NO343598B1 - Aktivt styrt bunnhullstrykksystem og fremgangsmåte med kontinuerlig sirkulasjonssystem - Google Patents
Aktivt styrt bunnhullstrykksystem og fremgangsmåte med kontinuerlig sirkulasjonssystem Download PDFInfo
- Publication number
- NO343598B1 NO343598B1 NO20076490A NO20076490A NO343598B1 NO 343598 B1 NO343598 B1 NO 343598B1 NO 20076490 A NO20076490 A NO 20076490A NO 20076490 A NO20076490 A NO 20076490A NO 343598 B1 NO343598 B1 NO 343598B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- pressure
- drilling
- fluid
- borehole
- apd device
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 169
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 147
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims description 22
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 28
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 28
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000004181 pedogenesis Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/08—Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
- E21B19/16—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/01—Arrangements for handling drilling fluids or cuttings outside the borehole, e.g. mud boxes
- E21B21/019—Arrangements for maintaining circulation of drilling fluid while connecting or disconnecting tubular joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Paper (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Description
Oppfinnelsesområdet
[0001] Denne oppfinnelse vedrører generelt oljefelt borehulls boresystemer og vedrører mer spesielt boresystemer og fremgangsmåter som anvender aktiv styring av bunnhullstrykk eller ekvivalent sirkulerende densitet under boring av borehullene.
Bakgrunnsteknikk
[0002] Oljefeltborehull bores ved å rotere en borkrone som er ført ned i borehullet ved hjelp av en borestreng. Borestrengen inkluderer et borerør (rør) som ved sin bunnende har en boresammenstilling (også referert til som ”bunnhullssammenstillingen” eller ”BHA”) som bærer borkronen for boring av borehullet. Borerøret er dannet av sammenskjøtede rørlengder. Alternativt kan spolerør anvendes for å bære boresammenstillingen. Boresammenstillingen inkluderer vanlig en boremotor eller en ”slam-motor” som roterer borkronen. Boresammenstillingen inkluderer også en rekke forskjellige følere for å ta målinger av en rekke forskjellige bore-, formasjons- og BHA-parametere. Et egnet borefluid (vanlig referert til som ”slammet”) tilføres eller pumpes under trykk fra en kilde ved overflaten ned gjennom borerøret. Borefluidet driver slammotoren og tømmes deretter ut ved bunnen av borkronen. Borefluidet returnerer opphulls via ringrommet mellom borestrengen og borehullets innside og medfører stykker av formasjon (vanlig referert til som ”borekaks”) som er kuttet eller produsert av borkronen under boring av borehullet.
[0003] For boring av borehull under vann (referert til innenfor industrien som ”offshore” eller ”undervanns” boring) tilveiebringes borerør ved en arbeidsstasjon (lokalisert på et borefartøy eller boreplattform).
[0004] Én eller flere borerør-injektorer eller borerigger anvendes for å bevege borerøret inn i og ut av borehullet. I stigerørtypeboring utplasseres et stigerør, som er dannet ved å forene seksjoner av fôringsrør eller rør, mellom borefartøyet og brønnhode-utstyret ved havbunnen og anvendes for å styre røret til brønnhodet. Stigerøret tjener også som en ledning for fluid som returnerer fra brønnhodet til havoverflaten.
[0005] Under boring forsøker boreoperatøren omhyggelig å styre fluiddensiteten ved overflaten slik at trykket i borehullet, inklusive bunnhullstrykket BHA, styres. Typisk opprettholder operatøren det hydrostatiske trykk av borefluidet i borehullet over formasjonen eller poretrykket for å unngå brønnutblåsing. Densiteten av borefluidet og fluidstrømningsmengden bestemmer stort sett effektiviteten av borefluidet for å føre borekakset til overflaten. En viktig nedhulls parameter som styres under boring er bunnhullstrykket som i sin tur styrer den ekvivalente sirkulerende densitet ECD (”equivalent circulating density”) av fluidet ved borehullsbunnen.
[0006] Denne betegnelse, ECD, beskriver den tilstand som eksisterer når boreslammet i brønnen sirkuleres. Friksjonstrykket som bevirkes av fluidet som sirkulerer gjennom det ikke-fôrede borehull og fôringsrøret/fôringsrørene på sin vei tilbake til overflaten, bevirker en økning i trykkprofilen langs denne bane og som er forskjellig fra trykkprofilen når brønnen er i en statisk tilstand (dvs. ikke-sirkulerende). I tillegg til økningen i trykk under sirkulering er der en ytterligere økning i trykk under boring på grunn av innføringen av borefaststoffer i fluidet. Denne negative effekt av økningen i trykk langs ringrommet av brønnen er en økning av trykket som kan frakturere formasjonen ved ledeskoen for det siste fôringsrør. Dette kan redusere mengden av hull som kan bores før et ytterligere fôringsrør må festes. I tillegg er den sirkulasjonstakt som kan oppnås også begrenset. På grunn av denne sirkulerende trykkøkning, er også evnen til å rense borehullet kraftig begrenset. Denne tilstand forverres når en offshore-brønn bores. I offshorebrønner er forskjellen mellom frakturtrykkene i de grunne seksjoner av brønnen og poretrykkene i de dypere seksjoner betraktelig mindre sammenliknet med borehull på land. Dette skyldes sjøvannsgradienten versus den gradient som ville eksistere hvis der var jordbunns-overliggende lag for den samme dybde.
[0007] I noen boreanvendelser er det ønskelig å bore borehullet ved balansebetingelse eller ved underbalansert betingelse. Ved balansebetegnelsen betyr det at trykket i borehullet opprettholdes ved eller nær formasjonstrykket. Den underbalanserte betingelse betyr at borehullstrykket er under formasjonstrykket. Disse to betingelser er ønskelig på grunn av at borefluidet under slike betingelser ikke penetrerer inn i formasjonen, slik at formasjonen etterlates uberørt for utførelse av formasjons-evalueringstester og målinger. For å kunne være i stand til å bore en brønn til en total borehullsdybde ved bunnhullet må nevnte ekvivalente sirkulerende densitet ECD reduseres eller styres. I undervannsbrønner er en metode å anvende et slamfylt stigerør for å danne et undervanns fluidsirkulasjonssystem som anvender røret, bunnhullssammenstillingen BHA, ringrommet mellom røret og borehullet og det slamfylte stigerør, og deretter å injisere gass eller (en eller annen slags annen lavdensitet væske) i det primære borefluid (typisk i ringrommet tilstøtende bunnhullssammenstillingen BHA) for å redusere densiteten av fluid nedstrøms (dvs. i resten av fluidsirkulasjonssystemet). Denne såkalte ”dobbeltdensitet” metode blir ofte referert til som boring med sammentrykkbare fluider.
[0008] En ytterligere metode for å endre densitetsgradienten i en dypvanns returfluidbane er blitt foreslått, men ikke brukt i praktisk anvendelse. Denne metode foreslår å anvende en tank, som f.eks. en elastisk beholder ved havbunnen for å motta returfluid fra borehullsringrommet og holde dette ved det hydrostatiske trykk av vannet ved havbunnen. Uavhengig av strømmingen i ringrommet avleverer en separat returledning forbundet til havbunns-lagringstanken og en undervanns løftepumpe avleverer returfluidet til overflaten. Selv om denne metode (som er referert til som ”dobbeltgradient” boring) ville anvende et enkelt fluid, ville den også kreve en diskontinuitet i den hydrauliske gradientledning mellom havbunnslagringstanken og undervanns løftepumpen. Dette krever tett overvåkning og styring av trykket ved havbunns-lagringstanken, det undervanns hydrostatiske vanntrykk, undervanns løftepumpe-operasjon og overflatepumpen som avleverer borefluid under trykk inn i røret for strømning nedhulls. Nivået av kompleksitet av den nødvendige undervannsinstrumentering og kontroller så vel som vanskeligheten med utplassering av systemet har forsinket (om ikke helt forhindret) den praktiske anvendelse av ”dobbeltgradient”-systemet.
[0009] En ytterligere metode er beskrevet i US-Patent Application 09/353,275, inngitt 14. juni, 1999, og overdratt til assignataren av den foreliggende oppfinnelse. En utførelsesform av denne oppfinnelse beskriver et stigerørløst system hvori en sentrifugalpumpe i en separat returledning styrer fluidstrømningen til overflaten og således den ekvivalente sirkulerende densitet ECD. US 2004/0256161 A1 vedrører generelt oljeboringssystemer og mer spesielt boringssystemer som benytter aktiv styring av nedihullstrykk eller ekvivalent sirkulerende densitet (ECD) under boring av borehullene. WO 2005/012685 A1 vedrører en fremgangsmåte og apparat som kan brukes til å gå inn i gamle eller avtagende produksjonsbrønner gjennom kompletteringsrøret med en borestreng, f.eks. for å overføre, rense og stimulere brønnen for å øke produksjonen eller å bore ett eller flere sidespor eller forlengelser fra under røret for å få tilgang til isolerte lommer av hydrokarboner, og som muliggjør kontinuerlig sirkulasjon mens man legger til rør. US 4744426 A vedrører et apparat for å redusere det hydrostatiske trykket ved borkronen.
[0010] Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et borehullssystem hvori bunnhullstrykket og følgelig den ekvivalente sirkulerende densitet ECD styres ved å skape et trykkdifferensial ved en selektert lokalitet i returfluidbanen med en aktiv trykkdifferensialinnretning for å redusere eller styre bunnhullstrykket. Det foreliggende system er relativt lett å inkorporere i nye og eksisterende systemer.
OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN
[0011] Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i et første aspekt en fremgangsmåte for å styre trykk i et borehull, der fremgangsmåten omfatter: posisjonering av en aktiv trykkdifferensial ("APD")-innretning i borehullet; sirkulering av et fluid som har en slamvekt som tilveiebringer et hydrostatisk trykk i borehullet som er større enn et poretrykk. Fremgangsmåten kjennetegnes ved skaping av et trykkdifferensial i det sirkulerende fluid i borehullet ved anvendelse av APD-innretningen for å opprettholde trykket i borehullet under et frakturtrykk under boring av borehullet, og å opprettholde trykkdifferensialet etter at boring er stanset og mens fluidet sirkuleres i brønnhullet ved anvendelse av et kontinuerlig sirkulasjonssystem.
[0012] Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i et andre aspekt et system for å styre trykk i et borehull, der systemet omfatter: en borestreng for boring av borehullet; en borefluidenhet som pumper borefluid i borestrengen, borefluidet returnerer til en overflatelokalitet via et ringrom, borefluidet har en slamvekt som tilveiebringer et hydrostatisk trykk som er større enn et poretrykk. Systemet er kjennetegnet ved en aktiv trykkdifferensial ("APD")-innretning posisjonert i borehullet og i kommunikasjon med borefluidet, APD-innretningen er konfigurert for å skape et trykkdifferensial i borefluidet for å styre trykket i borehullet, hvori å skape trykkdifferensialet i borehullet innbefatter å operere APD-innretningen i borefluidet for å opprettholde trykket i borehullet under et frakturtrykk, hvori styring av trykket innbefatter å opprettholde borehullstrykket mellom poretrykket og frakturtrykket under boring av borehullet og når boringen er stanset; og et kontinuerlig sirkulasjonssystem som sirkulerer fluidet i brønnhullet når boringen er stanset.
[0013] Det beskrives her borehullssystemer for utføring av nedhulls borehullsoperasjoner for både landbaserte og offshore-borehull. Slike boresystemer inkluderer en rigg som beveger en umbilikal/navlestreng (f.eks. borestreng) inn i og ut av borehullet. Umbilikalen kan inkludere ledninger for å overføre energi som f.eks. elektrisitet nedhulls. En bunnhullssammenstilling BHA som bærer borkronen, er festet til bunnenden av borestrengen. En brønnstyringssammenstilling eller utstyr på brønnen mottar bunnhullssammenstillingen og røret. Et borefluidsystem leverer borefluidet inn i røret og borefluidet tømmes ut ved borkronen og returnerer til brønnstyringsutstyret som bærer borekakset via ringrommet mellom borestrengen og borehullet. Et stigerør fordelt mellom brønnhodeutstyret og overflaten styrer borestrengen og tilveiebringer en ledning for å føre det returnerende fluid til overflaten.
[0014] I en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse beveger en aktiv trykkdifferensial-innretning seg i borehullet ettersom borestrengen beveges. I en alternativ utførelsesform er den aktive differensialtrykkinnretning festet til borehullets innside eller vegg og forblir stasjonær i forhold til borehullet under boring. Innretningen opereres under boring, dvs. når borefluidet sirkulerer gjennom borehullet, for å skape et trykkdifferensial over innretningen. Dette trykkdifferensial endrer trykket på borehullet under eller nedhulls fra innretningen. Innretningen kan styres for å redusere bunnhullstrykket i en viss grad, for å opprettholde bunnhullstrykket ved en bestemt verdi, eller innenfor et bestemt område. Ved å kutte eller begrense strømningen gjennom innretningen kan bunnhullstrykket økes.
[0015] Systemet inkluderer også nedhulls innretninger for utførelse av en rekke forskjellige funksjoner. Eksempelvise nedhulls innretninger inkluderer innretninger som styrer borestrømningsmengdene og strømningsbanene.
[0016] I en utførelsesform kommuniserer følere med en kontroller via et kommunikasjonsledd for å opprettholde borehullstrykket ved en sone av interesse ved et selektert trykk eller område av trykk. Kommunikasjonsleddet kan inkludere ledningstråder, ledninger, kabler i eller inntil borestrengen og som er innrettet for å videreføre datasignaler og/eller elektrisk energi. Følerne er strategisk posisjonert i hele systemet for å tilveiebringe informasjon eller data vedrørende én eller flere selekterte parametere av interesse som f.eks. boreparametere, boresammenstillings- eller bunnhullssammenstillings BHA-parametere, og formasjons- eller formasjons-evalueringsparametere. Kontrolleren, egnet for boreoperasjoner inkluderer foretrukket programmer for opprettholdelse av borehullstrykket ved sonen ved underbalansebetingelser, ved balansebetingelse eller ved overbalansert tilstand. Kontrolleren kan programmeres til å aktivere nedhulls innretninger ifølge programmerte instruksjoner eller etter forekomst av en spesiell tilstand.
[0017] Eksempelvise konfigurasjoner for APD-innretningen og assosiert drivinnretning inkluderer en pumpe av moineau-typen koplet til en positiv fortrengnings motor/drivverk via en akselsammenstilling. En ytterligere eksempelvis konfigurasjon inkluderer en turbindrift koplet til en pumpe av sentrifugaltypen via en akselsammenstilling. Foretrukket separerer en høytrykkstetning et tilførselsfluid som strømmer gjennom motoren fra et returfluid som strømmer gjennom pumpen. I en foretrukket utførelsesform er tetningen konfigurert til å tåle enten den eller begge av radielle og aksielle (trykk) krefter.
[0018] I enda ytterligere konfigurasjoner kan en positiv fortrengningsmotor drive en mellomliggende innretning som f.eks. en hydraulisk motor, som driver nevnte APD-innretning. Alternativt kan en strålepumpe anvendes, som kan eliminere behovet for et drivverk/drivmotor. Videre kan pumper som inkorporerer ett eller flere stempler, som f.eks. hammerpumper, også være egnet for visse anvendelser. I enda ytterligere konfigurasjoner kan APD-innretningen drives av en elektrisk motor. Den elektriske motor kan være posisjonert utenfor en borestreng eller være tildannet integrert med en borestreng. I et foretrukket arrangement styrer variasjon av hastigheten av den elektriske motor direkte hastigheten av rotoren i APD-innretningen og således trykkdifferensialet over APD-innretningen.
[0019] Forbiføringsinnretninger er anordnet for å tillate fluidsirkulasjon i borehullet under tripping (innføring og opphenting) av systemet, for å styre de operative innstillingspunkter av APD-innretningen og/eller assosiert drivverk/drivmotor, og tilveiebringe en utslippsmekanisme for å avlaste fluidtrykk.
[0020] Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan være å styre borehullstrykket endog når formasjonen ikke aktivt bores. For eksempel kan utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse anvendes for å styre trykk under perioder hvor rørlengde tilsettes til borestrengen og når borestrengen trippes inn i eller ut av borehullet. I en utførelsesform, inkluderer et system en borestreng, en borefluidenhet, en innretning som tillater kontinuerlig sirkulasjon av borefluid inn i borehullet, og en APD-innretning i kommunikasjon med borefluidet for å styre trykket i borehullet. Den kontinuerlige sirkulasjonsinnretning er innrettet til å sirkulere fluid under tilføyelse av rørlengder til en borestreng, under tripping av borestrengen, og andre slike aktiviteter. I tillegg til å styre borehullstrykket under boring av borehullet, styrer APD-innretningen også borehullstrykket når boring stanses for disse aktiviteter.
[0021] Ved passende kontroll kan borehullstrykk opprettholdes under det kombinerte trykk forårsaket av vekten av fluidet og trykktap som skapes på grunn av sirkulasjon av fluidet i borehullet, ved eller nær en balansert trykkbetingelse, og ved en underbalansert betingelse. I tillegg kan APD-innretningen opereres for å redusere trykkfall-effekt i borehullet og/eller å redusere trykksvingningseffekt i borehullet. Fordelaktig kan borehullstrykket styres både under boringen og når boringen stoppes uten i vesentlig grad å endre densiteten av fluidet. I noen utførelsesformer tilveiebringes overflatekontroll av borehullstrykket ved hjelp av en strømnings-begrensningsinnretning som f.eks. en strupeanordning eller ventil koplet til fluidet som strømmer ut av ringrommet i borehullet. Strømningsbegrensningsinnretningen skaper selektivt et tilbaketrykk i borehullet som kan anvendes for å modulere borehullstrykket.
[0022] Eksempler på de mer viktige trekk ved oppfinnelsen er blitt oppsummert (riktignok ganske generelt) for at den detaljerte beskrivelse derav som følger kan bli bedre forstått og for at de bidrag som de representerer til denne teknikk kan innses. Der er selvfølgelig ytterligere trekk ved oppfinnelsen som skal beskrives i det følgende og som vil danne gjenstand for de senere anførte patentkrav.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
[0021] For detaljert forståelse av den foreliggende oppfinnelse, vises det til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelsesform, sett i forbindelse med de vedføyde tegninger hvori:
[0022] Fig.1A er en skjematisk illustrasjon av en utførelsesform av et system som anvender en aktiv trykkdifferensialinnretning for å styre trykket i en forutbestemt borehullslokalitet;
[0023] Fig.1B illustrerer grafisk effekten av en opererende aktiv trykkdifferensialinnretning på trykket ved en forutbestemt borehullslokalitet;
[0024] Fig.2 er et skjematisk oppriss av fig.1A etter at borestrengen og den aktive trykkdifferensialinnretning har beveget seg over en bestemt avstand i jordformasjonen fra lokaliteten vist i fig.1A;
[0025] Fig.3 er et skjematisk oppriss av en alternativ utførelsesform av borehullssystemet hvori den aktive trykkdifferensialinnretning er festet til borehullets innside;
[0026] Fig.4A-D er skjematiske illustrasjoner av en utførelsesform av et arrangement ifølge den foreliggende oppfinnelse hvori en positiv fortrengningsmotor er koplet til en positiv fortrengningspumpe (APD-innretningen);
[0027] Fig.5A og 5B er skjematiske illustrasjoner av en utførelsesform av et arrangement ifølge den foreliggende oppfinnelse hvori et turbindrivverk er koplet til en sentrifugalpumpe (APD-innretningen);
[0028] Fig.6 er en graf som viser eksempelvise dynamiske trykktap assosiert med et konvensjonelt boresystem og også et system som anvender en aktiv trykkdifferensial-innretning fremstilt i samsvar med utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse;
[0029] Fig.7 er en skjematisk illustrasjon av et kontinuerlig sirkulasjonssystem anvendt i forbindelse med en APD-innretning og en strømningsbegrensningsinnretning fremstilt i samsvar med utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse; og
[0030] Fig.8 er en graf som viser eksempelvise dynamiske trykktap assosier med et system som anvender systemet i fig.7 og også fig.7-systemet under anvendelse av en aktiv trykkdifferensialinnretning fremstilt i samsvar med utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse.
DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER
[0031] Med initial henvisning til fig.1A vises der skjematisk et system for utførelse av én eller flere operasjoner relatert til konstruksjonen, loggingen, kompletteringen eller overhaling av en hydrokarbonproduserende brønn. Spesielt viser fig.1A et skjematisk oppriss av en utførelsesform av et borehulls-boresystem 100 for boring av borehullet 90 ved bruk av konvensjonell borefluidsirkulasjon. Boresystemet 100 er en rigg for landbaserte brønner og inkluderer en boreplattform 101, som kan være et borefartøy eller annen egnet overflate arbeidsstasjon som f.eks. en flytende plattform eller en halvt dykkbar plattform for offshore-brønner. For offshoreoperasjoner vil det typisk anvendes ytterligere kjent utstyr som f.eks. et stigerør og et undervanns brønnhode. For å bore et borehull 90 anbringes brønnstyringsutstyr 125 (også referert til som brønnhodeutstyret) over borehullet 90. Brønnhodeutstyret 125 inkluderer en utblåsnings-sikringsstakk 126 og en lubrikator (ikke vist) med sin assosierte strømningsstyring.
[0032] Dette system 100 inkluderer videre et brønnverktøy som f.eks. en boresammenstilling eller en bunnhullssammenstilling (”BHA”) 135 ved bunnen av en passende umbilikal som f.eks. borestrengen eller borerøret 121 (disse betegnelser vil bli anvendt om hverandre). I en foretrukket utførelsesform inkluderer bunnhullssammenstillingen BHA 135 en borkrone 130 tilpasset for å desintegrere bergart og jordbunn. Borkronen kan roteres ved hjelp av et overflate-rotasjonsdrivverk eller en motor som anvender trykksatt fluid (f.eks. slammotor) eller en elektrisk drevet motor. Borerøret 121 kan dannes helt eller delvis av borerør, metall- eller komposittmaterial-spolerør, forlengingsrør, fôringsrør eller andre kjente elementer. I tillegg kan borerøret 121 inkludere data- og energioverføringsbærere som f.eks. fluidledninger, fiberoptikk og metall-ledere. Konvensjonelt anbringes borerøret 121 ved boreplattformen 101. For å bore borehullet 90, føres bunnhullssammenstillingen BHA 135 fra boreplattformen 101 til brønnhodeutstyret 125 og innføre så i borehullet 90. Borerøret 121 beveges inn i og ut av borehullet 90 ved hjelp av et passende rørinnføringssystem.
[0033] Under boring pumpes et borefluid fra et overflate-slamsystem 22 under trykk ned gjennom borerøret 121 (et ”tilførselsfluid”). Slamsystemet 22 inkluderer en slamtank eller slamtilførselskilde 26 og én eller flere pumper 28. I én utførelsesform opererer tilførselsfluidet en slammotor i bunnhullssammenstillingen BHA 135, som i sin tur roterer borkronen 130. Rotasjon av borestrengen 121 kan også anvendes for å rotere borkronen 130, enten i forbindelse med eller separat fra slammotoren. Borkronen 130 desintegrerer formasjonen (bergarten) til borekaks 147. Borefluidet som forlater borkronen beveger seg opphulls gjennom ringrommet 194 mellom borestrengen 121 og borehullets vegg eller innside 196, og bærer borekakset 147 med seg (et ”returfluid”). Returfluidet tømmes ut i en separator (ikke vist) som separerer borekakset 147 og andre faststoffer fra returfluidet og tømmer det rene fluid tilbake i slamtanken 26. Som vist i fig.1A pumpes det rene slam gjennom borerøret 121 mens slammet med borekaks 147 returnerer til overflaten via ringrommet 194 opp til brønnhodeutstyret 125.
[0034] Så snart brønnen 90 er blitt boret til en bestemt dybde installeres fôringsrøret 129 med en fôringsrørsko 151 ved bunnen. Boringen blir så fortsatt for å bore brønnen til en ønsket dybde som vil inkludere én eller flere produksjonsseksjoner, som f.eks. seksjonen 155. Seksjonen under fôringsrørskoen 151 kan ikke fôres inntil det er ønskelig å komplettere brønnen, som etterlater bunnseksjonen av brønnen som et ikke-fôret borehull, som vist ved henvisningstallet 156.
[0035] Som angitt i det foregående tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse et boresystem for å styre bunnhullstrykket ved en sone av interesse betegnet ved henvisningstallet 155 og derved den ekvivalente sirkulasjons densitet ECD-effekt på borehullet. I én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, for å styre eller kontrollere trykket ved sonen 155, er en aktiv trykkdifferensial-innretning/APD (”active pressure differensial”) innretning 170 fluidmessig koplet til returfluidet nedstrøms fra sonen av interesse 155. Den aktive trykkdifferensialinnretning er en innretning som er i stand til å skape et trykkdifferensial ”∆P” over innretningen. Dette styrte trykkfall reduserer trykket oppstrøms fra APD-innretningen 170 og spesielt i sonen 155.
[0036] Systemet inkluderer også nedhulls innretninger som separat eller kooperativt utfører én eller flere funksjoner som f.eks. å styre strømningsmengden av borefluidet og styre strømningsbanene av borefluidet. For eksempel kan systemet 100 inkludere én eller flere strømningsstyringsinnretninger som kan stoppe strømningen av fluidet i borestrengen og/eller ringrommet 194. Fig.1A viser en eksempelvis strømningsstyringsinnretning 173 som inkluderer en innretning 174 som kan blokkere fluidstrømningen inne i borestrengen 121 og en innretning 175 som kan blokkere fluidstrømning gjennom ringrommet 194. Innretningen 173 kan aktiveres når en spesiell betingelse forekommer for å isolere brønnen over og under strømnings-styringsinnretningen 173. For eksempel kan strømningsstyringsinnretningen 173 aktiveres for å blokkere fluidstrømningskommunikasjon når borefluidsirkulasjonen er stanset slik at seksjonene over og under innretningen 173 isoleres, slik at borehullet under innretningen 173 opprettholdes ved eller hovedsakelig ved trykkbetingelsen før stoppingen av fluidsirkulasjonen.
[0037] Strømnings-styringsinnretningen 174, 175 kan også konfigureres til selektivt å styre strømningsbanen av borefluidet. For eksempel kan strømnings-styringsinnretningen 174 i borerøret 121 konfigureres til å styre noe eller alt fluid i borestrengen 121 inn i ringrommet 194. Videre kan den ene eller begge strømningsstyringsinnretningene 174, 175 konfigureres til å forbiføre noe eller alt returfluid omkring den aktive trykkdifferensial APD-innretning 170. Et slikt arrangement kan f.eks. være nyttig for å hjelpe til med å løfte borekaks til overflaten Strømningstyringsinnretningen 173 kan inkludere tilbakeslagsventiler, pakninger eller hvilken som helst annen egnet innretning. Slike innretninger kan automatisk aktiveres etter forekomst av en spesiell hendelse eller tilstand.
[0038] Systemet 100 inkluderer også nedhulls innretninger for å bearbeide borekakset (f.eks. reduksjon av borekaksstørrelsen) og annet avfall som strømmer i ringrommet 194. For eksempel kan en findelingsinnretning 176 være anbrakt i ringrommet 194 oppstrøms fra den aktive trykkdifferensial APD-innretning 170 for å redusere størrelsen av medrevet borekaks og annet avfall. Findelingsinnretningen 176 kan anvende kjente elementer som f.eks. blad, tenner eller valser for å knuse, pulverisere eller på annen måte desintegrere borekaks og avfall medrevet i fluidet som strømmer i ringrommet 194. Findelingsinnretningen 176 kan opereres av en elektrisk motor, en hydraulisk motor, ved rotasjon av borestrengen eller ved hjelp av andre egnede anordninger. Findelingsinnretningen 176 kan også være integrert i den aktive trykkdifferensial-innretning 170. For eksempel, hvis en fleretrinns turbin anvendes som den aktive trykkdifferensial APD-innretning 170, kan da trinnene inntil innløpet til turbinen erstattes med blad innrettet til å kutte eller skjære partikler før de passerer gjennom bladene av de øvrige turbintrinn.
[0039] Følere S1−ner strategisk plassert i hele systemet 100 for å tilveiebringe informasjon eller data vedrørende én eller flere selekterte parametere av interesse (trykk, strømningsmengde, temperatur). I en foretrukket utførelsesform kommuniserer de nedhulls innretninger og følere S1−nmed en kontroller 180 via et telemetrisystem (ikke vist). Ved bruk av data tilveiebrakt av følerne S1−nopprettholder kontrolleren 180 borehullstrykket i sonen 155 ved et selektert trykk eller trykkområde. Kontrolleren 180 opprettholder det selekterte trykk ved å styre APD-innretningen 170 (f.eks. ved å justere mengden av energi tilført til returfluidledningen) og/eller de nedhulls innretninger (f.eks. justering av strømningsmengden gjennom en innsnevring som f.eks. en ventil).
[0040] Når der er konfigurert for boreoperasjoner tilveiebringer sensorene S1−nmålinger vedrørende en rekke forskjellige boreparametere, som f.eks. fluidtrykk, fluidstrømningsmengde, rotasjonshastighet av pumper og liknende innretninger, temperatur, vekt på borkronen WOB, penetrasjonstakt, etc. boresammenstillingseller bunnhullssammenstillings BHA-parametere, som vibrasjon, friksjonsfastsittingssluring, RPM, inklinasjon, retning, BHA-lokalisering, etc. og formasjonseller formasjons-evalueringsparametere vanlig referert til som måling-underboring, MWD-parametere som f.eks. resistivitet, lyd, nukleær aktivitet, NMR, etc. En foretrukket type av føler er en trykkføler for å måle trykk ved én eller flere lokaliteter. Med fortsatt henvisning til fig.1A tilveiebringer trykkføleren P1trykkdata i bunnhullssammenstillingen BHA, føleren P2tilveiebringer trykkdata i ringrommet, trykkføleren P3tilveiebringer trykkdata i tilførselsfluidet, og trykkføleren P4tilveiebringer trykkdata ved overflaten. Andre trykkfølere kan anvendes for å tilveiebringe trykkdata ved en hvilken som helst annen ønsket plass i systemet 100. I tillegg inkluderer systemet 100 fluidstrømningsfølere som f.eks. føleren V som tilveiebringer måling av fluidstrømning på ett eller flere steder i systemet.
[0041] Videre, kan status og tilstand av utstyr så vel som parametere vedrørende omgivelsenes betingelse (f.eks. trykk og andre parametere oppført i det foregående) i systemet 100 overvåkes ved hjelp av følere posisjonert i hele systemet 100: eksempelvise lokaliteter inkluderer ved overflaten (S1), ved APD-innretningen 170 (S2), ved brønnhodeutstyret 125 (S3) i førselsfluidet (S4), langs borerøret 121 (S5), ved brønnverktøyet 135 (S6) i returfluidet oppstrøms fra APD-innretningen 170 (S7) og i returfluidet nedstrøms fra APD-innretningen 170 (S8). Det skal forstås at andre lokaliteter også kan anvendes for følerne S1−n.
[0042] Kontrolleren 180 egnet for boreoperasjoner inkluderer foretrukket programmer for å opprettholde borehullstrykket foran sone 155 ved underbalansebetingelser, ved balansebetingelser eller ved overbalansert betingelse. Kontrolleren 180 inkluderer én eller flere prosessorer som bearbeider signaler fra de forskjellige følere i boresammenstillingen og også styrer deres operasjon. Dataene tilveiebrakt av disse følere S1−nog styresignaler overført av kontrolleren 180 for å styre nedhullsretninger som f.eks. innretninger 173-176 kommuniserer ved hjelp av et egnet toveis telemetrisystem (ikke vist). En separat prosessor kan anvendes for hver føler eller innretning. Hver føler kan også ha tilleggskrets-systemer for sine spesielle operasjoner. Kontrolleren 180, som kan være enten nedhulls eller ved overflaten, anvendes heri i den generiske betydning av hensyn til enkelhet og lett forståelse og ikke som en begrensning på grunn av at bruken og operasjonen av slike kontrollere er kjent innenfor dette område. Kontrolleren 180 inneholder foretrukket én eller flere mikroprosessorer eller mikrokontrollere for bearbeiding av signaler og data og for utføring av styrefunksjoner, faststoff-hukommelsesenheter for lagring av programmerte instruksjoner, modeller (som kan være interaktive modeller) og data, og andre nødvendige styrekretser. Mikroprosessorene styrer operasjonene av de forskjellige følere, tilveiebringer kommunikasjon blant de nedhulls følere og tilveiebringer toveis data og signalkommunikasjon mellom boresammenstillingen 30, nedhulls innretninger som f.eks. innretninger 173−175 og overflateutstyret via den toveis telemetri. I andre utførelsesformer kan kontrolleren 180 være en hydromekanisk innretning som inkorporerer kjente mekanismer (ventiler, skjevbelastningselementer, leddforbindelser som samvirker for aktivering av verktøy under f.eks. forutinnstilte betingelser).
[0043] Av hensyn til enkelheten vises bare en enkel kontroller 180. Det skal imidlertid forstås at et flertall av kontrollere 180 også kan anvendes. For eksempel, kan en nedhulls kontroller anvendes for å samle, bearbeide og overføre data til en overflatekontroller, som videre bearbeider dataene og overfører passende styresignaler nedhulls. Andre variasjoner for oppdeling av databearbeidingsoppgaver og generering av styresignaler kan også anvendes.
[0044] Generelt, mottar imidlertid, under operasjon, kontrolleren 180 informasjonen vedrørende en parameter av interesse og justerer én eller flere nedhulls innretninger og/eller APD-innretningen 170 for å tilveiebringe det ønskede trykk eller trykkområdet i nærheten av sonen av interesse 155. For eksempel kan kontrolleren 180 motta trykkinformasjon fra én eller flere av følerne (S1−Sn) i systemet 100. Kontrolleren 180 kan styre APD-innretningen 170 i respons til én eller flere av: trykk, fluidstrømning, en formasjonskarakteristikk, en borehullskarakteristikk og en fluidkarakteristikk, en overflatemålt parameter eller en parameter målt i borestrengen. Kontrolleren 180 bestemmer ECD og justerer energitilførselen til APD-innretningen 170 for å opprettholde ECD ved en ønsket eller forut bestemt verdi eller innenfor et ønsket eller forut bestemt område. Borehullssystemet 100 tilveiebringer således et lukket sløyfesystem for styring av ECD i respons til én eller flere parametere av interesse under boring av et borehull. Dette system er relativt enkelt og effektivt og kan inkorporeres i nye eksisterende boresystemer og kan lett tilpasses for å understøtte annen brønnkonstruksjon, komplettering og overhalingsaktiviteter.
[0045] I utførelsesformen, vist i fig.1A, er APD-innretningen vist som en turbin festet til borestrengen 121 som opererer inne i ringrommet 194. Andre utførelsesformer, beskrevet mer detaljert i det følgende, kan inkludere sentrifugalpumpe, positiv fortrengningspumpe, strålepumpe og andre liknende innretninger. Under boring, beveger APD-innretningen 170 seg i borehullet 90 sammen med borestrengen 121. Returfluidet kan strømme gjennom APD-innretningen 170 uansett om turbinen opererer. APD-innretningen 170, skaper imidlertid når den opereres et differensialtrykk derover.
[0046] Som beskrevet i det foregående, inkluderer systemet 100 i én utførelsesform en kontroller 180 som inkluderer en hukommelse og periferiutstyr 184 for å styre operasjonen av APD-innretningen 170, innretningen 173-176, og/eller bunnhullssammenstillingen BHA 135. I fig.1A, er kontrolleren 180 vist anbrakt ved overflaten. Den kan imidlertid være anbrakt inntil APD-innretningen 170, i bunnhullssammenstillingen BHA 135 eller ved en hvilken som helst annen passende lokalitet. Kontrolleren 180 styrer APD-innretningen for å skape en ønsket grad av ∆P over innretningen, noe som endrer bunnhullstrykket tilsvarende. Alternativt kan kontrolleren 180 programmeres til å aktivere strømningskontroll-innretningen 173 (eller andre nedhulls innretninger) ifølge programmerte instruksjoner eller etter forekomst av en spesiell tilstand. Kontrolleren 180 kan således styre APD-innretningen i respons til følerdata vedrørende en parameter av interesse, ifølge programmerte instruksjoner tilveiebrakt til nevnte APD-innretning, eller i respons til instruksjoner tilveiebrakt til nevnte APD-innretning fra en avstandslokalitet. Kontrolleren 180 kan således operere selvstendig eller interaktivt.
[0047] Under boring styrer kontrolleren 180 operasjonen av APD-innretningen for å skape et bestemt trykkdifferensial over innretningen slik at trykket på formasjonen eller bunnhullstrykket endres. Kontrolleren 180 kan programmeres til å opprettholde borehullstrykket ved en verdi eller et verdiområde som tilveiebringer en underbalansebetingelse, en balansebetingelse eller en overbalansert betingelse. I én utførelsesform kan differensialtrykket endres ved å endre hastigheten av APD-innretningen. For eksempel kan bunnhullstrykket opprettholdes ved en forut selektert verdi eller innenfor et selektert område i forhold til en parameter av interesse, som f.eks. formasjonstrykket. Kontrolleren 180 kan motta signaler fra én eller følere i systemet 100 og i respons dertil styre operasjonen av APD-innretningen for å skape det ønskede trykkdifferensial. Kontrollenheten 180 kan inneholde forprogrammerte instruksjoner og selvstendig styre APD-innretningen eller respondere til signalet mottatt fra en ytterligere innretning som kan være anbrakt i avstand fra APD-innretningen.
[0048] Fig.1B illustrerer grafisk ECD-styringen tilveiebrakt av den ovenfor beskrevne utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse og viser til fig.1A av hensyn til enkelheten. Fig.1A viser APD-innretningen 170 ved en dybde D1 og en representativ lokalisering i borehullet i nærheten av brønnverktøyet 30 ved en lavere dybde D2. Fig.1B tilveiebringer en graf over dybde versus trykk med en første kurve C1 som er representativ av en trykkgradient før operasjon av systemet 100 og en andre kurve C2 som er representativt for en trykkgradient under operasjon av systemet 100. Kurven C3 representerer en teoretisk kurve hvori ECD-betingelsen ikke er tilstede, dvs. når brønnen er statisk og ikke sirkulerer og er fri for borekaks. Det ses at et tilsiktet eller selektert trykk ved dybden D2 under kurven C3 ikke kan møtes med kurven C1. Fordelaktig reduserer systemet 100 det hydrostatiske trykk ved dybden D1 og skifter således trykkgradienten som vist ved kurven C3, som kan tilveiebringe det ønskede forubestemte trykk ved dybden D2. I de fleste tilfeller er denne skifting stort sett trykkfallet som er tilveiebrakt ved hjelp av APD-innretningen 170.
[0049] Fig.2 viser borestrengen etter at den har beveget seg over avstanden ”d” vist ved t1−t2. Ettersom APD-innretningen 170 er festet til borestrengen 121 blir APD-innretningen 170 også vist beveget over avstanden d.
[0050] Som tidligere bemerket og som vist i fig.2, kan en APD-innretning 170a være festet til borehullet på en måte som vil tillate at borestrengen 121 kan beveges mens APD-innretningen 170a forblir ved en fiksert lokalisering. Fig.3 viser en utførelsesform hvori APD-innretningen er festet til borehullets innside og opereres av en egnet innretning 172a. APD-innretningen kan således festes til en lokalitet som er stasjonær i forhold til den nevnte borestreng som f.eks. et fôringsrør, et forlengingsrør, borehullsringrommet, et stigerør eller annet egnet borehullsutstyr. APD-innretningen 170a er foretrukket installert slik at den befinner seg i en fôret øvre seksjon 129. Innretningen 170a styres på den måte som er beskrevet i forbindelse med innretningen 170 (fig.1A).
[0051] Med henvisning til figurene 4A-D, vises der skjematisk et arrangement hvori en positiv fortrengningsmotor/drivinnetning 200 er koplet til en pumpe 220 av moineau-typen via en akselsammenstilling 240. Motoren 200 er forbundet til en øvre borestreng-seksjon 260 hvorigjennom borefluid pumpes fra en overflatelokalitet. Pumpen 220 er forbundet til en nedre borestrengseksjon 262 hvorpå bunnhullssammenstillingen BHA (ikke vist) er festet ved en ende derav. Motoren 200 inkluderer en rotor 202 og en stator 204. Tilsvarende inkluderer pumpen 220 en rotor 222 og en stator 224. Konstruksjonen av pumper og motorer av moineautypen er kjent for den fagkyndige og skal ikke drøftes i ytterligere detalj heri.
[0052] Akselsammenstillingen 240 overfører den energi som genereres av motoren 200 til pumpen 220. En foretrukket akselsammenstilling 240 inkluderer en bøyelig motoraksel 242 forbundet til motorrotoren 202, en bøyelig pumpeaksel 244 forbundet til pumperotoren 224, og en koplingsaksel 246 for å forene første og andre aksler 242 og 244. I et arrangement er en høytrykkstetning 248 anbrakt omkring koplingsakselen 246. Som det er kjent er rotorene for motoren/pumpe av moineau-typen underkastet eksentrisk bevegelse under rotasjon. Følgelig er koplingsakselen 246 foretrukket ledd-delt eller tildannet tilstrekkelig fleksibel til å absorbere denne eksentriske bevegelse. Alternativt eller i kombinasjon kan akslene 242, 244 konfigureres til å bøye seg for å akkomodere eksentrisk bevegelse. Radielle og aksielle krefter kan opptas av opplagringer 250 posisjonert langs akselsammenstillingen 240. I en foretrukket utførelsesform er tetningen 248 konfigurert til å motstå enten den ene eller begge av radielle og aksielle (trykk) krefter. I visse arrangementer kan en hastighets- eller dreiemomentomformer 252 anvendes for å omdanne hastighet/dreiemoment av motoren 200 til en andre hastighet/dreiemoment for pumpen 220. Med hastighets/dreiemomentomformer menes kjente innretninger som f.eks. variable eller fast forhold mekaniske girkasser, hydrostatiske dreiemomentomformere, og hydrodynamiske omformere.
Det skal forstås at et hvilket som helst antall arrangementer og innretninger kan anvendes for å overføre energi, hastighet eller dreiemoment fra motoren 200 til pumpen 220. For eksempel, kan akselsammenstillingen 240 anvende en enkelt aksel i stedet for flere aksler.
[0053] Som tidligere beskrevet, kan en findelingsinnretning anvendes for å bearbeide medrevet borekaks i returfluidet før dette går inn i pumpen 200. En slik findelingsinnretning (fig.1A) kan være koplet til drivinnretningen 200 eller pumpen 220 og opereres av disse. For eksempel, kan en slik findelingsinnretning eller kuttemølle 270 inkludere en aksel 272 koplet til pumperotoren 224. Akselen 272 kan inkludere et konisk hodeelement eller hammerelement 274 montert derpå. Under rotasjon vil den eksentriske bevegelse av pumperotoren 224 bevirke en tilsvarende radiell bevegelse av akselhodet 274. Denne radielle bevegelse kan anvendes for å redimensjonere borekakset mellom rotoren og et findelingsinnretningshus 276.
[0054] Figurene 4A-D-arrangementet inkluderer også en tilførselsstrømningsbane 290 for å føre tilførselsfluid fra innretningen 200 til den nedre borestrengseksjon 262 og en returstrømningsbane 292 for å kanalisere returfluid fra det indre av fôringsrøret eller ringrommet inn i og ut av pumpen 220. Høytrykkstetningen 248 er lagt inn mellom strømningsbanene 290 og 292 for å hindre fluidlekkasje, spesielt fra høytrykksfluidet i tilførselsstrømningsbanen 290 inn i returstrømningsbanen 292. Tetningen 248 kan være en høytrykkstetning, en hydrodynamisk tetning eller annen egnet tetning og være tildannet av gummi, en elastomer, metall eller komposittmateriale.
[0055] I tillegg er det anordnet forbiføringsinnretninger for å tillate fluidsirkulasjon under tripping av nedhullsinnretningene i systemet 100 (fig.1A), for å styre de operative innstillingspunkter av motoren 200 og pumpen 220, og tilveiebringe sikrings-trykkavlastning langs den ene eller begge av tilførselsstrømningsbanen 290 og returstrømningsbanen 292. Eksempelvise forbiføringsinnretninger inkluderer en sirkulasjons-forbiføring 300, motorforbiføring 310 og en pumpe-forbiføring 320.
[0056] Sirkulasjonsforbiføringen 300 avleder selektivt tilførselsfluid inn i det indre av ringrommet 194 (fig.1A) eller fôringsrøret C. Sirkulasjonsforbiføringen 300 er anordnet generelt mellom den øvre borestrengseksjon 260 og motoren 200. En foretrukket sirkulasjonsforbiføring 300 inkluderer et forspent ventilelement 320 som åpner seg når strømningsmengden faller under en forut bestemt verdi. Når ventilen 302 er åpen strømmer tilførselsfluidet langs en kanal 304 og slipper ut ved porter 306. Mer generelt kan sirkulasjonsforbiføringen konfigureres til å virke etter å ha mottatt et aktiverende signal og/eller å ha detektert en forut bestemt verdi eller verdiområde vedrørende en parameter av interesse (f.eks. strømningsmengde eller trykk av tilførselsfluid eller operasjonsparameter av bunnhullssammenstillingen BHA). Sirkulasjonsforbiføringen 300 kan anvendes for å lette boreoperasjoner og selektivt å øke trykket/strømningsmengden av returfluidet.
[0057] Motorforbiføringen 310 kanaliserer/fører selektivt fluid omkring motoren 200. Motorforbiføringen 310 inkluderer en ventil 312 og en passasje 314 dannet gjennom motorrotoren 202. En leddforbindelse 316 som forbinder motorrotoren 202 til den første aksel 242 inkluderer egnede passasjer (ikke vist) som tillater at tilførselsfluidet kan slippe ut fra rotorpassasjen 314 og entre tilførselsstrømningsbanen 290. Likeledes, fører en pumpeforbiføring 320 selektivt fluid omkring pumpen 220. Pumpeforbiføring inkluderer en ventil og en passasje dannet gjennom pumperotoren 222 eller pumpehuset. Pumpeforbiføring 320 kan også være konfigurert til å fungere som en partikkel-forbiføringsledning for APD-innretningen. For eksempel, kan pumpeforbiføringen tilpasses med kjente elementer som f.eks. skjermer eller filtre for selektivt å føre borekaks eller partikler medrevet i returfluidet og som er større enn en forutbestemt størrelse omkring APD-innretningen. Alternativt kan en separat partikkelforbiføring anvendes i tillegg til pumpeforbiføringen for en slik funksjon. Alternativ kan en ventil (ikke vist) i et pumpehus 225 avlede fluid til ledningen parallelt til pumpen 220. En slik ventil kan konfigureres til å åpne seg når strømningsmengden faller under en forut bestemt verdi. Videre kan forbiføringsinnretningen være en konstruksjon med indre lekkasje i pumpen. Det vil si at det operative punkt for pumpen 220 kan styres ved å tilveiebringe en forut innstilt eller variabel mengde av fluidlekkasje i pumpen 220. I tillegg kan trykkventilen være posisjonert i pumpen 220 for å slippe ut fluid i tilfellet av en overtrykks-betingelse eller at annen forut bestemt tilstand detekteres.
[0058] I tillegg, kan en ringtetning 299 i visse utførelsesformer anbringes omkring APD-innretningen for å styre returfluidet til å strømme inn i pumpen 220 (eller mer generelt APD-innretningen) og å tillate et trykkdifferensial over pumpen 220. Tetningen 299 kan være et fast eller bøyelig ringelement, et ekspanderbart element av pakningstypen som å ekspandere/trekker seg sammen etter å ha mottatt et kommandosignal, eller annet element som i vesentlig grad hindrer at returfluidet strømmer mellom pumpen 220 (eller mer generelt APD-innretningen) og fôringsrør- eller borehullsveggen. I visse anvendelser kan klaringen mellom APD-innretningen og tilstøtende vegg (enten fôringsrørvegg eller borehullsvegg) være tilstrekkelig liten slik at det ikke kreves noen ringtetning.
[0059] Under drift er motoren 200 og pumpen 220 posisjonert i en borehullslokalitet som f.eks. i et fôringsrør C. Borefluid (tilførselsfluidet) som strømmer gjennom den øvre borestrengseksjon 260 går inn i motoren 200 og bringer rotoren 202 til å rotere. Denne rotasjon overføres til pumperotoren 222 ved hjelp av akselsammenstillingen 240. Som kjent kan de respektive vingeprofiler, størrelse og konfigurasjon av motoren 200 og pumpe 220 varieres for å tilveiebringe en selektert hastighets- eller dreiemomentkurve ved gitte strømningsmengder. Etter eksitering av motoren 200 strømmer tilførselsfluidet gjennom tilførselsstrømningsbanen 290 til den nedre borestrengseksjon 262 og til slutt til bunnhullssammenstillingen (ikke vist). Returfluidet strømmer opp gjennom borehullsringrommet (ikke vist) og fôringsrøret C og går inn i kuttemøllen 270 via et innløp 293 for returstrømningbanen 292. Strømningen går gjennom kuttemøllen 270 og går inn pumpen 220. I denne utførelsesform kan kontrolleren 180 (fig.1A) programmeres til å styre hastigheten av motoren 200 og således operasjonen av pumpen 220 (APD-innretningen i dette tilfelle).
[0060] Det skal forstås at det ovenfor beskrevne arrangement bare er en eksempelvis anvendelse av positive fortrengningsmotorer og pumper. For eksempel, mens den positive fortrengningsmotor og pumpe er vist strukturmessig i serie i figurene 4A-D, kan et passende arrangement også ha en positiv fortrengningsmotor og pumpe i parallell. For eksempel kan motoren være konsentrisk anbrakt i en pumpe.
[0061] Med henvisning nå til figurene 5A-B, viser der skjematisk et arrangement hvori en turbindrivanordning 350 er koplet til en pumpe 370 av sentrifugaltype via en akselsammenstilling 390. Turbinen 350 inkluderer stasjonære og roterende blad 354 og radielle opplagringer 402. Pumpen 370 av sentrifugaltype inkluderer et hus 372 og flere skovltrinn 374. Konstruksjonen av turbiner og sentrifugalpumper er velkjent for den fagkyndige og skal ikke drøfte i ytterligere detalj heri.
[0062] Akselsammenstillingen 390 overfører energien som genereres av turbinen 350 til sentrifugalpumpen 370. En foretrukket akselsammenstilling 350 inkluderer en turbinaksel 392 forbundet til turbinbladsammenstillingen 354, en pumpeaksel 394 forbundet til pumpeskovltrinnene 374, og en kopling 396 for å forene turbinog pumpeakslene 392 og 394.
[0063] Fig.5A-B-arrangementet inkluderer også en tilførselsstrømningsbane 410 for kanalisering av tilførselsfluid vist ved pilene betegnet 416 og en returstrømningsbane 418 for å kanalisere returfluid vist ved pilene betegnet 424. Tilførselsstrømningsbanen 410 inkluderer et innløp 412 som styrer tilførselsfluid inn i turbinen 350 og en aksiell passasje 413 som fører tilførselsfluidet som kommer ut fra turbinen 350 til et utløp 414. Returstrømningsbanen 418 inkluderer et innløp 420 som styrer returfluidet inn i sentrifugalpumpen 370 og et utløp 422 som kanaliserer returfluidet inn i det indre av fôringsrøret C eller borehullsringrommet. En høytrykkstetning 400 er satt inn mellom strømningsbanene 410 og 418 for å redusere fluidlekkasje, spesielt fra høytrykksfluidet i tilførselsstrømningsbanen 410 inn i returstrømningsbanen 418. En liten lekkasjetakt er ønskelig for å avkjøle og smøre de aksielle og radielle opplagringer. I tillegg kan en forbiføring 426 være anordnet for å avlede tilførselsfluid fra turbinen 350. Videre kan radielle og aksielle krefter opptas av opplagringssammenstillingen 402 posisjonert langs akselsammenstillingen 390. Foretrukket er en findelingsinnretning 373 anordnet for å redusere størrelsen av partikler som entrer sentrifugalpumpen 370. I en foretrukket utførelsesform er et av skovltrinnene modifisert ved skjærblader eller elementer som skjærer medrevne partikler for å redusere deres størrelse. I visse arrangementer, kan en hastighets- eller dreiemomentomformer 406 anvendes for å omdanne en første hastighet/dreiemoment av motoren 350 til en andre hastighet/dreiemoment for sentrifugalpumpen 370. Det skal forstås at et hvilket som helst antall arrangementer og innretninger kan anvendes for å overføre energi, hastighet eller dreiemoment fra turbinen 350 til pumpen 370. For eksempel kan akselsammenstillingen 390 anvende en enkelt aksel i stedet for flere aksler.
[0064] Det skal innses at en positiv fortrengningspumpe ikke behøver å være sammenpasset med bare en positiv fortrengningsmotor, eller en sentrifugalpumpe med bare én turbin. I visse anvendelser, kan driftshastighet eller plassbetraktninger føre til et arrangement hvori en positiv fortrengningsdrivenhet effektivt kan energisere en sentrifugalpumpe eller en turbindrivenhet kan energisere en positiv fortrengningspumpe. Det skal også innses at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de ovenfor beskrevne arrangementer. For eksempel kan en positiv fortrengningsmotor drive en mellomliggende innretning som f.eks. en elektrisk motor eller hydraulisk motor forsynt med et innkapslet rent hydraulikkreservoar. I et slikt arrangement driver den hydrauliske motor (eller den produserte elektriske energi) pumpen. Disse arrangementer kan eliminere lekkasjebanene mellom det høytrykks tilførselsfluid og returfluidet og derfor eliminere behovet for høytrykkstetninger. Alternativt, kan en strålepumpe anvendes. I et eksempelvis arrangement, oppdeles tilførselsfluidet i to strømmer. Den første strøm styres til bunnhullssammenstillingen BHA. Den andre strøm akselereres ved hjelp av en dyse og tømmes ut med høy hastighet i ringrommet slik at det bevirkes en reduksjon i ringromstrykk. Pumper som inkorporerer ett eller flere stempler, som f.eks. hammer-pumper, kan også være egnet for visse anvendelser.
[0065] I andre utførelsesformer kan en elektrisk motor anvendes for å drive og styre APD-innretningen. Å variere hastigheten av den elektriske motor vil direkte styre hastigheten av rotoren i APD-innretningen og således trykkdifferensialet over APD-innretningen.
[0066] Det vil innses at mange variasjoner av de ovenfor beskrevne utførelsesformer er mulig. For eksempel, kan et koplingselement tilføyes til akselsammenstillingen som forbinder drivverket til pumpen for selektivt å kople eller frikople drivverket og pumpen. Videre kan det i visse anvendelser være fordelaktig å anvende en ikke-mekanisk forbindelse mellom drivinnretningen og pumpen. For eksempel kan en magnetisk kopling anvendes for å kople drivverket og pumpen. I et slikt arrangement, kan tilførselsfluidet og drivverket og returfluidet og pumpen forbli separert. Hastigheten/dreiemomentet kan overføres ved hjelp av en magnetisk kopling som kopler drivverket og pumpeelementene, som er separert av et rørelement (f.eks. borestrengen). I tillegg, mens visse elementer er blitt drøftet i forbindelse med én eller flere spesielle utførelsesformer, skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til noen slike spesielle kombinasjoner. For eksempel, kan elementer som f.eks. akselsammenstillinger, forbiføringer, findelingsinnretninger og ringetetninger drøftet i forbindelse med positive fortrengningsdrivverk lett anvendes sammen med elektriske drivarrangementer.
Andre utførelsesformer innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse som ikke er vist inkluderer en sentrifugalpumpe som er festet til borestrengen. Pumpen kan inkludere et flertrinns skovlhjul og kan drives av en hydraulisk energienhet, som f.eks. en motor. Denne motor kan opereres av borefluidet eller på en hvilken som helst annen passende måte. En enda ytterligere utførelsesform som ikke er vist inkluderer en APD-innretning som er festet til borestrengen og som drives av borestrengrotasjonen. I denne utførelsesform, er et antall skovlhjul festet til borestrengen. Rotasjonen av borestrengen roterer skovlhjulet som skaper et differensialtrykk over innretningen.
[0067] Det skal innses at lærene ifølge den foreliggende oppfinnelse fordelaktig kan anvendes for å styre borehullstrykk i hele brønnkonstruksjonsprosessen. Som kjent kan formasjoner ha et ”snevert vindu” innenfor hvilket borehullstrykk må opprettholdes for å hindre et brønnspark eller skade på formasjonen. Som drøftet i det foregående er den nedre trykkgrense generelt poretrykket av formasjonen og den øvre grense er frakturtrykket for formasjonen. Borehullstrykk bør opprettholdes innenfor dette ”vindu” både når formasjonen bores og under perioder hvor boring er blitt avbrutt. Tilfeller hvor boring er avbrutt inkluderer perioder hvor rørlengder tilføyes til borestrengen og når borestrengen trippes inn i eller ut av borehullet. Fordelaktig kan utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse anvendes for å styre trykket i slike situasjoner.
[0068] En eksempelvis situasjon hvori det er ønskelig å styre borehullstrykket oppstår når boring avbrytes for å tilføye en rørlengde til borestrengen. Konvensjonelt opphører boringen og fluidsirkulasjon stanses slik at rørlengden kan tilføyes til borestrengen ved boreriggen. Med henvisning til fig.6, vises der en graf som illustrerer endringer i borehullstrykk under en slik prosedyre. x-aksen representerer tiden og y-aksen representerer dynamisk trykktap. For referanse er en null-verdi for dynamisk trykktap merket med tallet 0. En linje 700 representerer generelt borehullstrykket assosiert med et konvensjonelt boresystem. Intervallet 702 representerer en tidsperiode når boring opphører, intervallet 704 representerer en tidsperiode når boring foregår og intervallet 706 representerer forbigående betingelser. Ved intervallet 702 er det ikke noen fluidsirkulasjon og derfor ikke noe dynamisk trykktap. Borehullstrykket ved intervallet 702 er således generelt det hydrostatiske trykk av boreslamsøylen. Ved intervallet 704 opptrer et dynamisk trykktap på grunn av fluidsirkulasjon, som viser seg som en økning i borehullstrykket. Mens intervallet 706 er vist som jevne overganger mellom øvre og nedre trykkverdier skal det forstås at den sykliske drift av slampumper og andre faktorer kan bevirke trykktopper. Som det kan ses, varierer borehullstrykk periodisk med konvensjonelle boresystemer mellom en øvre og nedre trykkverdi på grunn av dynamiske trykktap.
[0069] Fordelaktig, kan anvendelse av en APD-innretning, som f.eks. de som i det foregående er beskrevet i forbindelse med fig.1A-5, øke fleksibiliteten i selektering av driftsparametere og forbedre boreoperasjoner. For eksempel representerer en linje 710 trykket assosiert med et boresystem som anvender en APD-innretning (f.eks. APD-innretningen 170 i fig.1A). Linjen 710 er vist forskjøvet fra de nedre trykkverdier av linjen 700 bare av hensyn til tydeligheten. For linjen 710 representerer intervallet 712 en tidsperiode når boring er opphørt og intervallet 714 representerer en tidsperiode hvor boring foregår. Intervaller med forbigående betingelser kan eksistere men er blitt utelatt av hensyn til enkelheten. Ved intervallet 712 er der ikke noen fluidsirkulasjon og derfor ikke noe dynamisk trykktap. Mens en APD-innretning kunne være operativ antas det at APD-innretningen er stoppet. Borehullstrykk ved intervallet 712 er således generelt det hydrostatiske trykk av boreslamsøylen. Ved intervall 714 forekommer trykktap vanlig på grunn av fluidsirkulasjon, som manifesterer seg som en økning i borehullstrykk. APD-innretningen reduserer imidlertid det dynamiske trykktap ved intervallet 704 av linjen 700. Av hensyn til enkelheten er trykkdifferensialet generert av APD-innretningen vist som generelt tilsvarende det dynamiske trykktap. Trykkdifferensialet kan imidlertid selekteres til å være en fraksjon eller et multiplum av det dynamiske trykktap. Som det kan ses kan APD-innretningen redusere størrelse av trykkendringene, som kan føre til en mer gunstig trykkbetingelse i borehullet når fluidsirkulasjon periodevis bringes til opphør.
[0070] Som drøftet i det følgende, strekker utnyttingen av den foreliggende oppfinnelse seg også til anvendelser hvor sirkulasjon fortsetter selv om boring er brakt til opphør.
[0071] Med henvisning til fig.7, vises der skjematisk en konvensjonell borerigg 730 som anvender et kontinuerlig sirkulasjonssystem 732. Boreriggen 730 inkluderer kjent utstyr som f.eks. et toppdrivverk 734, en utblåsningshindring BOP (”blowout preventer”) stakk 736 og et fluidsirkulasjonssystem 738, som inkluderer kjent utstyr som f.eks. en pumpe, slamtank og egnede ledninger. En borestreng 740, som henger ned fra boreriggen 730 borer et borehull 742 i en formasjon 736. Det kontinuerlige sirkulasjonssystem 732 inkluderer en kopler 733 som er forbundet til toppdrivverket 734 og borestrengen 740. Under drift, roterer toppdrivverket 734 borestrengen 740 mens fluidsirkulasjonssystemet 738 pumper borefluid inn i borehullet 742 via toppdrivverket 734 og borestrengen 740.
[0072] Kopleren 733 opprettholder fluidsirkulasjon gjennom borestrengen 740 og til borehullet 742 endog når toppdrivverket 734 er frikoplet fra borestrengen 740. Kopleren 733 kan inkludere egnede røromslutningshoder og isolasjonskamre som styrer borefluid inn i borestrengen mens ett eller flere rørlengder danner borestrengen. En egnet kopler er drøftet i ”Continuous Circulation Drilling”, OTC 14269, J. W. Jenner et al., og er innlemmet heri som referanse for alle formål. Det kontinuerlige sirkulasjonssystem 732 reduserer eller eliminerer de tilfeller hvor borefluid opphører å strømme i borehullet 742. Borehullstrykket faller således normalt ikke til det hydrostatiske trykk når det kontinuerlige sirkulasjonssystem 732 er i drift.
[0073] Det skal forstås at kopleren 733 bare er representativ for innretninger og utstyr som styrer fluid inn i borehullet mens en forbindelse til borestrengen dannes eller under tripping av borestrengen inn i eller ut av borehullet. Læren, ifølge den foreliggende oppfinnelse kan fordelaktig utnyttes med en hvilken som helst innretning eller system som kan styre fluid inn i borehullet under aktiviteter som f.eks. tripping og forbindelser med avbrutt boring. Videre, skal betegnelsen ”kontinuerlig sirkulasjonssystem” forstås generisk å referere til én eller flere innretninger som kan opereres til å styre fluid og ikke noen spesiell innretning eller system.
[0074] Med henvisning til fig.8 vises der en graf som illustrerer borehullstrykkendringene assosiert med systemet i fig.7. x-aksen representerer tid og y-aksen representerer dynamiske trykktap. En linje 750 representerer trykk for boresystemet i fig.7. Intervallet 752 representerer en tidsperiode når boring er opphørt og intervallet 754 representerer en tidsperiode når boring pågår. For begge intervaller 752 og 754 opptrer et dynamisk trykktap som skyldes fluidsirkulasjon, som manifesterer seg som en økning i borehullstrykket i forhold til det hydrostatiske trykk. Borehullstrykket er således generelt det hydrostatiske trykk pluss ECD for systemet i fig.7.
[0075] Som tidligere bemerket, bør borehullstrykket opprettholdes mellom poretrykket og frakturtrykket. For å hindre et brønnspark, bør således borehullstrykket, assosiert med operasjon av det kontinuerlige sirkulasjonssystem 732, forbli over poretrykket selv om fluidsirkulasjon avbrytes. Det vil si at verdien av det hydrostatiske trykk alene, uten dynamisk trykktap, bør være større enn poretrykket for å sikre at formasjonsfluider ikke strømmer inn i borehullet ettersom dynamiske trykktap forsvinner når sirkulasjonen stanser. Et konvensjonelt sirkulasjonssystem kunne anvende et borefluid med en høy nok slamvekt til å tilveiebringe et hydrostatisk trykk over poretrykket. Dynamiske trykktap er imidlertid i tillegg til det hydrostatiske trykk. Under sirkulasjon kunne således dynamiske trykktap bevirke at borehullstrykk nærmet seg eller oversteg frakturtrykket for formasjonen. Det skal innses at mens det kontinuerlige sirkulasjonssystem kan tilveiebringe forbedrede boreoperasjoner kunne begrensninger vedrørende boreoperasjons-parametere og formasjonsparametere begrense dets anvendbar i visse situasjoner. Fordelaktig, kan bruken av en APD-innretning i forbindelse med det kontinuerlige sirkulasjonssystem avbøte slike begrensninger.
[0076] Med henvisning til fig.7, vises der en APD-innretning 760 posisjonert i borehullet i forbindelse med det kontinuerlige sirkulasjonssystem 732. APD-innretningen 760 skaper et trykkdifferensial i borehullet på en måte som er drøftet i det foregående. Med henvisning til fig.8 reduserer dette trykkdifferensial dynamiske trykktap og skifter derved linjen 750 til den stiplede linje 770. Det vil innses at denne skifting kan hjelpe til med å holde borehullstrykket under frakturtrykket for formasjonen. Videre kan borehullstrykk opprettholdes endog når det anvendes et borefluid med en slamvekt som tilveiebringer et hydrostatisk trykk større enn poretrykket. Hvis operasjon av det kontinuerlige sirkulasjonssystem avbrytes faller da borehullstrykket således til det hydrostatiske trykk, som er høyere enn poretrykket. Hvis operasjon av APD-innretningen avbrytes øker da borehullstrykket til det hydrostatiske trykk pluss ECD. Ikke noe tilfelle faller borehullstrykket under poretrykket. På grunn av at det sirkulerende borehullstrykk kan opprettholdes under frakturtrykket mens et hydrostatisk trykk over poretrykket fremdeles tillates i det tilfelle at sirkulasjonen stoppes, minimeres faren for et brønnspark.
[0077] Med henvisning til fig.7, kan videre en overflatestrømningsmoduleringseller begrensningsinnretning 780 anvendes for å styre borehullstrykk ved å styre strømningen av fluid ut av borehullet 742. Strømningsbegrensningsinnretningen 780, som kan være en struper eller ventil, kan aktiveres for å modulere strømning av borefluid ut av ringrommet i borehullet 742 og derved endre borehullstrykket. For eksempel kan en strømningsbegrensning bevirke et tilbaketrykk i ringrommet i borehullet 742 som kan øke borehullstrykket. Dette tilbaketrykk kan faktisk redusere størrelsen av trykkdifferensialet bevirket av APD-innretningen 760. Således, kan f.eks. APD-innretningen 760 opereres for å tilveiebringe et generelt fiksert trykkdifferensial. Fra overflaten, kan den strømningsbegrensende innretningen 780 moduleres etter ønske for å øke tilbaketrykket og derved innstille borehullstrykket. Det vil således innses at en hvilken som helst innretning som kan styre utstrømning fra borehullet kan være egnet for et slikt formål.
[0078] Det vil innses at selv om den foregående drøftelse i forbindelse med boreavbrytelser for å tilføye rørlengder til en borestreng, kan anvendelsen av APD-innretningen i forbindelse med et kontinuerlig sirkulasjonssystem også anvendes i tilfeller som f.eks. tripping av en borestreng inn i eller ut av et borehull. Som bemerket tidligere med henvisning til fig.6, kan det forbigående intervall 706 inkludere trykktopper som midlertidig og signifikant varierer borehullstrykket; f.eks. kan plutselige trykkøkningseffekter øke borehullstrykket mens trykkfalleffekt kan minske borehullstrykket. Operasjon av APD-innretningen under slike forbigående tilstander, kan avhjelpe slike virkninger ved på passende måte å styre borehullstrykket.
[0079] Videre, mens anvendelse av APD-innretningen ble drøftet i forbindelse med systemet i fig.7, skal det forstås at den foreliggende lære kan anvendes for et hvilket som helst boresystem; inklusive offshore-systemer, landbaserte systemer, spolerørsystemer, rotasjonsborddrevne systemer, traktorbaserte systemer og andre systemer, drivvognbaserte systemer og andre systemer beskrevet i det foregående.
Claims (20)
1. Fremgangsmåte for å styre trykk i et borehull (90),
der fremgangsmåten omfatter:
posisjonering av en aktiv trykkdifferensial ("APD")-innretning (170) i borehullet (90);
sirkulering av et fluid som har en slamvekt som tilveiebringer et hydrostatisk trykk i borehullet (90) som er større enn et poretrykk,
fremgangsmåten er k a r a k t e r i s e r t v e d
skaping av et trykkdifferensial i det sirkulerende fluid i borehullet (90) ved anvendelse av APD-innretningen (170) for å opprettholde trykket i borehullet (90) under et frakturtrykk under boring av borehullet (90), og
å opprettholde trykkdifferensialet etter at boring er stanset og mens fluidet sirkuleres i brønnhullet ved anvendelse av et kontinuerlig sirkulasjonssystem (738).
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter kontinuerlig sirkulasjon av fluidet under boringen og når boringen stanses uten å endre densiteten av fluidet.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere omfatter styring av APD-innretningen (170) til å endre trykkdifferensialet.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den ytterligere tilveiebringer en kontroller (180) for å styre APD-innretningen (170).
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t kontrolleren (180) lokaliseres ved én av (i) ved overflaten; (ii) festes til en borestreng (121) benyttet for boring av borehullet (90); og (iii) inntil APD-innretningen (170).
6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av krav 1 til 5,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter å tilveiebringe en overflatestruper for å tilføye tilbaketrykk på borefluidet i et ringrom (194) til borehullet (90).
7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter å operere APD-innretningen (170) for å tilveiebringe et generelt fast trykkdifferensial.
8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 7,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) opereres i det minste delvis ved hjelp av fluidet i borehullet (90).
9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 8,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) drives av elektrisk energi tilført fra overflaten.
10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av krav 1 til 9,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter å styre APD-innretningen (170) i samsvar med én av: (i) en målt parameter av interesse; og (ii) en forhåndsbestemt parameter.
11. System for å styre trykk i et borehull (90),
der systemet omfatter:
en borestreng (121) for boring av borehullet (90);
en borefluidenhet som pumper borefluid i borestrengen (121), borefluidet returnerer til en overflatelokalitet via et ringrom (194), borefluidet har en slamvekt som tilveiebringer et hydrostatisk trykk som er større enn et poretrykk; systemet er k a r a k t e r i s e r t v e d
en aktiv trykkdifferensial ("APD")-innretning (170) posisjonert i borehullet (90) og i kommunikasjon med borefluidet, APD-innretningen (170) er konfigurert for å skape et trykkdifferensial i borefluidet for å styre trykket i borehullet (90), hvori å skape trykkdifferensialet i borehullet (90) innbefatter å operere APD innretningen (170) i borefluidet for å opprettholde trykket i borehullet (90) under et frakturtrykk,
hvori styring av trykket innbefatter å opprettholde borehullstrykket mellom poretrykket og frakturtrykket under boring av borehullet (90) og når boringen er stanset; og
et kontinuerlig sirkulasjonssystem (738) som sirkulerer fluidet i brønnhullet når boringen er stanset.
12. System ifølge krav 11,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en overflatestruper for å tilføye tilbaketrykk på borefluid i ringrommet (194).
13. System ifølge krav 12,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) tilveiebringer et generelt fasttrykkdifferensial.
14. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 13,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) er operert i det minste delvis ved hjelp av borefluid i borehullet (90).
15. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 14,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) er operert ved hjelp av elektrisk energi tilført fra overflaten.
16. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 15,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t en pumpe til APD-innretningen (170) er valgt fra én av: (i) en sentrifugalpumpe; (ii) en positiv fortrengningspumpe; og (iii) en strålepumpe.
17. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 16,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en kontroller (180) for å styre APD-innretningen (170).
18. System ifølge krav 17,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t kontrolleren (180) styrer APD-innretningen (170) i samsvar med én av (i) en målt parameter av interesse; (ii) programmert instruksjon assosiert med kontrolleren (180); (iii) instruksjoner fremskaffet fra en fjernlokalitet; og (iv) en forhåndsbestemt parameter.
19. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 18,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t APD-innretningen (170) er lokalisert ved én av (i) festet til borestrengen (121); og (ii) plassert i et ringrom (194) i borehullet (90).
20. System ifølge et hvilket som helst av krav 11 til 19,
k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en anordning som transporterer fluid inn i borestrengen (121) idet det utføres en forbindelse eller under innkjøring.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US69179205P | 2005-06-17 | 2005-06-17 | |
PCT/US2006/023495 WO2006138565A1 (en) | 2005-06-17 | 2006-06-16 | Active controlled bottomhole pressure system and method with continuous circulation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20076490L NO20076490L (no) | 2008-03-11 |
NO343598B1 true NO343598B1 (no) | 2019-04-08 |
Family
ID=37102317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20076490A NO343598B1 (no) | 2005-06-17 | 2007-12-18 | Aktivt styrt bunnhullstrykksystem og fremgangsmåte med kontinuerlig sirkulasjonssystem |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2612111A1 (no) |
GB (2) | GB2470859A (no) |
NO (1) | NO343598B1 (no) |
WO (1) | WO2006138565A1 (no) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2470850B (en) * | 2005-07-27 | 2011-03-16 | Baker Hughes Inc | Active bottomhole pressure control with liner drilling and completion systems |
CA2867387C (en) | 2006-11-07 | 2016-01-05 | Charles R. Orbell | Method of drilling with a string sealed in a riser and injecting fluid into a return line |
GB2454895B (en) * | 2007-11-22 | 2012-01-11 | Schlumberger Holdings | Flow diverter for drilling |
US8666717B2 (en) | 2008-11-20 | 2014-03-04 | Exxonmobil Upstream Resarch Company | Sand and fluid production and injection modeling methods |
US8281875B2 (en) | 2008-12-19 | 2012-10-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure and flow control in drilling operations |
US9567843B2 (en) | 2009-07-30 | 2017-02-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Well drilling methods with event detection |
AU2010346598B2 (en) | 2010-02-25 | 2014-01-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure control device with remote orientation relative to a rig |
US8201628B2 (en) | 2010-04-27 | 2012-06-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Wellbore pressure control with segregated fluid columns |
US8820405B2 (en) | 2010-04-27 | 2014-09-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Segregating flowable materials in a well |
US8739863B2 (en) | 2010-11-20 | 2014-06-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Remote operation of a rotating control device bearing clamp |
US9163473B2 (en) | 2010-11-20 | 2015-10-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Remote operation of a rotating control device bearing clamp and safety latch |
US8584749B2 (en) | 2010-12-17 | 2013-11-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Systems and methods for dual reinjection |
EP2694772A4 (en) | 2011-04-08 | 2016-02-24 | Halliburton Energy Services Inc | AUTOMATIC LEVEL TUBE PRESSURE CONTROL ON HOLES |
US9080407B2 (en) | 2011-05-09 | 2015-07-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pressure and flow control in drilling operations |
US9605507B2 (en) | 2011-09-08 | 2017-03-28 | Halliburton Energy Services, Inc. | High temperature drilling with lower temperature rated tools |
US9823373B2 (en) | 2012-11-08 | 2017-11-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Acoustic telemetry with distributed acoustic sensing system |
CN105134111A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-09 | 宝鸡石油机械有限责任公司 | 一种多功能井眼清洗工具 |
US11719058B2 (en) | 2020-12-16 | 2023-08-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | System and method to conduct underbalanced drilling |
US20240044219A1 (en) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Reduction of equivalent circulating density in well operations |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4744426A (en) * | 1986-06-02 | 1988-05-17 | Reed John A | Apparatus for reducing hydro-static pressure at the drill bit |
US20040256161A1 (en) * | 1998-07-15 | 2004-12-23 | Baker Hughes Incorporated | Modular design for downhole ECD-management devices and related methods |
WO2005012685A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-10 | Maris International Limited | Drilling method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GC0000342A (en) * | 1999-06-22 | 2007-03-31 | Shell Int Research | Drilling system |
US6904981B2 (en) * | 2002-02-20 | 2005-06-14 | Shell Oil Company | Dynamic annular pressure control apparatus and method |
-
2006
- 2006-06-16 CA CA002612111A patent/CA2612111A1/en not_active Abandoned
- 2006-06-16 GB GB1015440A patent/GB2470859A/en not_active Withdrawn
- 2006-06-16 WO PCT/US2006/023495 patent/WO2006138565A1/en active Application Filing
- 2006-06-16 GB GB0724939A patent/GB2441927B/en active Active
-
2007
- 2007-12-18 NO NO20076490A patent/NO343598B1/no unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4744426A (en) * | 1986-06-02 | 1988-05-17 | Reed John A | Apparatus for reducing hydro-static pressure at the drill bit |
US20040256161A1 (en) * | 1998-07-15 | 2004-12-23 | Baker Hughes Incorporated | Modular design for downhole ECD-management devices and related methods |
WO2005012685A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-10 | Maris International Limited | Drilling method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB0724939D0 (en) | 2008-01-30 |
GB2441927A (en) | 2008-03-19 |
CA2612111A1 (en) | 2006-12-28 |
GB2470859A (en) | 2010-12-08 |
GB2441927B (en) | 2011-02-09 |
NO20076490L (no) | 2008-03-11 |
WO2006138565A1 (en) | 2006-12-28 |
GB201015440D0 (en) | 2010-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO343598B1 (no) | Aktivt styrt bunnhullstrykksystem og fremgangsmåte med kontinuerlig sirkulasjonssystem | |
US7806203B2 (en) | Active controlled bottomhole pressure system and method with continuous circulation system | |
AU2002325045B2 (en) | Active controlled bottomhole pressure system and method | |
CA2579647C (en) | Control systems and methods for active controlled bottomhole pressure systems | |
CA2977304C (en) | Modified pumped riser solution | |
US7096975B2 (en) | Modular design for downhole ECD-management devices and related methods | |
US8011450B2 (en) | Active bottomhole pressure control with liner drilling and completion systems | |
CA2480187C (en) | Downhole cutting mill | |
EP1563162B1 (en) | Drilling fluid circulation system and method | |
US8132630B2 (en) | Reverse circulation pressure control method and system | |
NO339872B1 (no) | Apparat, system og fremgangsmåte for styring av trykk i et borehull | |
WO2005095751A1 (en) | Modular design for downhole ecd-management devices and related methods | |
AU2002325045A1 (en) | Active controlled bottomhole pressure system and method | |
WO2007016000A1 (en) | Active bottomhole pressure control with liner drilling and compeltion system | |
WO2007126833A1 (en) | Reverse circulation pressure control method and system | |
CA2560461C (en) | Modular design for downhole ecd-management devices and related methods |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: BAKER HUGHES, US |