NO339484B1 - Fremgangsmåte og apparatur for å bygge et undersjøisk brønnhull - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparatur for å bygge et undersjøisk brønnhull

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte og apparatur for å bygge et undersjøisk brønnhull, og spesielt en fremgangsmåte og apparatur for å kontrollere trykket under byggeoperasjonen for et undersjøisk brønnhull. Bestemte aspekter ved oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte og en apparatur for å kontrollere trykket i en brønn under en sementeringsoperasjon og / eller under kjøring av et rør (så som foringsrør) inn i et brønnhull.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Boring og bygging av brønner, for eksempel innen industrien av hydrokarbonleting og - produksjon, inneholder mange forskjellige operasjoner som medfører pumping av fluid fra overflaten gjennom borehullet og tilbake til overflaten. En boreoperasjon innebærer typisk for eksempel rotasjon av en borkrone i enden av en borestreng (eller borerør), som strekker seg fra en boreplattform til en borkrone. Borefluid (referert til som boreslam) blir pumpet fra riggen og ned gjennom borestrengen til borkronen for å oppfylle en rekke forskjellige funksjoner, innbefattet å tilveiebringe det hydrostatiske trykket for å kontrollere inngang av fluid fra formasjonen i brønnhull, smøring av borkronen, holde boret kjølig under boring, og frakte partikulært materiale så som borekaks oppover og ut av brønnen og vekk fra borkronen. Borefluid og borekaks, som kommer opp fra brønnen, blir ført opp i det ringformede mellomrommet som er mellom veggen for det brønnhullet som blir boret og borerøret til slamlinjen. I konvensjonell undersjøisk boring, er et stigerør installert over en utblåsnings-(BOP) stabel på toppen av brønnhodet, og strekker seg til overflaten. Borefluid og borekaks blir returnert til riggen for behandling, gjenbruk, lagring, fjerning og / eller behandling gjennom ringrommet mellom borerør og stigerøret.

Boresystemer uten stigerør blir også brukt i noen undersjøiske applikasjoner, for eksempel ved boring av den øverste delen av brønnen, som blir referert til som "topphulls". Når topphullsseksjonen har blitt boret, der det ikke finnes noen forbindelsesrør som er installert mellom havbunnen og boreriggen, og det ikke finnes noen kanal for å returnere borefluid fra brønnen og tilbake til overflaten, vil boreslam og borekaks kunne bli sluppet ut i det undersjøiske miljøet. I andre stigerørsfrie boresystemer, slik som beskrevet i USA 4 149 603

[1], blir det brukt et stigerørsfritt slamretursystem, som innbefatter en slange som er atskilt fra borestrengen, til å frakte slam opp til overflaten. Et pumpemiddel blir brukt til å pumpe slam opp gjennom slangen og tilbake til overflaten, hvor pumpen blir driftet i avhengighet av et registrert nivå av slam og borekaks som er støttet innenfor en slamsump.

En typisk brønnhullskomplettering inneholder flere intervaller av foringsrør som er plassert innenfor og blir sementert i den foregående kjøringen av foringsrør, som innbefatter ledende foringsrør, et overflate-foringsrør, en mellomliggende foringsrør og et produksjonsforingsrør og foring. Når sementeringsoperasjoner blir utført etter installasjonen av BOP-stabelen og stigerør, blir en sementoppslemming pumpet ned i borestrengen fra overflaten. Sementen blir avledet til en ønsket dybde gjennom en sementeringsplugg i det ringformede mellomrommet som er mellom røret og en utvendig vegg (for eksempel et åpenhulls- eller et større foringsrør), og fyller ringrommet fra bunnen og oppover. Fluid som har blitt fordrevet fra ringrommet blir returnert til overflaten via stigerøret. Sementen tillates å kunne bli herdet for å tette ringrommet og sikre foringsrøret.

Sirkulasjon av en sementoppslemming gjennom brønnhullsringrommet under en sementeringsoperasjon krever en evaluering av trykket i den geologiske formasjonen. Særlige vansker kan oppstå når foringsrørintervallet trenger en eller flere unormale trykksoner, gjennom hvilket sementen må bli sirkulert (formasjonsfluidtrykk anses for å være "normalt" dersom det er 4650 psi på 10 000 fot dybde). En overtrykks formasjonssone har et trykk i overkant av normalt trykk, og inneholder fluider, som innbefatter vann og flytende eller gassformige hydrokarboner, ved et høyt trykk som har en tendens til å forlate formasjonen og gå inn i ringrommet. Denne innfluksen av formasjonsfluider inn i brønnens ringrom vil kunne medføre alvorlige konsekvenser for kvaliteten på sementeringsjobben. I kontrast til dette, har en undertrykks formasjonssone et formasjonstrykk som er lavere enn det vanlige formasjonstrykket. Sement som sirkulerer i slike soner har en tendens til å strømme ut av ringrommet og inn i formasjonen. Dette vil kunne føre til et betydelig tap av sementvolum inn i formasjonen.

Kontroll av innfluks og tapt sirkulasjon oppnås ved å kontrollere trykket i ringrommet; et tilstrekkelig høyt trykk begrenser innfluksen når det skal sirkuleres gjennom en overtrykkssone, og et tilstrekkelig lavt trykk reduserer tapt-sirkulasjon gjennom en undertrykkss one.

Det er kjent å kunne kontrollere ringromstrykket med et passende valg av fluidtetthet eller "vekt" (inkludert selve sementen og fluider som blir sirkulert i forkant av et sementvolum), samt fluidreologi og sirkulasjonsfriksjon. Men slike metoder har sine begrensninger, spesielt der formasjoner har smale trykkvinduer mellom oppsprekkingstrykk og poretrykk.

Mer nylig har det blitt foreslått å kontrollere hastigheten på volumstrømmen under sementering av onshorebrønner ved kontroll av mottrykk etter hvert som fluider kommer ut fra et avledersystem over BOP-stabelen (Montilva et al 2010 [4]; Beltran et al 2010 [3]). En lignende tilnærmelse har vært brukt i en offshorebrønn med et brønnhode på overflaten (Eck-Olsen et al. 2005 [2]). Alle disse tilnærmelsene bruker teknikker som har analogier med Managed Pressure Drilling, og mens de vil kunne være nyttige for å tilveiebringe trykkregulering i enkelte applikasjoner, har de ikke generell anvendelse for sementeringsoperasjoner. Spesielt er de systemene som er beskrevet kun egnet for overflatebruk. De beskrevne programmene er alle relatert til sementering i mellomliggende og lavere intervaller med foringsrør etter at BOP-stabelen har blitt installert.

I undersjøiske applikasjoner, beskriver Hinton 2009 [3] bruk av en undersjøisk pumpe (i et system, som ligner det som er beskrevet i US 4149603 [1]) for å redusere nedihullstrykk under en boreoperasjon, ved å pumpe tungt boreslam opp i slamreturledning til overflaten for å senke nivået av slam (og dermed det hydrostatiske trykket) i det marine stigerøret. Publikasjonen antyder også at den samme tilnærmingen kan brukes i sementeringsoperasjoner. Imidlertid er Hinton 2009 kun egnet for boring og sementering etter at BOP-stabelen og det marine stigerøret har blitt installert, og har derfor ikke anvendelse for sementering av et ledende foringsrør eller et overflateforingsrør.

Det er generelt behov for en fremgangsmåte og en apparatur som tar for seg en eller flere av de problemene som har blitt identifisert ovenfor. Det er blant målene og gjenstandene av denne oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og / eller en apparatur for å kontrollere trykket under en byggeoperasjonen av et brønnhull, og som fjerner eller reduserer en eller flere ulemper eller ulemper ved den tidligere teknikken. Spesielt, et mål ved et aspekt av oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og / eller en apparatur for å kontrollere det trykket som er egnet for en rekke sementeringsoperasjoner, herunder sementering av rør før

det blir installert en BOP-stabel og / eller et marint stigerør.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge et første aspekt av oppfinnelsen, er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bygge en undersjøisk brønn i en underjordisk formasjon, fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe et foringsrør i en undersjøisk brønn, foringsrøret definerer et hovedbrønnhull; å tilveiebringe en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp, via brønnhullsringrommet som er dannet mellom røret og den underjordiske formasjonen;

å få en sementoppslemming til å strømme fra hovedbrønnhullet av den undersjøiske brønnen og langs brønnhullsringrommet mot utløpet, og som dermed forårsaker at fluid blir fordrevet fra ringrommet gjennom utløpet;

å tilveiebringe en regulerbar undersjøisk choke i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasj onsveien;

å generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien med anvendelse av den regulerbare undersjøiske choken; og

sementering av foringsrøret (16, 106) i den undersjøiske brønnen (102).

Fremgangsmåten kan også omfatte det skrittet av å tilveiebringe en undersjøisk pumpe i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien, og vil kunne omfatte å redusere trykket i fluidsirkulasjonsveien ved hjelp av den undersjøiske pumpen. Den regulerbare undersjøiske choken og / eller den undersjøiske pumpen vil kunne danne en del av et undersjøisk trykkreguleringssystem. Med "undersjøisk trykkreguleringssystem" menes et trykkreguleringssystem som ligger i sjøen under vann.

Fortrinnsvis blir den undersjøiske trykkreguleringen plassert i nærheten av utløpet for å kunne være responsiv for forhold som blir oppdaget eller som blir følt ved utløpet, og for å kunne tilveiebringe en rask og / eller nøyaktig trykkregulering. Det er stor fordel med denne oppfinnelsen at, ved å tilveiebringe et trykkreguleringssystem undersjøisk, vil man kunne unngå forsinkelser knyttet til overvåking av fluidforholdene på overflaten.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten å regulere trykket i fluidsirkulasjonsveien i et område fra et første trykk til et andre trykk, hvor det første trykket er under det hydrostatiske trykket ved utløpet, og det andre trykket er over det hydrostatiske trykket ved utløpet.

Fremgangsmåten vil kunne omfatte: å gjøre måling av et trykk ved utløpet, å få ut et trykkmålingssignal til en reguleringsmodul, og å generere et kontrollsignal for den regulerbare undersjøiske choken som respons på trykkmålingssignal et.

Fremgangsmåten vil kunne omfatte: å måle en strømningshastighet av fluid som blir fordrevet fra ringrommet;

å gi ut et målesignal for strømningshastigheten til en reguleringsmodul, og å generere et kontrollsignal for den regulerbare undersjøiske choken som respons på strømningshastighetens målesignal.

Røret vil kunne omfatte et foringsrør, og vil kunne omfatte et intervall med overflateforingsrør. Fremgangsmåten vil derfor kunne omfatte en fremgangsmåte for å bygge et topphullsparti av en undersjøisk brønn, før installasjon av et brønnhode og en stabel med utblåsningssikring. Dermed vil fremgangsmåten kunne bli utført ved fravær av et stigerør som strekker seg fra brønn til overflaten, og dermed ved fravær av en konvensjonell ringformet returvei for brønnfluider.

Røret vil kunne omfatte et ledende foringsrør. Av denne grunn vil en utførelsesform av oppfinnelsen kunne være en fremgangsmåte for å sementere et ledende foringsrør i en underjordisk formasjon. I en slik utførelsesform vil fremgangsmåten kunne omfatte å tilveiebringe en støtte for ledende foringsrør . Støtten for det ledende foringsrøret vil kunne være en som har en spydbasis eller vil kunne være et havbunns inntrengende skjørt som blir koblet til lederøret og som vil kunne trenge inn og ned i havbunnen.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten å regulere trykket ved sementåpninger som befinner seg i røret.

I en utførelsesform omfatter fremgangsmåten: å tilveiebringe en støtte for ledende foringsrør som blir koblet til et ledende foringsrør og som trenger inn og ned i havbunnen, og sementering av det ledende foringsrøret i en underjordisk formasjon mens trykket blir regulert i et volum som blir definert av det ledende foringsrøret, støtten for det ledende foringsrøret og havbunnen.

I en annen utførelsesform omfatter fremgangsmåten: å tilveiebringe et intervall for foringsrør på overflaten i et brønnhull, sementering av foringsrøret på overflaten i borehullet mens trykket reguleres ved sementåpningene på intervallet for foringsrøret på overflaten.

Fremgangsmåten vil kunne omfatte det trinnet av å transportere fluid som har blitt fordrevet fra ringrommet til et fjerntliggende sted via en kanal. Røret vil kunne være en returledning, og fremgangsmåten vil kunne omfatte retur av fluid som har blitt fordrevet fra ringrommet til overflaten. Når en returledning er til stede, har tilveiebringelse av en choke for å generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien fordel av en løsning som bare støtter en søyle med fluid (for eksempel boreslam) i returledningen. Ved en slik tilnærmelse ville en pumpesvikt kunne ha eksponert den undersjøiske brønnen for det hydrostatiske trykket på grunn av hele vekten fra den støttede fluidsøylen, hvilket vil kunne gjøre skade på formasjonen og sementeringsjobben. I tillegg ville et arrangement med bare pumpe ha en øvre grense for det mottrykket som blir generert, avhengig av høyden på søylen og vekten av det støttede fluidet. Generering av et mottrykk i en regulerbar undersjøisk choke tilveiebringer et bredere trykkhåndteringsområde og en raskere trykkregulering, og tilveiebringer derfor større kontroll på parameterne for sementeringsoperasjonen (herunder valg av fluider). Bruk av en choke benekter også kravet om en returledning, som vil være en ytterligere fordel i forhold til en sementeringsfremgangsmåte, som bruker en undersjøisk pumpe og returledningen for å kontrollere mottrykket. Det vil kunne erkjennes, som i mange lav- eller nullutslipps brønnbyggingsoperasjoner, at det vil være ønskelig å inkludere en returledning for å hindre utslipp av fluid til det undersjøiske miljøet.

Fremgangsmåten vil kunne omfatte å la sjøvann strømme inn i et fluidrør som har blitt koblet til uttaket. Dette vil kunne bli utført for å skylle eller rense et fluidrør, utløpet (som kan være sementåpninger) og / eller det øvre partiet av ringrommet. Alternativt, eller i tillegg til, vil sjøvann kunne la bli strømmet inn i en fluidkanal for å fortynne fluid (f.eks. sement) som har blitt fordrevet fra ringrommet i en utløpskanal eller i et transport- eller returrør.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen, er det tilveiebrakt et system for å bygge en undersjøisk brønn i en underjordisk formasjon, der systemet omfatter: et foringsrør i en undersjøisk brønn som definerer et hovedbrønnhull og som definerer en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp, via et brønnhullsringrom som har blitt

dannet mellom foringsrøret og den underjordiske formasjonen; og

en regulerbar undersjøisk choke som er operabel til å kunne generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien. Foringsrøret er konfigurert til å bli sementert i den undersjøiske brønnen.

Fortrinnsvis er den regulerbare undersjøiske choken operabel til å kunne generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien ved sementåpninger som befinner seg i røret.

Systemet vil videre kunne omfatte en undersjøisk pumpe i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien, som er operabel til å kunne redusere trykket i fluidsirkulasjonsveien.

Fortrinnsvis omfatter systemet minst ett instrument for å kunne overvåke en tilstand i fluidsirkulasjonsveien, og som kan sende ut et målesignal til en reguleringsmodul. Reguleringsmodulen vil kunne bli plassert på overflaten, eller vil kunne bli plassert undersjøisk. Tilstanden vil kunne velges ut fra gruppen omfattende: surhetsgrad (pH), tetthet, ledningsevne, trykk, strømningsrate, og temperatur.

Systemet vil kunne omfatte en trykksensor som sender ut et trykkmålingssignal til en reguleringsmodul og / eller vil kunne omfatte en strømningsmåler som er operabel til å kunne måle en strømningshastighet av fluid som er fordrevet fra ringrommet og tilveiebringe et strømningsmålingssignal til en reguleringsmodul. Fortrinnsvis genererer reguleringsmodulen et kontrollsignal for å regulere trykket ved utløpet som respons på et mottatt målesignal.

Fortrinnsvis genererer reguleringsmodulen et kontrollsignal for en undersjøisk choke. Der det undersjøiske trykkreguleringssystemet omfatter en undersjøisk pumpe, kan reguleringsmodulen tilveiebringe et kontrollsignal for den undersjøiske pumpen.

Ved å tilveiebringe instrumenter som kan måle fluidegenskaper, vil informasjon om fremdriften i sementeringsoperasjonen kunne tilveiebringes til reguleringsmodulen i sann tid. For eksempel kan tilstedeværelse av borefluid i fluidsirkulasjonsveien kunne bli registrert med en måling (eller kombinasjon av målinger) fra instrumentene. En endrende karakteristikk for fluidet (for eksempel en indikasjon på en endring fra borefluid til sement) vil kunne bli påvist ved en måling (eller kombinasjon av målinger) fra instrumentene. Disse dataene vil kunne bli brukt som input til reguleringsmodulen, og styresignaler for choke og / eller pumpe

vil kunne bli generert som respons på målingene.

Røret vil kunne være et intervall av overflateforingsrør eller et ledende foringsrør. Systemet vil kunne omfatte et rør for transport av fluid som har blitt fordrevet fra ringrommet til et fjerntliggende sted, som vil kunne være en returledning til overflaten.

Systemet vil videre kunne omfatte et fluidinnløp som har blitt koblet til utløpet, som kan være et innløp som blir strupet. Dette kan være operabelt til å kunne spyle eller rense fluidrøret, utløpet (som kan være sementåpninger) og / eller øvre parti av ringrommet. Alternativt, eller i tillegg, vil innløpet kunne være operabelt til å kunne tillate at sjøvann får strømme inn i en fluidkanal for å fortynne fluid (f.eks. sement) som har blitt fordrevet fra ringrommet i en utløpskanal eller et transport- eller returrør.

Utførelsesformer av det andre aspektet av oppfinnelsen vil kunne innbefatte et eller flere særtrekk fra første del av oppfinnelsen eller dens utførelsesformer, eller vice versa.

Ifølge et tredje aspekt ved oppfinnelsen har det blitt tilveiebrakt et system for å bygge en undersjøisk brønn i en underjordisk formasjon, der systemet omfatter: et rør i en undersjøisk brønn som definerer et hovedbrønnhull, og som definerer en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp, via et brønnhullsringrom som har blitt dannet mellom røret og den underjordiske formasjonen;

en regulerbar undersjøisk choke som er operabel til å kunne generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien; og

en undersjøisk pumpe som er operabel til å kunne senke trykket i fluidsirkulasjonsveien.

Fortrinnsvis kan den regulerbare undersjøiske choken og den undersjøiske pumpen betjenes ved å regulere trykket med sementåpninger som befinner seg i røret.

Utførelsesformer ved det tredje aspektet ved oppfinnelsen vil kunne omfatte et eller flere særtrekk av første eller andre aspekter av oppfinnelsen eller dens utførelsesformer, eller vice versa.

Ifølge fjerde aspekt ved oppfinnelsen har det blitt tilveiebrakt en fremgangsmåte for å utføre en operasjon i en undersjøisk brønn, der fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe en fluidsirkulasjonsvei fra et første område i en undersjøisk brønn til et andre område av undersjøisk brønn;

å få brønnhullfluid til å strømme fra det første området til det andre området;

å regulere trykket ved hjelp av et undersjøisk trykkreguleringssystem;

hvor det undersjøiske trykkreguleringssystemet omfatter et middel til å skape en mottrykk i fluidsirkulasjonsveien, og midler til å senke trykket i fluidsirkulasjonsveien.

Fortrinnsvis innbefatter fremgangsmåten trinnet av å kjøre et rør inn eller fjerne et rør ut fra brønnhullet. Fluidforskyvning forårsaket av disse operasjonene skaper en økning eller reduksjon i brønnhullstrykket, og fremgangsmåten vil kunne innbefatte å skape et mottrykk eller senke trykket i fluidsirkulasjonsveien for å kompensere for endringen i trykket.

Utførelsesformer av det fjerde aspektet ved oppfinnelsen vil kunne omfatte et eller flere særtrekk ved noen av de første til tredje aspektene ved oppfinnelsen eller dens utførelsesformer, eller vice versa.

Ifølge et femte aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes det en fremgangsmåte for å utføre en operasjon i en undersjøisk brønn, der fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe en fluidsirkulasjonsvei fra et første område av en undersjøisk brønn til et andre område av en undersjøisk brønn;

å kjøre et rør inn eller fjerne et rør fra brønn, og dermed få brønnhullfluid til å strømme fra det første området til andre området;

regulere trykket ved hjelp av et undersjøisk trykkreguleringssystem;

hvor det undersjøiske trykkreguleringssystemet omfatter midler til å skape en mottrykk i fluidsirkulasjonsveien, og midler til å senke trykket i fluidsirkulasjonsveien.

Utførelsesformer av det femte aspektet ved oppfinnelsen vil kunne omfatte et eller flere særtrekk i et hvilket som helst av de første til fjerde aspekter ved oppfinnelsen eller dens utførelsesformer, eller vice versa.

Kort beskrivelse av tegningene

Det vil nå bli beskrevet, som eksempel bare, ulike utførelsesformer av oppfinnelsen med henvisning til tegningene, hvorav:

Figur 1 er et skjematisk snittet riss av et brønnhullsoppbyggingssystem i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, som blir anvendt til sementering av et ledende foringsrør; Figur 2 er et skjematisk snittet riss av et brønnhullsoppbyggingssystem i henhold til en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, anvendt til sementering av et overflateforingsrør; Figur 3 er et skjematisk snittet riss av et brønnhullsoppbyggingssystem i henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, som blir anvendt til sementering av et overflateforingsrør; Figur 4 er et skjematisk snittet riss av en fremgangsmåte for brønnhullsoppbygging i henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen, som innbefatter borefluid retursystem og et administrert trykksementeringssystem.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelsesformene

Først med henvisning til figur 1 er det vist et brønnhullsoppbyggingssystem som er generelt vist som 100, for en undersjøisk hydrokarbonbrønn 102 i en underjordisk formasjon 104.

Figuren viser sementering av et ledende foringsrør 106 til en dybde d, inne i et forhåndsboret hull 108. Ved dette stadiet i brønnbyggingen, har høytrykks brønnhodet ikke blitt installert, og det finnes derfor ikke noen stigerør som strekker seg fra brønnen 102 til overflaten. Systemet 100 har blitt vist slik at borestrengen 120 strekker seg fra boreriggen til en sementplugg 122 i dybden d. Systemet omfatter en havbunnsinntrengende skjørt 128, som omgir det ledende foringsrøret 106 og støtter den i hullet. Veggen 124 i borehullet, og lederen 106, definerer et ringromformet område 126. Systemet 100 omfatter derfor en fluidsirkulasjonsvei fra en hovedboring av brønnen 102 til det volumet 129 som har blitt definert mellom det havbunnsinntrengende skjørtet 128, lederen 106 og havbunnen 105.

Et utløp 130 fra volumet 129 er koblet til en fluidkanal 133, som har blitt koblet til et undersjøisk trykkreguleringssystem 134. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet 34 har blitt plassert undersjøisk, og fortrinnsvis i nærheten av brønnen 102 på havbunnen 105. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet 134 omfatter en undersjøisk regulerbar variabel choke 142.1 denne utførelsesformen omfatter systemet også et fluidutløpsrør 144, som slipper fluid ut til havet. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet 34 blitt konstruert for å kunne bli styrt fra overflaten med et reguleringsgrensesnitt 146, for å administrere trykket ved utløpet 130

(og dermed i ringrommet 126). Reguleringsgrensesnittet 146 vil kunne være kablet tilbake til overflaten, eller vil kunne bli koblet til en reguleringsmodul via en ROV som igjen blir koblet til overflaten via en umbilical. Alternativt vil reguleringsgrensesnittet kunne bruke et akustisk signal med en akkumulator for undervannsinstallasjon eller en batteripakke. Selv om en reguleringsmodul av denne utførelsesformen befinner seg på overflaten, vil en reguleringsmodul i alternative arrangementer kunne ligge i et undersjøisk miljø.

Under sementering av det ledende foringsrøret, pumper sementeringsingeniøren en sementoppslemming 121 ved vannflaten og ned i borerøret til foringsrørskoen 22, hvor sement blir avledet ut av hovedhullet definert av foringsrøret 16 og inn i det ringromformede rommet definert av formasjon 14 og foringsrøret 16. Sement 21 passerer opp gjennom ringrommet 26 og fortrenger fluid fra ringrommet 126 og inn volumet 129. Spydbasisen 128 styrer strømningsregimet for det fordrevne fluidet og bistår i å beholde integriteten for formasjonen 104 på havbunnen 105, og reduserer utvasking og / eller innovervendt kollaps av formasjonen i nærheten av hullet 108. Konvensjonelt gjøres trykkregulering i ringrommet ved riktig valg av sementtetthet eller "vekt" samt sementreologi og sirkulasjonsfriksjon. Imidlertid tilveiebringer systemet 100 en regulerbar undersjøisk choke 142, som tilveiebringer ekstra

trykkregulering ved å gjøre mulig med et regulerbart mottrykk til det

fluidsirkulasjonssystemet som skal genereres. Dette gjør at sementeringsingeniøren kan øke trykket i ringrommet ved å øke struping av strømningen, og dermed generere et trykk som er større enn det hydrostatiske trykket på grunn av vekten av sjøvannet. Denne økningen av trykket, som ikke er avhengig av sementegenskapene, vil kunne hjelpe til med å opprettholde integriteten for formasjonen og tilveiebringe suksess for sementeringsoperasjonen. Systemet tilveiebringer større fleksibilitet i valget av andre sementeringsparametere, inkludert valg av fluidvekt (innbefattet selve sementen og fluidene som sirkulerer i forkant av sementvolumet), samt fluidreologi og sirkulasjonsfriksjon.

Nå med henvisning til figur 2, er det vist et brønnhullsoppbyggingssystem som er generelt henvist med 200, for en undersjøisk hydrokarbonbrønn 202 i en underjordisk formasjon 204. Systemet er tilsvarende systemet 100, og vil kunne bli forstått ut fra figur 1 og den tilhørende teksten. Imidlertid blir systemet 200 brukt til sementering av et intervall 216 av overflateforingsrør til en foringsrørdybde D, innenfor brønnhullet 102. Overflateforingsrøret 206 strekker seg gjennom og blir støttet av et forhåndsinstallert og sementert ledende foringsrør 106. På dette stadiet i brønnbyggingen har ikke BOP blitt installert, og det finnes ingen stigerør som strekker seg til overflaten fra brønnen 102. Systemet 200 er vist med borestrengen 220 som strekker seg fra boreriggen til en sementplugg 222 ved dybde D. Borehullsveggen 224 og foringsrøret 206 definerer et ringromformet område 226, og sementåpninger 228 over slamlinjen tilveiebringer et utløp 230 til ringrommet 226. Systemet 200 omfatter derfor en fluidsirkulasjonsvei fra en hovedboring av brønnen 102 til utsiden av brønnen, via utløpet 230.

Utløpet 230 er koblet til en fluidkanal 233, som er koblet til et undersjøisk trykkreguleringssystem 234. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet er tilsvarende systemet 134 og er plassert undersjøisk. I dette eksemplet er systemet 234 plassert på havbunnen, men det vil i alternative arrangementer kunne være plassert høyere opp i vannsøylen. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet 234 omfatter en undersjøisk regulerbar variabel choke 242, en undersjøisk pumpe 236, en strømningsmåler 238, en trykksensor 240 og ytterligere instrumentering 243. Systemet omfatter også et fluidutløpsrøret 244, som slipper ut sirkulert fluid til havet. Det undersjøiske trykkreguleringssystemet 234 styres fra overflaten via et toveis reguleringsgrensesnitt 246 (selv om det i et alternativt arrangement vil en reguleringsmodul kunne bli plassert undersjøisk).

Under sementering av overflateforingsrøret, pumper sementeringsingeniøren en sementoppslemming 221 ved vannflaten og ned borerøret til sementpluggen 222, hvor sement blir avledet ut av hovedboret som er definert av foringsrør 206 og inn det ringformede området 226 definert av formasjonen 104 og foringsrøret 206. Sement 221 går opp gjennom ringrommet 226 og fortrenger fluid fra ringrommet gjennom sementåpningene 228 og utløpet 230. Kontroll av innfluksen til ringrommet 226 og tapt sirkulasjon oppnås ved å kontrollere trykket i ringrommet 226: et tilstrekkelig høyt trykk begrenser innfluksen når det skal sirkuleres gjennom en overtrykkssone, og et tilstrekkelig lavt trykk reduserer tapt-sirkulasjon gjennom en undertrykkssone. Konvensjonelt ville dette kunne bli utført ved hensiktsmessige valg av fluidtetthet eller "vekt" (inkludert selve sementen og fluider som blir sirkulert i forkant av sementvolumet), samt fluidreologi og sirkulasjonsfriksjon. Imidlertid, den regulerbare undersjøiske choken 242 i henhold til oppfinnelsen tilveiebringer ytterligere trykkregulering ved å gjøre mulig med et regulerbart mottrykk til det fluidsirkulasjonssystemet som skal genereres. Dette gjør at sementeringsingeniøren vil kunne øke trykket i ringrommet ved å øke strupingen av strømningen, og dermed generere et trykk som er større enn det hydrostatiske trykket på grunn av vekten av sjøvann og / eller borefluider. Dette tillater, for eksempel, en større trykkmotstand til innfluks fra formasjonssoner som er satt ved overtrykk, og som blir penetrert av foringsrørintervallet uten å endre fluidegenskaper. Alternativt, eller i tillegg, tillater systemet en større fleksibilitet i valg av andre sementeringsparametere, innbefattet valg av fluidvekt (innbefattet selve sementen og fluider sirkulert i forkant av sementvolumet), samt fluidreologi og sirkulasj onsfriksj on.

At en pumpe 236 blir tatt med gjør det mulig at trykket ved utløpet 230 vil kunne bli redusert, under det hydrostatiske trykket ved utløpet. Dette vil ha den virkning av å redusere trykket i ringrommet 226, og gjøre mulig med regulering av fluid- og sementtap ved sementeringsoperasj onen.

Ved å tilveiebringe et undersjøisk trykkreguleringssystem som innbefatter en undersjøisk choke 242 og en undersjøisk pumpe 236, tilveiebringer systemet 200 betydelig variasjon og regulering av trykket i det ringromformede området 226 mellom foringsrøret som blir sementert og en ytre vegg (i dette tilfellet veggen i det åpne hullet). Undersjøisk choke 242 gjør at mottrykket til fluidsirkulasjonssystemet blir øket til en størrelse som er over det hydrostatiske trykket, uten avhengighet av en fluidreturledning eller andre fluidsøyler som blir støttet i boresystemet. Tilveiebringelse av en pumpe 236 gjør at trykket i det ringromformede området 226 blir redusert under det hydrostatiske trykket på grunn av vannmassene. Dette tilveiebringer en betydelig mengde av fleksibilitet i å velge andre parametere ved sementeringsoperasjonen, inkludert fluidkarakteristikker, brønnhullsgeometri, og strømningshastigheter.

Under bruk vil trykksensoren 240 kontinuerlig overvåke trykket på utløpene 230, og tilveiebringer et signal til en reguleringsmodul (vises ikke) som ligger på overflaten og blir koblet til undervanns trykkreguleringssystemet 234 via grensesnittet 246. Som respons på trykksignalet vil reguleringsmodulen aktivere den undersjøiske choken 242 og / eller den undersjøiske pumpen 236 for å håndtere trykket i det ringromformede området 226 under forskjellige faser av sementeringsoperasjonen. (Det vil kunne erkjennes at systemet 100 av figur 1 også vil kunne omfatte en trykksensor for å utføre de samme eller lignende funksjonene).

En rekke driftsformer er mulig innenfor omfanget av oppfinnelsen. I ett eksempel, blir en innledende fase av sementeringsoperasjonen utført med pumpen 236, som blir driftet for å skape et undertrykk (med hensyn til det hydrostatiske trykket ved dybden på utløpet). Dette gir den virkningen at den fremmer oppadgående strømning av sementen 221 i det ringromformede området 226, og reduserer sementtap inn i formasjonssoner med undertrykk. Under en andre fase av sementeringsoperasjon kan pumpehastigheten bli redusert (redusere omfanget av det negative trykket) og at mottrykket på sementåpningene 238 økte med struping av strømmen via choken 242.

Strømningsmåleren måler strømningshastigheten for fluid som kommer ut fra det ringromformede området 226. Denne strømningshastigheten vil kunne sammenlignes med strømningshastigheten for sement som blir pumpet fra overflaten. Sammenligningen av disse to strømningshastigheter gir sementeringsingeniøren informasjon om hvorvidt innfluks av fluid eller gass fra formasjonen og inn i ringrommet har oppstått, og om sement eller andre fluider har blitt tapt fra ringrommet og inn i formasjonen. Denne informasjonen brukes til å bestemme det trykket som har blitt generert ved utløpet av reguleringssystemet 234.

Figur 3 viser et alternativt system, vanligvis betegnet som 300, som er tilsvarende systemet 200, og vil bli kunne forstås ut fra figur 2 og den tilhørende teksten. Imidlertid skiller systemet 300 seg ved at den også omfatter et fluidinnløp 302 til sementåpninger, som har blitt utstyrt med en innløpschoke 304. Dette gjør det mulig for sjøvann å kunne bli spylt gjennom den øvre delen av ringrommet 226. Dette vil kunne gjøres for å rense sement ut av den øvre delen av ringrommet og sementåpninger, som vil kunne være en fordel for påfølgende operasjoner som benytter sementåpningene. Dette er spesielt nyttig for boreapplikasjoner fra overbyggingsrammer (eng.: «template») hvor sementåpningene brukes under sementering av neste seksjon med foringsrør.

Systemet 300 skiller seg også i konfigurasjonen av det undersjøiske trykkreguleringssystemet 334.1 systemet 334, er choken 342 anordnet i fluidrøret 333 mellom uttaket 330 og pumpen 336, snarere enn å bli plassert på nedstrøms (innen konteksten av den flytende sirkulasjons veien fra hovedbrønnhullet til ringrommet) -siden av pumpen 336.

Systemet tilveiebringer også en innløpslinje 348 med en sekundær innløpschoke 350 koblet til fluidkanalen 333 mellom utløpet 330 og pumpen 336. Innløpet 348 lar sjøvann komme inn i systemet, som vil kunne være en fordel hvis pumpen pumper sement, for å fortynne sementen og redusere dens viskositet og holde den i bevegelse innenfor systemet. Det gjør det mulig med rensing av systemet). Choken 350 tillater denne innstrømningen av vann med kontrollert trykk i sementeringsoperasjonen: ved å kontrollere begge choker 350 og 342 er det mulig å kontrollere trykket i utløpet 330 selv når sjøvann spyles gjennom pumpen 336.

Figur 4 er et skjematisk riss av en ytterligere alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, som er konfigurert som en del av et brønnbyggingssystem 400 med nullutslipp. Systemet 400 er tilsvarende systemene 200 og 300, og vil kunne forstås av figur 2 og 3 sammen med den tilhørende teksten. Tegningen viser systemet før sementering av et overflateforingsrør intervall 206. Systemet 400 omfatter et undersjøisk trykkreguleringssystem 434 (nærmere beskrevet nedenfor) og innbefatter også et borefluidretursystem som er vist generelt med 410. Denne utførelsesformen gjør effektiv bruk av undersjøiske komponenter for å tilveiebringe håndtering av boreretur, og trykkhåndtering av den etterfølgende sementeringsoperasjonen.

Borefluidets retursystem 410, er tilsvarende den konfigurasjonen som er vist i US 4 149 603

[1], og innbefatter et legeme 412 som definerer et volum for oppsamling av borefluidretur. Et utløp 414 til legemet er koblet til en strømningslinje 416 som igjen er koblet til et innløp for en fire-veis ventil 418 av systemet 434. Et utløp på en fire-veis ventil 418 blir koblet til undervannspumpen 436 i det undersjøiske trykkreguleringssystemet 434.

Under bruk blir en topphullsseksjon av brønnen 102 boret uten stigerør, med borefluid og medbrakt borekaks, som konvensjonelt blir sirkulert fra nedihulls sammenstillingen oppover i ringromsområdet mellom borerøret og det hullet som bores. Borefluidet passerer oppover i brønnen og inn i legemet 412. Borefluid og kaks blir deretter pumpet fra legemet 412, og gjennom en borekaksbryter eller -knuser 419 i strømningsbanen 416, for å sikre at alle materialer, innbefattet medbrakte faste stoffer er tilstrekkelig små til å kunne bli sendt gjennom den undersjøiske pumpen og choken. Borefluidet og kaksen blir transportert tilbake til overflaten gjennom returslangen 420 for behandling og / eller resirkulering. Pumpen 436 drives i avhengighet av det registrerte nivået av borefluid og borekaks som blir støttet innenfor legemet 412.

I en påfølgende sementeringsoperasjon blir en sementoppslemming (ikke vist) pumpet ned borerøret til sementpluggen 422, hvor sement blir avledet ut fra hovedbrønnhullet definert av foringsrøret 206 og inn i det ringromformede området 426. Sement fortrenger fluid fra ringrommet gjennom sementåpningene 428 og inn i en manifold 429. Systemet 400 innbefatter også et fluidinnløp 437 til manifolden 429, som innbefatter vekselventil 439. Fluidinnløpet tillater at manifolden blir skylt med sjøvann om nødvendig. Et utløp 430 til manifolden er koblet til undervanns trykkreguleringssystem 434 via fire-veis ventil 418 og strømningkanal 433. Avhengig av aktuering av fire-veis ventiler 418 og 435, kan det fortrengte fluidet fra ringrommet være i fluidkommunikasjon med pumpen 436, choken 442, eller begge deler, for å tilveiebringe styring av trykket ved utløpet 430 og ringrommet 426 på en slik måte som er beskrevet med referanse til de tidligere utførelsesformene. I ulike driftsformer, kan fluidveien svitsjes gjennom ulike strømningsrør i systemet 434.1 denne utførelsesformen blir choken 442 plassert i en sekundær fluidretur ledning 444 fra utløpet av fluidsirkulasjonsbanen til en fjerntliggende behandlingsfasilitet for fluidretur (som kan være en overflate). Imidlertid er ikke systemet avhengig av styringen av borefluidnivået i fluidreturledningen for å kontrollere mottrykk, dette oppnås ved bruk av choken.

Det vil kunne erkjennes at, selv om to parallelle returledninger 420 og 444 er vist i figur 4, tilveiebringer en alternativ utførelsesform én enkelt returledning for slamretur under boreoperasjonen og det fordrevne fluidet under sementering.

De ovenfor beskrevne utførelsesformer tilveiebringer fordeler i sementeringsfaser ved brønnhullsbygging. Imidlertid har oppfinnelsen andre applikasjoner på regulering av trykket i det ringromformete område i et brønnhull. For eksempel, når et overflateforingsrør kjøres i intervall til et undersjøisk brønnhull, før installasjon av en BOP-stabel og marint stigerør, fører det resulterende fluidforskyvningen til en trykkøkning i brønnen, som er avhengig av hastigheten som borerørsstrengen blir kjørt inn med. Økningen i trykket vil kunne være betydelig nok til å forårsake skade på svake formasjonssoner, hvilket vil kompromittere integriteten for brønnen og / eller produksjonseffektiviteten. Tilsvarende vil en rask tilbaketrekning av et rør (for eksempel en borestreng) fra det hullet som ikke har foringsrør forårsake et trykkfall som gjør at hullet vil kunne kollapse innover.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte og et system for å bygge en undersjøisk brønn i en underjordisk formasjon, og er her beskrevet. Et rør i en undersjøisk brønn definerer et hovedbrønnhull, og en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp blir dannet via brønnhullsringrommet mellom røret og den underjordiske formasjonen. En sementoppslemming strømmer fra hovedbrønnhullet langs brønnhullsringrommet mot utløpet, og forårsaker at fluid blir fordrevet fra ringrommet gjennom uttaket. En regulerbar undersjøisk choke i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien genererer en mottrykk i fluidsirkulasjonsveien ved anvendelse av den regulerbare undersjøiske choken. I en foretrukket utførelsesform er den regulerbare undersjøiske choken en del av et undersjøisk trykkreguleringssystem som også omfatter en undersjøisk pumpe.

Referanser

[1] US 4,149,603

[2] SPE/IADC 92568; "Managing Pressures During Underbalanced Cementing by Choking the Return Flow, Innovative Design and Operational Modelling as Well as Operational Lessons"; Johan Eck-Olsen, SPE; Per-Johan Pettersen og Arnfinn Ronneberg, Statoil ASA; Knut S Bjorkevoll og Rolv Rommetveit SPE, SINTEF Petroleum Research; SPE/IADC Drilling Conference, 23-25 February 2005.

[3] IADC/SPE 122201; "A New Chapter in MPD: Subsea Pumping"; Andy Hinton SPE, AGR Drilling Services; IADC/SPE Managed Pressure Drilling and Underbalanced Operations Conference and Exhibition, 12-13 February 2009.

[4] IADC/SPE 128923; "New Automated Control System Manages Pressure and Return Flow While Drilling and Cementing Casing in Depleted Onshore Field"; Julio Montilva, Shell Exploration & Production Company; Paul Fredericks og Ossama Sehsah, At Balance; IADC/SPE Drilling Conference Centre Exhibition, 2-4 February 2010.

[5] SPE/IADC 130313; "Managed Pressure Drilling Brings Added Value to Production Casings Cementing Operations Increasing Success Rates and Quality in HPHT Fractured Narrow Window Wells"; Juan Carlos Beltran SPE, Corrado Lupo SPE, Fernando Gallo SPE, Hermogenes Duno SPE, og Leiro Medina SPE, Schlumberger; SPE/IADC Managed Pressure Drilling and Underbalanced Operations Conference and Exhibition, 24-25 February 2010.

Claims (18)

1. En fremgangsmåte for å bygge en undersjøisk brønn (102) i en underjordisk formasjon (104), fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe et foringsrør (16, 106) i en undersjøisk brønn (102), der foringsrøret (16, 106) definerer et hovedbrønnhull; å tilveiebringe en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp (130, 230), via et brønnhullsringrom (26) dannet mellom foringsrøret (16, 106) og den underjordiske formasjonen; å få en sementoppslemming (121, 221) til å strømme fra hovedbrønnhullet av undervannsbrønnen og langs brønnhullsringrommet (26) mot utløpet (130, 230), og dermed forårsake at fluid blir fordrevet fra ringrommet (26) gjennom utløpet (130,

230); å tilveiebringe en regulerbar undersjøisk choke (142, 242) i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien, å generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien med anvendelse av den regulerbare undersjøiske choken (142, 242); og. sementering av foringsrøret (16, 106) i den undersjøiske brønnen (102).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvori foringsrøret (16,106) er et overflateforingsrørintervall eller et lederør (106).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, som omfatter å tilveiebringe en undersjøisk pumpe (236, 336) i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien, og redusere trykket i fluidsirkulasjonsveien ved anvendelse av den undersjøiske pumpen (236, 336).

4. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående kravsom omfatter å regulere trykket i fluidsirkulasjonsveien i et område fra et første trykk til et andre trykk, hvor det første trykket er under det hydrostatiske trykket ved utløpet (130, 230), og det andre trykket er over det hydrostatiske trykket ved utløpet (130, 230).

5. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav som omfatter: å måle trykket ved utløpet (130, 230); å generere et trykkmålingssignal til en reguleringsmodul; og å generere et styresignal for den regulerbare undersjøiske choken som respons på trykkmålingssignalet.

6. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav som omfatter: å måle en strømningsrate av fluid fordrevet fra ringrommet (26); å gi ut et strømningsratemålesignal til en reguleringsmodul, og å generere et styresignal for regulerbar undersjøisk choke (142, 242) som respons på strømningshastighetens målesignal.

7. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav som omfatter å bygge en topphulls del av en undersjøisk brønn (102), før installasjon av et brønnhode og en stabel for utblåsningssikring.

8. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav, som omfatter: å frembringe en støtte for ledende foringsrør som er koblet til en foringsrør-leder og som trenger inn i havbunnen; å sementere et ledende foringsrør i en underjordisk formasjon (104) mens trykket blir regulert i et volum som er definert av ledende foringsrør, støtten for det ledende foringsrøret (16, 106), og havbunnen.

9. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, som omfatter: å tilveiebringe et intervall for overflateforingsrør (206, 216) i et brønnhull; og å sementere overflateforingsrøret (206, 216) i brønnhullet mens trykket blir regulert ved sementåpningene (228, 238) på intervallet for overflateforingsrøret (206, 216).

10. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav, som omfatter å transportere fluid som er fordrevet fra ringrommet (26) til et sted fra utløpet (130, 230) via en kanal.

11. Fremgangsmåte i henhold til alle foregående krav, som omfatter å la sjøvann strømme inn i et fluidrør koblet til utløpet (130, 230).

12. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-10 omfattende: å kjøre et rør inn i eller fjerne et rør fra brønnhullet; og å generere et mottrykk eller senke trykket i fluidsirkulasjonsveien for å kompensere for en endring i trykket som blir indusert ved å kjøre inn eller fjerne røret.

13. Et system for bygging av en undersjøisk brønn (102) i en underjordisk formasjon (104), der systemet omfatter: et foringsrør i en undersjøisk brønn (102) idet foringsrøret definerer et hovedbrønnhull og som definerer en fluidsirkulasjonsvei fra hovedbrønnhullet til et utløp (130, 230), via et brønnhullsringrom (26) som blir dannet mellom foringsrøret (16, 106) og den underjordiske formasjonen, og en regulerbar undersjøisk choke (142, 242) som er operabel til å kunne generere et mottrykk i fluidsirkulasjonsveien; hvori foringsrøret er konfigurert til å bli sementert i den undersjøiske brønnen.

14. System i henhold til krav 13, som videre omfatter en undersjøisk pumpe (236, 336) i fluidkommunikasjon med fluidsirkulasjonsveien, som er operabel til å kunne redusere trykket i fluidsirkulasjonsveien.

15. System i henhold til krav 13 eller krav 14, som omfatter minst ett instrument for å overvåke en tilstand i fluidsirkulasjonsveien og tilveiebringe et målesignal ut til en reguleringsmodul.

16. System i henhold til et hvilket som helst av krav 15, der foringsrøret (16, 106) er et overflateforingsrørintervall eller et ledende foringsrør (16, 106).

17. System i henhold til et hvilket som helst av krav 13 til 16, som omfatter et rør for transport av fluid fordrevet fra ringrommet (26) til et fjerntliggende sted.

18. System i henhold til et hvilket som helst av krav 13 til 17, som omfatter et fluidinnløp i fluidkommunikasjon med utløpet (130, 230).