NO345522B1 - System og fremgangsmåte for økt kontroll av en boreprosess - Google Patents

Description

SYSTEM OG FREMGANGSMÅTE FOR ØKT KONTROLL AV EN BOREPROSESS

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse angår boring av brønner for leting eller produksjon av petroleumsvæsker . Mer spesifikt angår oppfinnelsen overvåking av egenskaper av slammet som skal pumpes inn i brønnen for trykkontroll og smøring, overvåking av egenskapene til slammet som returnerer fra brønnen og ved hjelp av en eller begge av de nevnte slamegenskaper som grunnlag for å bestemme fremtidig justering av egenskapene til slammet som skal pumpes inn i brønnen.

Bakgrunn for oppfinnelsen og kjent teknikk

Boring av brønner for leting eller produksjon av petroleums væsker som olje, kondensat og gass er svært dyrt, spesielt offshore, hvor dagraten av en boreenhet kan overstige 500000 USD.

I prosessen med boring, er slam vesentlig for å kontrollere trykket i brønnene, gi smøring og kjøling, og for transport av utboret materiale, ofte kalt borekaks.

Forskjellige typer slam er nødvendig for forskjellige forhold, avhengig av flere faktorer, som resulterer i slam av spesifikke egenskaper for spesifikke forskjellige forhold. De mest kjente parametre som karakteriserer slam er viskositet og tetthet. Slammet kan være basert på vann eller mineralolje eller olje og hydrokarbon og kan omfatte tradisjonelle materialer som bentonitt leire eller andre naturlige materialer eller syntetiske materialer. Utvalget og formulering av gjørma forvaltes av «mud engineer».

Det er praksis i industrien å overvåke egenskapene til slammet som returnerer fra brønnen også. Dette er avgjørende for å oppdage spor av hydrokarboner, spesielt spor av gass, noe som kan gi en tidlig varsling av et gass "kick" (ukontrollert trykkøkning).

Imidlertid, med hensyn til det slam som skal pumpes ned i brønnen ved hjelp av slam pumper, er det praksis i industrien å ta manuelle prøver for å sikre at slamegenskapene er som forutsatt. Prøven må vanligvis bli sendt til et laboratorium, enten på borerigg eller på land på et eksternt sted, og prosessen med å analysere kan ta lang tid. For boreoperasjoner offshore, tid er svært kostbart, og selv en moderat reduksjon i bortkastet tid kan ha en betydelig innvirkning på økonomien i driften. Et annet aspekt er den økte sikkerhets gevinsten om det kunne være sikret til enhver tid, at bare slam som har de riktige egenskaper blir pumpet ned borestrengen.

Mange teknologier finnes for datainnsamling og bearbeiding av data. Mange teknologier eksisterer for å samle inn prøver av slam som kommer opp fra brønnen, og noen for oppsamling av prøver av slammet som er blandet og skal bli pumpet ned bore streng. I tillegg eksisterer det mange teknologier for å analysere enkle parametre av slammet.

Noe relatert teknologi er beskrevet i patentpublikasjoner CN 201802388, 15 GB 2445209, CA 2005195, MX 2011006044 og US 6378628.

Den mest relevante teknologi i forhold til foreliggende oppfinnelse er identifisert som publikasjonene US 2011/125533 A1, WO 2011/095600 A2 og US 4557142 A, hvorav US 2011/125533 A1 er funnet å representere nærmeste jente teknikk.

Imidlertid finnes det fortsatt en etterspørsel etter teknologi for å: Redusere tiden brukt for å overvåke slamegenskaper; tilveiebringe en kontinuerlig overvåking; gi data for flere parametere enn dagens industristandard praksis; redusere risikoen for å pumpe ukorrekt sammensetning av slam; redusere avfall, redusere tankingskrav og ineffektive boreenhet tid, samt å øke sikkerheten.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å imøtekomme etterspørselen.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller behovet ved å tilveiebringe et system for sanntids slam overvåking. Systemet omfatter et densitometer for måling av slam vekt/tetthet i et område på 500-3000 kg/m<3 >(g/l), og systemet er særpreget ved at videre omfatter:

et viskosimeter for måling av viskositet i et område på 10-150000 mPas (Cp) eller 10-500000 mPas (Cp)

et reometer som måler reologi i et område på 10-500000 mPas (Cp) ved mange spesifikke strømningsmengder, idet hver strømningsmengde er knyttet til en bestemt pumpe rpm,

idet densitometeret og viskosimeteret er koblet i linjen for slam under høyt trykk på en leveringsside av slampumpen og er anordnet for å måle kontinuerlig i sanntid i slam som under høyt trykk pumpes ned i brønnen,

en ramme hvor densitometeret og viskosimeteret er anordnet,

idet densitometeret og viskosimeteret er koblet i sanntid til et system for datainnsamling og analyse med grensesnitt til en slamingeniør.

Fortrinnsvis er midlene anordnet i et rør som slampumpene kan suge opp fra eller i et parallelt forsyningsrør, eller koblet til slam "pits". Helst også i slammets returstrøm, nedstrøms eller oppstrøms eller både nedstrøms og oppstrøms fra "shale shakers". Systemet kan omfatte midler innrettet oppstrøms for slampumpe, for måling av slamegenskap parametre som er levert og pumpet ned i brønnen. Instrumentering som ikke krever batch målinger er fortrinnsvis arrangert i slammets pumpesugeledning. Systemet er normalt installert på sugeledning / lavtrykkssiden, i midlertid kan instrumenter med relevant trykkklasse også installeres på høytrykksiden. Trykkklassen på sensorer eller instrumentering for midlene må være kompatibel med slamtrykk fra slampumpen dersom den er installert på utløpssiden av nevnte pumpe.

Sanntids grensesnitt til «mud engineer» omfatter fortrinnsvis en skjerm som visualiserer de målte slamegenskaper. Systemet er også koblet til en database inkludert med slamegenskaper og brønnegenskap data, empirisk og teoretisk, og systemet omfatter sanntids tilkobling til instrumentering som er operativt koblet til slamstrømmen. Systemet omfatter helst, eller er koplet til, analysealgoritmer for bruk i sanntid kvalitetsdata av egenskaper av slammet som skal pumpes ned i brønnen og fortrinnsvis også sanntid kvalitetsdata for slam returstrømningsegenskaper, inkludert sammenligning av innpumpet slamegenskaper med retur slamegenskaper, for å generere estimater og forslag til fremtidige tiltak.

System omfatter ytterligere instrumentering i form av minst en av:

• Temperatur -5 til 200 C⁰

• Olje/vann 0-100%

• Reologi 10-500000 mPas (Cp) ved 3, 6, 30, 60, 100, 200, 300 og 600 rpm • Gel styrke ved 10 sekunder, 10 minutter og 30 minutter

• pH 0-14

• Hardhet/konduktivitet 5 µS/cm-2000 mS/cm

• Faststoffer og væsker sammenbrudd 0-100%

• Sandinnhold/partikkelstørrelse analyse 0,7 mikron-4.8 mm

• Trykk 100 mbar-til fullt trykk for pumping ned i brønnen

• API væsketap

• Filterbelegg

• Kalsium og magnesium innhold

• Kloridinnhold

• Kalium innhold

• Alkalinitet (kalk innhold)

• MBT (leire innhold)

• HTHP filter

• Elektrisk stabilitet

Instrumenteringen er fortrinnsvis av den type som er sertifisert for bruk i gassfarlige atmosfærer, arrangert i en optimalisert modul, med sertifisert farlig atmosfære i elektrisk, optisk eller trådløs forbindelse til et kontrollrom eller lignende som er egnet for analyse og datalagringskapasitet for «mud engineer», eller å ha sanntid kontakt med «mud engineer». Egnet instrumentering er kommersielt tilgjengelig i markedet, fra butikkhyller eller på bestilling fra produsenter eller leverandører.

Forbindelsen i sanntid til en slam «mud engineer» er i et kontrollrom som ligger offshore eller på land eller en «mud engineer» som lokalisert på land.

Systemet genererer fortrinnsvis et forslag til handling, basert på oppsamlet og prosessert data, og forslaget legges frem for «mud engineer».

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for økt kontroll av en boreprosess, ved anvendelse av systemet i henhold til oppfinnelsen, idet fremgangsmåten er særpreget vad at den omfatter:

å anordne systemet, inkludert densitometeret og viskosimeteret, for sanntid måling av i det minste slamvekt/densitet og viskositet,

å anordne systemet til et datainnsamling- og analysesystem koblet til og med kontinuerlig grensesnitt i sanntid for levering av innsamlede data og analyse til en slamingeniør,

å måle reologi 10-500000 mPas (Cp) med et reometer, ved mange spesifikke strømningsmengder, idet hver spesifikk strømningsmengde er relatert til en spesifikk pumpe rpm, styrbar ved å justere en pumpe rpm,

å måle i sanntid og kontinuerlig parametere for slam som under trykk pumpes ned i brønnen, og

å sammenligne slamegenskaper for slam pumpet inn i brønnen med slamegenskaper for slam returnert fra brønnen for å generere estimater og forslag for fremtidig handling.

Figurer

Figur 1 illustrerer en utførelsesform av et system i henhold til oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Det henvises til fig.1, som illustrerer et system for sanntids overvåkning slam, omfatter midler, som er instrumentering, for sanntids kontinuerlig eller hyppig måling av et mangfold av slamparametere. Den nevnte anordning, i den illustrerte utførelsesform og i retning av strøm av slam, omfatter et termometer, en konduktivitetsmåler, en densitet måler og et pH-meter, koblet i serie; en olje / vann / faststoff partikkelstørrelse analysator og en viskositet måler koplet i serie, men med et reometer koplet i parallell; og en trykkmåler. Nevnte midler eller instrumentering er koblet i sanntid til slamprosess for målinger, som kan sees av slam inn og slam ut strømningsretning, som angitt på figuren. Ikke avbildet spesielt på figur; nevnte instrumenter er også koblet i sanntid til en datainnsamling og analyse system som igjen er koblet i sanntid, og i kontakt med en «mud engineer».

«Mud engineer», som er betegnelsen på den personen eller team som administrerer slamsystemet, vil således ha status av essensielle og ikke så essensielle slamparametre, slammets historie og analyseverktøy for beregning av justeringer av slamblandingen. Koblingen fra instrumentering til slam «mud engineer», er via kabel, fiber eller via trådløs kommunikasjon. Hvis slam «mud engineer» er stasjonert eksternt, er forbindelsen til den eksterne plasseringen fortrinnsvis ved optiske fibre.

Som et minimum omfatter systemet instrumentering av de imperative parametre; slamvekt / densitet og viskositet, men fortrinnsvis også trykk, reologi, oljeinnhold, gelstyrke og temperatur.

Så langt søkeren kjenner til er det noe ganske nytt for «mud engineer» å ha tilgjengelige sanntid målinger av en rekke varierte slam parametere. Så langt søkeren kjenner til er det også ukjent å kunne måle egenskapene av slam som returnerer fra brønnen, fortrinnsvis med like parameter som for slammet som pumpes ned i brønnen, samtidig som målingene er tilgjengelige for «mud engineer» i sanntid. Sammenligning av nevnte målinger med hensyn til egenskaper nå og over tid, noe som er å foretrekke som utførelsesform for oppfinnelsen. Det gir en ytterligere mulighet for styring av boreprosessen, noe som resulterer i høyere effektivitet og forbedret sikkerhet.

Ytterligere fordeler ved den foreliggende oppfinnelse er som følger:

1. Grensesnitt ellers kjent teknologi i den eksisterende slamprosess. Det modul monterte systemet av oppfinnelsen kan lett ettermonteres på eksisterende slamsystemer eller bli installert i nye slamsystemer.

2. Oppnå informasjon om slamegenskaper automatisk fra slamprosessen. Reduserer tid og usikkerhet ved hjelp av et automatisert system med standardiserte kontinuerlige målinger, som ikke er tilgjengelig for industrien i dag.

3. Levere sanntid informasjon om slamegenskaper fra en enhet i fra slamsystemet generelt eller for bestemte data, direkte til en bruker (programvare eller person) fra den installerte sett av instrumenter og prosesseringsprogramvare.

Noen modul nøkkelfunksjoner:

• Målemodul, (noen instrument kan plasseres eksternt / utvendig modul), tillater kontinuerlig strøm av slam gjennom modul.

• Tillater variabel strøm av slam gjennom modul å optimalisere målinger.

• Tillater automatiserte gruppemålinger i parallell med den kontinuerlig flyt slik at målinger i stillestående væske.

• Generering av slam rapporter og trender av parametre oppgitt til en gitt programvaregrensesnitt, eller vises direkte på modul.

• Kombinasjon av målinger tatt av en "enhet"

• EX-sertifisert

• Tilpasses til eksisterende installasjoner, kan installeres "off line"fra hovedprosessen. Gruppemåling for mulige parametere som gel og reologi parametre, er en av viktige fordeler. Slammet blir ledet via modul / en sløyfe og deretter gi hvert instrument optimale forhold for måling, noe som gir bedre og mer presise målinger. Samt gir det redusert databehandling etterpå.

Ingen annen teknologi enn teknologi i henhold til denne oppfinnelsen kan sikre at borevæske eller slam som blir pumpet ned i brønnen har riktig sammensetning, riktige egenskaper. Heller kan ingen annen teknologi oppnå slikt resultat så fort, enkelt og konsekvent. Dessuten kan ingen annen teknologi enn denne ettermonteres i eksisterende borevæskesystemer, uten å gjøre store modifikasjoner.

Systemet til oppfinnelsen kan omfatte en hvilken som helst egenskap eller trinn som her beskrevet eller illustrert, i en hvilken som helst operativ kombinasjon, og hver slik kombinasjon er en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Metoden til oppfinnelsen kan omfatte en hvilken som helst egenskap eller trinn som her beskrevet eller illustrert, i en hvilken som helst operativ kombinasjon, og hver slik kombinasjon er en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Bruken av oppfinnelsen kan omfatte en hvilken som helst egenskap eller trinn som her beskrevet eller illustrert, i en hvilken som helst operativ kombinasjon, og hver slik kombinasjon er en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (7)

Patentkrav

1.

System for sanntids overvåking av slam, idet systemet omfatter:

et densitometer for måling av slam vekt/tetthet i et område på 500-3000 kg/m<3 >(g/l),

k a r a k t e r i s e r t v e d at systemet videre omfatter:

et viskosimeter for måling av viskositet i et område på 10-150000 mPas (Cp) eller 10-500000 mPas (Cp)

et reometer som måler reologi i et område på 10-500000 mPas (Cp) ved mange spesifikke strømningsmengder, idet hver strømningsmengde er knyttet til en bestemt pumpe rpm,

idet densitometeret og viskosimeteret er koblet i linjen for slam under høyt trykk på en leveringsside av slampumpen og er anordnet for å måle kontinuerlig i sanntid i slam som under høyt trykk pumpes ned i brønnen,

en ramme hvor densitometeret og viskosimeteret er anordnet,

idet densitometeret og viskosimeteret er koblet i sanntid til et system for datainnsamling og analyse med grensesnitt til en slamingeniør.

2.

System ifølge krav 1, idet densitometeret og viskosimeteret er to av flere måleinstrumenter som er del av instrumenteringen koblet til minst en strømningslinje for slam, hvilke måleinstrumenter er anordnet i rammen.

3.

System ifølge krav 1, idet systemet omfatter analyse algoritmer, for å bruke sanntid kvalitetsdata av egenskapene for slammet som pumpes ned i brønnen, og også sanntid kvalitetsdata av egenskapene for slam som returnerer fra brønnen, inkludert sammenligning av egenskaper for innpumpet slam med egenskaper for returnert slam, for å generere estimater og forslag til fremtidig handling.

4.

System ifølge krav 2, idet den ytterligere instrumentering omfatter minst en av:

• Temperatur -5 til 200 C⁰

• Olje/vann 0-100%

• Reologi 10-500000 mPas (Cp) ved 3, 6, 30, 60, 100, 200, 300 og 600 rpm • Gel styrke ved 10 sekunder, 10 minutter og 30 minutter

• pH 0-14

• Hardhet/konduktivitet 5 µS/cm-2000 mS/cm

• Faststoffer og væsker sammenbrudd 0-100%

• Sandinnhold/partikkelstørrelse analyse 0,7 mikron-4.8 mm

• Trykk 100 mbar-til fullt trykk for pumping ned i brønnen

• API væsketap

• Filterbelegg

• Kalsium og magnesium innhold

• Kloridinnhold

• Kalium innhold

• Alkalinitet (kalk innhold)

• MBT (leire innhold)

• HTHP filter

• Elektrisk stabilitet

5.

System ifølge krav 1, idet densitometeret og viskosimeteret er konfigurert for bruk i gassfarlige atmosfærer, med en forbindelse til et kontrollrom som har analyse og data lagringskapasitet tilgjengelig for slamingeniøren.

6.

System ifølge krav 1, idet grensesnittet i sanntid til slamingeniøren er til et kontrollrom lokalisert til havs eller på land.

7.

System ifølge krav 1, idet et forslag til aksjon genereres av systemet, basert på innsamlede og bearbeidede data, og forslaget presenteres for slamingeniøren.

Fremgangsmåte for økt kontroll av en boreprosess, ved anvendelse av systemet i henhold til krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter:

å anordne systemet, inkludert densitometeret og viskosimeteret, for sanntid måling av i det minste slamvekt/densitet og viskositet,

å anordne systemet til et datainnsamling- og analysesystem koblet til og med kontinuerlig grensesnitt i sanntid for levering av innsamlede data og analyse til en slamingeniør,

å måle reologi 10-500000 mPas (Cp) med et reometer, ved mange spesifikke strømningsmengder, idet hver spesifikk strømningsmengde er relatert til en spesifikk pumpe rpm, styrbar ved å justere en pumpe rpm,

å måle i sanntid og kontinuerlig parametere for slam som under trykk pumpes ned i brønnen, og

å sammenligne slamegenskaper for slam pumpet inn i brønnen med slamegenskaper for slam returnert fra brønnen for å generere estimater og forslag for fremtidig handling.