NO300022B1 - Fremgangsmåte og anordning for produksjon av fluid fra en undersjöisk brönn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og anordning for produksjon av fluid fra en undersjøisk geologisk formasjon inneholdende minst én boret brønn som strekker seg fra en nedre ende i et hydrokarbonreservoar til en øvre ende som danner minst ett brønnhode beliggende stort sett over sjøbunnen. Den egner seg særlig ved undersjøisk overføring av pet-roleumprodukter over korte og medium avstander, f.eks. mellom et hydrokarbonreservoar og en hydrokarbonbehandlingsplattform som befinner seg over et større reservoar som tidligere er satt i drift.

US-patent 4 152 088 omhandler teknikk av ovennevnte art, der det anvendes en med brønnhode forbundet produksjonsledning som fører inn i en behandlingsinnretning, samt en pumpemodul som forbinder brønnhodet med produksjonsledningen, for pumping av hydrokarboner fra brønnhode-utløpene til behandlingsinnretningen. Ved denne kjente teknikk anvendes elektriske pumper, eller en gassinnsprøytingsprosess vanlig kjent som "gassløf-ting" for å forbedre utvinningen av fluid fra formasjonen og forenkle overføringen til en fjerntliggende plattform. Disse assisterte produksjonsprosesser er kostbare både når det gjelder utstyr og drift.

Det er således et formål med den foreliggende oppfinnelse å overkomme de foran nevnte ulemper ved at det tilveiebringes en mindre kostbar fluidproduksjonsanordning som har de fordeler at den er enkel å bruke, spesielt når det gjelder utskift-ning og erstatning av ødelagte deler.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte og anordning som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Riktignok er det tidligere kjent å anvende strålepumper i forbindelse med oljeutvinning, f.eks. fra NO 164 368, US 3 261 398 og DE 3 534 723, men teknikken ifølge disse publika-sjoner har et annet formål enn det foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilfredsstille, og de gir heller ingen antyd-ning om løsningen ifølge foreliggende oppfinnelse.

En strålepumpe som spesielt kan anvendes som den av den foreliggende oppfinnelse er av typen beskrevet i fransk pa-tentsøknad med nr. 87/08 919. Denne pumpe tillater fluider å bli hevet i en brønn gjennom innsiden av røret, og dessuten lavere kostnader forbundet med installasjon, vedlikehold og drift, samtidig som den robuste konstruksjon sikrer stor driftsikkerhet som ligger langt over det som er tilfelle for elektriske pumper. I tillegg gir slike pumper forbedret kon-servering av pumpeenergiutgangen under flerfaseinntakstilstan-der når de relative mengder av gass og væske som skal rekomprimeres varierer. Til slutt gir disse pumper god regule-ringsfleksibilitet som en funksjon av inngangstUstandene, spesielt ved å justere strømningshastigheten til drivfluidet, en kort reaksjonstid når innstillingene blir endret, og gode muligheter for å pumpe viskøse eller korrosive fluider eller fluider som danner bunnfall.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig når den

anvendes i forbindelse med TFL-teknikk (nedpumping av utstyr). Denne teknikk gjør det mulig å installere eller fjerne strålepumpene etter behov for å justere deres innstillingsparametre eller utføre inspeksjon og vedlikeholdsoperasjoner.

Oppfinnelsen gjør det mulig å.arbeide i en geologisk formasjon på en fleksibel måte som er tilpasset hver av brønnene, spesielt når formasjonen er heterogen og allerede har blitt bearbeidet og dekomprimert.

En spesiell utførelse av oppfinnelsen som vil forklare de vesentlige kjennetegn og fordeler skal nå beskrives mer detal-jert, men det må imidlertid forstås at denne utførelse er valgt som et ikke-begrensende eksempel. Utførelsen er illustrert i de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser fluidproduksjonsanordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og Figur 2 viser produksjonsanordningen på sjøbunnen, inne-befattende de forskjellige borete brønner.

Det valgte eksempel som er illustrert på figur 1 viser en av fremgangsmåtene for å aktivere undersjøisk produksjon av råolje. På figur 1 angir henvisningen 1 fluidproduksjonsanordningen i sin helhet, sjøbunnen 2, og den geologiske formasjon 3 som inneholder fluidene som skal utvinnes såsom råolje blandet med naturgass som kan være tilknyttet oljeholdig vann. Produksjonen finner sted ved hjelp av'de forskjellige brønner 10, 11, 12 og 13 som er fordelt for å tømme hele reservoaret på effektiv måte. Antallet brønner som er vist i det valgte eksempel er begrenset til fire, slik at forskjellige mulige typer utstyr som anvendes i fluidproduksjonen kan bli vist.

De viste brønner 10, 11, 12 og 13 befinner seg i en sone med utilstrekkelig bunntrykk, og alle fire krever aktivering inne i brønnen. Disse brønner er så forbundet ved hjelp av en produksjonsledning 25 til en fjerntliggende behandlingsenhet 30 .

Hver av brønnene strekker seg fra en nedre ende i et hydrokarbonreservoar til en øvre ende i form av et brønnhode 9 anordnet i en brønnramme som befinner seg hovedsakelig over sjøbunnen 2.

Brønnene er utstyrt med strålepumper 20, 21, 22 og 23 som hver er plassert på passende dybder som er egnet for tilstan-den til hver brønn, og de er utført slik at de kan installeres og fjernes ved hjelp av TFL-teknikken hvilket sikrer produksjon gjennom innsiden av det sentrale røret, og hvor det ringformete rommet blir brukt for innføring av drivfluid, f.eks. i henhold til fremgangsmåten beskrevet i fransk patent 2 581 427.

Brønnene 10 og 11 (figur 2) representerer en slik utfor-ming hvor foringsrøret i brønnen 13 opptar et produksjonsrør 14, og ringrommet mellom de to rørene blir brukt for innføring av drivfluid.

Som vist i fig. 2 i tilfellet med brønnen 12, kan imidlertid oppfinnelsen ha de samme fordeler når to rør blir brukt inne i brønnen 12, nemlig et første rør 34 som tjener som pro-duksjonsrør og et andre rør 3 5 for innføring av drivfluid til strålepumpen.

Brønnhoder 9, som er identiske for hver brønn, er av TFL-typen som har en enkel ekspansjonssløyfe 16 for installering og fjerning av pumpete verktøy, og som spesielt tillater pas-sasje av TFL-strålepumper med små dimensjoner. Ekspansjons-sløyf ene 16 er forbundet med en undersjøisk modul 17 som virker til å avlede de pumpete verktøy og dessuten til å samle utgangsstrømningene fra hver av brønnene.

Denne avledermodulen kan være av typen "Rotative Diverter Module" som er utviklet "av Societe Frangais Ateliers et Chian-tier de Bretagne. Den gjør det mulig å rette verktøyenes bevegelse mot eller fra hver av TFL-brønnene etter behov. Modulen er installert på en egnet undersjøisk bunnplate 18 som kan sammenliknes med UMC (undervanns manifoldsenter eller underwater manifold center) til Shell- og Esso-selskapene og som anvendes i Nordsjøkormorant-oljefeltet. I denne bunnplaten kan hovedelementene være samlet og forbundet, for å overvåke, styre og overføre de undersjøiske utstrømningsflui-der. På denne bunnplaten er det i forbindelse med avledermodulen 17 som befinner seg oppstrøms, anordnet en modul 19 for å pumpe fluidene som produseres fra de forskjellige brøn-nene . Denne pumpemodulen har en strålepumpe 4 av stort sett samme konstruksjon som brønnbunn-strålepumpene, men med større dimensjoner, slik at utstrømningen fra hver av brønnene kan rekomprimeres, etter at fluidene fra reservoaret og drivfluid-ene har muliggjort aktivering av brønnene som er utstyrt med strålepumper.

Strålepumpen 4 er innvendig i pumpemodulen utstyrt med forbindelse og frakoplingsinnretninger som kan sammenlignes

med slike som brukes i TFL-teknikken, og som, eventuelt sammen med pumpbare hjelpeverktøy, virker til å bringe pumpen gjennom produksjonsledningen 25 frem til behandlingsplattformen 30, og deretter tilbake til sjøbunnen ved motsatt sirkulasjonsret-ning. Disse bevegelser kan kontrolleres og styres av tilhø-rende hydraulikk eller elektrohydrauliske styresystemer gjennom forbindelsesledd.

Dette arrangementet gjør det derfor mulig å få til enkel justering og vedlikehold av strålepumpen under korte produk-sjonsopphold som i hovedsak avhenger av avstanden mellom den undersjøiske stasjonen og plattformen. For å tillate at TFL-brønnbunnpumpene også kan bringes opp eller gjeninstalleres ved den samme fremgangsmåten gjennom produksjonsledningen 25, er pumpemodulen 19 utstyrt med en innretning for å lagre og forbinde pakningsmidler til de pumpete verktøy, slik at TFL-strålepumpene kan bevege seg i samlerøret som har større diameter enn det som er tilfellet for oljeproduksjonsrørene ved en fremgangsmåte som er utviklet av Otis-selskapet og som er blitt vanlig i TFL-teknikken.

For å bringe TFL-pumpene tilbake til plattformen er det nødvendig, ved hjelp av egnete styreinnretninger, å løfte den undersjøiske strålepumpen til pumpemodulen 4 i henhold til fremgangsmåten antydet ovenfor, og deretter starte tilbakefø-ringen av brønnbunnstrålepumpene 20, 21, 22 og 23, enten ved å snu retningen til drivfluidsirkulasjonen (som er en vanlig operasjon når strømningen skjer gjennom det ringrommet) eller fortrinnsvis ved hjelp av egnete TFL-verktøy. Brønnbunn-TFL-pumpene beveger seg således gjennom brønnhodene, avledermodulen, den undersjøiske pumpemodulen og produksjonsledningen. De blir bragt tilbake på bunnen av brønnen ved en operasjon i henhold til de samme prinsippene.

Produksjonsledningen 25 og drivfluidledningen 26 til de andre forbindelsene kan være nedgravd i en grøft mellom foten og plattformen 11 for å unngå ulykker forårsaket av f.eks. fastgripende fiskegarn eller andre objekter som beveger seg nær sjøbunnen.

Plattformen 30 (figur 1) har en separator 31 som mates av utgangsledningen 30 og som skiller gassdelen fra væskedelen til fluidet. En fraksjon av væskedelen av fluidet (vann eller råolje) blir gjenkomprimert i pumpen 33 for å frembringe drivfluidet som er nødvendig for å drive brønnbunnstrålepumpene 20 -23 og den undersjøiske pumpen til pumpemodulen 4. De ikke-resyklerte flytende hydrokarboner såvel som gassen blir vanligvis overført i separate ledninger enten til lagerinnret-ninger eller til andre enheter såsom behandlingsenheter eller en annen plattform.

Drivfluidet blir f.eks. komprimert fra 200 til 3 00 bar (20 til 3 0 MPa) når et fluidovertrykk på 3 0 bar (3 MPa) skal fremstilles i den første strålepumpen; og dette overtrykk svarer omtrent til det som er nødvendig for å overføre den utpumpete fluid over en avstand på omtrent 3 0 km. Dette drivfluid som føres gjennom et høytrykksrør 26 med en diameter som kan være mindre enn diameteren for produksjonsledningen (f.eks. 6 5/8" for høytrykksrøret og 8 5/8" for produksjonsrø-ret) og mater de forskjellige brønnbunn- eller undersjøiske strålepumper til pumpemodulen. Ventiler 27 som er hensikts-messig plassert ved brønnhodet og på bunnplaten 18 sørger for driftsikkerhet og tillater at brønner som skal taes ut av produksjon må bli tatt ut av kretsen. Drivfluidet kan således ha to funksjoner: under installasjon eller fjerning av strålepumpene eller andre verktøy kan det sørge for bevegelse av disse innretninger; i normal drift mates drivfluid i henhold til fordelingen styrt av størrelsen til munnstykkene som de forskjellige brønnbunn- eller undersjøiske pumper er utstyrt med.

Således kan hver av pumpene 20, 21, 22, 23 arbeide med en drivfluidflytehastighet og trykkarakteristika som passer til produksj onsspesifikasj onene.

Alle rørene, ekspansjonssløyfene 16 og de hydrauliske forbindelsene i brønnen ved brønnhodet eller i nærheten av brønnhodene såvel som de forskjellige ledningene er utstyrt med ventiler og grenledninger, ikke vist på figurene for klar-hetens skyld, og er plassert på en slik måte som vil være vel kjent for fagkyndige på området.

Driften av systemet som er vist i dette eksempelet gir fordelen at den tillater aktivering av produksjon både ved brønnbunnen og ved sjøbunnen med et minimum av forbindelsesrør mellom reservoaret og plattformen. Fremgangsmåten kan imidlertid også fungere med uavhengige aktiveringssystemer for brønnbunnen og den undersjøiske stasjonen, med drivfluidet matet gjennom flere pumpeledninger, en for den undersjøiske stasjon og en for alle brønnene eller en for hver brønn. Spesielt kan det mer klassiske dobbel TFL-utstyret, med to rør i hver brønn, være tilpasset uten å endre de indikerte drifts-forhold.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for produksjon av fluid fra en undersjøisk geologisk formasjon (3) inneholdende minst én boret brønn (10, 11, 12, 13) som strekker seg fra en nedre ende i et hydrokarbonreservoar til en øvre ende som danner minst ett brønn-hode (9) beliggende stort sett over sjøbunnen (2), hvor en med brønnhodet forbundet produksjonsledning (25) via en pumpemodul (19) fører inn i en behandlingsinnretning (30) beliggende i avstand fra brønnhodet, karakterisert ved følgende trinn: pumping av fluid fra brønnhode-utløpene til behandlingsinnretningen (3 0) via en i pumpemodulen (19) anordnet strålepumpe (4) , innføring av et drivfluid i en drivfluidledning (26) fra behandlingsinnretningen (3 0) til en i gitt dybde i hver brønn beliggende strålepumpe (20, 21, 22, 23) for utpumping av fluid fra den geologiske formasjon opp til brønnhodet, samtidig styring av pumpemodulens (19) strålepumpe (4) og de respektive strålepumper (20, 21, 22, 23) beliggende i en viss dybde i hver av brønnene (10, 11, 12, 13) ved hjelp av drivfluidet, og samling gjennom produksjonsledningen (25) av fluidet som innpumpes i formasjonen ved hjelp av strålepumpene (20, 21, 22, 23) beliggende i en gitt dybde i hver av brønnene, og som tilføres behandlingsinnretningen (30) gjennom produksjonsledningen (25) ved hjelp av pumpemodulens strålepumpe (4).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de i en viss dybde i brønnen beliggende strålepumper (20, 21, 22, 23) er av TFL-typen, karakterisert ved at en strålepumpe ved hjelp av en avlederinnretning (17) senkes og heves fra behandlingsinnretningen (3 0) i produksjonsledningen (25) i retning av pumpemodulen (19) og i retning av hver av brønnene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det ved nedsenking av pumpeverktøy i pumpemodulen anvendes en innretning for endring av verktøyets diameter.

4. Anordning for produksjon av fluid fra en undersjøisk geologisk formasjon (3) inneholdende minst én boret brønn (10, 11, 12, 13) som strekker seg fra en nedre ende i et hydrokarbonreservoar til en øvre ende som utgjør minst ett brønn-hode (9) beliggende stort sett over sjøbunnen (2), omfattende en med brønnhodet forbundet produksjonsledning (25) som fører inn i en behandlingsinnretning (30), samt en pumpemodul (19) som forbinder brønnhodet med produksjonsledningen (25) for pumping av hydrokarboner fra brønnhode-utløpene til behandlingsinnretningen (30), karakterisert ved at pumpemodulen (19) er utstyrt med en strålepumpe (4), og at det ved en gitt dybde i hver av brønnene (10, 11, 12, 13) er anordnet en strålepumpe (20, 21, 22, 23) for utpumping av fluidet fra formasjonen opp til brønnen.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at den omfatter en oppstrøms for pumpemodulen (19) beliggende avlederinnretning (17) som innbefatter et antall grener forbundet med hvert sitt brønnhode, samt en gjenfore-nings innretning som forbinder grenene med pumpemodul-strålepumpen (4) .

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved en drivfluidledning (26) som kommer fra behandlingsinnretningen (30) og er innrettet til å mate pumpemodulens (19) strålepumpe (4) såvel som strålepumpene (20, 21, 22, 23) i hver av brønnene (10, 11, 12, 13) .

7. Anordning ifølge krav 4-6, karakterisert ved at hver av de borete brønner (10) har et koaksialt rør (13) utenfor et produksjonsrør (14) gjennom hvilket det blir senket en strålepumpe (20), og produksjonsrøret er forbundet ved nivået til brønnhodet (9) med en gren av avlederinnretningen (17) og det ringformete volum som befinner seg mellom det koaksiale røret (13) og produksjonsrøret (14) er forbundet med drivfluidledningen (26).

8. Anordning ifølge krav 5-6, karakterisert ved at hver av de borete brønnene (12) omfatter en rørled-ning (15) i hvilken det er anordnet et første rør (34) som mottar strålepumpen (22) for fluidproduksjon og som er forbundet ved brønnhodet med en gren av avlederinnretningen (17), og et andre rør (35) som ved brønnhodet er forbundet med drivfluidledningen (26) for å mate strålepumpen.