NO793038L - Apparat og fremgangsmaate for aa detektere unormale boreforhold - Google Patents

Description

Apparat og fremgangsmåte for å detektere unormale borebetingelser.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat og fremgangsmåte for å detektere unormale betingelser ved brønnboring ved

å overvåke boreslammet som benyttet ved boringen. Oppfinnelsen angår også et nytt system til å behandle slam ved utførelsen av boreoperasjonen.

Ved boring av en brønn ved hjelp av rotasjonsboring blir en borevæske ofte kalt "slam" pumpet ned i borestrengen gjennom kronen og tilbake til overflaten gjennom brønnringen. Slammet utgjør mange viktige funksjoner som omfatter å opprettholde et hydrostatisk trykkhode, kjøling av hodet og fjerning av borepartikler.

Ved brønnboring er det viktlig å overvåke nøyaktig boreoperasjonen for å detektere enhver unormal borebetingelse som kan bli påtruffet. Under normale bore- og sirkulasjons-betingelser vil formasjonsfluid ikke komme inn i brønnen og slammet vil ikke bli tapt til formasjonen. Volumet av slamsystemet vil således forbli i det vesentlige konstant. (Man har sett at en liten fluid mengde går tapt gjennom normal filtrering, fordampning og lekkasje. Med hensyn til over-våkningen av et slamsystem må imidlertid disse vplumtapene bli ignorert).

En unormal boring eller sirkulasjonsbetingelse resulterer vanligvis i en forandring i slamvolumet. En spesiell farlig unormal betingelse forekommer når man treffer på en høy-trykksone. Dersom slammet i brønnen ikke fremviser et tilstrekkelig hydrostatisk trykk i denne sonen vil formasjonsfluider trenge inn i brønnen og kunne resultere i en blowout. Inntregningen av gass blir vist ved at en tilsvarende mengde med boreslam fra brønnhullet tvinges inn i overflateslamtankene eller gropene. Denne tilstanden blir kalt "kick" (tilbakeslag). Begynnelsesinntregningen kan forårsake kun en lett forandring

i slamvolumet i tankene. Når gassen imidlertid stiger øker dens volum når trykket på slamsøylen blir redusert trenges mer slam,

ut av brønnen og tillater uttreghingen av.mere gass i bore-hullet inntil en blowout forekommer.

Når. en kick er oppstått |blir kontrollen av en

brønn best vedlikeholdt ved å reagere tidlig. Tidligere de-tekteringsteknikk som angår en forandring i slamnivået tillater ofte imidlertid ikke tidlig detektering av en kick. Nøyaktig-heten ved hvilke slamnivået kan bli målt er en funksjon fluid-nivådeteksjonsmetodens følsomhet. For eksempel i et vanlig system med fire 2,5m x 12m tanker resulterer en 1132 liter forandring i tankene i bare en 12,7mm forandring i slamnivået.

Et annet farlig boreforhold som må bli nøyaktig overvåket er slamtap. Dersom det hydrostatiske trykket påført av slammet på en underjordisk formasjon blir for stort kan formasjonen bli brudt- og som forårsaker slammet til å gå tapt i formasjonen. Dette, som i en blowout tilstand, blir vanligvis . indikert ved forandring i slamnivået.

En i handelen vanlig slamvolummåler er vist på side 4510 i Composite Category of Oil Field Equipment and Services, . Volum 3, 1978-79, publisert av World Oil. Andre slamdetekterings-anordninger er vist i US patentene nr. 3 086 39 7 og 3 608 653. Som tidligere nevnt blir disse anordninger benyttet i vanlige systemer og er ikke følsomme nok til å frembringe tidlige og liten detektering av unormale forhold.

Foreliggende oppfinnelse frembringer et system for

å detektere unormal slamsirkulasjon (dvs. økning eiler minking

i fluidvolumet) i løpet av boringen av en brønn ved nøyaktig overvåking av volumet til slamsystemet. Oppfinnelsen omhandler også overvåking av hyppigheten av forandringen i volumet til slamsystemet.

For fullstendig å forstå foreliggende oppfinnelse

er det nødvendig å forstå rotasjonsboringen. Et rotasjonsbor trenger gjennom jordformasjonen ved å forme partikler, henvist til som borede faststoffer, som blir ført opp mot overflaten i slammet. Ved overflaten blir slammet behandlet med sorterihgs-og sentrifugeringsanordning for å fjerne boret faststoff.

Fjerningen av faststoffene med disse anordningene fører natur-ligvis til fjerning av noe slam. Ved normal boretilstand forblir slammet i systemet hovedsaklig konstant (omfattende borede faststoffer iblandet heri). Ved kontinuerlig fjerning av faststoffene reduseres imidlertid volumet av slammet ved overflaten med en verdi lik det fjernede materialvolum (dvs. drillede faststoffer og slam).

I en foretrukken utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir slammets volum opprettholdt hovedsaklig kon-

stant ved å tilføre utjevningsslam til systemet med samme

mengde som det fjernede materiale. Ved nøyaktig overvåking av. systemet kan en hver forandret mengde eller volumforandring i slamsystemet blir detektert.

Foreliggende oppfinnelse angår overvåkning av slamvolumet i relasjon til det fjernede material fra systemet.

En reduksjon av slammets volum lik med volumet til det fjernede materiale indikerer normal borings- og sirkulasjonsforhold. På den annen side indikerer ehforandring i slammets volum som ikke korresponderer med et fjernet materiale et unormalt boreforhold, dvs. et forhold nede i hullet som tillegger eller tar bort slam fra systemet. F.eks. vil en kick (dvs. inntrenging av gass) forårsake slamvolumet til å øke ved overflaten. Dersom gassinntrengingen er liten kan virkningen på det totale slamvolumet ikke være merkbart siden det kasserte, materiale vil i en viss grad maskere en hver volumøkning forårsaket av gassen. Ved å overvåke forandringsmengden til slamvolumet under ehgitt boretilstand og slambehandlingsforhold er imidlertid en tidlig detektering av et unormalt forhold mulig. Ved det .gitte sett av betingelser vil faststoffer sammen med en liten slammengde

(dvs. fra sandutskillerne) bli vraket med en tilnærmet konstnat mengde. Denne mengden vil være like med den kontinuerlige reduksjon av slamvolumet. Denne "normale" mengden kan bli bestemt ved forskjellige teknikker, hvor to av dem er beskrevet nedenfor. Dersom mengdeforandringen kommer, som f.eks. ved inntrengning

av gass eller slamtap til en formasjon, vil mengden av den volummessige forandring til slammet avvike fra den normale mengde som indikerer tilstedeværelsen av en utenforliggende kilde eller utløp med fluid. En mengde mindre enn den normale slamreduksjons-mengden indikerer at fluiden er trengt inn i systemet. På den annen

side indikerer en mengde større enn det fjernede materialet at slam er blitt tapt til en formasjon.

Overvåking av mengdereduksjonene i slamsystemet frembringer en følsom og tidlig anordning for detektere.et "kick" også på tross av at det totale slamvolumet fortsetter å vokse. Dette ville forekomme når gassvoluminntrengningene er mindre

enn volumet av det passerte materialet. En mer positiv indikasjon blir frembragt når det totale slamvolumet øker. Foreliggende oppfinnelse tillater tidlig detektering av.slamvolumøkning.

Detekteringssystemet omfatter en tankinnretning som har et hovedsaklig konstant volum og anordning for å detektere en økning i volumet dersom slamvolumets økning overskrider materialets volum som blir fjernet ved en forutbestemt mengde. Likeledes kan deteksjohssystemet bli anvendt til å detektere "slamtap" ved å frembringe anordninger for å detektere en minking i slamvolumet under det til det fjernede materiale ved en forutbestemt verdi.

To utførelsesformer er beskrevet for å oppnå en tidlig detektering som ovenfor beskrevet. Den foretrukne ut-førelsesform anvender en overvåkningstank utstyrt med anordning for å tilføre utjevningsslam til systemet med omkring lik det kasserte materialvolumet for å opprettholde et konstant slamvolum. Anordningene er også anordnet for å detektere når mengden av utjevningsslam adskiller seg fra det kasserte materialet eller når slamvolumet øker på grunn av unormale forhold utover volumet til det kasserte materiale.

I en annen utførelsesform anvender systemet to over-våkningstanker forbundet parallelt med hverandre. Slammet blir sirkulert gjennom en tank i et tidsrom hvor den volummessige reduksjonen av slammet blir overvåket ved å måle nivået inne i overvåkingstanken. Ved normale sirkulasjoirsforhold vil reduksjonen av nivået inne i den aktive oyervåkningstanken være en funksjon av kasserte materialer fra slamsystemet (dvs. borede faststoffer og slam). Når volumet av det fjernede materialet er likt med arbeidsvolumet til den aktive .tanken, erstatter den andre overvåkingstanken full med utjevningsslam den første tanken og tillegger således slam til systemet likt med det fjernede materialet i løpet av driften av den første tanken. Unormal boring blir detektert ved å observere ytelsekurven til slamnivået i hver tank. Dersom kurven avviker fra den normale kurven for et gittisett med normale forhold, er uten-for stående påvirkninger tilstede. En utjevning av kurven indikerer et "kick". En økning i kurven indikerer inflytelse av fluid med en mengde som overskrider den til det fjernede materiale..

Et trekk ifølge foreliggende oppfinnelse er å frembringe et hovedsaklig konstant slamvolum i overflate-tankene. Dette blir oppnådd ved å anordne flere tanker med stigerørdeler med redusert arealtverrsnitt. Stigerørdelene vil redusere slam/luftgrensesjiktet til mindre enn 0,65 m 2.. Slamnivået opprettholdt i stigerørseksjonen til hver tank

vil en liten økning i volumet frembringe nødvendig operasjons-nivåer for å oppnå ønsket strøm mellom tankene og enda opprettholde et hovedsaklig konstant og talt systemvolum.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj, vinder henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et flytdiagram av et boret fluidsystem ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av en underkombinasjon av faststoffsfjerningsseksjoner med en overvåkningsseksjon,

fig. 3 viser et skjematisk toppsnitt av en annen overvåkingsseksjon,

fig. 4 viser et skjematisk sidesnitt av overvåkingsseksjonen vist i fig. 3,

fig. 5 viser en kurve av verdien av det overvåkte tanknivåfallet i avhengighet av tid for en overvåkingsseksjon som vist i fig. 2 som viser tilstanden ved normal sirkulasjon,

fig. 6 viser en kurve av verdien til den overvåkte tanks nivåfall i avhengighet av tiden for en overvåkingsseks jon som vist i fig. 2 som viser forløpet under unormal sirkulasjon.

Fig. 1 viser et flytdiagram som viser den vanlige sirkulasjonen av slam fra brønnen (ikke vist) gjennom en faststoff sf jerningsseks jon A, gjennom overvåkingsseksjonen B og tilbake til brønnen. I overvåkingsseksjonen blir utjevningsslam fra slamreserven C tilført til systemet for å opprettholde

et hovedsaklig konstant volum.

Ved normale boreoperasjoner blir faststoffene (og noe slam forbundet dermed) kontinuerlig fjernet i seksjonen A. Ved et gitt sett av bore- og slambehandlingsforhold vil faststoffer fjernet i seksjonen A være ved omkring en konstant mengde og slamvolumet i seksjonen A.og B vil bli kontinuerlig redusert med ehverdi lik volumet til det kasserte materiale. Siden faststoffene vil bli kassert med en tilnærmet konstant mengde vil slamvolumet minke med samme mengden.

Når sirkulasjonsforholdene blir unormale (dvs. som resultat fra enten et tap av slam inn i formasjonen eller en innflytelse av fluid fra formasjonen inn i slammet, vil volumforandringen av slamsystemet som detektert ved overvåknings-seksjonen B ikke lenger være likt med volumet til det kasserte materiale. Dette, vil bli reflektert ved et avvik fra den "normale" reduksjonsmengden. En redusert mengde frembringer en indikasjon av et (kick" og en øket mengde frembringer en indikasjon på slamtap. Også det totale slamvolumet kan bli overvåket slik at en øking eller minking av slamvolumet i forhold til et forutbestemt volum vil resultere i aktivering av et alarmsystem til å tilkalle personell. Som nevnt ovenfor er det enhver variasjon i den konstante forandringen av slamvolumet såvel som en netto øking eller minking i slamvolumet som er indikasjonen på det potensielle problem.

Oppfinnelsen kan kanskje best bli forstått ved å betrakte volummessig balanse til fluidstrømmen i flyt-diagrammet (fig. 1) i hvilke:

Q- er strømningsmengden til slammet fra brønnen.

Q2er mengden av fjernet materiale fra slammet.

0_2 er mengden av slam som kommer inn i overvåkingsseks jonen. Q4er mengden av det tilførte utjevningsslammet.

Q,- er mengden av slammet som blir returnert til brønnen.

Under normale boringer og sirkulasjonsforhold er Q. = Q^-Når slamvolumet forblir konstant da er = Q^.

I tilfelle av en kick forekommer mengdeøkning

(Qf) av slamstrømmen fra brønnen. Ved dette forholdet får vi:

Volumet av slammet er ikke lenger konstant og volum-økingen er lik med Q^.

Dersom Q f >:Q2s^øker slamvolumet. Dersom > 0^forblir slamvolumet konstant,men mengden av tilført slam (Q^) minker og indikerer den unormale tilstanden.

En viktig hensikt med foreliggende oppfinnelse

er å detektere tilstanden hvor Q. Q~som kan bli oppnådd ved å bruke en slamovervåkingsdél. To utførelses former av overvåkingsseks jonen blir beskrevet: Fig. 2 viser en utførelses-form hvor vekslende overvåkingstanker blir anvendt. Fig. 3 og . 4 viser den foretrukne utførelsesformen hvor en signalover-våkingstank blir anvendt.

I utførelsesformen vist på fig.2 passerer slam

fra brønnen (ikke vist) inn i faststoffjerningsdelen som omfatter et vibrerende soll (ikke vist), flere tanker 1-5,

og kan omfatte andre behandlingsinnretninger slik som en gass-utskiller 12, en slamrenser (ikke vist), sandutskiller 16,

og sandfilteret 21. Som vist går slammet inn i tanken 1 gjennom ledningen 10 og blir pumpet gjennom ledningen 11 av pumpen 18 inn i gassutskilleren 12.

Fra gassutskilleren 12 synker det gassutskilte slammet gjennom ledningen 13 inn i tanken 2. Pumpen 14 betjenes for å passere slammet fra tanken 2 via ledningen 15

til sandutskilleren 16 hvor bunnslammet og faststoffene blir kalsert og overløpet blir ført til tanken 3 gjennom ledningen 1.7. Pumpen 14 blir vanligvis betjent med en høyere verdi enn strømmen som kommer inn i tanken 2 over ledningen.'13 og forårsaker derved en tilbakestrøm via utjevningsledningen 24 fra tanken 3 inn i tanken 2. Slam blir pumpet fra tanken 3 av pumpen 19 over ledningen 20 til sandutskilleren 21 hvor bunnslammet og faststoffene blir kalsert og overstrømmen blir ført gjennom ledningen 22 til tanken 4. Pumpen 19 blir betjent ved en høyere verdi enn strømmen som kommer inn i tanken 3 via ledningen 17 og forårsaker derved en nettostrøm gjennom ledningen 2 3 fra tanken 4 inn i tanken 3. Innkomsten av slam inne i tankene 2, 3 og 4 kan være tangensial for å opprettholde et turbulent forhold i tankene.

Slam fra tanken 4 til tanken 5 blir ført gjennom overløpsledningen 48. En kjemisk tønne 30 kan være festet eller forbundet med ledningen 48 slik at kjemikaler eller tilset-ningsmidler kan bli tilført systemet. Tanken 5 kan være utstyrt med pumpe 3 2 som sirkulerer fluidet deri gjennom ledningen 33

i hvilke en slamtrakt 31 er anordnet for tillegg av leirholdig materiale (dvs', bentonit) til systemet når nødvendig. Til-førselen for tanken 5 til overvåkingsseksjonen B blir tilført ved overløpet via ledningen 43 som blir ventilstyrt for.å tillate innføringen i enten innsugningstanken 6 eller innsugningstanken 7.

Anordninger er anordnet for å tillate erstatning

av en del av slammet eller slamfortynningen. Tankene 4 og 5

er forbundet til en dobbelendet pumpe 34 via ledningen 35 og 36 henholdsvis. Pumpen 34 opererer slik at for hvert slag tilnærmet likt volum av to forskjellige fluider blir pumpet.

På denne måten kan fluid bli fjernet fra tanken 4 via ventil-ledningén 35 gjennom ledningen 37 og kassert eller passert via ledningen 39 inn i reservetanken.8. Til samme tid blir en lik mengde med vann, borefluid eller blanding derav pumpet over de ventilstyrte ledningene 42, 40 og 36 inn i tanken 5.

Tankene 1 - 5 er spesielt anordnet for å tillate opprettholdelse av et hovedsaklig konstant slamvolum. Tankene kan være sirkelformede eller polygonale i tverrsnitt, og fortrinnsvis skulle de være tilstrekkelig i størrelse og antall til å inneholde minst 9540 1 med slam.

Som vist i fig. 2 har hver tank 1 - 5 en kjegleformet toppdel som bærer standrør eller stigerordeler 25, 26, 27, 28

og 29 henholdsvis. Stigerørdelene kan være åpne mot atmosfæren som vist. Stigerørdelene er fortrinnsvis mellom omkring 1,5 cm og 4,6 cm i diameter og frembringer således et redusert arealtverrsnitt. Tankene 1 5 er plassert i omtrent samme høyde og betjeningen blir utført for å opprettholde slamnivået innenfor stigerørdelene til hver tank. Det totale område til slam/ luft grensesnitt i tanken skulle være mindre enn omkring 0,65m 2. Mindre variasjoner i vannsøylene mellom tankene kan bli opprettholdt og enda frembringe overalt i systemet hovedsaklig det samme volum.. Plasseringen av overløpeledningen 43 bestemmer slamnivået i utførelses formen vist i fig. 2. Volumet av slammet

inne i faststoff-fjérningsdelen skulle bli opprettholdt innen-

for 7,6 1 og fortrinnsvis innenfor 3,8 1 til et forutbestemt nivå. Utjevningsledningen 25a, 24, 23 og 48 frembringer...fluidkommunikasjon mellom tankene.

I betjening av overvåkingsseksjonen som vist ved

denne utførelsesformen blir bare en. av overvåkingstankene 6

eller 7 aktive'til enhver gitt tid.i F.eks. dersom ventilen 49 er åpen er ventilen 50 lukket og strømmen av slam fra tanken

5 passerer gjennom ledningen 43 inn i tanken 6. Ventilen 53

er også åpen og ventilen 54 er lukket derfor går strømmen gjennom tanken 6. Før enn åpningen av ventilene 49 og 53

hadde tanken 6 blitt fyllt med utlevningsslam frareserve-

tanken 8 (som heretter vil bli beskrevet med hensyn til tanken 7) til toppstyrenivå 44a. Siden materiale er blitt fjernet fra slammet er der et nettotap fra det totale volumet av slam. Uten tillegg av utlevningsslam til tanken 6 vil nivået i tanken 6 således falle under de normale boreforholdene med en mengde som tilsvarer mengden til det fjernede materiale fra slammet. Som nevnt ovenfor er denne mengden av fjernet borefaststoffer hovedsaklig konstant for et gitt sett av boringer og slambehandlingsforhold når ingen unormal sirkulasjonstilstand ér tilstede.

Når nivået av fluid i tanken 6 faller til lavere nivå 44b og ventilene 49. og 5 3 er lukket og ventilen 51 er åpen slik at tanken 6 kan bli fyllt fra reservetanken 8 inntil fluidnivået blir som styringsøvrenivået 44 ved hvilke tidsventilen 51 er lukket. Denne fyllingsoperasjonen fra reservetanken 8 ut-

ført før tanken 7 har blitt tømt slik at sugningstanken vil bli tilgjengelig til mating inn i ledningen 47.

Vanlige væskenivåstyrere 60 og 60a kan bli anvendt

for å betjene ventilene 49 - 54 ved de øvre og nedre nivåene 4 4a og 44b inne i tankene 6 og 7. De samme styréanordningene kan bli anvendt til å sende signal indikativt til fluidnivået inne i hver tank til måleren 61. Når fluidnivået. i tanken 6

når den nedre grensen 44b og ventilene 49 og 53 lukker er sam-tidig ventilene 50 og 54 i tanken 7 åpne.

Som beskrevet med hensyn til tanken 6, blir tanken 7 fyllt fra reservetanken 8 via ledningen 46 og gjennom den åpne ventil 52 til det øvre nivået 45a. Når tanken 7 blir aktiv overvåkingstank, blir observeringen av mengdeforandringen i væskenivået i tanken gjort på samme måte som tidligere tank 6. Når væskenivået når det øvre nivået 45b lukker ventilene 50 og 54 og ventilen 49 og 53 åpner og gjentar derved syklusen. På samme måte er ventilen 5 2 åpen inne i tanken 7 for å gjenfylle tanken 7 til øvre grense bryter 4 5a fra reservetanken 8. Fig. 5 og 6 viser forløpskurver opptatt av måleren 61. Under antagelse at arbeidsvolumet i hver overvåkingstank er 1192 1 viser fallet fra a til b tømmingen av tank 6. "Man skal bemerke ar denne mengden er lik materialvolumet som blir kassert ved faststoff-fjerningsdelen ved normale forhold. Dersom ikke noe material var blitt kassert ville kurven a-b være horisontal. Begynnende ved punkt c viser denne kurven det samme normale forholdet ved tømmingen av tank 7. Begge linjene a-b og c-d er konstante hellinger som indikerer normal sirkulasjon. På fig. 6 representerer hellingen mellom a og b en normal operasjon med en konstant helling på nivået i tanken 6. I tanken 7 indikerer hellingen av linjen c-d normal operasjon, det er imidlertid en forandring mellom d og e i dette tilfellet, en minskning i volumforandringen av fluidene i tanken 7 som indikerer en økning i slamvolumet i boresystemet. Denne økningen kan bare komme fra en innflytelse av fluid fra en formasjon. Som indikert med den øvre kurvehellingen mellom e og f er slamvolumet økende og frembringende en positiv indikasjon av en kick. (Dersom slamtap hadde vært påtruffet ville kurven hellet nedover som antydet med delen d-g). I praksis når hellingen begynner å forandre seg ved d vil operatøren være på vakt i påvente av vanskeligheter. Dersom hellingen fort-settér til nivået a og øker mellom e og f må forholdsregler bli tatt for å unngå en blowout. Fig. 3 er et toppsnitt som skjematisk viser en del av faststoff-fjernerdelen og den foretrukne overvåkingsdelen. Komponentene til faststoff-fjerningsdelen kan være de samme som beskrevet for utførelsesformen på fig. 2 og har derfor den samme utførelsen som fig. 2. I denne utførelsesformen er bare en overvåkingstank 116 anvendt hvor denne tanken erstatter de to innsugningstankene 6 og 7 til utførelsesformen vist i fig. 2.

Som best vist i fig. 4 kommer slam fra tanken 5 (fig. 3) inn i overvåkingstanken 116 over ledningen 110 og tømmer tanken 116 over ledningen 115 som.returnerer til brønnen gjennom slampumper (ikke vist).

Et konstant nivå blir opprettholdt inne i over- • våkingstanken 116 ved hjelp av nivåstyreanordninger og mate-pumpeanordning. En ledning 127 forbinder innbyrdes reservetanken 8 og overvåkingstanken 116 og er tilkoplet pumpen 121, måleren 126a og styrevéntilen 113. En sløyfe 128 (ikke vist på fig. 3) også utstyrt med en styreventil, bypass pumpe 121 og styreventil 113. En nivåstyrer 111, forbundet med en passende elektrisk eller pneumatisk kilde 112a sender et signal via ledningen 112 til én ventilstyrer 118 proporsjonal med slamnivået inn i tanken 116. Flottøren 117 kan bli anvendt for å detektere nivået inn i tanken 116. Styreren 118 på sin side, sender et signal til styrevéntilen 113 via ledningen 119.. Signalet kan også bli sendt til instrumentpanelet 126 for opptak eller for-årsaking av en alarm. Høynivåbryter 122 og lavnivåbryter 123 er også anordnet.

I drift blir nivåstyreanordningene 111 og 118 justert til å frembringe et konstant styrenivå 120 inne i tanken 116. Dette innstiller ventilen 113 til å la passere tilstrekkelig slam fra tanken 8 inn i tanken 116 to å avslutte sl amt apet. som resultat av kassert materiale i faststoff-fjerneseksjonen til systemet; i uttrykket til strømnings-balansen = Q^. Måleren 126 eller innstillingen av ventilen 113 (eller signal fra styreren 118) frembringer en indikasjon av.mengden av tillagt slam for å opprettholde konstant slamvolum i systemet. Ved et gitt sett av boringer og slambehandlingsforhold skulle denne mengden være relativt konstant. Under normale operasjonsforhold vil det totale volumet med

slam bli opprettholdt innenfor 596 1 og fortrinnsvis 238 1

til et forutbestemt volum. Dersom en unormal, boretilstand blir påtruffet, slik som innflytelse av formasjonsfluid, vil det totale slamvolumet bli forandret (dvs. ^ Q^). I tilfelle av en kick vil volumet øke. Siden tankene 1-5 fremviser et hovedsaklig konstant volum vil økningen bli indikert av en økning av slamnivået 120 i overvåkingstanken 116. Det økede nivået vil bli øyeblikkelig detektert av nivåstyrean-ordningen 111 og gjennom aksjon av ventilstyreren 118 vil den forårsake ventilen 113 til å redusere strømmen av utjevn-

ingsslam til tanken 116.

Forandringen i strømmengden gjennom ledningen 127 vil bli opptegnet enten av måleren 126 eller ved forandring i styresignalet til ventilen 113. Også anordninger som indikerer posisjonen til ventilen 113 kan bli nyttet til å indikere strømmen gjennom ledningen 127. Denne forandringen i strømmen frembringer en begynnelseindikasjon til en unormal boretilstand.. Dersom tilstanden (dvs. kick) øker med det omfanget atover_

skrider Q2 vil ventilen 113 lukke fullstendig og nivået 120

vil stige og aktivere høynivåbryteren 122 som vil utløse en alarm. Bryteren 122 kan også utløse styreren til å åpne ventilen 128a til å tillate slamstrømmen fra tanken 116 til å gå tilbake til tanken 8.

Dersom slamtap er påtruffet vil slamvolumet bli redusert og.forårsake nivået 120 inne i tanken 116 til å falle. Tilstanden vil forårsake ventilen 113 til å åpne som øker slam-strømmen fra reservetanken 8 til tanken 116. Forandringen i strømmen kommer opptegnet av instrumentet 126, vil frembringe en tidlig indikasjon på returtap. Dersom slamtapmengden til formasjonen i tillegg til faststoffmengdene vraket overskrider mengden av hvilke utjevningsslam som blir tillagt gjennom ledningen 127, vil slamnivået inne i tanken 116 falle og påvirke bryteren 12 3. Dette vil slå av en alarm og dersom ønskelig

kan det bli'forbindelse til å åpne ventilen 128a. Åpning av ventilen 128 vil tillate slammet til å strømme fra tanken 8

til tanken 116 antagende at slamnivået:! tanken 8 er høyere en slamnivået i tanken 116.

Størrelsen av tanken 116 og lokaliseringen av bryteren 122, 123 vil avhenge av flere faktorer og kan variere, innenfor et bredt område. Diameteren til tanken 116 skulle imidlertid være relativt liten (i størrelsesorden av 1,5 m til 2,1 m) for å gjøre systemet følsomt for mindre forandringer i slamvolumet. Nivåbryterene skulle være innenfor 30 cm av styrt nivå 120. Også en vid variasjon av nivåstyrere og ventilan-ordninger for å frembringe strømmen av utjevningslammet fra tank 8 til 116 kan benyttes. Det er imidlertid viktig at strømmen reagerer på forandringer i slamnivået inne i. tanken 116 og at det frembringes tilstrekkelig strøm for å få kompensering av vraket materialvolummengde.

Det er klart for fagmannen på området at foreliggende oppfinnelse frembringer en svært følsom og pålitelig teknikk for å detektere ved unormale boretilstander.

Claims (28)

1. Fremgangsmåte for å boreien brønn gjennom jordforma-sjoner hvor slam blir sirkulert fra overflaten gjennom en borestreng inn i brønnen og tilbake til overflaten, karakterisert ved at den omfatter opprettholdelse av et hovedsaklig konstant volum med slam som sirkulerer i brønnen ved: a) fjerning av material som omfatter borefaststoffer fra slammet ved overflaten, og b) tilføring av utjevningsslam til systemet i forhold til og ved hovedsaklig samme mengden som materialet som er blitt fjernet under normal sirkulasjonsforhold.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte ujevningsslam blir tillagt automatisk til systemet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter sammenligning av den fjernede materialmengden med mengden av utjevningsslam i tillegg til detektering av innstrømning av fluid fra en formasjon eller tap av slam til en formasjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter bestemmelse av den normale mengden av tilagt ujevningsslam og overvåking av mengden, og avvikelse fra normalmengden som frembringer indikasjon på en unormal sirkulasjonstilstand.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter overvåking av tilegget av utjevningsslam, hvor avbrytelse av slamutjevningen under sirkulasjonsforholdet frembringer en■indikasjon at innstrøm-ningen av formasjonsfluid øker slamvolumet ved overflaten med en mengde hurtigere enn fjerningen av materialet.

6. Fremgangsmåte til å bore en brønn hvor slam blir sirkulert fra overflaten gjennom en borestreng og tilbake til overflaten, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte omfatter: a) fjerning av material som omfatter boret faststoff fra •slammet, b) bestemmelse av normalmengden til det fjernede material fra slammet under drilleforholdene, c) overvåking av overflaten til volumet til slammet som blir sirkulert, en volumforandring i slammet annerledes enn det som resulterer fra fjerningen av nevnte material som frembringer indikasjon på en unormal sirkulasjonstilstand.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en volumforandring mindre enn^ den som blir forårsaket ved fjerning av material indikerer innstrøm-ning av formasjonsfluider og en volumforandringsreduksjon av slammet større enn volumet av det fjernede materiale indikerer slamtap til formasjonen.

8. Fremgangsmåte av å bore en brønn gjennom subterrane formasjoner hvori et slam blir sirkulert fra overflaten gjennom en borestreng og tilbake til overflaten, karakterisert ved at det omfatter: a) passering av slam gjennom en fastlåst fjerningsdel ved overflaten hvor materialet blir fjernet fra slam, b) opprettholdelse av et hovedsaklig konstant volum med slam i nevnte faststoff-fjerningsseksjon, c) passering av slam fra faststoff-fjerneseksjonen inne i en overvåkingstank, d) overvåking av nivået av.slam i nevnte overvåkingstank, hvor forandringen av nivået frembringer indikasjon av forandringen i volumet av slammet ved overflaten, og e) passering av slam fra overvåkingstanken inn i brønnen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den omfatter bestemmelse av normalmengden av slamvolumreduksjon under et gitt sett av boretilstander hvor i en mengdereduksjon overgår nevnte normalmengde som indikerer tap av slam til en subterrean formasjon og en mengdereduksjon mindre enn nevnte normale mengde indikerer en innstrømning av fluid fra en subterran formasjon.

10. Fremgangsmåte til å bore en brønn gjennom en subterran formasjon hvori det slam blir sirkulert fra overflaten gjennom en borestreng inne i brønnen og tilbake til overflaten, karakterisert ved den omfatter: a) opprettholdelse av slammet ved overflaten ved en hovedsaklig volum ved normal sirkulasjon og ved (i) fjerning av material som omfatter boret faststoffer fra slam og (ii) automatisk tilleggélse av slam til slamsystemet med samme mengde 'som det fjernede materialet, og b) overvåking av det totale volumet av slammet ved overflaten for å detektere en unormal sirkulasjonstilstand i slamvolumet.

11. Fremgangsmåte ifølge kra-y 10, karakterisert ved at det omfatter overvåking av det totale slamvolumet i systemet for å detektere en minking i slamvolumet utover det fjernede materialvolumet.

12. Fremgangsmåte til å bore en brønn gjennom jord, karakterisert ved at den omfatter: a) sirkulering av slam fra overflaten gjennom jordformasjonen og tilbake til overflaten, b) fjerning av material som omfatter boret faststoffer fra slammet, c) bestemmelse av fjernet material, d) tillegging av utjevningsslam til slammmet for opprettholde et hovedsaklig konstant slamvolum ved overflaten, e) overvåking av tillegget av utjevningsslammet, hvor en mengde av tillegg forskjellig fra den normale mengden av det fjernede materialet gir en indikasjon på en unormal sirkulasjonstilstand.

13. Fremgangsmåte for detektere unormal fluidsirkulasjon i løpet av boringen av en brønn gjennom subterrane. formasjoner, karakterisert ved den omfatter: a) sirkulering av slammet gjennom en brønnboring i løpet av boringen, b) fjerning av boret materiale som omfatter faststoffer fra nevnte slam i en faststoff-fjerningsseksjon, c) passering av slam fra faststoff-fjerningsseksjonen inn i en overvåkingsseksjon hvor mengden av slamvolunforandring blir bestemt, hvor en øking eller minking i mengden av slamvolum-forandringen utgjør en indikasjon av unormale tilstander i brønnen, og d) sirkulering av nevnte fluid fra overvåkingsseksjonen tilbake til brønnen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at mengden av•slamvolumforandring blir bestemt ved å tilføre en slamutjevningstrøm til overvåkingsseksjonen med hovedsaklig samme mengde som materialet som blir fjernet fra slammet, hvor mengden av strømmen av ut jevnings slammet ,,blir .. målt for å opprettholde et konstant slamvolum, hvor strømmengden er konstant innenfor et forutbestemt område under normale forhold i brønn i løpet av boringen og hvori, en økning i strømmen indikerer et tap av'fluid fra brønnen til subterran formasjon og en minskning i strø mmengden indikerer en innstrømning av fluid fra subterran formasjon inn i brønnen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at overvåkingsseksjonen omfatter to overvåkingstanker forbundet i parallell hvorved en første overvåkingstank er aktiv på den andre overvåkingstank er passiv, hvor hver av tankene til å begynne med inneholder et forutbestemt fluid-volum, hvor målingene blir utført i første tanken inntil det forutbestemte fluidvolumet har passert derfra, hvoretter første tanken blir passiv og andre tanken blir.aktiv, og hvor målingene blir utført i andre tanken, hvor første tanken blir gjenopprettet til forutbestemt volumet av en utjevningsfluid.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at sirkulasjonsslamvolumet blir- kontinuerlig overvåket av en fluidnivådeteksjonsanordning som er betjenbar forbundet med en utjevningsslamstrømmengdestyreanordning hvorved utjevningsstrømmengden blir kontinuerlig juéteit til å opprettholde fluidnivået ved et forutbestemt nivå.

17. Fremgangsmåte til å overvåke slam i et system hvor slammet sirkulerer i en brønn, karakterisert ved at det omfatter: a) strømningsslam fra bø nnen inn i en faststoff-fjerninsseksjon, b) fjerning av materiale som omfatter boret faststoff fra slammet i faststoff-fjerningsseksjonen, c) opprettholdelse av slammet i faststoff-fjerningsseksjonen innenfor 238 1 til et forutbestemt volum, d) strømningsslam fra faststoff-fjerningsseksjonen inn i en overvåkingstank, e) opprettholdelse av slamvolumet i overvåkingstanken hovedsaklig konstant ved å tilføre utjevningsslam dertil, og f) overvåking av volumet av slammet i overvåkingstanken for å detektere forandringer i slamvolumet ved en forutbestemt verdi.

18. Fremgangsmåte for å sirkulere slam fra overflate-innretninger gjennom en brønn som blir boret gjennom jordforma-sjoner, karakterisert ved at den omfatter: a) strømningsslam fra brønn inn i en faststoff-fjerningsseksjon til overflateinnretningene, b) fjerning av material fra slammet i faststoff-fjerningsseksjonen, ' c) opprettholdelse av slamvolumet i faststoff-fjerningsseksjonen innen for 238 1 til et forutbestemt volum, d) passering av slam fra faststoff-fjerningsseksjonen inne i en overvåkingsseksjon til overflateslaminnretningene, e) strømningsslam fra overvåkingsseksjonen til brønnen,og f) overvåking av fluidnivået i overvåkingsseksjonen.

19. Slamsystem for å motta og behandle slam som er blitt sirkulert i en brønn, karakterisert ved at den omfatter: a) flere tanker for å motta slam fra brønnen, b) anordning for å fjerne material omfattende borede faststoffer fra slammet, c) anordning for å opprettholde slamvolumet i tankene hovedsaklig konstant, hvor anordningen omfatter anordning for å innføre utjevningsslam i slammet med omtrent samme mengde som materialet som er blitt fjernet derfra under normale sirkulasjonsforhold, og d) anordning for å bestemme når mengden av utjevningsslammet som er blitt tillagt er forskjellig fra mengden av material som er blitt fjernet, hvor anordningen er operativ til å indikere en unormal sirkulasjonstilstand.

20. Slamsystem for å motta og behandle slam som er blitt sirkulert i en brønn, karakterisert ved at den omfatter: a) en faststoff-fjerningsseksjon som omfatter flere tanker og anordning for. å fjerne material omfattende boret faststoff fra slammet, b) anordning for opprettholdelse av slamvolumet i tankene hovedsaklig konstant, og c) en overvåkingstank tilpasset til å motta slam fra tankene til faststoff-fjerningsseksjonen, hvor overvåkingstanken omfatter væskenivåstyreanordninger for å overvåke mengdeforandringen av slamvolumet.

21. System ifølge krav 20, karakterisert ved at hver av tankene til faststoff-fjerningsseksjonen omfatter et slaminnholdende legem og en stigerørdel med redusert tverrsnitt, og hvor anordningen for å opprettholde slamvolumet konstant omfatter anordninger for å opprettholde slamnivået i hver tank i stigerørdelen.

22. Systen ifølge krav 20, karakterisert ved at stigerørdelene til tankene omfatter et slam/luft-grensesjikt på ikke mer enn 0,6 m 2.

23. System ifølge krav 20, karakterisert ved at overvåkingsseksjonen omfatter to overvåkingstanker forbundet i parallell og anordning for å veksle operasjonene av tankene, og hvor væskenivåstyreanordningen omfatter anordning for å. måle forandringen av nivået i hver tank, hvor forandringene omfatter forandring av volumet av slammet.

24. System ifølge krav 20, karakterisert ved at overvåkingseksjonen omfatter en overvåkingstank, og anordning for å innføre utjevningsslam inn i tanken til å opprettholde nivået i overvåkingstanken ved et konstant nivå.

25. Apparat for å detektere unormal fluidsirkulasjon i et lukket fluidsystem i løpet av boring av en brønn inn i en subterran formasjon i jorden, karakterisert ved at den omfatter: a) i det minste en tank for å motta fluid fra brønnen og returnering av fluid til brønnen derigjennom, b) anordning for å innføre fluid i tanken fra en utenforliggende kilde til det lukkede fluidsystemet, og c) anordning for å bestemme tilstanden til fluidstrømmen gjennom tanken, hvorved en konstant tilstand av fluidstrømmen indikerer normal fluidsirkulasjon og variasjon derifra indikerer unormal fluidsirkulasjon.

26. Apparat ifølge krav 25, karakterisert ved at anordningen for å bestemme tilstanden til fluid-strømmen omfatter anordning for å bestemme et styre fluidnivå i tanken og anordning for automatisk å øke fluidmengden innført fra den ytre kilden inne i tanken som reaksjon på fluidnivået i tanken som faller under kontrollflurdnivået og for å minke fluidmengden som innfø res fra.den utenforliggende kilden som reaksjon på fluidnivået i tanken som stiger over styrefluidnivået.

27. Apparat ifølge krav 25 som har en alarmanordning påvirkbar av en økning eller minking i fluidstrømmengden fra den ytre kilden.

28.. Apparat for å overvåke fluidsirkulasjon i et lukket fluidsystem som har pumpeanordning til å sirkulere en boréfluid fra en brønn gjennom en faststoff-fjerningsseksjon og tilbake til brønnen, karakterisert ved at den omfatter: a) en overvåkingstank i fluidkommunikasjon med faststoff-fjerningsseksjonen, . b) en reservetank, c) rørledning innbyrdes forbundet med reservetanken og overvåkingstanken, d) pumpeanordning til å levere væske fra reservetanken til overvåkingstanken, e) nivådeteksjonsanordning montert i overvåkingstanken for å detektere et forutbestemt styrenivå deri og variasjoner derfra, f) en styreventil montert i rørledningen og som er operativ avhengig av nivådetekteringsanordningen til å åpne og øke fluidstrømmengden som reaksjon på et fluidnivå i overvåkingstanken som faller under styrenivået og til å lukke og redusere fluidstrø mmengden som reaksjon på et fluidnivå som stiger over styrenivået.