NO341369B1 - Fremgangsmåte og system for styring av strøm i en brønnboring dannet i en formasjon - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001 ] Den foreliggende oppfinnelse vedrører systemer og fremgangsmåter for brønnstyring under oljefeltoperasjoner i situasjoner så som brønnspark av formasjonsfluider, slamtap og undergrunnsutblåsinger.

2. Beskrivelse av den beslektede teknikk

[0002] Under anlegging eller vedlikehold av en hydrokarbonproduserende brønn, kan en operatør møte et antall uønskede tilstander som kan utgjøre en fare for utstyr og personell. En uønsket tilstand er et "brønnspark". Under boring kan et høytrykks-formasjonsfluid invadere brønnboringen og fortrenge borefluid fra brønnen. Det resulterende trykk-"brønnspark" kan føre til en brønnutblåsing ved overflaten. Konvensjonelt, under boring, blir slamvekten av et borefluid som sirkuleres i brønnen valgt for å tilveiebringe et hydrostatisk trykk som minimerer faren for og innvirkningen av et "brønnspark". I tillegg bruker borerigger overflateutblåsingssikringer for be-skyttelse mot ukontrollert strøm av fluider fra en brønn. Når de aktiveres, foretar ut-blåsingssikringssystemer en "avstenging" av en brønn ved overflaten for å tette av og dermed utøve styring over brønnsparket. Et typisk utblåsingssikringssystem eller en "stakk" inkluderer vanligvis et antall individuelle utblåsingssikringer, som hver er designet til å tette brønnboringen og motstå trykk fra brønnboringen. En annen uønsket tilstand er et tap av borefluid inn i en formasjon. Det vil si at, i enkelte tilfeller, borefluidet som pumpes inn i brønnboringen har et trykk som forårsaker at noe av eller alt borefluidet penetrerer inn i formasjonen istedenfor å strømme tilbake opp til overflaten. Et tap blir vanligvis behandlet ved sirkulering av et tapt sirkulasjonsmateriale (lost circulation material, LCM) inn i brønnboringen. LCMen inkluderer vanligvis partikler som plugger og tetter den frakturerte eller svake formasjon. Enda en annen uønsket tilstand er en undergrunnsutblåsing, som generelt forstås som en uønsket undergrunns krysstrøm mellom to reservoarer som er gjennomskåret av en brønnboring. En slik krysstrøm kan bevirkes når et boremannskap aktiverer en overflateutblåsingssikring for å undertrykke og styre et brønnspark. Den avstengte brønn kan forårsake en økning i ringromstrykk som frakturerer en eller flere soner i en åpenhullsregion. Borefluid blir da tapt til denne frakturerte sone. Denne tilstand kan kreve en kombinasjon av foranstaltninger, inkludert bruken av LCM og brønn-avstenging, for å styre. US 5,404,953 omhandler en BOP-anordning egnet til å slå av et ringrom mellom en borestreng og en brønnvegg under boring for olje eller gass.

[0003] Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer systemer og anordninger som er tilpasset til å forbedre styring over de ovenfor beskrevne uønskede tilstander, så vel som andre utenfor-norm tilstander.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0004] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selv-stendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. I aspekter tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse et boresystem som inkluderer en nedihulls brønnstyringsanordning som kan brukes til å styre en eller flere utenfor-norm tilstander som kan opptre ved boring eller vedlikehold av en brønn; eksempelvis et brønnspark, en undergrunnsutblåsing eller et fluidtap inn i en formasjon. Med utenfor-norm tilstand menes enhver tilstand som kan utgjøre en fare for personell, miljøet eller utstyr. Utenfor-norm tilstander inkluderer også tilstander som kan avbryte arbeidsaktiviteter eller skade brønnen. Nedihulls brønnstyringsanord-ningen kan styre fluidtrykk, strømningsmengde, strømningsretningen og/eller de kanaler eller løp som ett eller flere fluider strømmer i. Fluidene som styres kan være designede fluider, så som et borefluid, sement, og fluider som inneholder LCM så vel som formasjonsfluider, så som gass, olje og vann. Brønnstyringsanordningen i samvirkning med eller uavhengig av overflateutblåsingssikringen og annet overflateutstyr utøver styring over en eller flere bore- eller formasjonsparametere, for å ta hånd om en utenfor-norm brønnboringstilstand.

[0005] I enkelte utførelser er brønnstyringsanordningen konfigurert til hydraulisk å isolere en eller flere seksjoner av en brønnboring. En eksemplifiserende brønn-styringsanordning inkluderer en rørboring-strømstyringsanordning for selektivt å blokkere fluidstrøm i en rørboring, en ringrom-strømstyringsanordning som selektivt blokkerer fluidstrøm i et brønnringrom, og en omløp-strømstyringsanordning som selektivt lar fluid strømme fra rørboringen til ringrommet. Avhengig av innstillingene av hver av disse strømanordninger, eksempelvis åpen, stengt eller strupt, kan en utenfor-norm tilstand som er forbundet med en eller flere av disse isolerte brønn-boringsseksjoner behandles uavhengig, sekvensielt eller samtidig. I utførelser styrer en overflatekontroller og/eller en nedihulls kontroller brønnstyringsanordningen. En kommunikasjonsanordning tilveiebringer enveis eller toveis signal- og/eller data-overføring mellom kontrolleren/kontrollerne, overflatepersonell og brønnstyrings-anordningen. I et arrangement overfører overflatekontrolleren en nedlink som er kodet med instruksjoner for operering av brønnstyringsanordningen. Overflatekontrolleren kan også motta opplinker fra nedihulls kontrolleren som er kodet med data som vedrører sensormålinger, eksempelvis målt trykk, den operasjonelle status til nedihulls brønnstyringsanordningen, eller andre slike data. Nedihulls kontrolleren kan være programmert til automatisk å styre brønnstyringsanordningen uten nedlink instruksjoner og/eller sende opplink signaler før aktivering eller deaktivering av brønnstyringsanordningen. Passende kommunikasjonsanordninger kan benytte strømningsvariasjoner, trykkpulser, EM-signaler, akustiske signaler, signaler som føres via metalledninger eller optiske kabler, og/eller styrt manipulasjon av en arbeidsstreng. I en utførelse kan omløpsventilen brukes til å generere trykkpulser og/eller strøm ningsvariasjoner for å overføre data til overflaten.

[0006] En eksemplifiserende applikasjon av en brønnstyringsanordning er å styre et brønnspark. Ved deteksjon av et spark stenger brønnstyringsanordningen rør-boringen, tetter av ringrommet og åpner omløpsventilen. Deretter, basert på tilgjengelig informasjon, eksempelvis målt trykk ved overflaten/nede i hullet, blir en "drepe" slamvekt bestemt og pumpet inn i brønnboringen. Den åpne omløpsventil tillater sirkulasjon av drepeslammet ovenfor brønnstyringsanordningen for å sirkulere ut formasjonsfluider som ikke ble stengt inne nedenfor brønnstyringsanordningen. Etter at ringrommet ovenfor styringsanordningen er fylt med drepeslam, blir brønn-styringsanordningen deaktivert for å tilveiebringe normal strøm gjennom rørboringen og ringrommet.

[0007] En annen eksemplifiserende anvendelse av en brønnstyringsanordning er å styre borefluid som blir tapt til formasjonen på grunn av svake formasjoner. Etter at et tap er detektert, blir brønnstyringsanordningen aktivert for å stoppe strømning i ringrommet og rørboringen, og omløpsventilen åpnes. Hvis slam tapes ovenfor brønn-styringsanordningen, blir tapt sirkulasjonsmateriale (lost circulation material, LCM) sirkulert ved bruk av den åpne omløpsventil. Etter at tap er fjernet, blir brønnstyrings-anordningen deaktivert. Hvis slam tapes nedenfor brønnstyringsanordningen, blir hele ringrommet ovenfor brønnstyringsanordningen opprettholdt fulgt av slam for å hindre et brønnspark i den åpne hullseksjon ovenfor brønnstyringsanordningen og nedenfor en foringsrørsko. Deretter blir borekaks sirkulert ut av brønnboringen ovenfor brønnstyringsanordningen og LCM blir tilsatt til det slam som blir pumpet ned. På dette punkt er det minst tre valgmuligheter for pumping av LCM inn i tapssonen nedenfor brønnstyringsanordningen. Én valgmulighet er å stenge omløpsventilen, åpne rørventilen og presse LCM inn i tapssonen inntil tapene er stoppet. Deretter blir brønnstyringsanordningen deaktivert. En variasjon av denne valgmulighet er å bruke sement istedenfor LCM, hvilket kan kreve trekking av borkronen bort fra bunnen. En annen valgmulighet er å holde omløpsventilen åpen og bruke en tilbakeslagsventil for å hindre strøm fra ringrommet inn i rørboringen gjennom omløpsventilen. Deretter sirkulerer LCM inntil full retur ses ved overflaten, hvilket viser at tapene har stoppet. Deretter blir brønnstyringsanordningen deaktivert. En tredje valgmulighet er å holde omløpsventilen åpen uten å bruke en tilbakeslagsventil. Omløpsventilen bruker imidlertid en begrenset strøm for å hindre strøm fra ringrommet inn i rørboringen. Brønnstyringsanordningen blir deaktivert etter at tapene har stoppet.

[0008] Enda en annen eksemplifiserende anvendelse av en brønnstyringsanord-ning er å styre et samtidig brønnspark og tap, det vil si en undergrunnsutblåsing. Etter deteksjon av en undergrunnsutblåsing, blir brønnstyringsanordningen aktivert på en måte som tidligere beskrevet. Tap ovenfor brønnstyringsanordningen blir behandlet ved sirkulering av LCM inntil tapene har stoppet. Etter at tapene har stoppet, blir drepeslam, med eller uten LCM, sirkulert ovenfor brønnstyringsanordningen. Deretter blir de tidligere beskrevne trinn for styring av et brønnspark igangsatt. For tap nedenfor brønnstyringsanordningen og brønnsparket ovenfor brønnstyrings-anordningen, blir en standard drepeprosedyre som benytter overflateutstyr anvendt for å drepe brønnsparket etter etterfylling av ringrommet med slam. I en variant kan drepeprosedyren komme etter en klargjøring for sementering av tapssonen. Etter at brønnen er drept ovenfor brønnstyringsanordningen, er to valgmuligheter tilgjengelig. Én valgmulighet er å tilsette LCM til drepeslammet, deaktivere brønnstyringsanord-ningen og starte sirkulasjon. En annen valgmulighet er først å pumpe LCM inn i formasjonen og starte sirkulasjon kun etter at tapene har stoppet.

[0009] I et annet aspekt kan utførelser av den foreliggende oppfinnelse benytte nedihulls trykkmålinger for å bestemme parametere så som brønnboringstrykk. For eksempel, konvensjonelt, etter en overflateavstenging, blir standrørtrykket målt for å bestemme brønnboringstrykk. Utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan, etter aktivering av brønnstyringsanordningen, måle trykket i fluidet i ringrommet eller rør-boringen nedenfor brønnstyringsanordningen for å bestemme brønnboringstrykk. Denne trykkmålingen kan opplinkes til overflaten for bruk ved beregning av en passende drepeslamvekt eller for et annet formål.

[0010] Det skal forstås at eksempler på de mer viktige trekk ved oppfinnelsen har blitt sammenfattet nokså bredt for at den detaljerte beskrivelse av denne som følger bedre skal kunne forstås, og for at bidragene til teknikken kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som heretter vil bli beskrevet, og som vil danne gjenstand for de krav som er vedføyd hertil.

Kort beskrivelse av tegningene

[0011 ] For detaljert forståelse av den foreliggende oppfinnelse, skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelse, sett sammen med de ledsagende tegninger, hvor like elementer har blitt gitt like talltegn, og hvor:

[0012] Figur 1 skjematisk illustrerer et brønnkonstruksjonssystem som benytter en nedihulls brønnstyringsanordning laget i samsvar med den foreliggende oppfinnelse;

[0013] Figur 2 skjematisk illustrerer en utførelse av en brønnstyringsanordning laget i samsvar med den foreliggende oppfinnelse;

[0014] Figur 3 illustrerer et flytskjema som viser en eksemplifiserende metodologi for styring av et brønnspark i samsvar med den foreliggende oppfinnelse;

[0015] Figur 4 illustrerer et flytskjema som viser en eksemplifiserende metodologi for styring av et fluidtap i en brønnboring i samsvar med den foreliggende oppfinnelse; og

[0016] Figur 5 illustrerer et flytskjema som viser en eksemplifiserende metodologi for styring av en undergrunnsutblåsing i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av de foretrukne utførelser

[0017] Den foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger og fremgangsmåter for styring av fluidstrøm i en brønnboring. Fluidet kan være en væske, en gass, en slurry eller blandinger av de samme. Den foreliggende oppfinnelse kan ha utførelser i forskjellige former. Det vises på tegningene, og det vil her bli beskrevet i detalj, spesi-fikke utførelser av den foreliggende oppfinnelse med den forståelse at den fore liggende offentliggjøring skal betraktes som en eksemplifisering av prinsippene ved oppfinnelsen, og at den ikke er ment for å begrense oppfinnelsen til det som her er illustrert og beskrevet.

[0018] Med først henvisning til figur 1, vises det et skjematisk diagram av et brønn-konstruksjonssystem 10 som har ett eller flere brønnverktøy 12 som vises transportert i et borehull 14 som er dannet i en formasjon 16. Systemet 10 kan være konfigurert for gjennomføring av en eller flere operasjoner relatert til anleggingen, loggingen, kompletteringen eller overhalingen av en hydrokarbonproduserende brønn. Særlig viser figur 1 et skjematisk sideriss av en utførelse av et brønnboringsboresystem 10 for boring av en brønnboring 14 ved bruk av konvensjonell borefluidsirkulasjon. Boresystemet 10 er en rigg for landbrønner, men kan være en boreplattform, som kan være et boreskip eller en annen egnet overflatearbeidsstasjon, så som en flytende plattform eller en halvt nedsenkbar plattform for offshore brønner. For offshore operasjoner vil ytterligere kjent utstyr så som et stigerør og undersjøisk brønnhode typisk bli brukt. Systemet 10 inkluderer et konvensjonelt boretårn 18 som er oppreist på et dekk 20. En streng 24, så som en verktøystreng, arbeidsstreng eller borestreng, strekker seg nedover fra overflaten inn i borehullet 14. Strengen 24 kan være dannet delvis eller fullstendig av borerør, metall- eller komposittkveilrør, forlengnings-rør, foringsrør eller andre kjente organer. I tillegg kan rørstrengen 24 inkludere data-og effektoverføringsbærere, så som fluidledningsrør, fiberoptiske ledere og metalledere. Strengen 24 og bunnverktøyet 12 kan inkludere en hvilken som helst type av utstyr, inkludert en styrbar boresammenstilling, en boremotor, måling-under-boring sammenstillinger, formasjonsevalueringsverktøy, vektrør eller borerør. For enkelthets skyld vises en bunnhullsboresammenstilling (bottomhole drilling assembly, BHA) 26 som har en borkrone 28 og som er innfestet til enden av borestrengen 24. Borkronen kan roteres med en overflaterotasjonsdrivanordning eller en motor ved bruk av trykkluft (eksempelvis slammotor) eller en elektrisk drevet motor. For å bore brønnboringen 14, blir BHAen 26 transportert til brønnhodeutstyret 30 og deretter innsatt i brønnboringen 14 ved bruk av et egnet system. I tillegg kan en overflatekontroller 31 være forbundet til systemet 10 for å tilveiebringe automatisert eller halv-automatisert styring over systemet 10. Kontrolleren 31 kan også være driftsmessig koplet til en egnet kommunikasjonsanordning (ikke vist) som tilveiebringer kommunikasjon med nedihulls utstyr. I en utførelse er den egnede kommunikasjonsanordning konfigurert til å overføre nedlinker som er kodet med instruksjoner for operasjon av brønnstyringsanordningen 200. I andre utførelser er den egnede kommunikasjonsanordning også konfigurert til å motta opplinker som er kodet med data som vedrører sensormålinger eller den operasjonelle status til brønnstyringsanordningen 200.

[0019] For å bore brønnboringen 14, blir brønnstyringsutstyr 30 (også referert til som brønnhodeutstyret) plassert ovenfor brønnboringen 14. Brønnhodeutstyret 30 inkluderer en overflateutblåsingssikring (blow-out-preventer, BOP) stakk 22 og en lubrikator (ikke vist) med sin tilknyttede strømningsstyring. I tillegg kan en overflate-struper 35 i kommunikasjon med et brønnboringsringrom 40 styre strømmen av fluid ut av brønnboringen 14 for å tilveiebringe et mottrykk som nødvendig for å styre brønnen.

[0020] Under boring blir et borefluid fra et overflateslamsystem 34 pumpet under trykk ned borestrengen 24. Slamsystemet 34 inkluderer en slamtankt 36 og en eller flere pumper 38. Borkronen 28 knuser formasjonen (bergarten) til borekaks. Borefluidet som forlater borkronen beveger seg oppover i hullet gjennom et ringrom 40 mellom borestrengen 24 og brønnboringens vegg, og fører det medrevne borekaks. Returfluidet avgis inn i en separator (ikke vist) som separerer borekakset og andre faststoffer fra returfluidet, og avgir det rene fluid tilbake inn i slamtanken 36. [0021 ] Så snart brønnen 14 har blitt boret til en viss dybde, blir foringsrør 46 med en foringsrørsko 48 på bunnen installert. Boringen fortsetter deretter for å bore brønnen til en ønsket dybde, hvilket vil inkludere en eller flere produksjonsseksjoner, så som seksjon 50. Seksjonen nedenfor foringsrørskoen 48 behøver ikke å fores inntil det er ønskelig å komplettere brønnen, hvilket etterlater bunnseksjonen av brønnen som et åpent hull, som vist med talltegn 52.

[0022] I en utførelse inkluderer boresystemet 10 en brønnstyringsanordning 200 som styrer strømningsmengden, retningen av strømmen og/eller de kanaler eller løp som ett eller fluider strømmer i. Som det vil ses kan brønnstyringsanordningen 200 i samvirkning med eller uavhengig av overflateutblåsingssikringsstakken 22 og annet overflateutstyr, utøve styring over en eller flere parametere som vedrører brønn-boringsfluider eller formasjonen for å ta hånd om en utenfor-norm brønnborings-tilstand, så som et brønnspark eller et fluidtap inn i en formasjon. Med utenfor-norm tilstand, menes det enhver tilstand som kan utgjøre en fare for personell, miljøet eller utstyr. Utenfor-norm tilstander inkluderer også tilstander som kan avbryte arbeidsaktiviteter eller skade brønnen.

[0023] Utførelser av brønnstyringsanordningen 200 kan brukes til hydraulisk å isolere seksjoner av brønnboringen. Utenfor-norm tilstanden som er forbundet med en eller flere av disse isolerte brønnboringsseksjoner kan deretter behandles uavhengig. Det vises nå til figur 2, hvor det skjematisk vises en brønnstyrings-anordning 200 i en brønnboring 14. Når den er aktivert, isolerer brønnstyrings-anordningen 200 hydraulisk en nedre brønnboringsseksjon 205 fra en øvre brønn-boringsseksjon 207. Dette kan være fordelaktig, for eksempel når de to seksjoner 205 og 207 møter forskjellige utenfor-norm tilstander, eksempelvis kan den øvre brønnboringsseksjon 207 møte et tap av fluid inn i formasjonen, vist med piler L, og/eller den nedre brønnboringsseksjon 205 kan møte et brønnspark, vist med piler K. Brønnstyringsanordningen 200 tillater hver seksjon 205, 207 å bli styrt eller behandlet separat, hvilket kan tilveiebringe større fleksibilitet ved valg av en passende kurs for avhjelpende handling. I tillegg kan brønnstyringsanordningen 200 tilveiebringe selektiv sirkulasjon av fluid i hver av seksjonene 205, 207 ved bruk av omløps-anordninger. Isolasjonen behøver ikke nødvendigvis være fullstendig. Snarere kan isolasjonen til en viss grad være betydelig nok til å implementere en ønsket avhjelpende handling. Uttrykkene "isolere" eller "isolasjon" som her brukt, er følgelig ikke ment å bety eller kreve absolutt ingen fluidkommunikasjon over en barriere eller utstyr.

[0024] Som vist på figur 2 kan nedihulls brønnstyringsanordningen 200 være posisjonert langs en seksjon av en bunnhullssammenstilling (bottomhole assembly, BHA) 202 eller posisjonert opphulls for BHAen 202 i en separat seksjon av borestrengen 24. Brønnstyringsanordningen 200 kan være posisjonert hvor som helst langs BHAen 202 eller borestrengen 24, inkludert åpenhullsseksjonen av brønnboringen. I én utførelse inkluderer anordningen 200 en ringformet tetning 210 som styrer strøm i brønnringrommet 40, en rørboringsventil 220 som styrer strøm i rørboringen 222 og en omløpsventil 230 som kan lede strøm mellom ringrommet 40 og rørboringen 222. Uttrykkene tetninger, pakninger og ventiler brukes her ombyttbart for å referere til strømningsstyringsanordninger som selektivt kan styre strømning over et fluidløp. Styringen kan inkludere tilveiebringelse av i hovedsak ubegrenset strømning, hoved-sakelig blokkert strømning, og tilveiebringelse av et mellomliggende strømnings- regime. Fluidbarrieren som tilveiebringes av disse anordninger kan være "null lekkasje" eller tillate noe styrt fluidlekkasje. I enkelte utførelser er tetningene og ventilene responsive på kommandosignaler. Passende strømningsstyrings-anordninger inkluderer anordninger av pakningstypen, ekspanderbare tetninger, solenoidopererte ventiler, hydraulisk aktuerte anordninger og elektrisk aktiverte anordninger.

[0025] I ett arrangement hvor ringromstetningen 210 benytter en eller flere oppblåsbare pakninger, kan ringromstetningen 210 aktiveres på den følgende måte. Først sirkuleres borefluid ved bruk av overflateslampumpene 38 (figur 1). Mens slampumpene 38 opererer, blir omløpet 230 initialt åpnet og boringsventilen 220 stengt. Deretter blir strømmen over omløpet 230 modulert, eksempelvis begrenset, for å danne et boring-til-ringrom differansetrykk. Dette differansetrykk blåser opp den oppblåsbare pakning. Egnede ventiler (ikke vist) leder fluid til og fra den oppblåsbare pakning.

[0026] Det vises nå til figurene 1 og 2, idet brønnstyringsanordningen 200 i ett arrangement kan aktiveres av en nedlink i form av en strømningsvariasjon. I et annet arrangement kan en aktiveringsnedlink eller et aktiveringssignal kodes i trykk-sekvensen. For eksempel kan rørboringsventilen 220 initialt være normalt stengt før boreoperasjon. For å starte boring kan trykk i borestrengen 24 raskt bygges opp via overflatepumpene 38. Så snart trykket i boringen i borestrengen 24 overstiger et forhåndsbestemt utløsningstrykk, blir rørboringsventilen 220 åpnet og trykket i boringen i borestrengen 24 faller til et ønsket driftstrykk. For å aktivere brønnstyringsverktøyet 100, blir trykket i borestrengen 24 økt til innenfor et forhåndsbestemt trykkvindu, som kan være lavere enn utløsningstrykket, og holdes der i en forhåndsbestemt tidsperiode. Mekaniske anordninger, så som fjærer og/eller hydrauliske anordninger, så som en målt dyse, responsiv på trykkvariasjonen, aktiverer deretter brønnstyrings-verktøyet 200. Alternativt kan sensorer i borestrengen 24 brukes til å detektere at utløsningstrykket har blitt nådd og opprettholdt i den påkrevde tidsperiode.

[0027] I tillegg styrer en nedihulls kontroller 240 operasjonen av tetningen og ventilen 210, 220, omløpsventilen 230 og annet tilknyttet utstyr beskrevet nedenfor. En kommunikasjonsanordning 242 overfører signaler mellom kontrolleren 240 og overflateutstyr og personell. I en utførelse er kommunikasjonsanordningen 242 konfigurert til å motta nedlinker kodet med instruksjoner for operasjon av brønnstyrings- anordningen 200. I andre utførelser er kommunikasjonsanordningen 242 også konfigurert til å overføre opplinker kodet med data som vedrører sensormålinger eller den operasjonelle status til brønnstyringsanordningen 200. Kommunikasjonsanordningen 242 kan således være både enveis og toveis. Den fysiske posisjon til kommunikasjonsanordningen vil avhenge av typen av kommunikasjonssystem som brukes. For eksempel, for et system som benytter strøm ningsvariasjoner eller trykkpulser, vil anordningen 242 trolig være posisjonert opphulls for rørventilen 220. BHAen 202 kan også inkludere en eller flere sensorer 244 for måling av parametere av interesse, så som formasjonsparametere, BHAens operasjonelle parametere, boreparametere, osv.

[0028] I en normal driftstilstand, er ringromstetningen 210 og rørboringsventilen 220 i en deaktivert tilstand, og tillater ubegrenset fluidstrøm gjennom ringrommet 40 henholdsvis rørboringen 222. Omløpsventilen 230 er posisjonert opphulls for tetningen og ventilen 210, 220, og er vanligvis stengt for å forebygge strømning mellom ringrommet 40 og rørboringen 222. Således, for eksempel, under boring, strømmer borefluidet ned via rørboringen 222 og returnerer med medrevet borekaks via ringrommet 40. I en utenfor-norm tilstand, eksempelvis et brønnspark, kan omløpsventilen 230 og tetningen og ventilen 210, 220 aktiveres uavhengig eller sammen for å stabilisere og styre utenfor-norm tilstanden. For eksempel kan tetningen og ventilen 210, 220 aktiveres for å stoppe fluidstrøm i ringrommet 40 og rørboringen 222. I denne tilstand vil seksjonen av brønnboringen nedhulls 205 for anordningen 200 i hovedsak være hydraulisk isolert fra seksjonen av brønnboringen opphulls 207 for anordningen 200. Videre, ved åpning av omløpsventilen 230, kan fluid sirkuleres i den opphulls brønnboringsseksjon 207, under opprettholdelse av en spesifisert brønnboringstilstand i den nedhulls brønnboringsseksjon 205. Dette strømningsstyringsregime er kun illustrativt for den brønnstyring som tilveiebringes av brønnstyringsanordningen 200. Enda andre illustrative strømningsstyringsregimer vil bli omtalt i detalj nedenfor.

[0029] I én utførelse kan omløpsventilen 230 opereres til å overføre opplinker. Opplinkene, eller datasignalene, kan inkludere sensormålinger, utstyrets drifts-tilstander, status, osv. I et eksemplifiserende arrangement blir rørboringen 222 stengt og sirkulasjon etableres i den opphulls seksjon 207. Deretter kan omløpsventilen 230 moduleres ved bruk av kontrolleren 230 eller en annen passende anordning for å forårsake trykkfluktuasjoner i borestrengen 24 eller ringrommet 40. Det vil si at stenging av ventilen 230 kan forårsake en trykkøkning, eller overtrykkpuls, i borestrengen 24 og et trykkfall, eller undertrykkpuls, i ringrommet 40. Fordi den ene eller begge disse pulser kan detekteres ved overflaten, kan disse pulser brukes til å over-føre data fra nede i hullet til overflaten. For eksempel kan størrelsen eller frekvensen av pulsene styres for å overbringe informasjon. I tillegg kan tiden mellom pulser styres som en metode for å overbringe informasjon.

[0030] Kontrolleren 240 inneholder en eller flere mikroprosessorer eller mikro-kontrollere for behandling av signaler og data og for gjennomføring av styringsfunk-sjoner, faststoff minneenheter for lagring av programmerte instruksjoner, modeller (som kan være interaktive modeller) og data, og andre nødvendige styringskretser. I andre utførelser kan kontrolleren 240 være en hydromekanisk anordning som inkor-porerer kjente mekanismer (ventiler, forbelastede organer, leddanordninger som samvirker for å aktuere verktøy under, for eksempel, forhåndsinnstilte betingelser).

[0031] Kommunikasjonsanordningen 242 kan benytte ethvert antall av media og metodologier for å tilveiebringe overføringen av data, signaler og kommandoer mellom overflaten og brønnstyringsanordningen 22. Eksemplifiserende kommunikasjonsanordninger kan benytte datakodet strømning og/eller trykkvariasjoner, akustiske signaler, slampulstelemetri, EM-telemetri og signaler som føres via ledere, så som optiske fibere eller elektriske ledere. I ett arrangement blir nedihulls mottak av en nedlink gjort mulig ved hjelp av nedihulls måling av strømningsmengden eller strømningsvariasjonene, eksempelvis via rotasjonshastigheten til en nedhulls turbin eller fortrengningsmotor, eller måling av trykkforandringen nede i hullet forårsaket av forandringen i strømningsmengde. Hvis det brukes en trykksensor, kan nedlinker etableres når rørboringen 222 blokkeres nedenfor brønnstyringsanordningen 200 ved, for eksempel, variering av rørtrykket ved bruk av overflatepumpene.

[0032] Andre metodologier for overføring av et signal eller signaler ned i hullet inkluderer variering av rotasjonshastigheten til borestrengen 24, endring av WOB, og aksial manipulering av borestrengen 24. Deaktivering av brønnstyringsverktøyet 200 kan for eksempel igangsettes ved trekking eller rotering av borestrengen 24, hvilket danner en detekterbar relativ bevegelse, kraft og/eller dreiemoment, fordi en del av brønnstyringsverktøyet 200, så som et ekspandert pakningselement, er fastholdt til brønnboringens vegg ved aktivering. I enda en annen metodologi kan en gjenstand, så som en ball eller dart, pumpes inn i brønnboringen for å aktivere brønnstyrings-anordningen 200, for eksempel ved tilstopping av boringen 222 og dermed øking av trykket i boringen 222, eller ved fysisk inngrep med en bryter eller et annet egnet aktueringsorgan (ikke vist). Anordninger som er egnet for overføring av en opplink og/eller en nedlink inkluderer rør med ledning, akustiske sendere så som piezo-elektriske anordninger, slamsirener, slampulsgeneratorer og dynamiske ventiler. Som det vil ses kan hver av dem oppvise en bestemt fordel i en bestemt situasjon, og det skal forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de kommunikasjons-metodologier og anordninger som er opplistet ovenfor.

[0033] Effekt for brønnstyringsanordningen 200 kan tilveiebringes ved hjelp av ett eller flere nedihulls batterier, en nedihulls generator eller en akkumulator. Videre kan høytrykksslam også brukes til å tilføre energi til de flere komponenter i brønnstyrings-anordningen 200. I enkelte utførelser kan anordninger for generering av effekt, så som slamturbiner, suppleres ved bruk av arrangementer så som omløpsventiler, for å muliggjøre effektgenerering og strømningsmåling over et bredere område av strømningsmengder enn det som normalt er mulig.

[0034] På figur 3 vises det en illustrativ fremgangsmåte 300 for bruk av brønn-styringsanordningen 200 i en brønnsparksituasjon. Idet det nå vises til figurene 1-3, initialt kan en brønnsparkdeteksjon 302 foretas enten ved overflaten 306 eller nede i hullet 308. En overflatedeteksjon 306 kan foretas ved overvåking av volumet og strømmen av slam inn i slamtanken, idet en økning er indikativ for et brønnspark. En nedihulls deteksjon 308 kan gjøres av sensorer 244 ved brønnstyringsanordningen 200, hvilken deretter sendes av en opplink 310 til overflatekontrolleren 31. Overflatekontrolleren 31 kan, ved bruk av forprogrammerte instruksjoner eller ved å be en menneskelig operatør, igangsette en beslutningsprosess 314, som kan inkludere verifisering av det detekterte brønnspark og om hvorvidt rotasjon må stoppes for å tillate aktivering av brønnstyringsanordningen 200. Deretter blir aktiveringen av brønnstyringsanordningen 200 igangsatt av en nedlink 316.

[0035] I en variant kan nedlinken 316 for å aktivere brønnstyringsanordningen 200 komme etter en overflateavstenging 320 ved bruk av konvensjonelt utstyr. Passende målinger kan gjøres, så som måling av overflatetrykk 322. Basert på målte og/eller beregnede data, blir en passende drepeslamvekt bestemt 324 og sirkulert inn i brønnen ved bruk av en struper 35 som påfører 326 et passende mottrykk for å styre brønnsparket. Alternativt kan det opprinnelige borefluid sirkuleres med passende struperstyring 328. En slik prosess kan tillate en tidligere stopp av innstrømmingen og bestemmelse av drepeslamvekten.

[0036] I annen variant foretas en in situ beslutning 330 om å aktivere brønn-styringsanordningen 200 av en nedihulls kontroller 240 som sender 332 en opplink kodet med dens beslutning til overflaten. Nedihulls kontrolleren 240 kan valgfritt overvåke en eller flere valgte parametere (eksempelvis strengens RPM) 334 for å signalisere om å fortsette med aktiveringssekvensen for brønnstyringsanordningen 200.

[0037] Ved aktivering 318, tetter brønnstyringsanordningen 200 av rørboringen 222, tetter av ringrommet 40 og åpner omløpsventilen 230. På dette tidspunkt kan drepeslamvekten bestemmes eller oppdateres fra nedihulls avstengingstrykket 336 som måles og opplinkes 336 av brønnstyringsanordningen 200. I mellomtiden blir sirkulasjon av drepeslam 340 over brønnstyringsanordningen opprettholdt mens overflatestruperen 35 brukes til å sirkulere ut formasjonsfluider som ikke ble stengt inne nedenfor brønnstyringsanordningen 200. Valgfritt kan opplinker 348 fortsette under denne "drepe"-operasjon, hvilket tillater korreksjoner/oppdateringer med hensyn på den drepeslamvekt som skal lages.

[0038] Fullføring av dette trinn, som kan inkludere at ringrommet 40 ovenfor brønnstyringsanordningen 200 blir fulgt av drepeslam med tilstrekkelig tetthet, bestemmes 342 av en overflatekontroller 31 som deretter sender en nedlink 344 for å deaktivere brønnstyringsanordningen 200. I en variant kan en nedihulls kontroller 240 automatisk bestemme fullføring av trinnet 350 og deaktiverer brønnstyrings-anordningen 200. For å underrette overflaten om vellykket deaktivering, kan brønn-styringsanordningen 200 valgfritt sende en opplink 354.

[0039] Etter deaktivering av brønnstyringsanordningen 200, kan eventuelle formasjonsfluider nedenfor brønnstyringsanordningen 200 sin ringromstetning 210 sirkuleres ut 352 konvensjonelt via overflate-BOPen 22 og struperen 35. Det skal forstås at ringromstrykket ved foringsrørskoen 48, eller en annen svak åpenhulls lokalisering, er mindre enn i en konvensjonell drepeoperasjon. Dette skyldes at brønnsparkvolumet nedenfor brønnstyringsanordningen 200 generelt er mindre enn det totale brønnsparkvolum i en konvensjonell drepeoperasjon, og at ringrommet 40 mellom brønnstyringsanordningen 200 og foringsrørskoen 48 er fylt med drepeslam istedenfor borefluid, hvilket reduserer det trykk som er påkrevd ved foringsrørskoen.

[0040] På figur 4 vises det en illustrativ fremgangsmåte 400 for anvendelse av brønnstyringsanordningen 200 i en situasjon hvor borefluid blir tapt til formasjonen på grunn av svake formasjoner. [0041 ] Idet det nå vises til figurene 1, 2 og 4, etter at tap har blitt detektert 402, enten ved overflaten eller nede i hullet, sendes en nedlink 404 for å aktivere 406 brønnstyringsanordningen 200 via en nedlink. Hvis nivået av fluid i slamtanken 36 fortsetter å falle eller hvis slamnivået i ringrommet ikke kan opprettholdes, så er det sannsynlig at fluid blir tapt til formasjonen ovenfor brønnstyringsanordningen 200. Hvis nivået av fluid i slamtanken 36 stabiliseres og slamnivået i ringrommet kan opprettholdes, så er det sannsynlig at fluid blir tapt til formasjonen nedenfor brønn-styringsanordningen 200.

[0042] I det scenario hvor slam tapes ovenfor brønnstyringsanordningen 200, blir tapene behandlet ved sirkulering av 408 tapt sirkulasjonsmateriale (lost circulation material, LCM) ovenfor brønnstyringsanordningen 200 ved bruk av den åpne omløpsventil 230. Det skal forstås at et konvensjonelt brønnspark nedenfor brønn-styringsanordningen 200 på grunn av utilstrekkelig slamnivå i ringrommet hindres fordi brønnstyringsanordningen 200 har tettet av ringrommet 40 for derved å opprettholde et passende høyt ringromstrykk i seksjonen nedenfor brønnstyringsanord-ningen 200. Etter at tapene er fjernet, brukes en nedlink 410 for å deaktivere 412 brønnstyringsanordningen 200. Valgfritt kan en bekreftelsesopplink sendes 416 for deaktiveringen.

[0043] I det scenario hvor tap opptrer nedenfor brønnstyringsanordningen 200, kan hele ringrommet 40 ovenfor brønnstyringsanordningen 200 opprettholdes fullt av slam, og, derfor, blir brønnspark på grunn av utilstrekkelig slamnivå forhindret over hele åpenhullsseksjonen ovenfor brønnstyringsanordningen 200 og nedenfor forings-rørskoen 48.

[0044] For å styre brønnen i dette scenario, blir borefluid sirkulert 418 for å fjerne borekaks. Deretter, etter at borekaks er sirkulert ut, blir LCM tilsatt 420 til det slam som blir pumpet ned. På dette punkt er det minst tre valgmuligheter for pumping av LCM inn i tapssonen nedenfor brønnstyringsanordningen 200.

[0045] Den første valgmulighet inkluderer stenging av omløpsventilen 230. For å unngå enten ytterligere frakturering av tapssonen eller utløsing av trykkavlastnings-ventilene ved overflaten mens omløpet stenger, blir sirkulasjon stoppet 424 etter at aktiveringsnedlinken 422 har blitt sendt. Etter at omløpet er stengt 426 og rørventilen 220 er åpnet, kan LCM bli tvunget 428 inn i tapssonen ved langsomt å bringe opp pumpene 38, fordi ringromstetningen 210 fremdeles er stengt. Når tap har blitt tilstrekkelig behandlet, eksempelvis som detektert ved at standrørtrykk (standpipe pressure, SPP) overstiger en terskel, blir pumpene 38 stoppet 430 og brønnstyrings-anordningen 200 deaktivert 432. Flere deaktiveringsvalgmuligheter 434 er tilgjengelige, inkludert, men ikke begrenset til, et nedlinksignal eller en tidsgiver som deaktiverer brønnstyringsanordningen 200 etter en forhåndsinnstilt varighet.

[0046] I en variant kan tapet behandles med sement. I så fall, etter fullføring av trinn 418, blir brønnstyringsanordningen 200 deaktivert 436, borkronen trekkes av bunnen 438 med en viss avstand, og brønnstyringsanordningen 200 aktiveres på ny 440. Deretter følges trinn 422-426. På dette punkt pumpes sement 442. Etter at pumpen 38 er sikret 444, tillates sementen å størkne før deaktivering 432 av brønn-styringsanordningen 200.

[0047] Den annen valgmulighet opprettholder omløpsventilen 230 i en åpen posisjon og bruker en tilbakeslagsventil for å hindre strøm fra ringrommet 40 inn i rør-boringen 222 gjennom omløpsventilen 230. Tilbakeslagsventilen hindrer slamnivået i ringrommet i å falle så snart en forbindelse til tapssonen etableres når rørventilen 220 åpner. I denne annen valgmulighet blir det sendt en nedlink 450 som åpner 452 rørventilen 220. Sirkulasjon av LCM, som ble igangsatt i trinn 420, fortsetter inntil full retur ses ved overflaten, hvilket angir at tapene har stoppet. En nedlink blir deretter sendt 454 for å stenge 456 rørventilen 220, hvilket deretter følges av deaktivering 458 av brønnstyringsanordningen 200. Valgfritt sendes en bekreftelsesopplink 460 for å bekrefte deaktivering.

[0048] Den tredje valgmulighet opprettholder omløpsventilen 230 i en åpen posisjon uten å bruke en tilbakeslagsventil. Isteden sendes en nedlink 462, hvilket forårsaker at rørventilen 220 kun delvis åpner 464 ("strupt" rørstrøm) for å hindre en situasjon hvor strømmen inn i tapssonen overstiger pumpemengden, slik at slam trekkes fra ringrommet 40 og nivået faller. For å unngå dette og, samtidig, maksimere strømmen av LCM inn i tapsformasjonen, kan rørventilen 220 justeres i lukket- sløyfestyring 466. Styringsvariabelen kan være ringromstrykket ovenfor ringromstetningen 210, fordi fallende ringromsnivå fører til fallende ringromstrykk. Styringsvariabelen kan også bruke en måling av omløpsstrømmen, som må være større enn eller lik null for å unngå fall i ringromsnivå. Som i den annen valgmulighet vises suksess i tapsbehandlingen ved full retur ved overflaten, og etterfølgende prosedyre-trinn er ekvivalente til den annen valgmulighet.

[0049] På figur 5 vises det en illustrativ fremgangsmåte 500 for bruk av brønn-styringsanordningen 200 til å styre en undergrunnsutblåsing, det vil si at nedihulls tap og brønnspark opptrer samtidig.

[0050] Det vises nå til figurene 1, 2 og 5, idet, i ett scenario, en undergrunnsutblåsing er et resultat av en avstenging 502 ved overflaten for å styre et brønnspark. I enkelte situasjoner er brønnstyringsanordningen 200 lokalisert mellom brønnsparket og tapssonen, og, når den aktiveres, tilveiebringer den soneisolasjon mellom de to soner. For en nedlink som bruker sirkulerende fluid, blir sirkulasjon og passende struperstyring gjenopptatt 504 for å opprettholde nedihulls trykk på det ønskede nivå, og en aktiveringsnedlink sendes 506. For en nedlink som ikke krever sirkulasjon, sendes en nedlink for aktivering. En nedihulls kilde, så som et batteri, kan tilveiebringe den nødvendige effekt til å muliggjøre aktivering av brønnstyringsanordningen 200.

[0051] Ved aktivering 508 av brønnstyringsanordningen 200, kan posisjonen til tapssonen i forhold til ringromstetningen 210 bestemmes 510. Hvis nivået av fluid i slamtanken 36 fortsetter å falle eller hvis slamnivå i ringrommet ikke kan opprettholdes, så er det trolig at fluid blir tapt til en formasjon ovenfor brønnstyringsanord-ningen 200. Hvis nivået av fluid i slamtanken 36 stabiliseres og slamnivået i ringrommet kan opprettholdes, så er det trolig at fluid blir tapt til en formasjon nedenfor brønnstyringsanordningen 200.

[0052] Tap ovenfor tetningen 210 kan behandles ved sirkulering 512 av LCM. En parameter så som nivå i slamtanken 36 kan overvåkes 514 inntil en kontroller 31, 240 bestemmer 516 at tapene har stoppet. Etter at tapene er stoppet, kan drepeslam, med eller uten LCM, sirkuleres 518 inn ovenfor brønnstyringsanordningen 200. Den bunnhullstrykkmåling som er påkrevd for bestemmelse av drepeslamvekten kan opplinkes kontinuerlig fra det øyeblikk brønnstyringsanordningen 200 aktiveres. Deretter blir trinn 336-352 på figur 3 utført for å styre brønnen.

[0053] For tap nedenfor brønnstyringsanordningen 200 og brønnsparket ovenfor brønnstyringsanordningen 200, blir ringrommet 40 først etterfylt 526. Deretter anvendes 528 en standard drepeprosedyre som benytter overflatestruperen 35 og BOPen 22 til å drepe 540 brønnsparket. I en variant kan drepeprosedyren komme etter en klargjøring for sementering av tapssonen i trinn 520, 522, 524, som tidligere har blitt omtalt i forbindelse med trinn 436, 438 og 440 på figur 4. Etter at brønnen er drept ovenfor brønnstyringsanordningen 200, er to valgmuligheter tilgjengelige. For det første kan den prosedyre som starter i trinn 420 på figur 4 følges. For det annet kan LCM tilsettes 532 til drepeslammet, og en nedlink sendes 534 for å deaktivere 536 brønnstyringsanordningen 200.

[0054] I et annet aspekt kan utførelser av den foreliggende oppfinnelse benytte målinger av nedihulls trykk for å bestemme parametere så som brønnboringstrykk. For eksempel, konvensjonelt, etter en overflateavstenging, blir standrørtrykket målt for å bestemme brønnboringstrykk. Utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan, etter aktivering av brønnstyringsanordningen 200, måle trykket i fluidet i ringrommet 40 eller rørboringen 222 nedenfor brønnstyringsanordningen 200 for å bestemme brønnboringstrykk. Denne trykkmåling kan opplinkes til overflaten for bruk ved beregning av en passende drepeslamvekt eller for et annet formål. I enda et annet aspekt kan utførelser av den foreliggende oppfinnelse benytte overflatemålt eller -estimert avstengingstrykk. Idet det nå vises til figur 2, i ett arrangement, kan avstengingstrykk måles som følger. Ringromstetningen 210 kan aktiveres mens boringsventilen 220 holdes åpen og omløpet 230 holdes stengt. Med brønnstyringsutstyret i denne konfigurasjon, kan avstengings borerørtrykket (shut-in drill-pipe pressure, SIDPP) måles eller estimeres ved overflaten ved bruk av konvensjonelle sensorer. Det vil forstås at en slik måling av SIDPP reduserer sannsynligheten forfeil forårsaket av tap som opptrer i brønnboringen ovenfor ringromstetningen 210.

[0055] Det skal forstås at den foreliggende oppfinnelses lære kan anvendes på et mangfold av utenfor-norm tilstander, ikke bare de som er beskrevet ovenfor. Anordningene og utførelsene som er beskrevet ovenfor er derfor kun illustrative for de arrangementer som er nyttige for styring av eller for å ta hånd om en bestemt utenfor-norm brønntilstand. For eksempel, i enkelte tilfeller, kan to eller flere brønn-styringsanordninger posisjoneres langs brønnboringen for å tilveiebringe soneisolasjon og sonesirkulasjon for flere isolerte soner.