NO342918B1 - Trinnvise sementeringsfremgangsmåter som brukes ved samtidig boring og fôring - Google Patents

Abstract

Apparat og fremgangsmåter tilveiebringes for en sementeringsoperasjon for bruk med en anvendelse ved boring med fôringsrør. I én utførelse tilveiebringes et apparat for trinnvis sementering ved bruk av et trinnverktøy med full åpning. I en annen utførelse tilveiebringes et apparat for reverssementering av fôringsrøret.

Description

TRINNVISE SEMENTERINGSFREMGANGSMÅTER SOM BRUKES VED SAMTIDIG BORING OG FÔRING

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vedrører apparat og fremgangsmåter for tildanning av et brønnhull, fôring av et brønnhull og sirkulasjon av fluider i brønnhullet. Særskilt vedrører den foreliggende oppfinnelse et apparat og fremgangsmåter for sementering av et brønnhull som tildannes ved boring med fôringsrør. Nærmere bestemt vedrører utførelser av den foreliggende oppfinnelse også et apparat og fremgangsmåter for trinnvis sementering av et brønnhull.

Samverserende amerikanske midlertidige patentsøknad serienr. US 60/747.175 innlevert 12 mai 2006 innarbeides heri ved henvisning i sin helhet.

Ved boring av olje- og gassbrønner er boring med fôringsrør en fremgangsmåte for å tildanne et borehull ved hjelp av en borekrone festet til den samme fôringsrørstreng som vil være fôring i borehullet. Med andre ord kjøres borekronen på enden av et fôringsrør med større diameter som vil forbli i brønnhullet og sementeres i det, snarere enn å kjøre en borekrone på en borestreng med mindre diameter. Fordi den samme fôringsrørstreng transporterer borekronen og fôrer borehullet, er det ikke nødvendig med en separat kjøring ut av eller inn i borehullet mellom tildanning av borehullet og fôring av borehullet. Boring med fôringsrør er spesielt nyttig i visse situasjoner hvor en operatør ønsker å bore og fôre et borehull så raskt som mulig for å minimere tiden som borehullet er ufôret og utsatt for sammenrasing eller virkningen av trykkanomalier. For eksempel, når et undervannsborehull tildannes, er innledningslengden av borehullet, som strekker seg fra sjøbunnen, mye mer utsatt for å styrte eller rase sammen enn etterfølgende borehullseksjoner. Borehullseksjoner som skjærer gjennom områder med høyt trykk kan føre til skade på borehullet i tiden mellom borehullet dannes og når det fôres. Et område med ualminnelig lavt trykk vil tappe kostbart borefluid fra brønnhullet i tiden mellom området gjennomskjæres og når borehullet er fôret. I hvert av disse tilfeller kan problemene elimineres eller deres innvirkning reduseres ved å bore med fôringsrør.

Etter boring til en forutbestemt dybde, utføres en sementeringsoperasjon. Sementeringsoperasjonen fyller det ringformede rom mellom et fôringsrørs ytre diameter og jorden med sement. Sementen vil sette fôringsrøret fast i brønnhullet og underlette isolering av produksjonssoner og fluider ved forskjellige dyp inne i brønnhullet. I forbindelse med dette strømmer sement inn i ringrommet fra bunnen av fôringsrøret (for eksempel sementering den lange veien) eller fra toppen av fôringsrøret (for eksempel revers sementering). På grunn av svake jordformasjoner eller lange fôringsrørstrenger, kan sementering fra toppen eller bunnen av fôringsrøret være uønsket eller ineffektivt. Når sement sirkuleres inn i ringrommet fra bunnen av fôringsrøret, kan problemer påtreffes når sementen på utsiden av ringrommet stiger. For eksempel vil ikke en svak formasjon, hvis den finnes, understøtte sementen. Som et resultat vil sementen strømme inn i formasjonen heller enn oppover i fôringsrørringrommet. Når sementering utføres fra toppen av fôringsrøret, er det ofte vanskelig å sikre at hele ringrommet sementeres.

Det er derfor et behov for apparat og fremgangsmåte for sementering av borefôringsrøret ved en operasjon hvor boring med fôringsrør utføres. Det er også et behov for et apparat og fremgangsmåter for sementering av en fôringsrørstreng ved mellomliggende punkter. Det eksisterer også et behov for å sementere en fôringsrørstreng ved mellomliggende punkter ved bruk av et verktøy for fullprofiltrinnboring.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt fremgangsmåter og et apparat for sementering av et brønnhull. I én utførelse tildannes brønnhullet ved å bore et brønnhull med et boreelement som er koplet til enden av et fôringsrør, å åpne en port i fôringsrørets vegg og å sirkulere sement gjennom porten.

I følge et aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter å bore brønnhullet ved å bruke en sammenstilling som omfatter: et fôringsrør, et boreelement som er koplet til fôringsrøret, en flottørkrage som er koplet til fôringsrøret, og et trinnverktøy som er koplet til fôringsrøret; å åpne porter i boreelementet; å utføre en første sementeringsoperasjon ved bruk av flottørkragen og de åpne portene, hvor i flottørkragen omfatter en énveisventil som tillater strømning av sement gjennom fôringsrøret og inn i et ringrom utformet mellom fôringsrøret og brønnhullet og som hindrer tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret; å åpne trinnverktøyet som befinner seg i fôringsrørstrengen; å utføre en andre sementeringsoperasjon gjennom det åpne trinnverktøyet; og å bore ut gjennom boreelementet og flottørkragen.

I en utførelse brukes en flerhet plugger for å utføre de første og andre sementeringsoperasjoner. I enda en annen utførelse fjernes boreelementet før den første sementeringsoperasjon utføres. I en annen utførelse kan trinnverktøyet være et verktøy for fullprofiltrinnboring.

I følge enda et aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter: å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement som er koplet til et fôringsrør; å gjenvinne boreelementet fra fôringsrøret; å pumpe sement inn i fôringsrøret og gjennom en énveis plugg; å sette inn énveispluggen bak sementen; å pumpe fluid bak pluggen, derved å drive sementen gjennom fôringsrøret og inn i et ringrom formet mellom fôringsrøret og brønnboren, hvori: pumpingen stoppes for å holde tilbake pluggen i fôringsrøret, og pluggen forankrer seg til fôringsrøret som svar på at pumpingen stoppes for derved å holde tilbake sementen i ringrommet og å hindre tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret.

I følge enda et aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter: å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement som er koplet til et fôringsrør; å gjenvinne boreelementet fra fôringsrøret; å sette inn en elektrisk, wireline eller slickline linje inn i fôringsrøret; å sette på plass en pakning i fôringsrøret ved bruk av ledning, hvori pakningen har en énveis ventil; å pumpe sement gjennom fôringsrøret og énveisventilen og inn i et ringrom formet mellom fôringsrøret og brønnboren, hvori énveisventilen holder tilbake sementen i ringrommet og hindrer tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret; å åpne et trinnverktøy som befinner seg i fôringsrøret ved bruk av linjen; å pumpe sement gjennom fôringsrøret og det åpne trinnverktøyet og inn i ringrommet; og å lukke trinnverktøyet ved bruk av linjen.

I følge enda et aspekt ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter: å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement som er koplet til et fôringsrør; å utføre en første sementeringsoperasjon; å åpne et trinnverktøy som befinner seg i fôringsrøret, hvori: trinnverktøyet omfatter et hus, en hylse, et åpne sete og et lukke sete, en hus port som er innrettet med en hylse port i åpen stilling, og en vegg av hylsen dekker hus porten i lukket stilling; å utføre en andre sementeringsoperasjon gjennom det åpne trinnverktøyet; og å bore ut setene, hvori hylsen blir værende igjen etter utboringen.

Ytterligere aspekter og foretrukne trekk er beskrevet i de uselvstendige kravene.

I én eller flere av utførelsene som beskrives heri, kan tilveiebringelse og oppblåsing av trinnverktøyets pakning være en opsjon.

I én eller flere av utførelsene som beskrives heri, kan trinnverktøyet brukes til å sementere et midlere parti av fôringsrøret uten å sementere gjennom et nedre parti av fôringsrøret. I enda en annen utførelse kan trinnverktøysementeringen utføres med eller uten isolasjonspakningen.

For at måten på hvilken de anførte trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan forstås i detalj, kan en nærmere beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort oppsummert ovenfor, fås ved henvisning til utførelser hvorav noen er anskueliggjort i de vedheftede tegninger. Det bør imidlertid bemerkes at de vedheftede tegninger bare anskueliggjør typiske utførelser av denne oppfinnelse og må derfor ikke betraktes som begrensende for dens omfang, for oppfinnelsen kan romme andre like effektive utførelser.

Figur 1 er en skjematisk tegning av en fôringsrørstreng og et trinnverktøy i henhold til én utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Figurer 2A-2D viser en sekvensiell operasjon for sementering av fôringsrøret ved bruk av trinnverktøyet.

Figurer 3A-3C er en skjematisk tegning av et eksempelvis trinnverktøy i henhold til én utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 viser en fôringsrørstreng utstyrt med et gjenvinnbart boreelement.

Figur 5 viser fôringsrørstrengen i figur 4 etter at boreelementet er fjernet. En utførelse av en sementeringssammenstilling er blitt innrettet i fôringsrørstrengen,

Figurer 6A-6B viser en sekvensiell operasjon for sementering av fôringsrørstrengen som er vist i figur 5,

Figur 7 viser en fôringsrørstreng etter at boreelementet er gjenvunnet. Fôringsrørstrengen er utstyrt med et trinnverktøy. En pakningsventil er innrettet i fôringsrørstrengen.

Figurer 8A-8C viser en sekvensiell operasjon for sementering av fôringsrørstrengen som er vist i figur 7. Som vist opereres trinnverktøyet ved hjelp av et verktøy befordret på en arbeidsstreng.

Figurer 9A-9C viser en sekvensiell operasjon for sementering av fôringsrørstrengen som er vist i figur 7. Som vist opereres trinnverktøyet ved hjelp av et verktøy befordret på en kabel.

Figur 10 anskueliggjør en eksempelvis utførelse av en sementeringssammenstilling for en trinnvis sementeringsoperasjon.

Figurer 11A-11C viser en sekvensiell trinnoperasjon for sementering ved bruk av sementeringssammenstillingen i figur 10.

Figurer 12A-12F anskueliggjør en utførelse av et apparat og en fremgangsmåte for revers sementering.

Figur 13 er en skjematisk tegning over plugger som brukes i sementeringsoperasjoner.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse vedrører sementeringsfremgangsmåter,-teknikker og – utstyr som kan brukes med systemer for boring med fôringsrør og som innbefatter flertrinns sementering. I én utførelse er en fôringsrørstreng koplet til et boreelement i den nedre ende, og ett eller flere trinnsementeringsverktøy er anbrakt på forutbestemte steder i fôringsrørstrengen for sementering ved mellomliggende steder i fôringsrøret. I drift borer boreelementet et brønnhull mens det er festet til fôringsrøret, enten ved å rotere fôringsrøret eller ved bruk av en slammotor som er koplet til boreelementet, eller en kombinasjon av begge. Fôringsrøret kan roteres ved hjelp av hvilke som helst midler som er kjent innen faget, for eksempel et toppdrevet rotasjonssystem (top drive) som i det etterfølgende benevnes en toppdrevet enhet, en krafttang eller et rotasjonsbord. Så snart fôringsrøret er ved en ønsket dybde, utføres en sementeringsoperasjon gjennom fôringsrørets nedre ende. Etter at den første sementeringsoperasjon er ferdig, utføres en andre sementeringsoperasjon ved å bruke trinnverktøyet ved et forutbestemt sted over bunnen av fôringsrøret. Den andre sementeringsoperasjon utføres ved å åpne en port i trinnverktøyet og sirkulere sement gjennom porten. Porten lukkes etter at sementering er fullført. Hvilket som helst antall sementeringsoperasjoner kan utføres på ønskede steder på borestrengen.

Figur 1 viser en skjematisk tegning av en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. En sammenstilling 1 som innbefatter et boreelement 10, en krage 20, og et trinnverktøy 30 er vist hvor alle er koplet til en fôringsrørstreng 40. Boreelementet 10, kragen 20, og trinnverktøyet 30 kan koples til fôringsrøret ved brønnhullet eller før de transporteres til brønnhullet. Også vist i figur 1 er en førstetrinnsplugg 50, en åpneplugg 60 og en lukkeplugg 70. Som vist befinner pluggene seg inne i en pluggbeholder 80 som er koplet til fôringsrøret 40, det bør imidlertid forstås at hvilken som helst fremgangsmåte for levering av pluggene til fôringsrøret 40 kan brukes.

Boreelementet 10, som er vist i figur 1, er en boresko som ikke behøver å tas opp fra bunnen av fôringsrøret før sementering. Boreelementet 10 vil typisk innbefatte én eller flere ventiler 90. Videre vil kragen 20 opsjonsmessig innbefatte én eller flere ventiler 100. Ventilene 90 og 100 er typisk enveisventiler.

Trinnverktøyet 30 kan være et pluggoperert trinnverktøy som for eksempel et trinnverktøy som åpnes hydraulisk. Trinnverktøyet kan også innbefatte en opsjonsmessig pakning 32, som vist i figur er 2A-2D. I én utførelse kan trinnverktøyet være et fullprofil (også henvist til som et ”fullåpnings”) trinnverktøy. Figur 3A viser et eksempel på et trinnverktøy som passer for bruk med utførelser ifølge den foreliggende oppfinnelse. I drift innsettes en åpneplugg 60 inn i fôringsrørets indre diameter og lander i et sete 34 i åpningshylsen 33 i trinnverktøyet 30, som vist i figur 3B. Deretter påføres trykk til fôringsrørets indre diameter for å skjære av skjærskruene 35 som holder åpningshylsen 33 på plass. I én utførelse er skjærskruene 35 dobbeltskjærende, for eksempel skjæres de én gang for å åpne og en annen gang for å lukke. Hylsen 33 forflytter seg deretter nedover og innrettes med porter 36, 37 for å åpne trinnverktøyet 30 for å tillate strømning mellom fôringsrørets indre diameter og ringrommet mellom trinnverktøyet og det borede hull eller et tidligere kjørt fôringsrør. Hylsen 33 stoppes når låseklakken 39 når sin nedre vandregrense. En opsjonsmessig utvendig pakning 32 kan brukes på trinnverktøyets 30 ytre diameter. Pakningen 32 kan tette ved mekanisk sammentrykking eller være oppblåsbar. Pakningen 32 vil tette for å isolere det nedre ringrom fra det øvre ringrom. En sekundær åpningsmekanisme (ikke vist) som for eksempel en hylse eller sprengskive vil deretter åpne og derved tillate at fluid strømmer inn i ringrommet over tetningspakningen. Idet det henvises til figur 3B så leveres sement og lukkepluggen 70 pumpes bak sementen, etter at portene 36, 37 åpnes. Lukkepluggen 70 lander i og går i tettende inngrep med lukkesetet 42. Fluidtrykk leveres for å skjære skjærskruene 35 for andre gang og flytte låseklakken 39, og tillater derved at lukkepluggen 70 flytter hylsen 33 nedover for å lukke porten 36, som vist i figur 3C.

Figurer 2A-2D viser en skjematisk tegning av en totrinns boreoperasjon i henhold til én utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Figur 2A viser at det første trinn av sementeringsoperasjonen er nesten fullført. Boreelementet 10 er blitt boret til den ønskede dybde. Den første trinns plugg 50 er sluppet. Den første trinns plugg 50 er skjøvet ned fôringsrøret ved bruk av fluidtrykk. Den første trinns plugg 50 følger sementen som leveres under det første trinn inntil pluggen 50 lander på kragen 20 (eller opsjonsmessig på boreelementet 10). I en annen utførelse kan en plugg med om løpssærtrekk gå foran den første trinns plugg 50. Så snart den første trinns plugg 50 når sitt endepunkt, er sementering av fôringsrørets nedre ende (det vil si første trinn) fullført, som vist i figur 2B.

Med den første trinns sementering fullført, slippes åpnepluggen 60, som vist i figur 2B. Åpnepluggen 60 lander i og griper tettende inn med trinnverktøyets 30 sete 200. En port 37 i trinnverktøyet 30 åpnes deretter ved bruk av fluidtrykk over åpnepluggen 60, som beskrevet ovenfor. Selv om trinnverktøyet 30 vises operert med fluidtrykk, bør det forstås at hvilken som helst fremgangsmåte for å åpne trinnverktøyet kan brukes slik det vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor.

Med trinnverktøyet 30 åpent og åpningspluggen 60 tetter fôringsrøret nedenfor trinnverktøyet 30, begynner det andre trinn i sementeringen. Sement skyves nedover fôringsrørets 40 indre og ut gjennom trinnverktøyets 30 porter 36, 37. Sementen etterfølges av lukkepluggen 70, som vist i figur 2C. Når lukkepluggen 70 når trinnverktøyet 30, tilføres fluidtrykk bak lukkepluggen 70 for å lukke porten 36 i trinnverktøyet 30. På dette tidspunkt er det andre trinn i sementeringsoperasjonen fullført, som vist i figur 2D. Om nødvendig, kan ytterligere trinn med sementeringsoperasjoner utføres ovenfor det andre trinns sementeringsoperasjon. Pluggene 50, 60 og 70 sammen med boreelementet 10 og kragen 20 kan deretter bores ut ved hjelp av den etterfølgende borestreng.

Så snart trinnverktøyet er åpnet, etableres sirkulasjon mellom fôringsrørets indre diameter og ringrommet mellom trinnverktøyets utvendige diameter og borefôringsrørets utvendige diameter og det borede hulls indre diameter eller det tidligere kjørte fôringsrørs indre diameter. Sement pumpes deretter ned fôringsrørets indre diameter og opp ringrommet. Sementen etterfølges av den øverste lukkeplugg. Pluggen landes på trinnverktøyet og lukker det. Lukkepluggen, det borbare parti av lukke- og åpningssetene og den frittfallende åpneplugg sammen med den første trinns plugg, øvre flottørsko og boreskoen bores ut ved hjelp av den etterfølgende borestreng. (Det bør bemerkes at et tredje trinn, to separate trinnverktøy, kan kjøres i denne anvendelse hvis operatøren bedømmer det nødvendig).

I en annen utførelse, før sementering, kan en kule slippes ned i fôringsrøret for å operere et verktøy som er innrettet under trinnverktøyet. For eksempel kan en kule slippes for å omdanne en boresko. Etter at kulen lander i boreskoen, kan trykk påføres for å forskyve bladene mot det ringformede område. I dette henseende kan den neste borestreng passere gjennom fôringsrøret uten å bore gjennom boreskoens blader. En eksempelvis konvertibel boresko fremstilles av Weatherford International. En passende konvertibel boresko er fremlagt i publikasjonen US 6.443.247, hvilken innarbeides i sin helhet heri ved henvisning.

Figur 4 viser en annen utførelse av en sammenstilling for boring med fôringsrør. Sammenstillingen innbefatter en gjenvinnbar boresammenstilling 400 som er koplet til fôringsrøret 640. Den gjenvinnbare boresammenstilling innbefatter en lås 410 som er tilpasset for å koples til profil 415 i fôringsrøret 640. Sammenstillingen for boring med fôringsrør er vist understøttet av en lanse 420. En slamspareventil 425 er forbundet med et nedre parti av lansen. Låsen 410 tillater at boresammenstillingen 400 fjernes fra fôringsrøret 640 og trekkes ut av brønnen før sementering. Eksempler på gjenvinnbare bunnhullsboresammenstillinger fremlegges i patentsøknadene nummer:

2005/0000691, 2004/0245020, 2004/0221997, 2004/0216892, hvilke innarbeides i sine helheter heri ved henvisning.

Figur 5 viser et apparat for sementering av fôringsrøret 640 etter at boresammenstillingen 400 er gjenvunnet. En enveis topplugg 600 henger under overflatemomentapparatet som for eksempel en borelanse 420 eller momenthode som vist i figur 5. Slamspareventilen 425 er blitt fjernet fra lansen 420, sammenliknet med figur 4. Toppluggen 600 innbefatter gripeelementer som for eksempel kiler 650 som tillater toppluggen å bevege seg i én retning, men som er aktivert for å hindre bevegelse i den andre retning. En eksempelvis topplugg er beskrevet i amerikansk patentsøknad nr. US 2004/0251025, hvilken innarbeides i sin helhet heri ved henvisning. En opsjonsmessig løsgjørbar bunnplugg 610 er innrettet under toppluggen 600. Et sementeringshode 605 er innkoplet over lansen 420 for å slippe en kule eller pil ned i fôringsrøret 640.

Figurer 6A og 6B viser en skjematisk tegning av en sementeringsoperasjon i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Bunnpluggen 610 sendes av gårde foran sementen som etterfølges av enveisstoppluggen 600 bak sementen. Bunnpluggen 610 kan sendes av gårde ved å slippe en første kule inn i bunnpluggen 610. Bunnpluggen 610 virker slik at den skiller sementen fra et fluid som er foran sementen. Når bunnpluggen 610 når fôringsrørskoen 620, går den ut av fôringsrøret og faller til bunnen av hullet. Enveisstoppluggen 600 sendes av gårde ved å slippe en andre kule inn i pluggen 600. Toppluggen 600 stoppes etter at en spesifisert fluidmengde er forskjøvet bak enveisstoppluggen 600, som vist i figur 6B. Når sementen prøver på en U-sving (U-tube), aktiverer kilene 650 på enveisstoppluggen 600 og holder toppluggen 600 og sementen fra å bevege seg tilbake opp fôringsrørets 640 indre diameter. Toppluggen 600 forblir på plass mens sementen herder. Under sementeringen kan lansen 420 forbli festet til fôringsrøret 640 for å understøtte fôringsrøret 640 i brønnhullet.

I henhold til en annen utførelse kan et trinnsementeringsverktøy tilveiebringes på borefôringsrøret for å tillate trinnsementeringsoperasjoner. Figur 7 viser et borefôringsrør etter at boresammenstillingen er gjenvunnet. Borefôringsrøret er utstyrt med et trinnverktøy 500. Dette trinnverktøy kan være av ”fullåpningstypen”. Eksempler på trinnverktøy er beskrevet i US 3.768.572, 5.137.087, og 5.299.640, hvilke innarbeides i sine helheter heri ved henvisning. Trinnverktøyet 500 begrenser ikke fôringsrørets indre diameter og tillater at boresammenstillingen 400 gjenvinnes gjennom trinnverktøyets indre diameter. Derfor kan en operatør sette og gjenvinne fôringsrørlåsen og den gjenvinnbare boresammenstilling 400 gjennom trinnverktøyet 500. En begrenset indre diameter som for eksempel hos noen trinnverktøy, kan begrense valget av låse- og boresammenstillinger som kan brukes ved bunnen av fôringsrøret. I figur 7 befinner borbar pakning 510 seg i fôringsrøret 640 og et topp- og bunnpluggsystem befinner seg over fôringsrøret 640. En sementeringsoperasjon kan utføres ved først å frigjøre bunnpluggen 501 og deretter tilføre sement bak bunnpluggen 501. Etter at en forutbestemt mengde sement er pumpet, frigjøres toppluggen 502 for å presse sementen ut gjennom bunnpluggen 501 og pakningen 510 for å fylle ringrommet. Toppluggen 502 fortsetter å bevege seg nedover inntil den lander på bunnpluggen 501 for å fullføre sementeringen. Sement hindres i å vende tilbake og inn i fôringsrøret av enveisventilpakningen 510.

Figurer 8A-8C viser en skjematisk tegning av et arbeidsstrengsementeringssystem for sementering av et borefôringsrør. Som vist er fôringsrørlåsen og den gjenvinnbare boresammenstilling allerede fjernet. Sementeringssystemet innbefatter en arbeidsstreng 800, et operasjonsverktøy 810 for trinnverktøyet 500 som er forbundet med arbeidsstrengen 800 og en borepakning 510 som er aktiverbar ved hjelp av arbeidsstrengen 800. Operasjonsverktøyet 810 kan innbefatte låseelementer som for eksempel klør eller kiler for å gripe inn med trinnverktøyets 500 glidehylse. Sementeringsprosedyren begynner med å senke pakningen 510 på arbeidsstrengen 800 til det forutbestemte sted i fôringsrøret 640. Pakningen 510 settes deretter på plass ved hjelp av arbeidsstrengen, for eksempel ved å tilføre trykk for å aktivere kilene på pakningen 510. Sement pumpes fra overflaten gjennom arbeidsstrengen 800, gjennom pakningen 510 og inn i ringrommet 840, som vist i figur 8A. Etter at en forutbestemt mengde sement er pumpet, frigjøres arbeidsstrengen 800 fra pakningen 510, og en tilbakeslagsventil innen pakningen 510 lukkes, som vist i figur 8B. Sirkulasjon gjennom arbeidsstrengen 800 kan deretter opsjonsmessig være i standard retning eller reversretning for å fjerne restsement fra arbeidsstrengens 800 indre diameter. Operasjonsverktøyet 810 flyttes deretter av arbeidsstrengen i posisjon for å gå i inngrep med trinnverktøyet 500. Trinnverktøyet 500 kan være en glidehylse, en rotasjonsmessig åpne-stengehylse, og/eller et elektronisk, mekanisk eller hydraulisk verktøy. Etter at operasjonsverktøyets låseelementer griper inn med trinnverktøyet 500, flyttes glidehylsen til den åpne stilling. I situasjoner hvor trinnverktøyet 500 har en opsjonsmessig ringformet pakning 815, settes denne typisk etter at trinnverktøyet 500 er åpent, men før kommunikasjon er etablert mellom arbeidsstrengen (work sting) og ringrommet mellom fôringsrøret og det borede hull eller et tidligere fôringsrør. Etter at pakningen 510 er satt åpnes et sekundært åpningssystem som for eksempel en glidehylse eller en sprengskive (ikke vist), for å etablere sirkulasjon mellom arbeidsstrengen og ringrommet. Deretter pumpes det andre sementtrinn ned arbeidsstrengen 800 gjennom trinnverktøyet 500 og inn i ringrommet 840, og sirkuleres mot toppen av hullet. Når tilstrekkelig sement er pumpet, manipuleres operasjonsverktøyet 810 for å flytte trinnverktøyets 500 glidehylse til den lukkede stilling. Deretter frigjøres operasjonsverktøyet 810 fra hylsen. Sirkulasjon i arbeidsstrengen 800 kan opsjonsmessig være i standardretningen eller i reversretningen for å fjerne enhver gjenværende sement fra arbeidsstrengens 800 indre diameter, som vist i figur 8C. Arbeidsstrengen 800 kan deretter flyttes til det neste trinnverktøy, etter behov, for et trinn til eller gjenvinnes fra hullet hvis sementeringen er fullført.

I en alternativ utførelse kan trinnvis sementering av fôringsrøret 640 ved bruk av trinnverktøyet 900 utføres ved bruk av et sementeringssystem basert på en elektrisk ledning, en wireline, et kveilerør, en såkalt corod, eller en glattråd (slick line). Figurer 9A, 9B og 9C viser en skjematisk tegning av en sementeringsoperasjon med kabel ved bruk av trinnverktøyet 900. I én utførelse kan trinnverktøyet være av typen med full åpning. I figur 9A er allerede den borbare pakning 910 satt ved bruk av en kabel 820 og/eller plugger. En vanlig pluggbeholder 930 med en topp- og bunnplugg er vist på toppen av fôringsrøret 940. Topp- og bunnpluggene kan brukes i forbindelse med pakningen 910 for å fullføre det første sementeringstrinn. Som vist har bunnpluggen 931 landet på pakningen 910 og toppluggen pumpes ned for å presse sementen inn i ringrommet 935. Etter at toppluggen lander på bunnpluggen, begynner det andre sementtrinn ved å senke et operasjonsverktøy 950 for trinnverktøyet 900 på et befordringselement som for eksempel en kabel 920. Figur 9B viser befordringselementet 920 med et operasjonsverktøy 950 for åpning og lukking av trinnverktøyet for det andre og muligens flere sementeringstrinn. Operasjonsverktøyet 950 kan innbefatte et låseelement for å gripe inn med trinnverktøyets 900 hylse. Operasjonsverktøyet 950 kan også ha tilstrekkelig vekt til at det vil falle til bunnen hvis ikke det understøttes av kabelen 920 eller annet befordringselement. For å åpne trinnverktøyet 900 senkes operasjonsverktøyet 950 slik at låseelementene griper inn med hylsen. Operasjonsverktøyet 950 trekkes opp for å bevege hylsen til den åpne stilling. Deretter settes pakningen, hvis den er tilstede på trinnverktøyet, og forbindelse med ringrommet etableres. Sement pumpes ned fôringsrøret 940 og kommer ut gjennom trinnverktøyet 900 for å fylle ringrommet over pakningen 915. Etter at sementen er levert, frigjøres strekket i kabelen 920 for å tillate operasjonsverktøyet å bevege seg nedover. Bevegelsen flytter hylsen tilbake til den lukkede stilling. Fortsatt nedoverrettet bevegelse av operasjonsverktøyet 950 forårsaker at operasjonsverktøyet 950 frigjøres fra trinnverktøyet 900. Deretter kan operasjonsverktøyet 950 gjenvinnes ved hjelp av kabelen 920. Figur 9C viser det sementerte fôringsrør etter at operasjonsverktøyet 950 er gjenvunnet. Det må bemerkes at under pumpingen av sement, kan operasjonsverktøyet 950 forbli i fôringsrøret 940 eller det kan gjenvinnes. Hvis kabeloperasjonsverktøyet 950 gjenvinnes ut av fôringsrøret under sementeringsoperasjoner, så vil trykket holdes på fôringsrørets indre diameter etter at sementen er plassert for å tillate at kabelverktøyet går tilbake i hullet og lukker trinnverktøyet 900.

Et kilesystem kan brukes for å operere trinnverktøyet i en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse, som vist i figur 10. Figur 10 viser et trinnverktøy 1120 som kan åpnes og lukkes ved nedpumping av åpne- og lukkeplugger 1100 og 1110. I én utførelse kan trinnverktøyet 1120 være av fullåpningstype. Hver plugg 1100, 1110 innbefatter et kileparti 1101, 1102 som vil passe med korresponderende profil 1121, 1122 som er maskinert inn i trinnverktøyets 1120 åpne- og lukkeseter. I én utførelse kan kilene 1101, 1102 på pluggene 1100, 1110 være forskjellige slik at de har forskjellige sammenpassende profiler 1121, 1122 i trinnverktøyet 1120. I en annen utførelse kan pluggene 1100, 1110 ha samme kileparti, som kan være passende for sekvensoperasjoner. Pluggene 1100, 1110 er innrettet nedenfor lansen 1115 som brukes for å understøtte fôringsrøret 1140. En enveis topplugg 1130 som er utstyrt med en enveisventil kan være innkoplet nedenfor pluggene 1100, 1110 for bruk i det første sementeringstrinn.

Det vises til figur 11A hvor det første sementtrinn pumpes etterfulgt av enveis topplugg 1130. Enveis topplugg 1130 kan frigjøres ved å slippe en kule eller pil fra sementeringshodet 1145. Kiler på toppluggen 1130 hindrer toppluggen 1130 fra å bevege seg opp fôringsrøret 1140, og enveisventilen i toppluggen 1130 hindrer sementen i å ta en U-sving. I en annen utførelse kan enveis toppluggen 1130 låse seg til et profil i fôringsrøret. Idet det vises til figur 11B så frigjøres åpningspluggen 1100 og pumpes mot trinnverktøyet 1120 etter at en spesifikk mengde fluid er pumpet bak toppluggen 1130. Fluidvolumet som pumpes bak enveistoppluggen 1130 og foran det andre trinns åpningsplugg 1110, og/eller frigjøringstidsinnstillingen for pluggene kan være konstruert for ikke å pumpe enveistoppluggen 1130 ut av fôringsrøret 1140 før det andre trinns åpningsplugg 1110 når trinnverktøyet 1120 og åpner det. Åpningspluggens 1100 kileparti 1101 griper inn med trinnverktøyets 1120 åpningsglidehylses 1131 sampassende profiler 1121. Trykk bak åpningspluggen 1100 forårsaker at åpningshylsen 1131 forflytter seg nedover og åpner derved trinnverktøyets 1120 port 1125. Etter at trinnverktøyet 1120 er åpnet, settes det opsjonsmessige tetningselement 1150. Et sekundært åpningssystem (ikke vist) åpnes deretter for å tillate kommunikasjon mellom fôringsrørets 1140 indre diameter og borehullets indre diameter eller den indre diameter av det tidligere kjørte fôringsrør ovenfor tetningselementet 1150.

Det andre sementtrinnet pumpes deretter ned fôringsrørets 1140 indre diameter, gjennom trinnverktøyet 1120 og inn i ringrommet. Sementen etterfølges av lukkepluggen 1110 med kile som vil gripe inn med sampassende profiler 1122 på trinnverktøyets 1120 lukkehylse 1132. Figur 11C viser fôringsrøret etter at andre sementeringstrinnsprosess er fullført. Pluggene 1100, 1110, 1130 og overflødig sement som etterlates i fôringsrørets 1140 indre diameter, kan bores ut ved hjelp av den etterfølgende borestreng (ikke vist).

Det bør bemerkes at en frittfalls åpningsplugg også kan brukes med utførelsen heri om så ønskes.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et apparat og fremgangsmåter for en sementeringsanvendelse ved å bruke et trinnverktøy. Det bør bemerkes at hvilken som helst kombinasjon av fremgangsmåtene ovenfor kan brukes for flertrinns sementering med eller uten en lås.

Når trinnsementereren brukes i reverssementering, brukes den typisk, men ikke begrenset til, nær bunnen av hullet og krever en ekstern tetning for å holde sement fra å gå opp mot overflaten av brønnhullet i stedet for ned for å dekke ringrommet mellom fôringsrørets ytre diameter og boringens indre diameter mot bunnen av fôringsrøret. Denne teknikk krever bruken av en indre streng 1200 for å pumpe sementen ned og tillate retur tilbake gjennom fôringsrørets indre diameter (se figurer 12A-12F).

Figurer 12A-12B viser en utførelse av et sementeringsapparat for en reverssementeringsoperasjon. Figur 12A viser et fôringsrør 1210 som har en pakning 1220, en portkrage 1215 og en sementventil 1225. Figur 12B viser en indre streng 1200 som er tilpasset for å settes inn i fôringsrøret 1210 for å regulere fluidstrøm. Den indre streng 1200 innbefatter et fluidovergangsverktøy 1205, et portkrageoperasjonsverktøy 1270 og en stinger 1275. Fluidovergangsverktøyet 1205 innbefatter én eller flere omløpsporter 1230 og en reversstrømningsport 1260. Figur 12C viser innerstrengen 1200 satt inn i fôringsrøret 1210. Som vist har portkrageoperasjonsverktøyet 1270 gått i inngrep med glidehylsen 1216 i portkragen 1215. I figur 12D har innerstrengen 1200 beveget seg aksielt for å forflytte glidehylsen 1216 ned for å åpne porten 1235 i portkragen 1215. Forflytningen nedover forårsaker også at stingeren 1275 åpner sementventilen 1250. I utgangspunktet pumpes fluidet som for eksempel sement ned for å blåse opp pakningen 1220. Etter oppblåsing forflytter en andre åpningshylse seg oppover for å åpne en port til ringrommet mellom fôringsrøret 1240 og brønnhullet. Deretter strømmer sement ned innerstrengen 1200 og inn i omløpsport(er) 1230 og løper ut til det ytre av fôringsrøret 1240 nær portkragens 1215 port 1235. Figur 12E viser sementens strømningsrute. Sementen strømmer deretter gjennom porten 1235 og ned ringrommet mellom fôringsrøret og brønnhullet til den når den nedre ende av fôringsrøret 1240. Fluidet som var bak fôringsrøret foran sementen, strømmer så inn i stingeren 1275 og sementventilen 1250, opp reversstrømningsporten 1260 og opp ringromsområdet mellom innerstrengen 1200 og fôringsrøret 1240. Så snart en forutbestemt mengde sement er blitt pumpet, er sementeringsoperasjonen fullført. Innerstrengen 1200 fjernes fra fôringsrøret 1240 og sementventilen 1250 lukkes. Idet innerstrengen 1200 trekkes opp, trekker den også hylsen 1216 for å lukke porten 1235. I en annen utførelse kan sementventilen 1250 åpnes ved hjelp av hvilken som helst passende fremgangsmåte som er kjent innen faget. I enda en annen utførelse kan sementen strømme gjennom en annen åpning i fôringsrøret enn sementventilen 1250.

I en annen utførelse innbefatter en fremgangsmåte for å sementere et brønnhull å bore brønnhullet ved bruk av et boreelement som er koplet til et fôringsrør; å åpne et trinnverktøy som befinner seg i en mellomposisjon i fôringsrørstrengen; og å utføre en sementeringsoperasjon gjennom trinnverktøyet. I enda en annen utførelse kan fremgangsmåten innbefatte å utføre en opsjonsmessig sementering gjennom fôringsrørets nedre ende.

I én eller flere av utførelsene som er beskrevet heri, kan tilveiebringelsen og oppblåsingen av pakningen på trinnverktøyet være en opsjon.

I én eller flere av utførelsene som er beskrevet heri, kan trinnverktøyet brukes for å sementere et mellomliggende (intermediation) parti av fôringsrøret, og første trinns sementering av fôringsrørets nedre parti kan sløyfes. I enda en annen utførelse kan trinnverktøysementeringen utføres med eller uten isolasjonspakningen.

Eksempelvise plugger som brukes for flertrinnssementeringsoperasjonene innbefatter, men er ikke begrenset til, pluggene som er vist i figur 13.

Mens det foranstående er rettet mot utførelser av den foreliggende oppfinnelse, kan andre og ytterligere utførelser av oppfinnelsen tenkes uten å avvike fra dens basisomfang, og dens omfang bestemmes av patentkravene som følger.

Claims (17)

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter:

å bore brønnhullet ved å bruke en sammenstilling (1) som omfatter: et fôringsrør (40), et boreelement (10) som er koplet til fôringsrøret (40), en flottørkrage (20) som er koplet til fôringsrøret (40), og et trinnverktøy (30) som er koplet til fôringsrøret (40);

å åpne porter i boreelementet (10);

å utføre en første sementeringsoperasjon ved bruk av flottørkragen (20) og de åpne portene, hvor i flottørkragen (20) omfatter en énveisventil (100) som tillater strømning av sement gjennom fôringsrøret (40) og inn i et ringrom utformet mellom fôringsrøret (40) og brønnhullet og som hindrer tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret (40);

å åpne trinnverktøyet (30) som befinner seg i fôringsrørstrengen (40);

k a r a k t e r i s e r t v e d

å utføre en andre sementeringsoperasjon gjennom det åpne trinnverktøyet (30, 500, 900, 1120); og

å bore ut gjennom boreelementet (10) og flottørkragen (20).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at trinnverktøyet (30) åpnes ved bruk av en plugg (60).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter å lukke trinnverktøyet (30).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at trinnverktøyet (30) lukkes ved bruk av en plugg (70).

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av ovennevnte krav, k a r a k t e r i -s e r t v e d at den videre omfatter å sette et tetningselement før den andre sementeringsoperasjon.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av ovennevnte krav, k a r a k t e r i -s e r t v e d at portene i boreelementet (10) er åpnet ved å slippe en kule inn i fôringsrøret (40), å lande kulen i boreelementet (10), og å påføre boreelementet (10) trykk.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av ovennevnte krav, k a r a k t e r i -s e r t v e d at å lande kulen i boreelementet (10) og å påføre boreelementet (10) trykk også forflytter blader på boreelementet (10).

8. Fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter:

å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement som er koplet til et fôringsrør (640, 940); å gjenvinne boreelementet fra fôringsrøret (640, 940);

å pumpe sement inn i fôringsrøret (640, 940) og gjennom en énveis plugg (600, 1130); å sette inn énveispluggen (600, 1130) bak sementen;

k a r a k t e r i s e r t v e d

å pumpe fluid bak pluggen (600, 1130), derved å drive sementen gjennom fôringsrøret (640, 940) og inn i et ringrom formet mellom fôringsrøret (640, 940) og brønnboren, hvori:

pumpingen stoppes for å holde tilbake pluggen (600, 1130) i fôringsrøret (640, 940), og pluggen (600, 1130) forankrer seg til fôringsrøret (640, 940) som svar på at pumpingen stoppes for derved å holde tilbake sementen i ringrommet og å hindre tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret (640, 940).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter å sette inn en bunnplugg (610, 931) i fôringsrøret (640, 940) foran sementen, hvori bunnpluggen (610, 931) pumpes gjennom fôringsrøret (640, 940) og inn i brønnhullet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at:

et trinnverktøy (500, 900, 1120) befinner seg i fôringsrøret (40),

hvor fremgangsmåten videre omfatter å sende av gårde en åpneplugg (1100) inn i foringsrøret (640, 940), og

åpnepluggen (1100) lander i trinnverktøyet (500, 900, 1120) og åpner trinnverktøyet (500, 900, 1120).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, k a r a k t e r i s e r t v e d at åpnepluggen (1100) sendes av gårde etter å pumpe et forhåndsbestemt volum med fluid slik at åpnepluggen (1100) lander i trinnverktøyet og åpner trinnverktøyet (500, 900, 1120) mens toppluggen (600, 1130) fremdeles befinner seg i fôringsrøret (640, 940).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11, k a r a k t e r i s e r t v e d at åpnepluggen (1100) faller fritt til trinnverktøyet (500, 900, 1120).

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 10 til 12, k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter å pumpe sement gjennom det åpne trinnverktøyet (500, 900, 1120) og inn i ringrommet, hvori en lukkeplugg (1110) pumpes bak sementen, lander i trinnverktøyet (500, 900, 1120), og lukker trinnverktøyet (500, 900, 1120).

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 10 til 13, k a r a k t e r i s e r t v e d at åpne- og lukke pluggene (1100, 1110) er utformet med kiler som passer henholdsvis til profiler (1122) i trinnverktøyet (1120).

15. Fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter:

å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement som er koplet til et fôringsrør (940); å gjenvinne boreelementet fra fôringsrøret (940);

å sette inn en elektrisk, wireline eller slickline linje (920) inn i fôringsrøret (940);

å sette på plass en pakning (910) i fôringsrøret (940) ved bruk av ledning, hvori pakningen (910) har en énveis ventil;

å pumpe sement gjennom fôringsrøret (940) og énveisventilen og inn i et ringrom formet mellom fôringsrøret (940) og brønnboren, hvori énveisventilen holder tilbake sementen i ringrommet og hindrer tilbakestrømning av sementen inn i fôringsrøret (940);

k a r a k t e r i s e r t v e d

å åpne et trinnverktøy (900) som befinner seg i fôringsrøret (940) ved bruk av linjen (920); å pumpe sement gjennom fôringsrøret (940) og det åpne trinnverktøyet (900) og inn i ringrommet; og

å lukke trinnverktøyet (900) ved bruk av linjen (920).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, k a r a k t e r i s e r t v e d at den videre omfatter å bore ut pakningen (910).

17. Fremgangsmåte for sementering av et brønnhull, som omfatter:

å bore brønnhullet ved å bruke et boreelement (10) som er koplet til et fôringsrør (40); å utføre en første sementeringsoperasjon;

å åpne et trinnverktøy (30) som befinner seg i fôringsrøret (40), hvori:

trinnverktøyet (30) omfatter et hus, en hylse (33), et åpne sete (34) og et lukke sete (42), en hus port (36) som er innrettet med en hylse port (37) i åpen stilling, og

en vegg av hylsen (33) dekker hus porten (36) i lukket stilling;

k a r a k t e r i s e r t v e d

å utføre en andre sementeringsoperasjon gjennom det åpne trinnverktøyet (30); og å bore ut setene (34, 36), hvori hylsen (33) blir værende igjen etter utboringen.