NO164615B - Anordning for aa perforere og aa tilfoere grus i et foret borehull. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for klargjøring av en meget ukonsolidert formasjon rundt et foret borehull i én nedføringsoperasjon. En verktøykolonne (12) føres nedover i hullet på enden av en rørstreng (18). Verktøykolonnen omfatter en perforerings-skyte-anordning (16), et gruspakkeverktøy (14) og tetteelementer (20, 22). Gruspakkingsverktøyet omfatter en fjernbar hylse (23) og en sandsikt (25,26). Foringen (10) perforeres ved at skyteanordningen. (16) beveges nedover gjennom rørstrengen og hylsen, og brønnen gjennomstrømmes for å renske den perforerte formasjon. Deretter anbringes sandsikten (25,26) nær perforeringene, og tetteele-mentene (20,22) brukes en ved hver ende av sikten for å avgrense og isolere den perforerte produksjonssone. Hylsen (23) bevirker at det dannes en avgrenset strømningsbane fra jordoverflaten (11) til et ringformet rom (39) utenfor sandsikten og videre oppover fra sikten til et ringformet rom (40) mellom rørstrengen (18). og foringen (10), slik at grus blandet med fluid kan strømme ned gjennom rørstrengen og inn i det ringformede rom (39) utenfor sikten, der grusen skilles fra fluidet, som strømmer gjennom sikten, opp gjennom verktøykolonnen (12), inn i det ringformede rom (49) innenfor foringen (10), og opp til jordoverflaten. Verktøykolonnen (12) etterlates nede i borehullet som en permanent klargjøringsanordning. Produsert fluid strømmer gjennom perforeringene, gjennom grusen og sandsikten (25,26) og oppover gjennom rørstrengen (18).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for å perforere

og å tilføre grus i et foret borehull ved en enkelt nedføring av anordningen i borehullet, idet anordningen henger i en rørstreng og omfatter et gruspakkeverktøy og en perforeringskanon som inneholder ladninger for perforering av foringen og formasjonen rundt denne, samt en pakningsanordning som befinner seg over gruspakkeverktøyet, mellom rørstrengen og foringen.

Permanente anordninger for klargjøring av forede brønnhull er kjent, f.eks. fra US-PS 3.706.344. Noen borehull forløper gjennom meget ukonsoliderte formasjoner som inneholder hydrokarboner, hvilket forårsaker at det produseres sand fra borehullene sammen med hydrokarbonene. Den kontinuerlige produksjon av sand er uønsket på grunn av den skadelige virkning på utstyr i hullet og fordi det bevirker problemer med oppsamlingssystemet over bakken. Det henvises til US-PS 4.009.757, som angår dette problem.

For å overvinne mange av de problemer som er forbundet med produksjon av sand er det frembragt forskjellige teknikker for gruspakking av produksjonssonen. Gruspakking av en brønn omfatter generelt at det anbringes en sylindrisk sandsikt nede i borehullet, i nærheten av den perforerte sone, og at det ved hver ende av den perforerte sone anbringes pakningsanordninger, slik at det er avgrenset et ringformet rom utenfor sikten og mellom pakningsanordningene. Grus pakkes inn i det ringformede området. Den gruspakkede sone hindrer at sand strømmer igjennom perforeringene og inn i borehullet.

For å perforere en ukonsolidert sone, og deretter å gruspakke sonen, har det hittil vært vanlig å utføre flere innførings-operasjoner. Vanligvis perforeres foringen med et verktøy slik som f.eks. beskrevet i US-PS 4.140.188 og 3.717.095. Perforeringsverktøyet fjernes deretter fra borehullet, og en passende streng med et gruspakkeverktøy føres ned i hullet og anbringes i nærheten av perforeringene. Et eksempel på et gruspakkeverktøy er beskrevet på side 349-354 i Baker Oil Tools, katalog 1974-75. Grus strømmer ned i hullet til verktøyet og inn i det ringformede område mellom sikten og perforeringene, og noe av grusen strømmer tilbake i perforeringene og inn i den ukonsoliderte sone, og forsterker derved den ukonsoliderte sone og hindrer produksjon av sand fra denne, samtidig med at det gjenstår små åpninger som de produserte hydrokarboner~kan strømme gjennom og~±nn--i—det forede borehull.

Den ovenfor beskrevne operasjon utføres vanligvis etter at foringen er sementert på plass, og før boreriggen fjernes fra stedet. I alle tilfeller kreves det flere innføringsopera-sjoner i borehullet, og hver av disse representerer et betydelig tidsforbruk, omkostninger og anstrengelser. Det er derfor ønskelig å kunne utføre en enkelt innføringsoperasjon i et borehull med en verktøykolonne, og å bruke verktøykolon-nen til å perforere produksjonssonen og deretter å gruspakke den perforerte sone før verktøyet tas ut av hullet.

En anordning som angitt innledningsvis er kjent fra US-PS 3.939.927. Den kjente anordning omfatter en kapsel som omgir kanonen og inneholder grus for pakking. Ved avfyring av kanonen perforeres både kapselen og foringsrøret i borehullet samt den omgivende formasjon. Mengden av grus er imidlertid begrenset til den som befinner seg i. kapselen. Med den kjente anordning må dessuten gruspakkingen skje gjennom perforeringer som dannes i kapselen ved avfyring av kanonen. Skriftet antyder ikke anvendelse av noen form for midler som hindrer grus som trenger ut gjennom kapselen i å synke videre ned gjennom borehullet, i stedet for å tilføres formasjonen.

Med den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en anordning som kjennetegnes ved at rørstrengen avgrenser en indre kanal for å lede grus og bærefluid fra overflaten og ned i gruspakkeverktøyet og en ytre kanal for retur av bærefluid fra verktøyet til overflaten, at en annen pakningsanordning er anordnet under verktøyet, mellom rørstrengen og foringen, at verktøyet mellom pakningsanordningene er forsynt med en sikt, og har åpninger som kommuniserer med den indre kanal, for strømning av grus og bærefluid inn i borehullet utenfor sikten, en kanal som kommuniserer med den ytre kanal for retur av bærefluid fra det indre av sikten, samt midler for å lukke åpningene for grus og kanalen for bærefluidet, for dannelse av en bane for produksjonsfluid, og at perforeringskanonen befinner seg under gruspakkeverktøyet og den annen pakningsanordning, og er i forbindelse med overflaten gjennom verktøyet og den indre kanal i rørstrengen, for styring av avfyringen av kanonen ved hjelp av en aktivise-rings anordning som senkes ned fra overflaten.

Perforeringsanordningen er fortrinnsvis en stråleperfore-ringskanon. Perforeringskanonen anbringes i foringen i nærheten av den ukonsoliderte formasjon som inneholder hydrokarboner, foringen perforeres, og deretter beveges sandsikten til en stilling i nærheten av den perforerte sone. Pakningsanordningene plasseres deretter for å danne et ringformet område mellom den perforerte foring og sikten, og et ringformet område mellom rørstrengen og den ikke-perforerte foring. Verktøyet opereres for å danne den første kanal som forløper ned gjennom rørstrengen og inn i rommet rundt sikten og fra sikten og tilbake inn i det ringformede rom i foringen og oppover til overflaten av bakken. Grus som inneholdes i et passende fluid pumpes ned gjennom rørstrengen og inn i det ringformede rom rundt sikten, der grusen pakkes utenfor sikten. Sikten separerer grusen fra bærefluidet, slik at fluidet fritt kan strømme gjennom sikten, oppover inn i rommet i foringen og tilbake til overflaten av bakken. Verktøyet opereres deretter for produksjon, hvoretter fluid i formasjonen strømmer gjennom perforeringene, gjennom grusen og sikten og opp gjennom rørstrengen, hvorved brønnen er klargjort i en enkelt innføringsoperasjon.

Oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse, under henvisning til de vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser skjematisk og delvis i lengdesnitt et parti av et foret borehull, i hvilket er ført ned en anordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser en anordning i henhold til oppfinnelsen i en annen situasjon. Fig. 3 viser i større målestokk et lengdesnitt gjennom anordningen vist i fig. 1 og 2. Fig. 4, 5 og 6 viser et lignende lengdesnitt som fig. 3, idet anordningen er vist i forskjellige operative situasjoner. Fig. 7 viser en del av anordningen vist i de øvrige figurer. Fig. 8 viser et lengdesnitt gjennom en annen utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 9 og 10 viser utførelsesformen i fig. 8 i andre operative situasjoner. Fig 1. viser et foret borehull 10 som forløper nedover fra overflaten 11 av bakken. En anordning 12 i henhold til oppfinnelsen befinner seg i borehullet. Anordningen omfatter et gruspakkeverktøy 14 og en perforeringskanon 16 koblet sammen etter hverandre og båret av en rørstreng 18.

Pakningcanordninger, i form av en øvre pakningsanordning 20 som er i avstand fra en nedre pakningsanordning 22, utgjør en del av gruspakkeverktøyet. Verktøyet omfatter en hoveddel 23, som fortrinnsvis har sylindrisk form og er utstyrt med utløpsåpninger 24 som grus av en bestemt størrelse kan strømme gjennom. En sandsikt 25, 26 befinner seg under åpningene og mellom de to pakningsanordninger. Siktene kan være i hvilket som helst antall og lengde. Et element 27, som kan være i form av en nippel, holder perforeringskanonen 16 nedenfor gruspakkeverktøyet. En ventilanordning 28, slik som vist i US-PS 3.871.448, 3.931.855 eller 4.040.485, er anordnet over en løsbar kobling 30, f.eks. slik som vist i US-PS 3.966.236 eller 4.066.282. Koblingen er forbundet med en perforeringsskylleanordning 32, og nærmere detaljer ved denne fremgår av fig. 7. Niplene 29, 31 og 33 er av samme type som nippelen 27.

Perforeringskanonen 16 er fortrinnsvis utført i henhold til et av de ovenfor nevnte patenter, og omfatter et avfyrings-hode 34 som er koblet for å aktivere eller avfyre ladningene i kanonen på en slik måte at når avfyringshodet aktiveres danner ladningene perforeringer 35 i foringen, og hull 35' som forløper inn i produksjonssonen 36. Produksjonssonen forutsettes å være en formasjon som inneholder hydrokarboner, og særlig en meget ukonsolidert formasjon som medfører produksjon av sand. Perforeringene 35 har slike dimensjoner at grus som kan strømme gjennom åpningene 24 kan passere. Den ovenfor nevnte sikt 25, 26 har åpninger som hindrer gjennomstrømning av grus. Et hull 37 er en fortsettelse av borehullet, og forløper vanligvis til tilstrekkelig dybde til å kunne inneholde hele verktøykolonnen som befinner seg under pakningsanordningen 22, slik at hele verktøykolonnen kan senkes til den stilling som er vist i fig. 2.

I fig. 1 er vist en aktiveringsanordning 38 for perforeringskanonen, fortrinnsvis i form av en stang, som er ført gjennom røret 18, gjennom gruspakkeverktøyet 14 og til kontakt med avfyringshodet 34, slik at de enkelte ladninger detonerer og danner perforeringer 35.

Som vist i fig. 2, har gruspakkeverktøyet blitt senket ved hjelp av rørstrengen 18, inntil de innbyrdes adskilte pakningsanordninger 20 og 22 befinner seg ved hver ende av den perforerte sone, slik at sikten er plassert ved den perforerte produksjonssone og danner et ringformet rom 39 som skal inneholde grus, et ringformet rom 40 i foringen for retur av fluid og en nederste, avgrenset sone 41 som perforeringsverktøyet kan lagres i.

Fig. 2 viser også at røret 18 er beveget på en slik måte at pakningsanordningene 20 og 22 er ført på plass, slik at produksjonssonen er avgrenset mellom sikten og pakningsanordningene. Følgelig kan grus blandet med et passende bærefluid føres nedover gjennom rørstrengen 18, gjennom åpningene 24, og inn i det ringformede rom 39 utenfor sikten, idet noe av grusen drives gj ennom perforeringene og inn i hulrommene 35' som er dannet i produksjonssonen 36.

Bærefluidet separeres fra grusen når fluidet strømmer gjennom sikten 25, 26. Fluidet strømmer oppover gjennom en kanal i verktøyet, gjennom den øvre pakningsanordning 20 og inn i det ringformede rom 40 i foringen, der fluidet kan strømme opp til jordoverflaten. Detaljene ved de forskjellige kanaler er nærmere beskrevet i det følgende.

Rørstrengen 18 beveges deretter for å lukke banene for grus

og retur av fluid, og for å danne en produksjonsbane fra sikten og inn i rørstrengen 18, slik at produsert fluid kan strømme fra formasjonen 36, gjennom perforeringene, gjennom gruslaget, gjennom sikten og opp gjennom rørstrengen 18 til jordoverflaten. De utførelsesformer av oppfinnelsen som er vist i fig. 3-6 og 8-10 viser forskjellige utførelser av gruspakkeverktøyet 14.

Fig. 3 viser, sammen med andre figurer, gruspakkeverktøyet i stilling før gruspakkeoperasjonen. En bevegelig hylse 42 er ført teleskopisk inn i et hus 43, som i det følgende også er kalt den ytre hylse. Den øvre ende 44 av hylsen 42 ligger tettende mot den øvre ende av den ytre hylsen ved tetnings-anordninger 45. En løsbar festeanordning 46 forbinder hylsen 42 med den ytre hylse 43. En aksial kanal 48 som er i kommunikasjon med rørstrengen 18 forløper nedover gjennom en hul, forskyvbar hylseanordning 50. Hylseanordningen kan beveges glidbart frem og tilbake inne i et innsnevret parti av kanalen 48. Hylseanordningen er løsbart festet i kanalen ved hjelp av bruddtapper 52. En kule 53 kan føres ned til det viste sete på den øvre ende av hylseanordningen. En skulder 54 rager innover i kanalen og danner en stopper for hylseanordningen og kulen, slik at den nederste ende av den aksiale kanal lukkes, på den måte som er vist i fig. 3 og 4.

Som vist i fig. 3 er grusåpningen 56 normalt lukket av hylseanordningen, og kan åpnes for å forbinde det ringformede rom 57 med den aksiale kanal 48, slik som vist i fig. 4, idet de nevnte grusåpninger 24 forbinder det ringformede rom 57 med det ringformede rom rundt sikten, slik at det dannes en kanal som forløper fra rørstrengen, gjennom hylsen og inn i rommet omkring sikten.

Som vist i fig. 3, danner det nederste parti av hylsen 42 et ringformet rom 58 mot det indre av sikten. Tetningsanordnin-ger 59 ligger tettende mot en nippel 60 for å skille det ringformede rom 57 fra det ringformede rom 58. En stillings-indikator 62 rager radialt utover til en diameter som er større enn den indre diameter til nippelen. Indikatoren omfatter armer som trykkes radialt innover når hylsen heves i forhold til den ytre hylse, slik at den gir en synlig vektindikasjon over bakken om at hylsen er beveget aksialt oppover til en av de alternative stillinger, slik som vist i fig. 5.

Den nedre ende av hylsen har minsket diameter for å danne det viste vaskerør 64. Den nedre ende av den ytre hylse er festet ved hjelp av hvilke som helst passende midler til den nedre pakningsanordning og til nippelen 27. En tetning 68 danner glidetetning i flaten mellom vaskerøret og innerflaten av partiet 66 med minsket diameter av den ytre hylse.

Med hylsen i den stilling som er vist i fig. 3 er det følgelig dannet en kanal for avfyring av kanonen fra det indre av rørstrengen 18, ned gjennom den øvre pakningsanordning 20, konsentrisk gjennom sikten, gjennom den nedre pakningsanordning 22 og til avfyringshodet for kanonen. Den tidligere nevnte stav 38 kan derfor føres fra jordoverflaten og ned gjennom rørstrengen 18, gjennom den aksiale kanal i hylsen og ned til avfyringshodet, der staven støter mot avfyringshodet, som antydet med stiplet linje 38', slik at ladningene i kanonen detonerer og danner perforeringene 35 i foringen.

Ventilanordningen 28 åpnes etter montering av den nedre pakningsanordning. Følgelig kan på dette tidspunkt hydrokarboner strømme fra produksjonssonen og ±nn~i den åpne ventilanordning, inn i den aksiale kanal i hylsen, inn i rørstrengen 18 og oppover til jordoverflaten, slik at perforeringene renses ved å sette brønnen i forbindelse med omgivelsene.

Deretter stenges brønnen, kulen 53 slippes ned til den forskyvbare hylseanordning 50, og den øvre pakningsanordning 20 anbringes hydraulisk. Den nedre pakningsanordning 22 er fortrinnsvis allerede montert mekanisk. Trykket inne i røret 18 bevirker at tappene 52 skjæres av, og den forskyvbare hylseanordning 50 drives til den stilling som er vist i fig. 4. Dette danner en strømningsbane fra røret 18 inn i det ringformede rom rundt sikten, slik at verktøyet kan brukes i den tilstand som er vist i fig. 4. for å utføre hvilken som helst strømbehandling, slik som syrebehandling, propping og lignende. Hylsen 42 løsnes deretter fra den øvre ende av pakningsanordningen 20 og heves til den stilling som er vist i fig. 5. Dette medfører dannelse av en strømningsbane fra jordoverflaten, gjennom rørstrengen, gjennom åpningen 56, gjennom åpningene 24 for grus og inn i det ringformede rom 39, og en returbane for fluid fra sikten, inn i den nedre ende av hylsen, langs bypass-kanalen 55 og gjennom åpningene 47 inn i det ringformede rom i foringen. Grus som inneholdes i et passende fluid, slik som vann eller luft, strømmer langs denne strømningsbane, der grusen pakkes i det ringformede rom rundt sikten. Fraseparert fluid strømmer gjennom sikten, inn i den nedre ende 70 til vaskerøret, opp gjennom kanalen 55 og til jordoverflaten.

En passende økning av trykkforskjellen for grusblandingen indikerer at tilstrekkelig mengde grus er pakket rundt sikten. På dette tidspunkt heves hylsen til den stilling som er vist i fig. 6, og tilbakespyling vasker grusen ut av hullet. Dette siste trinn utføres ved at et passende fluid strømmer ned gjennom det ringformede rom i foringen, gjennom åpningen 56 og opp gjennom kanalen 48.

Fig. 3 viser hvordan verktøyet befinner seg ved perforerin-gen, fig. 4 viser gruspakkeverktøyet ved utførelse av syrebehandling, fig. 5 viser verktøyet under pumping av grus ned på utsiden av sikten, og fig. 6 viser verktøyet ved fjernelse av ubrukt grus fra brønnhullet.

Ofte vil rørstrengen 18 være en borestreng e.l. som senere fjernes fra borehullet. I dette tilfelle heves hylsen 42 fra resten av verktøykolonnen, og et produksjonsrør kobles til festeanordningen 46, slik at brønnen er permanent klargjort. Dersom det er ønskelig, kan den løsbare kobling 30 være innrettet til å aktiveres ved hjelp av en line for å slippe kanonen ned til bunnen av hullet 37.

I fig. 5 er hylsen 42 vist hevet slik at indikatoranordningen 62 er i anlegg mot den nedre ende av setet eller tettenip-pelen 60. I denne stilling bekrefter en vektindikator over bakken at hylsen er beveget til bypass-stilling, hvoretter tverråpningene 47 setter det ringformede rom i foringen over pakningsanordningen 20 i kommunikasjon med den nedre ende 70 til vaskerøret, slik at grusen som inneholdes i fluidet kan strømme ned gjennom rørstrengen, inn i hylsen 42, gjennom åpningene 56 og 24 og inn i det ringformede rom rundt sikten, slik at grus pakkes i perforeringene og utenpå sikten. Samtidig strømmer bærefluidet gjennom sikten 25, 26 inn i det konsentriske, ringformede rom 55, gjennom åpningene 47 og inn i det ringformede rom i foringen, der fluidet strømmer til jordoverflaten.

I fig. 7 er perforeringsskylleanordningen 32 vist med åpningene innrettet for å føre fluid inn i kammeret 73 og inn i en av perforeringene 135. Fluidtrykket i rørstrengen bevirker at fluidet ved 71 strømmer utenfor foringen og tilbake i en øvre perforering 135', slik at et hulrom 74 skylles. Hulrommet fylles deretter med grus under gruspakkeoperasjonen. Kulen 75 og dens sete må være slik utformet at kulen kan passere gjennom hylseanordningen 50 vist i fig. 3.

Fig. 8, 9 og 10 viser en annen utførelsesform av oppfinnel- - sen. Som vist i fig. 8, er røret 18 forbundet med en overgang 76. En nippel 78 for en sikkerhetsventil er koblet til røret 79, som rager gjennom en pakningsanordning 120. En plugg 80 er ført tettende inn i en nippel 82 for å hindre strømning gjennom denne.

En styrekrave 84 er koblet til en nippel 85. Et rør er gjennom sikten 114 forbundet med en nippel 88. Sentrerings-anordninger 87 holder sikten i korrekt avstand fra foringen.

En ventilanordning 128, fortrinnsvis fremstilt i henhold til et av de nevnte patenter, åpnes når pakningsanordningen 122 settes på plass. En stav, slik som staven 38 vist i fig. 1, føres ned gjennom rørstrengen og gjennom den øvre pakningsanordning 120, sikten 114, den nedre pakningsanordning 122 og støter mot avfyringshodet til kanonen 116, slik at det skjer avfyring av kanonen 116.

Med pakningsanordningen 122 deaktivert, beveges sikten 114 til stillingen vist i fig. 9, og begge pakningsanordningene aktiveres, slik at den perforerte sone blir avgrenset, med sikten innrettet etter perforeringene.

Pluggen 80 fjernes deretter.fra sitt sete og erstattes med et rør 94, slik at røret kobles til pakningsanordningen 120 på den måte som er vist i fig. 9. Røret 86 fjernes fra det indre av sikten, og pluggen 90 anbringes i setet 88, slik at det hindrer strømning nedover gjennom den nedre pakningsanordning 122. Grus strømmer gjennom røret 94 og inn i det ringformede rom 96 rundt sikten, slik at grus pakkes i den perforerte sone.

Som vist i fig. 10, er røret 94 fjernet og erstattet av en plugg 80 i setet 82, slik at det skjer produksjon fra den perforerte sone, gjennom gruslaget, gjennom sikten 114 og opp gjennom rørstrengen 79, 18 til jordoverflaten.

Fig. 8 viser således perforeringsstillingen til verktøykolon-nen, fig. 9 viser gruspakkestillingen, mens fig. 10 viser produksjonsstillingen til anordningen. Hele operasjonen utføres ved en enkelt innføringsoperasjon i borehullet. Hele anordningen etterlates i hullet som et permanent klargjø-ringsapparat.

Claims (2)

1. Anordning for å perforere og å tilføre grus i et foret borehull ved en enkelt nedføring av anordningen i borehullet, idet anordningen henger i en rørstreng (18) og omfatter et gruspakkeverktøy (14) og en perforeringskanon (16) som inneholder ladninger for perforering av foringen (10) og formasjonen rundt denne, samt en pakningsanordning (20) som befinner seg over gruspakkeverktøyet, mellom rørstrengen og foringen, karakterisert ved at rørstrengen (18) avgrenser en indre kanal for å lede grus og bærefluid fra overflaten og ned i gruspakkeverktøyet (14) og en ytre kanal for retur av bærefluid fra verktøyet til overflaten, at en annen pakningsanordning (22) er anordnet under verktøyet (14), mellom rørstrengen (18) og foringen (10) , at verktøyet (14) mellom pakningsanordningene (20, 22) er forsynt med en sikt (25, 26), og har åpninger (24) som kommuniserer med den indre kanal, for strømning av grus og bærefluid inn i borehullet utenfor sikten, en kanal (55) som kommuniserer med den ytre kanal for retur av bærefluid fra det indre av sikten, samt midler (50, 53) for å lukke åpningene for grus og kanalen for bærefluidet, for dannelse av en bane for produksjonsfluid, og at perforeringskanonen (16) befinner seg under gruspakkeverktøyet (14) og den annen pakningsanordning (22) og er i forbindelse med overflaten gjennom verktøyet og den indre kanal i rørstrengen (18), for styring av avfyringen av kanonen ved hjelp av en aktiviseringsanordning (38) som senkes ned fra overflaten.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter en løsbar kobling (30) mellom.verktøyet (14) og kanonen (16), for å koble kanonen fra rørstrengen (18), og at en ventilanordning (28) er anordnet over kanonen, for å åpne kanalen for produks j ons fluide t.