NO851154L - Fremgangsmaate for aa optimalisere trippehastigheten for en borestreng. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte for optimalisering av trippehastigheten til en borestreng. Foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig for å maksimalisere virkningsgraden til en boreoperasjon mens det hydrauliske trykket til borefluidumet i borehullet opprettholdes innenfor et akseptabelt område. Foreliggende oppfinnelse minimaliserer nærmere bestemt hastigheten ved hvilken en borestreng kan bli ført ned eller trukket ut av et borehull mens det ikke frem-bringes et trykk eller sug som er utenfor et ønsket sikker-hetsområde.

Rotasjonsboreoperasjoner anvender en borekrone for å skjære ned i jordformasjoner for å frembringe et borehull. Borekronen er festet til enden av en borestreng innbefattende flere sammenkoplede rørskjøter, hver omkring 10 m lange. Ytterligere rørskjøter er tillagt borestrengen ettersom borestrengen fremskrider.

I løpet av boreoperasjonen er det ofte nødvendig å fjerne borestrengen for å skifte borekronen. Det kan også være nød-vendig å fjerne borestrengen for andre grunner, slik som å utføre ønskede loggeoperasjoner. Etter at borekronen er skiftet eller etter slike loggeoperasjoner er fullført må borestrengen bli rekonstruert og ført tilbake til borehullet. Prosessen med å trekke ut og sette ned borestrengen, kjent som "tripping", er velkjent innenfor denne industrien. Tripping er et tolerert og nødvendig onde som må bli fullført i en kort tid som mulig, idet der ikke er noen fortgang i fullføringen av boreoperasjonen i løpet av trippeprosedyren, som resulterer i tap av verdifull riggtid.

Selv om rørskjøtene kan bli tilkoplet eller fjernet individuelt for å spare tid og maksimalisere virkningsgraden til boreriggen, er det en generell praksis å tilkople eller fjerne rørseksjonen i løpet av trippeoperasjonen i sammenkoplede lengder på to eller tre rørskjøtseksjoner. Disse seksjonene er kjent hhv. som doble eller tripler og ofte kollektivt henvist til som rørseksjoner. Slike sammenkoplede rørseksjoner er normalt lagret vertikalt i rørstativ eller lignende på eller nær boreriggen.

Ved en typisk trippeoperasjon vil en dobbel eller tredobbel rørseksjon bli trukket ut eller ført inn i borehullet via rotasjonssporet til boreriggen ved å anvende en vertikal bevegelig løpeblokk i boretårnet. Dobbel eller tredobbel rør-seksjon er tilkoplet eller frakoplet rett over gulvnivået til boreriggen mens borestrengen som forblir i borehullet blir fastholdt av kilebeltene til dreiebordet. Denne operasjonen fastsettes sekvensvis inntil hele borestrengen har blitt trukket ut av borehullet eller inntil borestrengen har blitt ført inn i borehullet slik at borekronen har blitt senket ned i kontakt med bunnen av borehullet. Uttrekningen eller inn-føringen av borestrengen foregår således ved flere innføringer eller uttrekninger hvor rørledningen blir akselerert fra en stasjonær posisjon til en uttreknings- eller innførings-hastighet og så deakselerert til en annen stasjonær posisjon, generelt ved intervaller på 18 til 27 m. Denne innførings-eller uttrekningshastigheten er generelt kontant over hoved-sakelig hele lengden til hver av disse trinnintervallene.

Et borefluidum, vanligvis kjent som boreslam, blir kontinuerlig sirkulert nedover borestrengen og opp ringrommet dannet av borestrengen og borehullet for å opprettholde tilstrek-kelig trykk i borehullet for å hindre innstrømning av formasjonsfluidum i borehullet for å forhindre en brønnutblåsning. Det er ønskelig å opprettholde det hydrostatiske trykket

for den statiske borefluidumskolonnen i brønnen balansert med bunnhullformasjonstrykket. Mens en borestreng blir trukket ut eller ført inn i borehull, danner forskjellige hydrauliske effekter imidlertid trykkforskjeller i borefluidumet relevant i forhold til det hydrostatiske borehulls-trykket.

Suging eller sugetrykk innbefatter en økning i det totale hydrauliske trykket i borehullet til et trykk større enn det normale hydrostatiske trykket for den statiske borefluidumskolonnen i brønnen. Dette forholdet forekommer ofte når borestrengen blir ført ned i borehullet ved en for stor hastighet. For høyt sugetrykk kan medføre ødeleggelse på den omgivende formasjonen og også frembringe uønskede brudd i formasjonen. Slike brudd kan resultere i tap av borefluidum, fastsetting av borerøret og andre uønskede virkninger.

En annen hydraulisk effekt er trykkvirkninger som kan bli frembrakt. Trykkeffekten innbefatter en reduksjon i det totale hydrauliske trykket i borehullet til et trykk mindre enn det normale trykket for det hydrostatiske trykket til den statiske borefluidumskolonnen i brønnen. Dette forholdet forekommer ofte når borestrengen blir trukket ut av borehullet ved en for høy hastighet. Slik overdrevet reduksjon i det hydrauliske trykket kan medføre at formasjonsfluider går inn i borehullet ved et forhold kjent som "kick". Ytterligere reduksjon i det hydrauliske trykket kan gi en ukontrollert kikk eller utblåsning. Ved myke formasjoner kan overdreven trykkvirkning dessuten resultere i en kollaps av borehulls-veggene.

Det er følgelig nødvendig å minimalisere trykkeffekten og sugetrykket forbundet med uttrekning av borestrengen eller innføringen av borestrengen i løpet av trippeoperasjonen.

På grunn av at trippeoperasjonen ikke er produktiv er det imidlertid også ønskelig å maksimalisere hastigheten med hvilken denne operasjonen blir utført, slik at tiden hvor boreriggen er ute av drift blir minimalisert og virkningsgraden for riggen blir maksimalisert. Et trippeprogram eller en liste som antyder optimal trippehastighet pr. rørseksjon er vanligvis tilgjengelig for boreoperatøren. Boreoperatøren forsøker så å strekke ut eller føre inn rørseksjonene til rørstrengen ved den antydede jevne hastigheten ved å ta hensyn til den totale tiden nødvendig for å bevege hver rørseksjon. Denne antydede trippehastigheten gir imidlertid ikke maksimal hastighet pr. rørseksjon for å minimalisere den totale trippe-tiden, mens den opprettholder borefluidumstrykket innenfor akseptable grenser. Nøyaktige og maksimaliserte trippehastig-heter er påvirket av mange forskjellige faktorer. Den maksimale sikre hastigheten kan bli bevirket av størrelsen på

det bevegelige røret i et hull, dybden til hvilken røret strekker seg og av karakteristikker og trykk i formasjonen gjennom hvilke borehullet er ført.

Det har blitt forsøkt å løse dette problemet ved kun å etablere maksimal trippehastighet som ikke skulle bli overskredet og ved å overvåke den aktuelle trippehastigheten for å gi et varselsignal dersom den etablerte maksimale hastigheten blir overskredet. Slike måle- og varselsystemer er beskrevet i US-patentene nr. 3.866.468 og 3.942.594. Andre har angrepet dette problemet ved å bestemme volumet og følgelig vekten eller massen på borefluidumet nødvendig for å fylle borehullet når røret blir trukket ut eller borefluidumet blir forskjøvet fra borehullet hår røret blir ført inn, jfr. US-patentene nr. 3.646.808 og 3.729.986.

Disse anstrengelsene har imidlertid ikke løst det lenge ønskede behovet for en metode for å optimalisere trippehastigheten til en borestreng ved å maksimalisere trippehastigheten mens det hydrauliske trykket til borefluidumet opprettholdes innenfor et akseptabelt område.

Foreliggende oppfinnelse gir en ny og forbedret fremgangsmåte for å optimalisere trippehastigheten til en borestreng. Denne metoden er spesielt nyttig ved maksimalisering av trippehastigheten til borestrengen mens det hydrauliske trykket for borefluidumet oppretteholdes i borehullet innenfor et akseptabelt område. Foreliggende fremgangsmåte gjør det mulig å holde trippehastigheten ved et maksimum mens det hydrauliske trykket til borefluidumet i borehullet overvåkes for å opprettholde brønntrykket innenfor et akseptabelt område.

Ved foreliggende fremgangsmåte er fluidumtrykket nær borekronen bestemt av flere steder i borehullet i løpet av trippeoperasjonen. Hastigheten til borestrengen er dessuten ved flere korresponderende intervaller i borehullet bestemt i løpet av trippeoperasjonen. Et akseptabelt fluidumstrykkområde som har et minimum og et maksimumsakseptabelt fluidumstrykk blir etablert for hver av disse stedene i borehullet. Det virkelig bestemte fluidumstrykket ved hver av disse stedene ,blir sammenlignet med det tilsvarende akseptable fluidumstrykkområdet. I løpet av påfølgende trippeoperasjon blir trippehastigheten ved hvert intervall justert til maksimum for trippehastigheten, mens det bestemte trykket opprettholdes innenfor det akseptable fluidumstrykkområdet. Denne metoden kan anvende bestemmelsen og sammenligningen mellom sugetrykk, trykkeffekten eller begge. Denne metoden kan anvende trykkbestemmelsene fremstilt i løpet av uttrekningen og nedføringen av borestrengen i borehullet eller i løpet av begge prosedyrene til trippeoperasjonen. Denne fremgangsmåten kan anvende trykkbestemmelsene gjort i løpet av bevegelsene av hver rørseksjon eller den kan anvende bestemmelsene gjort i løpet av ethvert mindre antall forbindel-ser. Fagmannen på området vil også se at en slik fremgangsmåte når datamaskinstyrt kunne kontinuerlig overvåke trykket mens borestrengen både beveges og er stasjonær for å til-veiebringe kontinuerlig justering.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for

å optimalisere eller minimalisere trippehastigheten til en borestreng mens det hydrauliske trykket for borefluidumet opprettholdes i borehullet innenfor et akseptabelt område for å maksimalisere virkningsgraden til boreoperasjonen.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter en fremgangsmåte for

å optimalisere hastigheten til en borestreng i løpet av trippeoperasjonen. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot maksimaliseringen av inkrementalhastigheter nådd av borestrengen over flere intervaller i løpet av hvilke den er separat akselerert i løpet av trippingen, mens det hydrauliske

trykket til borefluidumet opprettholdes nær borekronen innenfor et akseptabelt område. Dette akseptable området for det hydrauliske trykket blir etablert for å forhindre for høyt sugetrykk og farlige lave trykkvirkninger. Som tidligere nevnt kan for høye sugetrykk resultere i forskjellige problemer innbefattende uønskede brudd i formasjonen og tap av borefluidum. For lave trykk kan dessuten medføre et utall andre problemer innbefattende sammenbrudd i borehullet, inntrengning av formasjonsfluidum og til slutt utblåsnings-tilstander.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse begynner med å bestemme det hydrauliske trykket til borefluidumet nær borekronen ved flere steder i borehullet. Disse bestemmelsene kan bli gjort i løpet av trippingen, i løpet av boringen eller mens rørseksjonene blir forbundet eller frakoplet med borestrengen. Disse bestemmelsene blir gjort med enhver konven-sjonell trykkmåleanordning som kan brukes ved måling i boreomgivelsen. Disse bestemmelsene kan bli gjort ved direkte eller indirekte måling av trykket. Enten en enkel måling eller flere målinger kan bli gjort ved hvert sted. Det er foretrukket å utføre kun en enkelt måling ved hvert sted eller i løpet av hvert intervall. Ved en alternativ utførelsesform er det imidlertid foretatt flere målinger, f.eks. fem, ved hvert intervall og ved forskjellige hastigheter for å til-veiebringe mer data for mer nøyaktig og bedre optimalisering. Det vil således også være mulig, hvor flere bestemmelser er gjort ved ethvert intervall, å behandle dataen ned i borehullet og kun minimums- og maksimumstrykket opptegnet eller sendt for sammenligning. Denne bestemmelsen kan bli gjort ved ethvert ønsket intervall når borestrengen blir trukket ut eller ført inn i borehullet. Med egnet måleutstyr og datamaskinstyring vil det således være mulig å foreta disse bestemmelsene kontinuerlig om ønskelig. Disse bestemmelsene kan bli gjort i løpet av enhver uttrekning eller innføring av borerøret eller i løpet av fasene til trippeoperasjonen. Disse bestemmelsene kan dessuten bli gjort i løpet av hver trippe operasjon for på en mest effektiv måte å maksimalisere korreksjon- og trippehastighetene eller disse bestemmelsene kan bli gjort i løpet av kun visse trippeoperasjoner i samsvar med operatørens ønske. De målte fluidumstrykkene eller andre data kan bli sendt til overflaten for opptegning av en operatør eller lagring i en datamaskin eller annen datahåndteringsanordning. Trykkene eller andre data målt i løpet av hver trippeoperasjon kan alternativt bli lagret i et egnet lager anordnet ved eller nær trykkføleanordningen i borestrengen og data opptegnet for analyse og sammenligning når enheten inneholdende lageret blir trippet til overflaten.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter dessuten trinnet med å bestemme hastigheten til borestrengen ved flere intervaller korresponderende med trykkbestemmelses-intervallene i borehullet i løpet av trippeoperasjonen. Trippehastighetene blir fortrinnsvis bestemt ved overflaten hvor rørbevegelsen lett kan bli observert og data lett opptegnet eller lagret for analyse. Innretning for å måle trippehastigheten ved disse intervallene er i og for seg velkjent. Enhver egnet innretning, slik som de beskrevet i US-patentene nr. 3.866.468 og 3.942.594 kan bli anvendt for

å bestemme øyeblikks- og gjennomsnittstrippehastighetene i løpet av de målte intervallene.

Fremgangsmåten innbefatter dessuten trinnet med å bestemme og etablere maksimum og minimumsakseptable hydrauliske fluidums-, trykk for hver av intervallene i borehullet. Disse fluidumstrykkene vil etablere et akseptabelt hydraulisk fluidumstrykkområde. Det er ønskelig at sugetrykket ikke overskrider et maksimalt akseptabelt hydraulisk fluidumstrykk for å forhindre ødeleggelse på formasjonen og andre problemer forbundet med for høyt trykk. Det er ønskelig at trykkvirkningen ikke synker til under et minimumsakseptabelt nivå for å

sikre at formasjonsfluider ikke går inn i borehullet og ennå viktigere sikre at utblåsningsforhold ikke utvikles.

Det akseptable hydrauliske fluidumstrykkområde for hvert intervall kan bli etablert basert på tidligere kunnskaper utviklet eller tilveiebrakt ved standard loggeteknikk angående formasjonen, slik som kunnskap angående litologi og andre karakteristikker ved formasjonen nær disse intervallene.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter dessuten trinnet med å sammenligne det virkelig bestemte hydrauliske fluidumstrykket for hvert intervall med akseptabelt fluidumstrykkområde for det intervallet. Denne sammenligningen kan bli utført manuelt eller visuelt av en operatør, selv om det er foretrukket at sammenligningen blir utført automatisk av en egnet digital- eller analogdata-maskin eller annen innretning. Ved sammenligning av trykk-dataene for de bestemte hastighetene og med kunnskap om at når trippehastigheten øker øker sugetrykket og trykkvirkningen avtar, kan operatøren minimalisere trippehastigheten mens fluidumstrykket opprettholdes innenfor det akseptable området.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter trinnet med å justere påfølgende tripper, trippehastigheten ved hvert av de målte intervallene for å minimalisere trippehastigheten mens det virkelig, bestemte trykket opprettholdes innenfor det .akseptable hydrauliske fluidumstrykkområdet for hvert intervall. Det er i virkeligheten svært ønskelig å opprettholde trippehastigheten ved dens maksimalnivå mens sugetrykket opprettholdes nær dets maksimalt akseptable nivå mens borestrengen føres inn i borehullet. Det er dessuten mest ønskelig å opprettholde trippehastigheten ved dets maksimumsnivå mens trykkvirkningen opprettholdes nær det minst akseptable nivået mens borestrengen trekkes ut av borehullet. Selv om disse operasjonene kan bli utført manuelt er det foretrukket at sammenligningen av trykkene og justeringene av trippehastighetene kan bli utført automatisk, slik som ved hjelp av en datamaskin eller andre anordninger.

I beskrivelsen av oppfinnelsen har denne blitt rettet mot

en spesielt foretrukket fremgangsmåte, men det er naturligvis klart for fagmannen på området at trykket kan bli bestemt indirekte eller direkte ved enhver egnet innretning, hvorfor oppfinnelsen ikke er begrenset til den spesielt beskrevne metoden, men dekkes av alle modifikasjoner som faller innenfor rammen av kravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å optimalisere trippehastigheten til en borestreng for å øke virkningsgraden til en boreoperasjon mens det hydrauliske fluidumstrykket opprettholdes for borefluidumet i borehullet innenfor et akseptabelt område, karakterisert ved bestemmelse av det hydrauliske fluidumstrykket til borefluidumet i borehullet nær borekronen ved flere intervaller i lengderetningen med avstand langs borehullet, bestemmelse av hastigheten til borestrengen innenfor nevnte intervaller, etablering av et akseptabelt fluidumstrykkområde for hver av intervallene i borehullet ved å bestemme minimums- og maksimumsakseptabelt hydraulisk fluidumstrykk for hver av intervallene i løpet av trippingen, sammenligning av det bestemte fluidumstrykket for hver av intervallene i borehullet med det akseptable fluidumstrykkområdet for korresponderende intervall, og justering av påfølgende tripper av trippehastigheten i hvert av intervallene for å maksimalisere trippehastigheten mens det bestemte trykket opprettholdes innenfor det akseptable fludiumstrykkområdet for hvert intervall.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket og hastigheten bestemmes i løpet av trippeoperasjonen, og/eller at trippehastigheten justeres ved hvert intervall slik at det bestemte fluidumstrykket ved hvert intervall alltid opprettholdes innenfor det akseptable fluidumstrykkområdet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at sugetrykket bestemmes, idet sugetrykket fortrinnsvis bestemmes mens borestrengen blir ført inn i borehullet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykkvirkningen bestemmes, idet trykkvirkningen fortrinnsvis bestemmes mens borestrengen blir trukket ut av borehullet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved justering av trippehastigheten til å minimalisere forskjellen mellom bestemt fluidumstrykk og minimumsakseptabelt trykk for hvert intervall.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved direkte eller indirekte bestemmelse av fluidumstrykket ved hvert intervall.

7 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved sammenligning av det bestemte fluidumstrykket med det akseptable trykkområdet for hvert intervall automatisk ved hjelp av datamaskininnretning, og/eller justering av hastigheten automatisk av datamaskininnretning, og/eller bestemmelse av trykket og hastigheten og justering av hastigheten kontinuerlig .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved lagring av data korresponderende med de bestemte trykkene i en lagerinnretning ved borestrengen mens borestrengen er i borehullet og gjenvinning av lagret data fra lageret når borestrengen blir trukket ut av borehullet, og/eller bestemmelse av trykket når borestrengen blir trukket ut fra borehullet i løpet av trippeoperasjonen.

9 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved bevegelse av borestrengen gjennom borehullet ved flere hastigheter ved hvert intervall og bestemmelse av det hydrauliske trykket korresponderende med hver hastighet i hvert intervall, og/eller sammenligning kun av minimums- og maksi-mumsopptegnet trykk for hvert intervall med det akseptable fluidumstrykkområdet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved etablering av det akseptable fluidumstrykkområdet ved å detektere påvirkning av formasjonsfluidene i borehullet og ved å detektere tap på borefluidum fra borehullet, eller detektering av formasjonsporetrykket.