 410 når fluidet før det faller ned i brønnen, selv når inn-føring av fluid fra overflaten stanses. På grunn av at den hydrostatiske trykkhøyde allerede er redusert slik at brønntrykket i borehullet 430 er lignende trykket i formasjonen 435, behøver de ovenfor foreslåtte løsninger med å pumpe lettere fluid inn i borestrengen 405 eller å inkludere en ventil eller regulator i borestrengen 405 ikke å være nødvendig.

Når strømningstrykket og det hydrostatiske trykk er signifikant forskjellige behøver de ovennevnte løsninger ikke å være drastiske nok til nær å tilsvare borehulltrykket og formasjonstrykket. I denne situasjon kan en avstengningsplan anvendes nær borefluidstrømningen bringes til opphør for å innføre en definert mengde av lettere fluid eller gass i borestrengen 405, 505, 605 så vel som inn i ringrommet mellom borestrengen 405, 505, 605 og veggen av borehullet 430, 530, 630 for å opprettholde det ønskede trykk i borehullet 430, 530, 630.

Spesielt i høyavviksbrønner eller brønner med små borehull kan det å bringe strømningen av borefluid til opphør bevirke en utblåsing eller for tidlig hydrokarbonproduksjon. I disse brønner er strømningstrykket vanlig større enn trykket av formasjonen og den hydrostatiske trykkhøyde er mindre enn formasjonstrykket. For å regulere trykket i borehullet i forhold til trykket av formasjonen og å redusere sjansene for en utblåsning eller for tidlig hydrokarbonproduksjon kan ytterligere trykkontrollanordninger anvendes ved overflaten og/eller i bore-hullene av utførelsesformene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 4-6. Spesifikt kan en brønnstrupeanordning og/eller utblåsningssikring (BOP) (som for eksempel det roterende hode med strupeventilen som anvendes i utførelsesform-ene i figurene 4-6, som for eksempel brønnstrupeanordningene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 1-3 i det foregående. Som nevnt ovenfor kan brønn-strupeanordningen 110 i figur 1 anvendes som en brønnstrupeanordning så vel som en utblåsningssikring BOP. Alternativt kan en separat BOP fra brønnstrupe-anordningen anvendes sammen med hvilke som helst av utførelsesformene vist i figurene 1-3 i utførelsesformene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 4-6. Brønnstrupeanordningen og/eller BOP kan anvendes ved utgangen fra ringrom met mellom borestrengen 405, 505, 605 og borehullet 430, 530, 630 for å opprettholde trykket ved overflaten av borehullet 430, 530, 630 og/eller å øke trykket på formasjonen 435, 535, 635 fra borehullet 430, 530, 630.

En alternativ løsning på problemet med å regulere det trykk som påtreffes i høyavviksbrønner eller brønner med lite borehull innebærer injisering av tyngre borefluid inn i borestrengen 405, 505, 605 og/eller i ringrommet mellom borestrengen 405, 505, 605 og borehullet 430, 530, 630 enn borefluidet tidligere innført i ringrommet før strømningsopphør, i motsetning til å injisere det lettere fluid som beskrevet som en tidligere løsning. Statisk likevekt kan således oppnås når strømning av borefluid bringes til opphør.

Figurene 7-11 viser utførelsesformer av trykkontrollanordninger som inkluderer likevekts sirkulasjonstetthet (ECD) reduksjonsverktøy. Figurene 7-11 illustrerer forskjellige kombinasjoner av selektiv ringroms returstruping og tilbaketrykks pumping av borefluid med brønnfluidløfting. Kombinering av ringroms returstruping og tilbaketrykks pumping med brønnfluidløfting tillater at hellingen av linjen og den skalare verdi av borehulltrykkprofilen kan endres etter ønske. I en utførelsesform kan et virtuelt konstant trykk opprettholdes i borehullet over et dybdeintervall under anvendelse av utførelsesformer som vist og beskrevet i det følgende i forbindelse med figurene 7-11. Borehull fluidsystemet kunne tilpasses mer nøyaktig enn i dag mulig til et statisk brønnkontrollsystem uten potensial for formasjonsskade.

I en utførelsesform vist i figur 7 er borehulltrykkprofilen tilpasset ved å tilveiebringe et løftepunkt ved eller nær bunnen av borehullet og et strupepunkt, inkluderende en strupeanordning og en pumpe, ved eller nær toppen av borehullet. Et ECD reduksjonsverktøy eller gassløftepunkt er anbrakt i borehullet i en dybde over et areal av interesse i den hydrokarbonførende formasjon, og retur-borefluidet strupes eller tilbakepumpes ved overflateringrommets returfluid-strømningsstrøm. Arealet av interesse kan inkludere en del av formasjonen i stand til å føre hydrokarboner.

Figur 7 viser et borehull 705 som inkluderer en sentral og en horisontal del. For å styrke og isolere borehullet 705 mot den omgivende jordformasjon 775, er en del av borehullet 705 foret med foringsrør 710 og et ringromsareal mellom foringsrør 710 og jordformasjonen 775 er foretrukket i det minste delvis fylt med et bindingsmateriale som kan endres fysisk, som for eksempel sement 715. Ved en nedre ende av det sentrale borehull avsluttes foringen 710 og den horisontale del av borehullet 705 er en" åpen borehulldel". Borehullet 705 kan alternativt være et fullstendig åpent borehull under boringen ved bruk av utførelsesformene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Alternativt kan også borehullet 705 være et rent horisontalt, vertikalt eller awiksborehull.

Koaksialt anbrakt i borehullet 705 er en borestreng 720 landet av én eller flere rørseksjoner med et jordfjerningselement som for eksempel en borekrone 725 operativt forbundet til en nedre ende derav. Borekronen 725 kan rotere ved enden av borestrengen 720 for å danne borehullet 705, og rotasjonskraft tilveiebringes enten ved en overflate 770 av borehullet 705 eller ved hjelp av en slammotor (ikke vist) lokalisert i borestrengen 720 nær borekronen 725. Et brønnhode 735 kan være lokalisert nær overflaten 770 og inkludere borestrengen 720 anbrakt derigjennom.

Som illustrert med piler inkluderer fluidbanen 740 borefluid eller" slam" som sirkuleres ned gjennom borestrengen 720 og som kommer ut av borekronen 725. Fluidet 740 tilveiebringer typisk smøring for borekronen 725, midler for transport av borkaks til overflaten 770, og en kraft mot sidene av den åpne borehulldel av borehullet 705 for å forsøke å holde brønnen under kontroll og hindre at borehull-fluider kommer inn i borehullet 705 før brønnen er komplettert. En fluid returbane 745 er også illustrert med piler og representerer en returbane av fluidet fra bunnen av borehullet 705 til overflaten 770 via et ringromsareal 750 tildannet mellom den ytre diameter av borestrengen 720 og veggene av borehullet 705 (og den indre diameter av foringsrøret 710).

Anordnet på borestrengen 720 og vist skjematisk i figur 7 er et ECD reduk-sjonsverktøy 780 som inkluderer en motor 730 og en pumpe 700. ECD reduk-sjonsverktøyet 780 er foretrukket anbrakt i borehullet 705 over et areal av interesse i formasjonen 775. Formålet for motoren 730 er å omvandle hydraulisk energi til mekanisk energi og formålet for pumpen 700 er å virke på det sirkulerende fluid i ringrommet 750 og tilveiebringe energi eller" løft" til fluidet som strøm-mer gjennom ringrommet 750 for å redusere trykket av fluidet i borehullet 705 under pumpen 700. Som vist beveges fluid som beveger seg ned gjennom borestrengen 720 gjennom motoren 730 og bevirker at en spindel deri (ikke vist) roterer som vist med pilene 760. Den roterende spindel er mekanisk forbundet til og roterer en pumpespindel (ikke vist). Fluid 745 som strømmer oppover i ringrom met 750 styres inn i et areal av pumpen for å danne fluidstrømningsbanen 755 som passerer mellom en roterende rotor og en stasjonær stator. På denne måte reduseres trykket av det sirkulerende fluid i borehullet 705 under pumpen 700 ettersom energi tilføyes til fluidet 745 som beveges oppover ved hjelp av pumpen 700.

Fluidmotorer eller slammotorer er vel kjent på området og anvender en fluidstrømning for å frembringe en rotasjonsbevegelse. Motoren kan være hydraulisk, elektrisk eller av en hvilken som helst annen form av energikilde for å drive en aksial strømningspumpe. Fluidmotorer kan inkludere progressive hul-roms pumper ved bruk av konsepter og mekanismer som læres av Moineau i US-patent 1.892.217. En typisk motor av denne type har to sylindriske skråtannhjul-elementer hvori et indre tannhjulelement roterer inne i et ytre tannhjulelement. Typisk har det ytre tannhjulelement en skruegjenge mer enn det indre tannhjulelement. Under rotasjonen av det indre tannhjulelement beveges fluid i bevegel-sesretningen av gjengene. I en ytterligere variasjon av motor rettes fluid som går inn i motoren via en stråle mot bøtteformede elementer tildannet på en rotor. En slik motor er beskrevet i International Patent Application PCT/GB99/02450. Uansett motorkonstruksjon er formålet å tilveiebringe rotasjonskraft til pumpen 700 derunder slik at pumpen 700 vil bevirke at fluid beveger seg oppover i ringrommet 750.

Operasjonen og den fysiske formgivning av utførelsesformene av ECD reduksjonsverktøyet 780, spesifikt pumpen 700 og motoren 730, er mer spesifikt beskrevet i den samtidig verserende U.S. Patent Application Publication 2003/0146001 med tittel" Apparatus and Method to Reduce Fluid Pressure in a Wellbore" inngitt 28. mai 2002. Spesielt er en eksempelvis motor for bruk med ECD reduksjonsverktøyet 780 vist og beskrevet i forbindelse med figurene 2A-2B i den ovennevnte patentsøknad, mens en eksempelvis pumpe for bruk med ECD reduksjonsverktøyet 780 er vist og beskrevet i forbindelse med figurene 2C-2D og figur 3 i søknaden. I stedet for ECD reduksjonsverktøyet vist og beskrevet i figurene 1-3 i den ovennevnte patentsøknad, er det også tatt i betraktning at den alternative utførelsesform av ECD reduksjonsverktøyet vist og beskrevet i forbindelse med figur 4. Hvilke som helst av de nevnte utførelsesformer i U.S. Patent Application Publication 2003/0146001 av ECD reduksjonsverktøyet, motor og/eller pumpen kan anvendes med utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Ved overflaten 770 av borehullet 705 er en overflate strupemekanisme 795. Overflatestrupemekanismen 795 kan inkludere en hvilken som helst mekanisme som er i stand til struping (å skape et tilbaketrykk på) retur fluidstrømningen opp gjennom ringrommet 750, inklusive, men ikke begrenset til strupemekanismene vist og beskrevet i forbindelse med U.S. Patent Application 2003/0079912 med tittel "System and Method" og som er inngitt 2. oktober 2002 eller PCT Application International Publication WO 03/071091 med tittel "Dynamic Annular Pressure Control Apparatus and Method" og inngitt 19. februar 2003. Overflate strupemekanismen 795 er i stand til selektivt å tilveiebringe fluid tilbaketrykk på retur borefluidstrømmen som strømmer opp gjennom ringrommet 750. Et retur fluidrør 790 forbinder ringrommet 750 fluidmessig til overflatestrupemekanismen 795 og et utgangsfluidrør 792 tilveiebringer en fluidstrømningsbane ut fra overflatestrupemekanismen 795 for fluid avgitt fra overflatestrupemekanismen 795. Sirkulasjons-systemet ved overflaten 770 som kan anvendes som overflatestrupemekanismen 795 kan være et lukket sløyfesystem som vist og beskrevet i de ovenfor refererte patentsøknader US 2003/0079912 eller WO 03/071091 og kan inkludere hvilke som helst av komponentene vist og beskrevet i søknadene, alene eller i kombinasjon, som kan opereres som beskrevet i søknadene.

I operasjon innføres borefluid 740 inn i borestrengen 720 fra overflaten 770. Etter nedoverstrømning gjennom borestrengen 720 roteres fluidet 740 inne i motoren 730 for å omvandle fluidtrykket til mekanisk energi for å drive pumpen 700. Fluidet 740 strømmer så gjennom pumpen 700 og gjennom delen av borestrengen 720 under pumpen 700 og deretter ut gjennom borekronen 725. Borefluidet 740 transporterer da borkaks fra formasjonen 775 og eventuelt annet boreavfall som eksisterer inne i borehullet 705 opp gjennom ringrommet 750 via retur fluidbanen 745. Retur fluidbanen 745 er omstyrt gjennom pumpen 700, som vist ved pilene 755, slik at pumpen 700 anvendes for selektivt å tilveiebringe energi eller" løft" til fluidet 745 som strømmer opp gjennom ringrommet 750 for å redusere trykket av fluidet i borehullet 705 under pumpen 700.

Retur fluidbanen 745 kommer utfra borehullet 705 gjennom retur fluidrøret 790. Overflatestrupemekanismen 795 kan anvendes ved et hvilket som helst tidspunkt for å tilveiebringe tilbaketrykk (øke trykket) på retur fluidbanen 745 som strømmer opp gjennom ringrommet 750. Derfor kan overflatestrupemekanismen 795 og ECD reduksjonsverktøyet 780 anvendes alternativt og/eller sammen for å redusere og/eller øke fluidtrykket i borehullet 705 for å kontrollere trykk i forskjellige deler av borehullet 705. Det fluid som kommer ut av overflate strupemekanismen 795 strømmer gjennom utløpsfluidrøret 792 og kan eventuelt behandles og resirkuleres tilbake i borestrengen 705.

I en utførelsesform er trykkontrollmekanismene (ECD reduksjonsverktøyet 780 og overflatestrupemekanismen 795) som vist og beskrevet i figur 7 anvendt for å skape en regulerbar høytrykksregion over arealet av interesse i formasjonen for brønnkontroll og en lavtrykks borehulltrykkregion ved eller nær arealet av interesse i formasjonen i samsvar med formasjonstrykk. Den høye trykkregion skapes av den strupte fluidstrømning som produseres ved operasjonen av overflate strupemekanismen 795, mens lavtrykksregionen frembringes ved operasjonen av ECD reduksjonsverktøyet 780 (eller annen fluidløftende anordning). Denne foretrukne utførelsesform ville tillate bruken av et tyngre borefluid enn det som typisk anvendes når bare overflatestruping anvendes for å kontrollere borehull-trykk, mens det samtidig tillates bruk av et lettere borefluid enn det som typisk anvendes når bare en kunstig løftmekanisme anvendes nede i brønnen inntil arealet av interesse. Den foretrukne utførelsesform av borehullfluidsystemet er i stand til mer nøyaktig å tilpasse borehulltrykket til å kontrollere brønnen uten potensiale for formasjonsskade.

I andre utførelsesformer illustrert i figurene 8-9 er løftepunktet og strupepunktet for fluidet anbrakt nede i brønnen med strupepunktet under løftepunktet for å tillate opprettholdelse av en borehulltrykkprofil. Utførelsesformen vist i figur 8 inkluderer en brønnstrupeanordning strategisk anbrakt inne i boringen av en borestreng underet ECD reduksjonsverktøy. Brønnstrupeanordningen skaperfluid-strømningsinnsnevring mellom utsiden av borestrengen og innsiden av forings-røret.

De fleste av komponentene vist i figur 8 har hovedsakelig lignende struktur og operasjon som komponentene vist og beskrevet i forbindelse med figur 7; den foregående beskrivelse vedrørende komponentene med henvisningstall i "700" - serien vedrører derfor også komponentene med henvisningsnumre i "800" -serien i figur 8. Forskjellen mellom utførelsesformene i figurene 7 og 8 er at en brønn-strupeanordning 803, tilveiebrakt i form av en innsnevring mellom utsiden av bore strengen og innsiden av foringsrøret i figur 8, anvendes i stedet for overflatestrupemekanismen 795 i figur 7. Brønnstrupeanordningen 803 kan også lukkes fullstendig for å virke som en brønnfluidstrømningsbarriere i tilfellet av en brønn-kontrollsituasjon.

Brønnstrupeanordningen 803 er foretrukket inkludert på utsiden av borestrengen 820 ved et punkt under ECD reduksjonsverktøyet 880; brønnstrupe-anordningen 803 kan imidlertid alternativt inkluderes over ECD reduksjons-verktøyet 880 på utsiden av borestrengen 820. Brønnstrupeanordningen 803 kan være regulerbar for å øke eller minske graden av strømningsinnsnevring i ringrommet. Brønnstrupeanordningen 803 kan reguleres ved bruk av en hvilken som helst passende kommunikasjonsmekanisme inklusive slampuls, trykk, strømning, elektrisk signal, kulefall eller manipulasjon av rørstrengen.

I operasjon virker brønnstrupeanordningen 803 til å øke fluidtrykketfør brønnstrupeanordningen 803 i borestrengen 820 ved å tilveiebringe tilbaketrykk før lokaliseringen av brønnstrupeanordningen 803 mens den samtidig reduserer fluidtrykk etter brønnstrupeanordningen 803. ECD reduksjonsverktøyet 880 reduserer fluidtrykk av returfluidet 845 i ringromsdelen under ECD reduksjons-verktøyet 880. Denne utførelsesform ville tillate anvendelse av et forholdsvis tungt borefluidsystem, mens samtidig brannkontroll lettes av fluidets hydrostatisk trykk.

Utførelsesformen i figur 9 tilveiebringer en brønnstrupeanordning strategisk anbrakt på en ytre diameter av en borestreng under et ECD reduksjonsverktøy. Som nevnt i det foregående i forbindelse med figur 8 er de fleste av komponentene vist i figur 9 hovedsakelig lik i struktur og operasjon til komponentene vist og beskrevet i forbindelse med figur 7; beskrivelsen i det foregående vedrørende komponenter med henvisningstall i "700" -serien vedrører derfor også komponenter med henvisningstall i "900" -serien i figur 9. Forskjellen mellom utførelsesform-ene vist i figurene 7 og 9 er at brønnstrupeanordningen 908, som er anordnet i form av en brønnstrupeanordning i ringrommet mellom borestrengen og borehullveggen i figur 9, anvendes i stedet for overflatestrupemekanismen 795 i figur 7.

Brønnstrupeanordningen 908 kan inkludere brønnstrupeanordningen 110 som vist og beskrevet i forbindelse med figur 1, idet denne er den brønnstrupe-anordning som er vist i figur 9. Alternativt inkluderer brønnstrupeanordninger anvendbare i utførelsesformen ifølge figur 9 også brønnstrupeanordningene 260, 270, 392 som vist og beskrevet i forbindelse med figur 2, figur 2A, figur 2B, figur 2C eller figur 3. Generelt sagt eksisterer brønnstrupeanordningen 908 omkring den ytre diameter av borestrengen 920 for å tilveiebringe tilbaketrykk til fluidet som strømmer opp gjennom ringrommet 950. I utførelsesformen vist i figur 9 er brønn-strupeanordningen 908 lokalisert under ECD reduksjonsverktøyet 980 på borestrengen 920.

I operasjon er brønnstrupeanordningen 908 i stand til å øke trykket i den del av borehullet 905 som ligger oppstrøms fra brønnstrupeanordningen 908, mens ECD reduksjonsverktøyet 980 da er i stand til å minske fluidtrykket i hele den del av borehullet 905 som ligger oppstrøms derfra. I likhet med utførelsesformen i figur 8 ville denne utførelsesform tillate anvendelse av et forholdsvis tungt borefluidsystem, mens samtidig brannkontroll lettes ved det hydrostatiske trykk av fluidet over løftepunktet.

En ytterligere utførelsesform vist i figur 10 innebærer anbringelse av både løftepunktet og strupepunktet for fluidet nede i brønnen, idet strupepunktet eksisterer over løftepunktet, for å opprettholde den ønskede borehulltrykkprofil. Brønnstrupeanordningen 1008 er vist på den ytre diameter av borestrengen 1020 i figur 9 og er vist som brønnstrupeanordningen 110 vist og beskrevet i forbindelse med figur 1. I en alternativ utførelsesform kan brønnstrupeanordningen inkludere hvilke som helst av brønnstrupeanordningene 260, 270, 392 som vist og beskrevet i forbindelse med figur 2, figur 2A, figur 2B, figur 2C eller figur 3.

På grunn av at flertallet av komponentene vist i figur 10 er hovedsakelig like i struktur og operasjon til komponentene vist og beskrevet i forbindelse med figur 7, vedrører den ovenstående beskrivelse komponentene med henvisningstall i "700" -serien i figur 7 også komponenter med henvisningstall i "1000" -serien i figur 10. Strupemekanismen i figur 10 er imidlertid lokalisert nede i brønnen i borehullet 1005 og over ECD reduksjonsverktøyet 1080 i borestrengen 1020.

I en ytterligere alternativ utførelsesform avbildet i figur 11 kan et ECD reduksjonsverktøy anvendes som en kombinert løfte- og strupeanordning. Flertallet av komponentene vist i figur 11 er vesentlig lik i struktur og operasjon til komponentene vist og beskrevet i forbindelse med figur 7; beskrivelsen i det foregående vedrørende komponentene med henvisningstall i "700" -serien vedrører derfor også komponenter med henvisningstall i "1100" -serien i figur 11. Forskjellen er at i figur 11 utfører den kombinerte ECD reduksjonsverktøy/strupeanordning 1180 begge funksjoner med å løfte fluidet og strupe dette, etter behov.

Eventuelt kunne den kombinerte ECD reduksjonsverktøy/strupeanordning 1180 utgjøre grensesnitt med én eller flere sanntids formasjonstrykkfølere 1197A, 1197B og automatisk regulere funksjonen av ECD reduksjonsverktøyet/strupeanordningen 1180 (løfting for å minske fluidtrykk under verktøyet 1180 eller strupe for å øke fluidtrykket under verktøyet 1180) for å opprettholde riktig borefluidtrykk i ringrommet 1150 tilstøtende til et areal av interesse 1163 i en formasjon 1175. Følerne 1197A, 1197B kan inkludere en hvilken som helst type av trykkfølende anordninger, inklusive, men ikke begrenset til optiske følere. Følerne kan også være av typer for føling av andre brønnparametere som temperatur, strømnings-mengde eller massestrømning. Videre kan følerne inkludere verktøy for avføling av geofysiske parametere som for eksempel helling, orientering eller formasjons-karakteristikker.

Konstruksjon og operering av en optisk føler egnet for anvendelse med den foreliggende oppfinnelse, i utførelsesformen av en FBG-føler, er beskrevet i US-patent 6.597.711 utstedt 22. juli 2003 med tittel" Bragg Grating-Based Laser". Hvert Bragg-gitter er konstruert slik at en spesiell bølgelengde eller frekvens av lys som forplanter seg reflekteres langs kjernen, tilbake i retning av lyskilden hvorfra den ble sendt ut. Spesielt skiftes bølgelengden av Bragg-gitteret for å tilveiebringe føleren.

En ytterligere egnet type av optisk føler for anvendelse med den foreliggende oppfinnelse er en FBG-basert inferometrisk føler. En utførelsesform av en FBG-basert inferometrisk føler som kan anvendes som en optisk føler ifølge den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i US-patent 6.175.108 utstedt 16. januar 2001 med tittel "Accelerometer Featuring Fiber Optic Bragg Grating Sensor for Providing Multiplexed Multi-axis Acceleration Sensing". Den inferometriske føler inkluderer to FBG-bølgelengder separert av en lengde av fiber. Etter endring i lengden av fiberen mellom de to bølgelengder måles en endring i ankomsttiden av lys reflektert fra en bølgelengde til den andre bølgelengde. Endringen i ankomsttid indikerer brønnparameteren eller formasjonsparameteren (for eksempel trykk).

Nevnte én eller flere følere 1197A, 1197B kommuniserer via en kabel 1199 med en overvåknings- og kontrollenhet på overflaten (" surface monitoring and control unit" - SMCU) 1198 lokalisert ved overflaten 1170 eller ved en fjerntligg-ende lokalitet fra borehullet 1105. Kabelen 1199 kan være en optisk bølgeleder (som beskrevet i referanser ovenfor) eller en elektrisk ledende kabel. SMCU 1198 mottar kommunikasjon fra følerne 1197A, 1197B av trykket ved eller nærføler-lokaliseringen via kabelen 199 og er i stand til å bearbeide kommunikasjonen og sende ett eller flere signaler gjennom en kabel eller ved hjelp av kablet rør (se det følgende) for å operere ECD reduksjonsverktøy/strupeanordningen 1180 for å øke eller minske trykket i borehullet 1105. Operasjon av kontrollsystemet kan være automatisk eller halvautomatisk.

ECD reduksjonsverktøy/strupeanordningen 1180 eksisterer foretrukket over arealet av interesse 1163 for å tillate regulering av borefluidtrykket ifølge den av-følte informasjon. Evnen til å kontrollere brønntrykk ved eller nær arealet av interesse 1163 hjelper til med å hindre skade på formasjonen 1175 som kunne resultere fra overtrykksatt borefluid.

I en alternativ utførelsesform kan den kombinerte ECD reduksjonsverktøy/- strupeanordning 1180 i figur 11 erstattes med en annen trykkontrollmekanisme, som for eksempel en positiv fortrengningspumpe. Den positive fortrengningspumpe kjøres da hurtigere eller saktere avhengig av sanntids trykkrav, foretrukket bestemt ved avfølingen og kontrollsystemet.

Ett eller flere aspekter av hvilke som helst av utførelsesformene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 7-11 (så vel som figurene 1-6 beskrevet i det foregående og figurene 12-15A beskrevet i det følgende) kan kombineres for å skape spesialtilpassede borehullprofiler slik at hellingen av trykkgradienten og/eller den skalare verdi av trykkgradienten kan varieres etter ønske langs ett eller flere gitte intervaller i borehullet. Flere strupepunkter og/eller løftepunkter kan anvendes ved forskjellige lokaliteter inne i borehullet og/eller ved overflaten for å skape den ønskede borehullprofil langs intervallene. Det vil si at én eller flere ECD reduksjonsverktøy, strupemekanismer, separatorer og/eller lettere borefluider kan anvendes i borehullet for å spesialtilpasse trykket i borehullet til en gitt verdi i et gitt areal inne i borehullet.

I tillegg kan hvilke som helst av de foregående utførelsesformer vist og beskrevet i forbindelse med figurene 7-11 (og likeledes figurene 1-6 beskrevet i det foregående og figurene 12-15A beskrevet i det følgende) suppleres med sanntids brønntrykkføling, som vist og beskrevet i forbindelse med figur 11, for å kontrollere og regulere de passende trykkontrollanordninger (struping, løfte/- pumpeanordninger, fluidstrømningsmengder og/eller brønnseparatorer). Føleren eller følerne kan anbringes ved en hvilken som helst del av borehullet hvor det er ønskelig å bestemme og kontrollere borehulltrykket, inklusive ved en lokalitet nær arealet av interesse i formasjonen. Føleren eller følerne bør være automatisert eller halvautomatisert for regulering av trykkontrollanordningen eller anordningene ved bruk av passende algoritme- og mikrobearbeidingsutstyr. Føleren eller følerne kunne anvendes i forbindelse med et hvilket som helst telemetrisystem, inklusive, men ikke begrenset til, elektromagnetisk telemetri, idet et eksempel på slik er vist og beskrevet i den samtidig verserende U.S. Patent Application Publication 2004/0084189 med tittel "Instrumentation for a Downhole Deployment Valve" inngitt 5. november 2002, eller et kablet borerør, hvor operasjon og konstruksjon av et eksempel på et slikt er vist og beskrevet i den felles eide US-patent 6.655.460 med tittel "Methods and Apparatus to Control Downhole Tools" inngitt 12. oktober 2001.

Hvilke som helst av de ovenstående utførelsesformer vist og beskrevet i

forbindelse med figurene 7-11 (så vel som figurene 1-6 beskrevet i det foregående og figurene 12-15A beskrevet i det følgende) kan anvendes, alene eller i kombinasjon med aspekter av hverandre, i sammenheng med et kontinuerlig sirkulasjonskammer, for eksempel det kontinuerlige sirkulasjonskammer vist og beskrevet i den samtidig verserende U.S. Patent Application Publication 2002/0157838 med tittel "Continuous Circulation Drilling Method" inngitt 13. november 2001, og relaterte dokumenter og patentsøknader som er referert i den ovennevnte patent-søknad. Anvendelse av et kontinuerlig sirkulasjonskammer med hvilke som helst av utførelsesformene ifølge den foreliggende oppfinnelse tillater at det kan opprettholdes valgte dynamiske ringromstrykkprofiler under etablering og/eller løsning av skjøtene av borerøret anvendt i borestrengen slik at boring med trykkontroll kan gjennomføres som et lukket sløyfeboresystem, slik at boring med trykkontroll muliggjøres fra etablering av borestrengen til opptrekking av borestrengen fra borehullet. Hvilke som helst av utførelsesformene beskrevet heri kan anvendes med overflatedatabehandlingssystemer og kontrollsystemer som for eksempel dem som er beskrevet i U.S. Patent Application Publication 2003/0079912.

Figur 12A-B, 13A-B og 14 viser utførelsesformer av et hjelpeverktøy for fastsuging og som eliminerer behovet for tradisjonell vibrering eller oppfisking av borestrengen når borestrengen suges fast i et borehull. Figurene 12A-B viser et hjelpeverktøy 1270 for fastsuging selektivt innført i et borehull 1215 tildannet i en jordformasjon 1205 ved hjelp av en borestreng 1220.

En typisk boreoperasjon er vist i figur 12A. En del av borehullet 1215 bores ved bruk av borestrengen 1220 med et jordfjerningselement som for eksempel en borekrone 1225. Borekronen 1225 er foretrukket operativt forbundet til en nedre ende av det rørformede legeme av borestrengen 1220, og borekronen 1225 inkluderer én eller flere perforasjoner derigjennom for å sirkulere borefluid F i borehullet 1215. Borekronen 1225 kan eventuelt være en del av en bunnhullssammenstilling BHA (ikke vist) som kan inkludere en slammotor eller en eller annen type av brønnmotor, én eller flere stabilisatorer og/eller sentralisatorer, eller andre velkjente komponenter av en bunnhullssammenstilling BHA.

En innføringsstreng 1210 anvendes for å manipulere borestrengen 1220 fra en overflate av borehullet 1215 så vel som for å føre borefluid F inn i borestrengen 1220 fra overflaten. En nedre ende av innføringsstrengen 1210 er operativt forbundet, foretrukket ved hjelp av gjenger, til en øvre ende av borestrengen 1220.

Illustrert i figur 12B er en utførelsesform av et hjelpeverktøy 1270 for fastsuging ifølge den foreliggende oppfinnelse operativt forbundet til borestrengen 1220. Hjelpeverktøy et 1270 for fastsuging inkluderer en ECD reduksjonsverktøy rørstreng 1230 med et ECD reduksjonsverktøy 1235 deri. ECD reduksjons-verktøyet 1235 kan være det ECD reduksjonsverktøy som er vist og beskrevet i forbindelse med figurene 7-11 i det foregående. ECD reduksjonsverktøyet 1235 kan inkludere en hvilken som helst type av energioverføringssammenstilling i stand til å tilføre energi til det oppover bevegede fluid i et ringrom 1260 mellom veggen av borehullet 1215 og rørstrengen inklusive borestrengen 1220 og ECD reduksjonsverktøy rørstreng 1230. ECD reduksjonsverktøy kan også inkludere en hvilken som helst type av energioverføringssammenstilling som overfører energi fra fluid F som er pumpet ned i borestrengen 1220 til fluid som sirkulerer oppover i ringrommet 1260. ECD reduksjonsverktøyet 1235 er i stand til å overføre energi mellom det indre av rørstrengen og det ytre av rørstrengen, og kan være i kommunikasjon med en energikilde (ikke vist) for å tilveiebringe operativ energi til verktøyet 1235. ECD reduksjonsverktøyet tar vekten av fluidet bort fra bunnen av borehullet og overfører vekten til opphengningskroken.

I operasjon gjennomføres en typisk boreoperasjon ved boring inn i formasjonen 1205 for å danne et borehull 1215 under anvendelse av borestrengen 1220 og innføringsstrengen 1210, som vist i figur 12A. Borefluid F innføres i en langsgående boring i innføringsstrengen 1210 fra overflaten i en typisk sirkulerings- operasjon for å rydde vei for borekronen 1225 gjennom formasjonen 1205 og fjerne borkaks fra borehullet 1215. Fluidet F strømmer ned gjennom boringen i innføringsstrengen 1210, ned gjennom den langsgående boring i borestrengen 1220, ut gjennom perforasjonen eller perforasjonene i borekronen 1225, og opp gjennom ringrommet 1260 til overflaten av borehullet 1215.

Etter fastsuging av borestrengen 1220 i borehullet 1215 som skyldes uønsket trykkfordeling i borehullet 1215 bringes boringen med borestrengen 1220 midlertidig til opphør. Innføringsstrengen 1210 frigis selektivt fra sin operative forbindelse til borestrengen 1220 og fjernes fra borehullet 1215. I utførelses-formen vist i figur 12A skrus innføringsstrengen 1210 løs fra sin gjengeforbindelse med borestrengen 1220. Den nedre ende av ECD reduksjonsverktøyets rørstreng 1230 er da operativt forbundet til den øvre ende av borestrengen 1220, som vist i figur 12B. ECD reduksjonsverktøyet 1235 tilføyes vanlig til rørstrengen når borestrengen 1220 når en dybde på omtrent 300 til omtrent 600 meter i borehullet 1215.

Etter å ha plassert ECD reduksjonsverktøyet 1235 i rørstrengen sirkuleres på nytt borefluid F ned gjennom ECD reduksjonsverktøyets rørstreng 1230, ned gjennom borestrengen 1220, og opp gjennom ringrommet 1260. På grunn av operasjonen av ECD reduksjonsverktøyet 1235 følger fluidet F som beveger seg opp gjennom ringrommet 1260 to baner, med fluidet F som strømmer inn i ECD reduksjonsverktøyet 1235 og tilbake ut i ringrommet 1260 etter at energi er blitt tilføyd til fluidet, og med fluidet F2 som strømmer oppover gjennom ringrommet 1260. Fluidbanene F1 og F2 møtes i ringrommet 1260 for å danne fluidbanen F3. Energien som tilføyes til fluidbanen F3 og trykkavlastningen fra det høye brønn-trykk hjelper til med å oppheve fastsugingen av borestrengen 1220.

Etter opphevelse av fastsugingen av borestrengen 1220 i borehullet 1215 kan ECD reduksjonsverktøyets rørstreng 1230 fjernes fra borehullet 1215 ved løsgjøring fra borestrengen 1220, og innføringsstrengen 1210 kan på nytt operativt forbindes til borestrengen 1220 for boring av borehullet 1215 til en større dybde. Alternativt kan borestrengen 1220 og ECD reduksjonsverktøyets rørstreng 1230 begge fjernes fra borehullet 1215.

I en alternativ utførelsesform er den operative forbindelse mellom borestrengen 1220 og ECD reduksjonsverktøyets rørstreng 1230 i figurene 12A-B en forriglingsmekanisme slik at ECD reduksjonsverktøyet 1235 enkelt kan forrigles inn i borestrengen 1220 når fastsuging opptrer.

I en ytterligere alternativ utførelsesform kan ECD reduksjonsverktøyet 1235 i figurene 12A-B forbli i borestrengen 1220 under boring som en forsikringspolise mot fastsuging. I denne utførelsesform er ECD reduksjonsverktøyet 1235 ikke funksjonelt før fastsuging skjer. Under normale boreoperasjoner (i fravær av fastsuging) er ECD reduksjonsverktøyet 1235 i strekk. Når fastsuging skjer kan ECD reduksjonsverktøyet 1235 aktiveres ved en kombinasjon av overtrekking og fluid-strømning. ECD reduksjonsverktøyet 1235 blir således selektivt aktivert nede i brønnen. Figurene 13A-B viser en alternativ utførelsesform av et hjelpeverktøy 1370 for fastsuging. I denne utførelsesform demper et ECD reduksjonsverktøy 1335 trykket i et borehull 1315 og løfter den hydrostatiske trykkhøyde selv nårfluid-strømningen gjennom en del av borestrengen 1320 (foreksempel en del av bunnhullssammenstillingen BHA, som for eksempel borekronen 1325) er blokkert. Fluidstrømning gjennom borekronen 1325 kan blant annet blokkeres ved en oppbygning av borkaks frembrakt fra boring inn i formasjonen 1305. Figur 13A viser hjelpeverktøyet 1370 for fastsuging, som kan inkludere et rørformet legeme med trykkreduksjonsverktøyet operativt forbundet til en borestreng (ikke vist) eller som kan inkludere borestrengen 1320 og trykkreduksjons-verktøyet. I den viste utførelsesform inkluderer borestrengen 1320 et ECD reduksjonsverktøy 1335 deri. ECD reduksjonsverktøyet 1335 kan være det samme som ECD reduksjonsverktøyene i figurene 7-11. Borestrengen 1320 inkluderer videre en borekrone 1325 (eller en eller annen slags jordfjerningselement) operativt knyttet til sin nedre ende som har én eller flere perforasjoner derigjennom for å sirkulere fluid i borehullet 1315.

Anordnet inne i borestrengen 1320 er en hylse 1340 i stand til å gli i borestrengen 1320 for selektivt å dekke eller blottlegge én eller flere forbiføringsporter 1350 dannet gjennom veggen av en del av borestrengen 1320. En restriksjon i den indre diameter av borestrengen strekker seg innover fra hylsen 1340 med en profil 1345 for et forskyvningselement 1355 som for eksempel en kule eller et utløsningselement (se figur 13B) for positivt inngrep etter anbringelse i boringen av borestrengen 1320 for å gjennomføre forskyvningen av hylsen 1340.

I operasjon anvendes reduksjonsverktøyet 1370 for fastsuging for å bore inn i formasjonen 1305 for å danne borehullet 1315 som vist figur 13A. ECD reduksjonsverktøyet 1335 opererer på hovedsakelig den samme måte som beskrevet i det foregående i forbindelse med figurene 12A og 12B for å redusere den hydrostatiske trykkhøyde under ECD reduksjonsverktøyet 1335 og å tilføre fluidstrømning til ringrommet 1360 over ECD reduksjonsverktøyet 1335. Ved vanlig operasjon av borestrengen 1320 lukker hylsen 1340 forbiføringsporten 1350 slik at fluidstrømning gjennom denne del av borestrengen 1320 isoleres fra fluid-strømingen inne ringrommet 1360. Borefluid F strømmer nedover gjennom borestrengen 1320 inn i ECD reduksjonsverktøyet 1335 og deretter nedover gjennom borekronen 1325 og opp gjennom ringrommet 1360. Det oppover strømmende borefluid F1 strømmer inn i ECD reduksjonsverktøyet 1335 slik at ECD reduk-sjonsverktøyet 1335 kan øke trykket av fluidet, og deretter passerer fluidstrømmen F1 ut av ECD reduksjonsverktøyet 1335 til å strømme opp gjennom ringrommet over verktøyet 1335 til overflaten.

Figur 13B illustrerer operasjonen av hjelpeverktøyet 1370 for fastsuging på i det minste delvis blokkering 1380 ved den nedre ende av borestrengen 1320 (for eksempel ved borekronen 1325) når borestrengen 1320 utsettes for fastsuging i borehullet 1315. Etter blokkering 1380, på grunn av at signifikant fluidstrømning gjennom borekronen 1325 ikke kan foregå, eksisterer lite eller ikke noe fluid-strømning opp gjennom ringrommet 1360 til å strømme inn i ECD reduksjons-verktøyet 1335 for å redusere den hydrostatiske trykkhøyde derunder. Når blokkering 1380 forekommer innføres kulen 1355 eller et eller annet hylsefor-skyvende element i boringen av borestrengen 1320 og kulen 1355 hviler til slutt på profilen 1345.

Fluid F1 tilsettes så til boringen i borestrengen 1320 over kulen 1355. Etter tilstrekkelig oppbygging av fluidtrykk i boringen over kulen 1355 tvinges hylsen 1340 til å gli nedover, og blottlegger derved forbiføringsporten eller portene 1350. Fluid F1 tillates nå å sirkulere ned gjennom borestrengen 1320, ut av forbiførings-porten eller portene 1350 og opp gjennom ringrommet 1360. Fluidet F1 passerer forbi borekronen 1325 ved å bevege seg gjennom forbiføringsporten eller portene 1350.

Fluid F1 strømmer så gjennom ECD reduksjonsverktøyet 1335. Etter at ECD reduksjonsverktøyet 1335 har tilføyd trykk til fluidstrømmen F1 beveges fluid- strømmen F1 seg opp gjennom resten av ringrommet 1360 til overflaten av borehullet 1315. På denne måte reduseres den hydrostatiske trykkhøyde i borehullet 1350 under ECD reduksjonsverktøyet 1335. I fravær av den høye utstrekning av den hydrostatiske trykkhøyde og/eller ECD nær borekronen 1325 kan borestrengen 1320 bringes til å løsne fra borehullet 1315 ved å manipulere borestrengen 1320 fra overflaten av borehullet 1315 til å rette problemet med fastsuging.

Enda en ytterligere alternativ utførelsesform av et reduksjonsverktøy 1470 for fastsuging er vist i figurene 14A-B. Som vist i figur 14A er reduksjonsverktøyet for fastsuging anbrakt på den ytre diameter av en borestreng 1420 med et jordfjerningselement som for eksempel en borekrone 1425 operativt forbundet til sin nedre ende. Borestrengen 1420 er vist lokalisert inne i foringsrøret 1499 festet inne i et borehull 1415 tildannet i en jordformasjon 1405.

Reduksjonsverktøyet 1470 for fastklebing inkluderer et legeme 1492 operativt forbundet til den ytre diameter av borestrengen 1420 ved en lokalisering. Én eller flere ringromsstrømningsporter 1491 konsentrisk anordnet i avstand fra hverandre strekker seg gjennom legemet 1492 og inkluderer én eller flere enveis ventiler som for eksempel en klaffventil deri, idet klaffventilen inkluderer et klaff-sete 1496 for å motta en klaff 1494 når klaffventilen er i den lukkede posisjon. Som kjent av de fagkyndige er klaffen 1494 lukket ved hjelp av fjærspenning fra en fjær (ikke vist) ved én ende for å foreligge i et hengselforhold til legemet 1492. En hvilken som helst annen type av enveis ventil kan anvendes i stedet for en klaffventil, inklusive, men ikke begrenset til, en tilbakeslagsventil eller en kuleventil. Enveis ventilen hindrer fluidstrømning nedover gjennom enveis ventilen, men tillater fluidstrømning oppover gjennom enveis ventilen.

Klaffen 1494 kan åpnes etter fluidstrømning i oppover retning, nårfluid-trykket overvinner fjærens forspenningskraft. Åpning av klaffen 1494 eksponerer ringroms strømningsporten eller portene 1491 gjennom legemet 1492 som da tillater fluidstrømning derigjennom.

Et generelt konsentrisk tetningselement 1495 av krone- eller leppetypen, som for eksempel en pakningsskål av krone- eller leppetypen, strekker seg omkring den ytre diameter av legemet 1492 til å tette ringrommet mellom den ytre diameter av legemet 1492 og den indre diameter av foringsrøret 1499 (eller veggen av borehullet 1415 i tilfellet av et åpent borehull). Tetningselementet 1495 er foretrukket dannet av et elastomert materiale som for eksempel gummi og inkluderer én eller flere oppover forløpende lepper som tillater forseglet nedover bevegelse av borestrengen 1420 inn i borehullet 1415.

I operasjon med initial henvisning til figur 14A, senkes borestrengen 1420 inn i formasjonen 1405 for å danne et borehull 1415. Mens borestrengen 1420 senkes kan en del av borestrengen 1420 eller hele borestrengen 1420 roteres. Borefluid F innføres i en langsgående boring av borestrengen 1420 fra overflaten av borehullet 1415.

I boreposisjonen, vist i figur 14A, beveger borefluidet seg nedover gjennom boringen av borestrengen 1420, ut gjennom den nedre ende av borestrengen 1420 gjennom én eller flere perforasjoner i borekronen 1425, og opp gjennom ringrommet. Oppover fluidstrømning tillates gjennom klaffen 1494 og bevirker at klaffen 1494 svinger oppover til å eksponere ringroms forbiføringsporten eller portene 1491. Mens borestrengen 1420 senkes tilveiebringer tetningselementet 1495 et forseglet forhold mellom legemet 1492 og foringsrøret 1499, og samtidig tillater den oppover rettede forlengelse av tetningselementet 1495 hovedsakelig uhindret nedover bevegelse av borestrengen 1420. Alle eller i det minste én vesentlig del av ringromsstrømningen avledes gjennom ringroms forbiførings-porten eller portene 1491 under boring.

Mens pumpen er stanset på grunn av fastsuging eller av andre grunner

antar borestrengen 1420 den posisjon som er vist i figur 14B. Borefluid strømmer gjennom borestrengen og anordningen stanses og tillater at ringroms strømnings-anordningen 1490 lukkes. Ringroms strømningsanordningen 1490 hindrer da fluid fra oversiden av ringroms strømningsanordningen 1490 til under ringroms strømn-ingsanordningen 1490 gjennom ringroms forbiføringsporten eller portene 1491.

En hovedsakelig oppover rettet fysisk kraft utøves så på borestrengen 1420 og bevirker at en del av borestrengen 1420 under legemet 1492 strekker seg. Strekkingen av borestrengen 1420 avlaster fluidtrykket i delen av ringrommet over ringroms strømningsanordningen 1490 fra formasjonen 1405 og reduserer således fastklebingstrykket som utøves på borestrengen 1420 og befrir bore-

strengen 1420.

Selv om utførelsesformene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 12-14 er i en sammenheng med å dempe problemet med fastsuging av borestrengen, kan utførelsesformene i figurene 12-14 anvendes i en hvilken som helst situasjon som sikrer reduksjon av den hydrostatiske trykkhøyde og ekvivalent sirkulasjons tetthet ECD inne i borehullet. Utførelsesformene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 12-14 representerer bare andre verktøy eller trykkontrollmekanismer som kan anvendes i planen for å kontrollere trykket i borehullet i et kontrollert trykkboresystem.

I en ytterligere utførelsesform omfatter et apparat for å regulere fluidtrykket nede i brønnen i et borehull en borestreng og en brønnstrupeanordning lokalisert på borestrengen og anbrakt inne i et ringrom mellom den ytre diameter av borestrengen og en vegg av borehullet. Brønnstrupeanordningen inkluderer en ring-romsinnsnevring og en langsgående boring derigjennom, hvori en diameter av den langsgående boring er regulerbar når brønnstrupeanordningen befinner seg nede i brønnen for å endre fluidtrykket inne i borehullet. I en ytterligere utførelsesform er lokaliseringen av brønnstrupeanordningen på borestrengen regulerbar nede i brønnen. I enda en ytterligere utførelsesform omfatter apparatet videre et ekvivalent sirkulasjonstetthets ECD verktøy lokalisert i borestrengen for å overføre energi fra borefluidet som strømmer ned gjennom borestrengen til fluid som sirkulerer opp gjennom ringrommet. I enda en ytterligere utførelsesform omfatter ECD verk-tøyet en pumpe for å løfte fluidet opp gjennom ringrommet. I enda en ytterligere utførelsesform er ECD verktøyet lokalisert på den ytre diameter av borestrengen og omfatter én eller flere selektivt opererbare ventiler og ett eller flere tetningselementer, hvori de selektivt opererbare ventiler og tetningselementene samvirker til i det minste i vesentlig grad å tette ringrommet i fravær av noen særlig merkbar strømning. I enda en ytterligere utførelsesform er den langsgående boring regulerbar nede i brønnen til i det minste i vesentlig grad å hindre fluidstrømning gjennom ringrommet.

I en ytterligere utførelsesform omfatter en fremgangsmåte for å avhjelpe fastsuging i et borehull i en jordformasjon tildannelse av borehullet ved bruk av en borestreng; en energioverføringsanordning forbindes selektivt til borestrengen nede i brønnen etter fastsuging av borestrengen i borehullet; og energioverførings-anordningen opereres til å overføre energi fra borefluid som pumpes ned gjennom borestrengen til fluid som sirkulerer oppover i et ringrom mellom den ytre diameter av borestrengen og en borehullvegg, slik at fastsugingen fjernes. I en ytterligere utførelsesform omfatter fremgangsmåten ytterligere å fjerne energioverførings-anordningen fra borehullet og bore videre inn i formasjonen under bruk av borestrengen.

Alle de ovenstående utførelsesformer vist i figurene 1-14 tilveiebringer kontrollert trykkboring i hele borehullet. Hvilke som helst av utførelsesformene vist og beskrevet i det foregående kan anvendes i forbindelse med hverandre for å tillate kontroll av trykket ved forskjellige posisjoner i borehullet under boring. Anvendelse av hvilke som helst av utførelsesformene vist og beskrevet ovenfor, alene eller i kombinasjon med hverandre, tillater tallrike anvendelser under boring av et borehull. Trykket av borefluidet i brønnen kan opprettholdes slik at borefluid ikke invaderer formasjonen. Videre kan formasjonstrykk kontrolleres ved borefluidtrykk slik at formasjonsfluider ikke strømmer ukontrollert inn i borehullet for mulig å frembringe et spark eller utblåsing av brønnen ved overflaten av jorden. Borefluidtrykk kan derfor opprettholdes ved en verdi under formasjonsfrakturtrykket. Foretrukket gjennomføres dynamiske boreoperasjoner ved anvendelse av et borefluid ved trykk omtrent likt, men ikke over formasjonstrykket i formasjons-regionen. De ovenstående utførelsesformer tillater kontroll av borefluidtrykket ved forskjellige regioner nede i brønnen i borehullet snarere enn bare ved overflaten av borehullet slik at formasjonsfluider konsekvent kan trykksettes om ønsket. Med utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse er selv dype brønner i stand til å underkastes tilstrekkelig brønnkontroll uten å overstige formasjonsfrakturtrykket.

Utførselsformene av den foreliggende oppfinnelse som er vist og beskrevet i det foregående tillater større fleksibilitet i å velge borefluidsystemer under opprettholdelse av brønnkontroll og minimering av formasjonsskade. Utførelses-former letter også en spesialtilpasset borehulltrykkprofil fra toppen til bunnen av borehullet og ved en hvilken som helst del derimellom og som kan opprettholdes over en tidsperiode.

Den spesialtilpassede borehulltrykkprofil kunne innebære spesialtilpasning av strømningsatferden av skum anvendt som et borefluid ved hvilke som helst eller alle dybder av borehullet for å maksimere den borkaks transporterende evne av skummet. Den spesialtilpassede borehulltrykkprofil kunne inkludere opprettholdelse av et hovedsakelig homogent skumstrømningsregime i ringrommet. Fluid-egenskaper av skummet, inklusive tilsynelatende skjærfasthet, viskositet og skumkvalitet, kan opprettholdes i ringrommet for å oppnå konsekvens og ensartethet i transporten av faste materialer i skummet. Eksempelvise basisvæsker som kan anvendes i skummet inkluderer vann, hydrokarboner, olje, syre, vann/hydro-karbonblandinger, kombinasjoner av hvilken som helst av de ovennevnte væsker, eller hvilken som helst annen væske. Eksempler på gasser som kan inkluderes i skummet er nitrogen (N2) og karbondioksid (CO2), luft, naturgass, blandinger av gasser eller hvilken som helst annen kompressibel gass. Foretrukket anvendes vann som væsken, og N2, CO2, luft eller en kombinasjon av N2og CO2anvendes som gassen.

Figur 15 viser et skum M anvendt som borefluidet når det anvendes en borestreng 1520 for å danne et borehull 1515 i en formasjon 1510. En væske-strøm L, en gasstrøm G og skummiddelstrøm FA som kombineres til å danne skummet M er vist ved en overflate 1505 av borehullet 1515. Skummiddel-strømmen FA kan inkludere et skummiddel eller et gel dannende middel. Skummidlet kan anvendes i en hvilken som helst mengde, men omfatter foretrukket omtrent 0,5% til omtrent 1 % av væskevolumet av skummet M. Væskestrømmen L har en assosiert injeksjonspumpe 1502, gasstrømmen G har en assosiert injeksjonspumpe 1504 og skummiddelstrømmen FA har en assosiert injeksjonspumpe 1503. Strømmene L, G og FA danner skummet M som beveger seg gjennom et rør 1535 innført i et brønnhode 1501 anbrakt ved overflaten 1505.

Borestrengen 1520 inkluderer et jordfjerningselement, foretrukket en borekrone 1525, operativt forbundet til dens nedre ende. Et rør 1540 fører bort skum M som kommer ut fra et ringrom A mellom den ytre diameter av borestrengen 1520 og borehullveggen 1515. Røret 1540 kan ha en overflatestrupeanordning 1530 deri for selektiv trykksetting av skummet M som strømmer opp gjennom ringrommet A, som beskrevet i det følgende.

I operasjon innføres skum M i borehullet 1515 som borefluid i en boreoperasjon. For å danne skummet M innføres væskestrømmen L, gasstrømmen G og skummiddelstrømmen FA i røret 1535. Hver strøm L, G og FA kan pumpes inn røret 1535 ved hjelp av henholdsvis injeksjonspumpene 1502, 1504 og 1503. Figur 15 viser en foretrukket utførelsesform hvori strømmene L, G og FA pumpes inn i røret 1535 hovedsakelig parallelt til hverandre og blandes sammen ved omtrent det samme tidspunkt. I andre utførelsesformer kan væskestrømmen L pumpes inn i gasstrømmen G og skummiddelstrømmen FA pumpes inn i L/G-blandingen og deretter kan blandingen av strømmen G og strømmen FA pumpes inn i strømmen L, eller blandingen av strømmen L og strømmen FA kan pumpes inn i strømmen G. En hvilken som helst rekkefølge for blandingen av strømmene L, G og FA for til slutt å danne skummet M er tatt i betraktning i andre utførelses- former av den foreliggende oppfinnelse. I alle fall genereres skum M etter kontakt med bestanddelene L, G og FA.

Skummet M innføres i en langsgående boring av borestrengen 1520 fra overflaten 1505 mens borestrengen 1520 senkes inn i formasjonen 1510 for å danne borehullet 1515. Skummet M beveger seg nedover gjennom boringen i borestrengen 1520, ut gjennom én eller flere perforasjoner gjennom borekronen 1525, og opp gjennom ringrommet A til overflaten 1505. Ved et eller annet tidspunkt etter at skummet M har kommet ut av borkronen 1525 blir borkaks som resulterer fra boring inn i formasjonen 1510, gå inn i skummet M og danne en blandingsstrøm CM hvori borekakset føres av skummet M til overflaten 1505 under boring. Skummet M bærer borekakset produsert fra formasjonen 1510 ut av borehullet 1515 til overflaten 1505. Etter at blandingsstrømmen CM har kommet ut av ringrommet A kan skummet M så resirkuleres tilbake i boringen i borestrengen 1520 for fortsatt bruk under boringen. Før resirkulering av skummet tilbake i borestrengen 1520 kan strømningsatferden av skummet M endres ved å trykksette skummet M eller ved å innføre mer væske L, gass G eller skummiddel FA inn i skummet M. I tillegg, før resirkulering av skummet M i borestrengen 1520 kan borkaks separeres fra skummet M.

Figur 15A som er en tverrsnittstegning langs linjen 15A-15A i figur 15 sett ovenfor, viser skummet M inne i boringen av borestrengen 1520 så vel som skum/borkaks blandingsstrømmen CM inne i ringrommet A. Skummet M og blandingsstrømmen CM inkluderer mange gassbobler 1545 i nær kontakt med hverandre, foretrukket alle i berøring med hverandre slik at borkaks ikke slippes tilbake inn i borehullet 1515 ved å falle gjennom strømmen CM mellom boblene 1515. Stabiliteten av skummet M eller nærheten av boblene 1515 til hverandre kan økes ved å tilsette større mengder av skummiddel FA i skumstrømmen M. Ettersom skumkvaliteten varierer, varierer den gjennomsnittlige boblestørrelse, området av boblestørrelse, og boblefordelingen innenfor basisvæsken. I en utførelsesform kan boblene 1545 inkludere superstabile bobler som for eksempel" aphrons", som beskrevet i artikkelen" Aphron-based Drilling Fluid; Novel Technology for Drilling Depleted Formations" av White, Chesteres, Ivan, Maikranz og Nouris publisert i oktober 2003 utgaven av World Oil.

Ved et hvilket som helst punkt i boreoperasjonen kan stabiliteten av skummet M endres ved å øke eller minske mengden av skummiddel FA innført i skummet M ved overflaten 1505. Trykket av skummet M inne i ringrommet A kan også reguleres under boreoperasjonen ved hjelp av overflatestrupeanordningen 1530 eller annen trykkontrollmekanisme. Hvis det er ønskelig å øke trykket av skummet M i ringrommet A kan overflatestrupeanordningen 1530 strupe strømnin-gen av skum/borkaks blandingsstrømmen CM ved overflaten for å indusere et tilbaketrykk i ringrommet A for å opprettholde en trykkprofil langs ringrommet A. I tillegg eller alternativt kan hvilke som helst av trykkontrollanordningene vist og beskrevet i forbindelse med figurene 1-14 i det foregående, alene eller i kombinasjon med hverandre, anvendes for dynamisk å kontrollere trykket av skummet M og blandingsstrømmen CM i borehullet 1515, spesielt inne i ringrommet A, ved alle ønskede lokaliseringer ved alle ønskelige dybder i borehullet 1515. Strupeanordningen 1530 kan operere automatisk og tillate automatisk trykkregulering under alle betingelser, og kan være computerkontrollert.

På grunn av at trykket kan opprettholdes langs hele ringrommet A kan kapasiteten av skummet M til å bære borkaks opprettholdes under hele bevegelsen av blandingsstrømmen CM fra borehullet 1515 opp til overflaten 1505. Dynamisk trykkontroll av skummet M i ringrommet A tillater at strømningsatferden av skummet M kan kontrolleres langs ringrommet A for derved å opprettholde kontroll av den borkaks bærende kapasitet av skummet M.

Skumkvalitet er forholdet mellom gassvolum og skumvolum ved et gitt trykk og temperatur. Ved et gitt trykk og temperatur kan skumkvalitet beregnes ifølge den følgende ligning:

hvori FQ er skumkvalitet, Vf er volumet av skummet, Vi er volumet av væsken i skummet og Vg er volumet av gass i skummet. Skum eksisterer bare innenfor visse bestemte skumkvalitetsverdier. For å opprettholde skum opprettholdes skumkvalitet i området på omtrent 0,52 til omtrent 0,96. Foretrukket, for å opprettholde borkaks førende kapasitet i ringrommet A opprettholdes skumkvalitet i området fra omtrent 0,52 til omtrent 0,95. Mer foretrukket opprettholdes skumkvaliteten i området fra omtrent 0,064 til omtrent 0,95 langs ringrommet A. Enda mer foretrukket opprettholdes skumkvaliteten i området fra omtrent 0,64 til omtrent

0,92 langs ringrommet A. Den nedre grense på 0,52 eksisterer på grunn av at gassboblene i skummet vanlig ikke berører hverandre under denne verdi av skumkvaliteten. Tilsvarende eksisterer den øvre grense på 0,96 på grunn av at over 0,96 verdi for skumkvaliteten, genererer skummet vanlig til en tåke. For å opprettholde et skum med kjente fluidstrømningsegenskaper må standrørtrykket (trykket av skummet når det beveger seg ned gjennom borestrengen pluss det friksjons-tilføyde motsatte trykk som skyldes borerøret), ringroms A trykket og volumet av gassen som pumpes ha de nødvendige verdier. Gassmatehastigheten og trykket kan reguleres for å oppnå den ønskede skumkvalitet langs ringrommet A.

På grunn av at trykk kan manipuleres dynamisk til å gi en gitt verdi inne i ringrommet A ved hjelp av én eller flere trykkontrollanordninger vist og beskrevet i det foregående, kan den følgende ligning anvendes for å bestemme det volum av skum som er nødvendig for å oppnå en gitt skumkvalitet langs ringrommet A (ved en gitt temperatur) når turbulente strømningsbetingelser eksisterer i ringrommet A:

hvori Vf er volumet av skummet, d0 er den indre diameter av det omgivende foringsrør eller borehull hvori borestrengen er innført (i x 2,54 cm), di er den ytre diameter av borestrengen (i x 2,54 cm), FQ er skumkvaliteten, f er "fanning" friksjonsfaktoren, p er skumdensiteten (i x 0,12 g/cm<3>), AP/AL er det kombinerte trykktap av fluidet som skyldes strømningsfriksjonen gjennom borestrengen og hydrostatisk trykktap som skyldes dybden av fluidet i borehullet (i x 0,0023 kg/cm) og Gh er den hydrostatiske gradient av basisvæsken (i x 0,0023 kg/cm). AP/ AL er trykkendringen over lengden av borestrengen i ringrommet A, eller (P2-P1)/(L2-L1), hvori P2 er trykket av skummet ved dybdeposisjonen L2 i ringrommet A og P1 er trykket av skummet ved dybdeposisjon L1 i ringrommet A. Hvor X er angitt betyr angivelsen" ganger" eller" gg".

Tilsvarende kan den følgende ligning anvendes for å bestemme volumet av et skum som trengs for å oppnå en gitt skumkvalitet langs borestrengen og ringrommet A (ved en kjent temperatur) når turbulente strømningsbetingelser forekommer i borestrengen:

hvori betegnelsene og symbolene av ligningen representerer de samme parametere som angitt i det foregående i forbindelse med volumet av skum som trengs for å oppnå en skumkvalitet når turbulente strømningsbetingelser eksisterer i ringrommet A. Den nye parameter d av den ovenstående ligning representerer diameteren av borestrengen i x 2,54 cm. Forholdet mellom trykk og volum av en innesluttet gass er definert ved Avogadros lov, som er som følger

hvor P er trykket av gassen, V er volumet av gassen, n er mol av gassen, R er gasskonstanten og T er temperaturen av gassen. Temperaturen av skummet kan måles inne i ringrommet, slik at temperatur er en kjent verdi. Avogadros lov kan anvendes for å bestemme volumetriske endringer i gassfasen når temperatur og trykk endres. Temperaturen og trykket har kjente verdier på grunn av trykkontrollmekanismen og evnen til å måle temperatur inne i ringrommet A. Gassvolumet av skummet M antas å forholde seg ifølge den ideelle gasslov, eller Boyles lov, hvor trykket av gassen multiplisert med volumet av gassen er konstant for en gitt masse ved en konstant temperatur (Boyles lov kan avledes fra Avogadros lov når mol av gass og temperatur av gassen er konstant).

Gassfasevolumet (Vg) av skummet varierer betraktelig som en funksjon av trykk og bevirker at skumkvalitet, hastighet og viskositet varierer betraktelig som

en funksjon av trykket. Ved å anvende de foregående ligninger og andre ligninger oppført og beskrevet i skumhåndboken forfattet av Smith, kan skumkvaliteten ved forskjellige intervaller inne i ringrommet A, representert ved Q1 til Q7, bestemmes nøyaktig ved å manipulere trykket i ringrommet A ved bruk av trykkontrollmekanismen eller mekanismene, som vist i figur 15. QO representerer skumkvaliteten ved overflaten 1505. Skjærfasthet og viskositet av skummet kan også bestemmes ved punkter QO til Q7 ved å manipulere trykket i borehullet 1515 ved bruk av trykkontrollmekanismen eller mekanismene. Beregningene kan utføres ved hjelp av en computer programmert med ligningene for å bestemme det trykk som

trykkontrollmekanismen eller mekanismene skal oppnå inne i ringrommet A, og trykkontrollmekanismen kan da opereres tilsvarende. Ved å kontrollere strøm-ningsegenskapene av skummet ved å kontrollere trykket i ringrommet A, opprettholdes borkaks fjernende evne i hele ringrommet A.

I en ytterligere utførelsesform anvendes kontrollert borehulltrykkonseptet som beskrevet i det foregående for å opprettholde trykket i borehullet under sementering av et rørformet legeme som for eksempel en foringsrørstreng eller foringsrørseksjon i borehullet. Anvendelse av skummet sement for å feste forings-røret i borehullet er beskrevet i boken" Well Cementing" med utgiver Erik B. Nelson på sidene C14 til C-18. En god skummet sementjobb krever konstant tetthet hvori flere trinn av skummet sement, hvert med et konstant forhold med nitrogen og luft, anvendes. Nitrogenforhold beregnes med den hensikt at hvert trinn har den samme gjennomsnittlige tetthet ved sin endelige posisjon i ringrommet.

Ved den nåværende metode for å beregne tettheten har hvert trinn uheldig-vis ikke den samme gjennomsnittlige tetthet ved sin endelige posisjon i ringrommet på grunn av varierende hydrostatisk trykk i ringrommet mellom foringsrøret og borehullveggen. Kvaliteten av de første trinn av skummet sement er typisk lav ved større dybder på grunn av sammentrykkingen av gassen; tettheten av de første trinn av sement når de passerer sementskoen er derfor høyere enn tettheten av etterfølgende sementtrinn. Forsøk på å dempe dette resultat har tatt form av over-flateberegninger av en skummet sementjobb som krever estimater av hydrostatisk trykk i ringrommet, hvor hydrostatisk trykk i ringrommet hovedsakelig var en parameter som ikke lett kunne endres til en kjent verdi.

På grunn av det kontrollerte trykkboringskonsept som er beskrevet i det foregående kan hydrostatisk trykk i ringrommet nå endres til å oppnå en ønsket tetthet av den skummede sement ved forskjellige dybder og kvaliteten av sementeringsjobben kan maksimeres. Den ønskede tetthet av sement ved hver dybde kan oppnås ved å beregne det hydrostatiske trykk i ringrommet for hvert trinn av sement, under anvendelse av ligningene angitt i" Well Cementing" i det foregående, for å gi den ønskede tetthet av sement når konsentrasjonen av komponentene i sementen er en gitt parameter. Det hydrostatiske trykk i ringrommet resulterer da ved å endre trykket i ringrommet ved å anvende én eller flere av trykkontrollmekanismene vist og beskrevet i det foregående i forbindelse med figurene 1-15A.

Mens det foregående er rettet på utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse, kan andre og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen utvikles uten å gå utenfor det grunnleggende omfang derav, og omfanget derav bestemmes da av de patentkrav som er anført senere.

I det følgende er en del av Smith Foam Manual som kan anvendes i forbindelse med aspekter av utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse:

Egenskaper av skum.

Det vises her til fig. A-F som gjengir eksempler utført på en Mesaverde (Colorado) brønn i Uinta Basin (Utah).

Skum anvendt for frakturering fremstilles av en basisvæske, et skummiddel og nitrogen. Basisvæsken er vanlig behandlet vann, olje eller syre og skummidlet er en av de anioniske eller ikke-ioniske overflateaktive midler som vanlig anvendes i stimuleringsbehandlinger. Disse bestanddeler danner en homogen gass-i-vann emulsjon. Disse bestanddeler danner en homogen gass-i-vann emulsjon. Figur A viser en typisk utstyrsoppsetning for en skumfrak. Nitrogen og sand-vannslurry pumpes separat. Skum genereres etter kontakt mellom bestanddelene. Gassen dispergeres i væsken som en diskontinuerlig fase av mikroskopiske bobler. Skumkvalitet er betegnelsen anvendt for å beskrive skum og er definert som forholdet mellom gassvolum og skumvolum ved et gitt trykk og temperatur:

Ved frakturbehandlingsstrykk og temperatur kan skum rangere i skumkvalitet fra 60% til 90%.

Mitchell<1>har beskrevet den reologiske atferd for skum. Han viste at skum viste enten Newtons eller Bingham plastisk atferd, avhengig av kvaliteten. Ved kvaliteter i området fra 0% til 52% er gassbobler i skummet nær sfæriske og berører ikke hverandre. I dette kvalitetsområdet er skummet et Newtonsk fluid. Ved en kvalitet på 52% vil boblene ha tendens til å sammenpakkes kubisk og begynne å interferere med hverandre under strømning. Bobleinterferens skaper et flytepunkt i skummet. Mitchell beskriver regionen mellom 52% og 74% kvalitet som bobleinterferensregionen. Skum viser moderate økninger i viskositet og flytepunkt i denne region. Over 74% kvalitet deformeres gassboblene under strøm-ning. Plastisk viskositet og flytepunkt øker hurtig i denne region. Figurene B og C viser Mitchells forhold mellom plastisk viskositet, flytepunkt og skumkvalitet. Basert på skjærspennings/skjærhastighetsdata, har Mitchell vist at skumreologi er nær approksimert ved nevnte Bingham plastiske modell for kvaliteter mellom 52 % og 96%. Over 96% kvalitet degenerer skum til en tåke.

Skumegenskaper ideelle for frakturering inkluderer: høy effektivitet som skyldes lave filtreringstap koeffisienter, neglisjerbare sandavsetningshastigheter, lavt friksjonstap og høy viskositet inne i frakturen.

I tillegg etterlater fraværet av faste finstoffer eller kjemiske filtreringstap tilsetningsstoffer for å kontrollere fluidlekkasje under behandling både formasjons-flaten og proppemiddellaget forholdsvis ren. Basisvæsken returneres hurtig til overflaten ved ekspansjon av nitrogenet under tilbakestrømning. Den hurtige rensing minimerer skade.

Lavt væskeinnhold av skummet reduserer hydraulisk HK-krav, trykkfall og belastnings gjenvinningstid, og transport og lagringsomkostninger. Høye proppe-middelbærende kapasitet forbedrer også fordeling av sand i frakturen.

Blant begrensninger for skummet er det faktum at dets lave hydrostatiske trykkhøyde ikke behøver i tilstrekkelig grad å gi friksjonstrykk og frakturtrykk i brønner under 2750 meter for å holde overflate injeksjonstrykket innenfor sikre operasjonsgrenser. Nitrogenkrav over x 11,3 Sm3/fat væske overstiger den praktiske arbeidskostnadsgrense i de fleste tilfeller.

Den riktige implementering av en skumfrak er noe komplisert hvis frakturbehandlingstrykk ikke er som ventet. Hvis frakturbehandlingstrykket er høyere enn anslått vil skummet bli komprimert og resultere i en lavere kvalitet og høyere fraktakt enn ønsket. Disse betingelser kan detekteres og korrigeres ved selve begynnelsen av frakjobben, det vil si mens" pad" volumet pumpes. De følgende eksempler anvender teorien og praksis presentert hittil for å detektere og korrigere endringer i skumkvalitet og takt.

Teori og praksis

De følgende ligninger anvendes ved bestemmelse av borehullhydraulikk for en skumfrakjob:

I praksis velges fraktur (skum) takt på en måte identisk til en konvensjonell frakjobb. Takten kan ha de samme begrensninger som en konvensjonell behandling; for eksempel brønnhodebehandlingstrykk, tilgjengelig utstyr, etc. Skumkvaliteten er vanlig 70% for sandsten og karbonater og 75% eller høyere for skifer-aktige formasjoner. Ligninger 1 og 2 gir kvalitetstaktforholdene.

Nitrogenpumpetakt, XS 28,32 LN2beregnes så, basert på fraktur behandlingstrykk og temperatur (ligning 3). Brønnhodetrykk bestemmes iterativt for å ta hensyn til komprimerbarheten av skummet og resulterende endring i skumkvalitet og strømningsegenskaper. Denne prosedyre skisseres som følger:

1. Bestem trykktap Ap/ AL med ligning 4.

2. Velg en AL, beregn Ap og trykket og temperaturen i en avstand AL X 30,5 cm over perforasjonene. 3. Bestem skumkvaliteten ved dette punkt ved bruk av ligningene 5 og 2. For beste nøyaktighet tillates ikke skumkvaliteten å endres mer enn 2% over AL.

4. Trinn 1 til 3 gjentas inntil trykket ved brønnhodet er beregnet.

Figur D illustrerer den iterative prosedyre grafisk.

Felteksempel

Felteksemplet tjener som en basis for å illustrere prinsippene for en jobbkontroll på stedet for en skumfrak.

Kasushistorie: Behandlingen for en Mesaverde (Colorado) brønn i Uintah Basin (Utah) besto av 2830 Sm<3>70% kvalitetsskum med 86180 kg 20/40 sand pumpet med 30 fat/min. Nitrogenkrav og vannkrav var henholdsvis 609 SrrvVmin og 9 fat/min. Beregnet brønnhodetrykk er 218 kg/cm<2>. Før frakturering ble perforasjonene brutt ned med 15140 liter 15% HCI, med 7,1 SIN2/fat. Syren ble spylt bort og overfortrengt med nitrogen og initialt innstengningstrykk ISIP på 204 kg/cm<2>ble registrert.

Jobbkontroll

De problemer som kan påtreffes på feltet og som endrer skumkvalitet og takt fra de beregnede verdier er: 1. Tap av nitrogen eller væsketakt som skyldes mekaniske problemer. 2. Aktuell frakgradient eller bunnhulls behandlingstrykk som er

forskjellig fra anslått verdi.

Begge betingelser kan påvises og korreksjoner kan foretas for å opprettholde den påtenkte skumkvalitet og/eller tak. Korreksjoner foretas ved å regulere pumpetakter. Deteksjonen og korrigeringen av disse mulige problemer er en del av jobbkontrollen. Disse problemer og deres løsninger behandles separat i det følgende.

Taktreguleringer basert på mekaniske problemer.

Dette problem detekteres ved kommunikasjon med utstyrsoperatørene og ved å observere utstyret. Den planlagte fraktureringstakt kan ikke opprettholdes på grunn av det delvise takttap av én av bestanddelene. Skumkvalitet kan imidlertid opprettholdes ved å regulere takten av den andre bestanddel. Korreksjonen foretas lett ved å beregne r, forholdet mellom nitrogen pumpetakt og væske pumpetakt. Hvis skumkvaliteten skal opprettholdes ved den valgte verdi må nitrogen og væske pumpes i dette forhold.

Dette forhold anvendes på den endrede nitrogentakt (eller vanntakt) for å bestemme den tilsvarende vanntakt (eller nitrogentakt) nødvendig for å opprettholde skumkvalitet.

Eksempel

Hvis nitrogentakten minsker til 510 Sm<3>/min bør vanntakten endres til 7,5 fat/min:

Hvis vanntakten faller til 7,8 fat/min bør nitrogentakten senkes til 528 Sm<3>/min:

Den nye skumtakt som resulterer fra endringen kan beregnes ved bruk av ligninger 5 og 1. Brønnhodetrykket for en ny skumtakt kan bestemmes som skissert i det foregående.

Taktreguleringer basert på virkelig frakgradient

Unøyaktig anslag av frakgradienten eller bunnhullsbehandlingstrykk resulterer iakttakelse av et brønnhode behandlingstrykk forskjellig fra den forventede verdi. Hvis fraktur behandlingstrykket er større enn det er beregnet for vil nitrogenet sammentrykkes og redusere skumkvalitet og takt. Økninger i skumtakt og kvalitet bevirkes ved å overanslå fraktur behandlingstrykket. I alle fall vil brønn-hodetrykket også være forskjellig fra den beregnede verdi, på grunn av takt og kvalitet (strømningsegenskaper) er forskjellig fra de tiltenkte forhold.

Nitrogentaktreguleringer

Korreksjoner og reguleringer foretas ved ligningene 1, 2 og 3 og beregning av den nitrogentakt som er nødvendig for å gi den ønskede skumtakt og skumkvalitet. Beregninger er basert på det virkelige bunnhullsbehandlingstrykk. Disse data vises passende i grafisk form. Figur E er en grafisk fremstilling av nitrogenpumpekrav, for et område av frakgradienter, som inkluderer den anslåtte frakgradient. Også vist er beregnede brønnhodetrykk for forskjellige frakgradienter under antagelse av pumpetaktene for den anslåtte frakgradient. Linjen LH anvendes for å selektere nitrogentakter, som vil opprettholde den selekterte skumkvalitet og skumtakt for forskjellige frakgradienter. Den grafiske fremstilling kan konstrueres på følgende måte: 1. For en gitt brønn og formasjon beregnes nitrogentakt og vanntakt og brønnhodetrykk basert på den antatte eller anslåtte frakgradient. I historien for Mesaverde-tilfellet var frakgradienten antatt å være 0,0023 kg/cm, arealgjennom-snitt. Nitrogenkrav og vannkrav og brønnhodetrykk ble bestemt ved bruk av ligninger 3, 1 og 4 til å være henholdsvis 609 Sm<3>/min, 9 fat/min og 218 kg/cm<2>. Frakgradient og brønnhodetrykk er avsatt på horisontalaksen og punkt D, konstruksjonspunktet, er avsatt. 2. Brønnhodetrykk beregnes ved bruk av disse pumpebetingelser og en høyere gradient og en lavere gradient enn forventet. Horisontalaksen er således skalert ifølge frakgradient og tilsvarende brønnhodetrykk. Nitrogenkravene bestemmes ved bruk av ligning 3, hvor p er lik bunnhullsbehandlingstrykket (p = GfD). Disse er avsatt som punkter L og H. For Mesaverde-brønnen var høyere og lavere frakgradienter henholdsvis 0,0021 kg/cm og 0,0017 kg/cm. Tilsvarende brønnhodetrykk ved 609 Sm<3>/min og 9 fat/min er henholdsvis

238 kg/cm<2>og 200 kg/cm<2>.

Skjemaet anvendes ved å observere brønnhodetrykket under pumping med de forut bestemte takter. Hvis trykket er 218 kg/cm<2>(± en faktor for måler nøyak-tighet), bør nitrogentakten da være som den er og ingen endringer bør foretas. Hvis det iakttatte trykk er 200 kg/cm<2>er frakgradienten da 0,0017 kg/cm og fraktur-trykket er mindre enn forventet. Dette resulterer i en ekspansjon av nitrogenet, økning i skumtakt og kvalitet. Følgelig bør nitrogentakten reduseres til 566.4 Sm<3>/min som vist på kartet for å opprettholde 30 fat/min av skum med 70% kvalitet. Et iakttatt trykk på 238 kg/cm<2>indikerer en frakgradient på 0,0021 kg/cm. Bunnhullsbehandlingstrykk er høyere enn det er konstruert for og nitrogenet komprimeres. Følgelig minsker skumtakt og skumkvalitet. Den nødvendige nitrogentakt for 30 fat/min med skum med 70% kvalitet er vist på kartet som 655.5 SrrvVmin.

I begge tilfeller holdes vanntakten konstant ved den opprinnelige verdi på

9 fat/min. Reguleringer foretas på brønn nitrogentakten for å oppnå den ønskede skumtakt og skumkvalitet, ligninger 1 og 2 ved å nedre nitrogen pumpetakten. Tabell I gjengir data for figur E.

Vanntaktreguleringer

Skumtakt og skumkvalitet kan også korrigeres ved endringer i væsketakten (se ligninger 1 og 2). I det tilfelle at det iakttatte brønnhodetrykk indikerer et forskjellig frakturbehandlingstrykk enn forventet kan nitrogentakten holdes konstant og vanntakten endres for å opprettholde den ønskede skumkvalitet. På grunn av at brønn nitrogentakten har økt eller minsket fra sin forutsatte verdi vil skumtakten ikke forbli som planlagt selv om vanntakten endres.

Figur F ble konstruert i likhet med figur E. For et sett av forutsatte betingelser beregnes brønnhodetrykk for et område av frakgradienter. Ved bruk av

ligning 5, bestemmes brønn nitrogentakten for en høyere- og lavere-enn forventet frakgradient. Ligning 2 løses så for å bestemme vanntakten nødvendig for å opprettholde den ønskede skumkvalitet. Disse takter avsettes så ved sine tilsvarende frakgradienter som punkt H~og L~. Linjene L~D, DH~gir vanntakten nødvendig for å opprettholde den ønskede kvalitet for et område av frakgradienter. Endringer

i vanntakten anvendes bare hvis nitrogentakten ikke kan endres, for eksempel når det er nødvendig å øke nitrogentakten, men denne er allerede ved den maksimale kapasitet av tilgjengelig utstyr. Datapunktene for denne figur er presentert i tabell II. Å øke vanntakten for å opprettholde skumkvaliteten vil øke frak (skum) takten, mens minsking av vanntakten for å opprettholde skumkvaliteten vil minske fraktakten. Figur G er en kombinasjon av figurene E og F. Linjen DL~ vanntakt-økningen, er utelatt fra kartet på grunn av at det er fordelaktig å minske nitrogentakten i tilfellet av lavere-enn-forventet frakgradient. Dette vil senke behandlings-omkostninger på grunn av at det anvendes mindre nitrogen. Figur G er det kart som anvendes av jobbkontrolløren på feltet for å over-våke og kontrollere skumfrakjobben. Skumfrak og skumkvalitet kontrolleres ved å iaktta brønnhodetrykket og foreta endringene, om nødvendig, som vist på kartet. Ofte kan frakbehandling ikke gjennomføres på feltet som påtenkt. Modifikasjoner må foretas på stedet og er generelt basert på erfaring og intuisjon. Metodene beskrevet tillater at feltkontrolløren kan ta seg av uforutsette betingelser ved også å anvende teknologi. Når modifikasjoner er nødvendig kan kontrolløren hurtig foreta endringer uten skadelig påvirkning av det påtenkte program.

Tilfelle historie-taktendring

Basert på det 204 kg/cm<2>initiale innstengningstrykk ISIP ble bunnhullsbehandlingstrykket og frakgradienten beregnet som følger:

På grunn av at denne verdi syntes høy for området ble målingen betraktet som upålitelig og den arealgjennomsnittlige gradient på 0,0019 kg/cm<2>

(181 kg/cm<2>ISIP med nitrogen) ble anvendt for opplegget. Figur G ble likevel fremstilt ved bruk av 0,0021 kg/cm frakgradienten.

Under pumping av "pad" volum på Mesaverde skumfraktesten ble trykket iakttatt å overstige 218 kg/cm<2>beregnet brønnhodetrykk. På grunn av at trykket begynte å synke ved 232 kg/cm<2>ble den virkelige frakgradient betraktet å være 0,0021 kg/cm og nitrogentakten ble økt til 655,5 Sm<3>/min for å opprettholde 30 fat/min med 70% skumkvalitet. Initialt innstengningstrykk på 190 kg/cm<2>registrert etter frakturering bekreftet den 0,0021 kg/cm frakgradient.

Figur H er en del av behandlingskartet. Nærmere undersøkelse av det registrerte trykk under pumping av "pad" volumet viser trykkøkningen som indikerer at nitrogentakten bør økes.

På grunn av at disse trykkforskjeller enkelte ganger er små anbefales det at det anvendes nøyaktige og følsomme målere under pumping av skummet.

Konklusjoner

1. Kart kan anvendes på stedet for å opprettholde påtenkte parametere under frakturering hvis behandlingsbetingelser ikke er som forventet. 2. Ligninger 1 til 5 anvendes for å bestemme brønnhodebehandlings-trykk og endringer i skumtakt og skumkvalitet. 3. Økning eller minsking av nitrogentakten opprettholder skumtakt og skumkvalitet. Økning eller minsking av vanntakten opprettholder skumkvaliteten, men endrer fraktakten tilsvarende. 4. Pumpetakter kan endres og skumkvaliteten opprettholdes hvis der er et delvis tap i nitrogentakt eller vanntakt.

Liste over symboler

r skumkvalitet, fraksjon eller %

Vg gassvolum

Vi væskevolum

Vf skumvolum

Rf skumtakt, fat/min

Rn nitrogentakt, fat/min

Rwvanntakt, fat/min

Sm<3>N2 nitrogenpumpekrav, xSm<3>N2/min

P trykk, kg/cm<2>

z gass avviksfaktor, dimensjonsløs T temperatur, °R

Ap/AL kombinert friksjonstap og hydrostatisk trykktap, x 0,0023 kg/cm f "fanning" friksjonsfaktor, dimensjonsløs p skumdensitet, x 0,12 g/cm<3>

Vf skumhastighet, x cm/sek.

d rørdiameter, x 2,54 cm

Gh hydrostatisk gradient av basisvæske, x 0,0023 kg/cm do indre diameter av foringsrør, x 2,54 cm di ytre diameter av produksjonsrør, x 2,54 cm Gffrakgradient, x 0,0023 kg/cm

D dybde, x 30,5 cm

ISIP initialt innstengningstrykk, x 0,007 kg/cm<2>

G gass gravitasjon

Pwhbrønnhodetrykk, x 0,07 kg/cm<2>

Pbht bunnhulls behandlingstrykk, x 0,07 kg/cm<2>

ApPfperforasjons friksjonstrykk, x 0,07 kg/cm<2>

Referanser

1. Mitchell, B. J., "Viscosity of Foam", Ph.D. Thesis, University of Oklahoma, 1969. 2. Blauer, R. E., and Kohlhaas, C. A., Formation Fracturing with Foam", SPE 5003, presented at the 49* Annual Fall Meeting, SPE of AIME, October 6-9,1974, Houston, Texas. 3. Abbott, B., "Design, Logistics and Implementation of a Foam-Frac Job", proceedings of the Symposium on Stimulation of Low Pemneability Reservoirs, Februaiy 16-17,1976, Golden, Colorado. 4. Abbott, B., and Vaugh, H., "Foam-Frac Completions for Tight Gas Formations", Petroleum Engineer, April, 1976.5. Blauer, R. E. and Holcomb, D. L, "Foam-Fracturing-Application and History",

Proceedings of the Twenty-Second Annual Meeting of the Southwestern Petroleum Short Course, April, 1975, Lubbock, Texas.

Claims

1. Fremgangsmåte for boring av et borehull, omfattende: boring av borehullet (103) ved injisering av borefluid (F) gjennom en borestreng (105) anbrakt i borehullet (103),karakterisert vedat: borefluidet (F) går ut av borkronen (140) og fører borkaks fra borkronen (140), borefluidet (F) og borkakset (retur) strømmer til en overflate av borehullet (103) gjennom et ringrom formet mellom borestrengen (105) og borehullet (103), borestrengen (105) omfatter: et rørformet legeme med en langsgående boring derigjennom, og en borkrone operativt koplet til en nedre ende av det rørformede legemet, minst et parti av borehullet (103) er foret med foringsrør (135), en trykksensor (1197A) er anbrakt i foringsrøret ved et sted i borehullet (103), og trykksensoren er i kommunikasjon med overflaten via en kabel (199); og samtidig med boring: måling av et første ringromstrykk ved anvendelse av trykksensoren; sending av det målte første ringromstrykket ved selektivt å justere en variabel strupeanordning (110), for derved å utøve et mottrykk på returene slik at et andre ringromstrykk er vesentlig likt et poretrykk i formasjonen (101).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat strupeanordningen (110) er plassert i borehullet (103).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat: borestrengen (105) omfatter den variable strupeanordningen (110) som er langsgående koblet til det rørformede legemet slik at strupeanordningen (110) senkes ned i borehullet (103) med legemet under boring, og i det minste en andel av returene strømmer gjennom strupeanordningen (110).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat strupeanordningen (110) omfatter: et legeme (115) med en boring (120) derigjennom, og en tetning (125A, 125B, 130) koblet med strupelegemet (115) og foringsrøret (135), tetningen avdeler returene fra ringrommet og gjennom strupeboringen (120).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisert vedat: en mekanisk forsegling er plassert mellom strupeanordningen (110) og borestrengen(105) for derved å forsegle en grenseflate mellom dem.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat: det rørformede legemet omfatter skjøter av kabelborerør, og strupeanordningen (110) er i kommunikasjon med overflaten via kabelborerøret.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat: strupeanordningen (110) er plassert på overflaten av borehullet (103).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat: det andre ringromstrykket styres ved injisering av et andre fluid i ringrommet, og det andre fluidet har en tetthet mindre enn den til borefluidet (F).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat: det andre fluid og borefluidet (F) injiseres i borestrengen (105), borestrengen (105) omfatter videre en separator (410) langsgående koblet til det rørformede legemet slik at separatoren senkes ned i borehullet (103) med legemet under boring, separatoren (410) er i fluidkommunikasjon med legemeboringen, separatoren (410) innbefatter en åpning i fluidkommunikasjon med returene, og separatoren (410) adskiller det andre fluid fra borefluidet (F) og injiserer det andre fluid gjennom åpningen inn i ringrommet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat: et indre foringsrør er plassert konsentrisk i foringsrøret, og det andre fluidet injiseres inn i ringrommet gjennom en åpning formet mellom foringene.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat: en injeksjonsstreng er eksentrisk plassert i foringsrøret, og det andre fluidet er injisert inn i ringrommet gjennom injeksjonsstrengen.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst krav 8 til 11,karakterisert vedat borefluidet (F) er en væske, og det andre fluidet er en gass.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat: legemet innbefatter borerørsskjøter, og metoden innbefatter videre etablering eller løsning av en skjøt av borerøret med/fra legemet.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13,karakterisert vedvidere å omfatte å kontrollere det andre ringromstrykket mens skjøten i borerøret etableres eller løsnes.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedat det andre ringromstrykket styres mens skjøten i borerøret etableres eller løsnes ved å bruke et kontinuerlig sirkulerende kammer.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat borestrengen (105) videre innbefatter den variable strupeanordningen (110) langsgående koplet til legemet slik at strupeanordningen (110) blitt senket ned i borehullet (103) med legemet under boring, i det minste en andel av returene strømmer gjennom strupeanordningen (110), og fremgangsmåten omfatter videre å bibeholde det andre ringromstrykket mens skjøten i borerøret etableres eller løsnes.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat borestrengen (105) videre omfatter en pumpe (700) langsgående koblet til det rørform-ede legemet slik at pumpen (700) senkes ned i borehullet (103) med legemet under boring, og returene avdeles fra ringrommet og gjennom pumpen (700).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat: det andre ringromstrykket styres ved å styre operasjonen til pumpen (700).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 15,karakterisert vedat: det andre ringromstrykket blir kontrollert ved å velge mellom: styring av operasjonen av pumpen (700), og selektiv justering av en variabel strupeanordning i fluidkommunikasjon med returene.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert vedat: det andre ringromstrykket blir kontrollert ved selektivt å justere en variable strupeanordning (110) i fluid kommunikasjon med returene under operasjon av pumpen (700).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert vedat: borestrengen (105) omfatter videre en variabel strupeanordning (110) langsgående koblet til legemet slik at strupeanordningen (110) senkes ned i borehullet (103) med legemet under boring, minst en andel av returene strømmer gjennom strupeanordningen (110).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat legemet innbefatter borerørsskjøter, og fremgangsmåten innbefatter videre: etablering eller løsning av en borerørsskjøt med/fra legemet, og kontrollering av det andre ringsromstrykket mens en boreskjøt etableres eller løsnes.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisert vedat legemet innbefatter borerørsskjøter, og fremgangsmåten innbefatter videre: etablering eller løsning av en borerørsskjøt med/ fra legemet, borestrengen (105) innbefatter videre en variable strupeanordning (110) langsgående koplet til legemet slik at strupeanordningen (110) senkes ned i borehullet (103) med legemet under boring, i det minste en andel av returene strømmer gjennom strupeanordningen (110), og fremgangsmåten innbefatter videre å bibeholde det andre ringromstrykket mens boreskjøter etableres eller løsnes ved å lukke strupeanordningen (110).

24. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat borestrengen (105) videre innbefatter en motor som er mekanisk koplet til pumpen (700) og som er i fluid kommunikasjon med borefluidet (F) slik at motoren er operert med borefluidet (F).

25. Fremgangsmåte ifølge krav 1, viderekarakterisert ved: et ventillegeme som har en strømningsport igjennom seg og som er langsgående koplet til borestrengen (105) (105) slik at ventillegemet blir senket ned i borehullet (103) med borestrengs legemet under boring, en forsegling i kontakt med ventillegemet og foringsrøret, der forseglingen avleder returene fra ringrommet og gjennom strømningsporten, og en enveis ventil opererbar koplet til ventillegemet slik at enveis ventilen åpner åpningen for å tillate strømning av returene mot overflaten og lukker åpningen for å fothindre strømning av returene mot borkronen (140).

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25,karakterisert vedat: legemet innbefatter borerørsskjøter, og fremgangsmåten innbefatter videre: etablering eller løsning av en borerørsskjøt med/ fra legemet, og enveis ventilen er lukket mens borerørsskjøter etableres eller løsnes, for derved å bibeholde det andre ringsromstrykket.

27. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedvidere å omfatte: mens det bores, å måle det andre ringromstrykket ved å bruke en andre trykksensor.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27,karakterisert vedvidere å omfatte: mens det bores, å sende målingen av det andre ringromstrykket til overflaten ved å bruke elektromagnetisk telemetri.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 27,karakterisert vedat: legemet innbefatter skjøter av kabelborerør, og den andre trykksensoren er i kommunikasjon med overflaten via vaierborerøret.

30. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat: en strømningsratesensor er plassert i foringsrøret og er i kommunikasjon med overflaten via kabelen, og fremgangsmåten innbefatter videre, mens det bores, å måle strømningsraten til returene ved å bruke strømningsratesensoren.

31. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat: trykksensoren er i kommunikasjon med en monitorerings- og kontrollenhet plassert på overflaten (SMCU) via kabelen, og nevnte SMCU måler og kontrollerer ring-romstrykkene.

32. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat: foringsrøret er festet til borehullet (103) med sement.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat: borefluidet (F) er skum.

34. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst foregående krav,karakterisert vedat: kabelen er plassert langs foringsrøret.

35. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat: at en roterende trykkontrollinnretning forsegler åpningen mens det bores.