NO329430B1 - Proppemiddel-pakkesystem for dannelse av en sonevis isolert proppemiddelpakke samt en fremgangsmate for oppbygging av proppemiddelpakken - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår oljefeltindustrien. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen hydro-karbon-produksjonssystemer i sterkt avvikende (>55<<>> avvik) brønnbo-ringer.

Sterkt avvikende eller horisontalt forløpende brønnboringer er blitt anvendt i økende antall i de senere år, for å oppnå adgang til oljereservoarer som tidligere ikke var realistisk produserbare. Ved komplettering av et uforet eller åpent hull, og særlig der det er vann like under oljesjiktet eller gass like over, er det imidlertid meget vanskeligere å produsere fra awiksbrønner eller horisontale brønner.

US 5333688 A beskriver en fremgangsmåte for brønnkomplettering av et åpent borehull i en hydrokarbonholdig formasjon med en kontinuerlig, ett-trinns proppemiddel-pakke som innbefatter et flertall av isolerte soner.

Trykkfall som produseres ved overflaten for å trekke olje ut av formasjonen, er på sitt høyeste med den sterkt avvikende eller horisontale brønnens avbøy-ningsparti (engelsk: "heel"). I en uforet brønn forårsaker dette vann- eller gass-koning og tidlig gjennombrudd ved den sterkt avvikende eller horisontale brønnens avbøyningsparti (eller del av dette). Et slikt gjennombrudd er en alvorlig hindring for hydrokarbon-gjenvinning, ettersom all produksjon fra den sterkt avvikende eller horisontale brønn ble forurenset ved kjente systemer, såsnart vannet hadde brutt gjennom. Forurenset olje blir enten kassert eller separert ved overflaten. Selv om separeringsmetoder og -anordninger er blitt meget effektive, innebærer de fremdeles ytterligere omkostninger ved produksjonsoperasjonen. Forurensning var og er fremdeles uønsket.

En annen iboende ulempe ved uforete, sterkt avvikende eller horisontale brønner, er at hvis det ikke finnes noen mekanisme for filtrering av sanden eller formasjons-faststoffene før de føres opp gjennom produksjonsrøret, vil en stor mengde faststoffer bli ført gjennom produksjonsutstyret og effektivt sandblåse og skade dette. Et derav følgende problem er at borehullet fortsatt vil bli større etter hvert som sand pumpes ut. Uthulinger er vanlig, og over tid vil sanden som umiddelbart omslutter produksjonsrøret, tilstoppe og kreve én eller annen form for ut-bedring. Dette skjer vanligvis før brønnen er blitt vesentlig uttømt.

For å løse dette sistnevnte problem, er det i faget kjent å proppmiddel-pakke de sterkt avvikende eller horisontale, uforete brønner, for å filtrere ut sanden og avstøtte borehullet. Som en fagmann på området vil erkjenne, omfatter en proppemiddel-pakkeoperasjon generelt innføring av et filter i hullet og deretter innpumping av proppemateriale eller -middel rundt dette. Selv om proppemiddelet (så som grus, keramiske kuler etc.) effektivt avhjelper sistnevnte ulemper, vann- eller gass-koning og gjennombrudd blir ikke forhindret, og de sterkt avvikende eller horisontale brønner kan fremdeles bli effektivt tilstoppet ved et vann-gjennombrudd.

For å oppnå sone-isolasjon, er det kjent å proppemiddel-pakke flere trinn mellom for-aktiverte isolasjonsanordninger (så som utvendige foringsrør-pakninger (UFP) etc). Denne operasjon er kjent for å være komplisert, tidkrevende og risikofylt.

Ettersom tidligere forsøk på å forbedre produktiviteten i sterkt avvikende

eller horisontale brønnboringer ikke har vært helt vellykket, er det fremdeles behov for et system som på en pålitelig og hovedsakelig styrt, overvåket måte overvåker og forbedrer produksjonen fra uforete, sterkt avvikende horisontale brønnboringer.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et proppemiddel-pakkesystem for dannelse av en sonevis isolert proppemiddelpakke, omfattende et hovedrør; et i hovedrøret anordnet vaskerør, kjennetegnet ved at en tetning som strekker seg over et ringrom mellom hovedrøret og vaskerøret, en strøm-ningsport som kommuniserer mellom et tomrom som er avgrenset i vaskerøretog ringrommet og beliggende oppihull for tetningen og en ventil som styrer strøm-ningsporten.

Foretrukne utførelsesformer av systemet er videre utdypet i kravene 2 til og med 6.

Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for oppbygging av en proppemiddelpakke rundt en ringtetning som ikke pakkes, omfattende installering av et slisset hovedrør med en påmontert, ringtetning; installering av et vaskerør innvendig i hovedrøret, hvilket vaskerør har en åpen ende, og en ventil som kan åpnes; kjennetegnet ved at installering av en tetning i et ringrom som avgrenses av vaskerøret og hovedrøret og som er anbrakt mellom ventilen som kan åpnes og enden av vaskerøret, idet tetningen er beliggende radialt innenfor ringtetningen; pumping av proppemiddel inntil en trykkforskjell i et ringformet område oppihull for tetningen er en forutbestemt verdi større enn trykket i et ringformet område nedihull for tetningen; åpning av ventilen som reaksjon på nevnte trykkforskjell og pumping av proppemiddel inntil proppemiddelpakken er komplett.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 8 og 9.

En ytterligere fordel ved ventilkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen, er at den kjente teknikkens begrensninger med hensyn til lengden av proppemiddel-pakken, unngås. Nærmere bestemt, vil pumpetrykkene, på grunn av ventilene ifølge oppfinnelsen, ikke fortsette å stige slik de gjør ifølge teknikkens stilling. Ved hjelp av oppfinnelsen vil således trykk ikke nå fraktureringstrykkene, hvis unngåelse be-grenset tidligere kjente pakkelengder.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor: Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt av et åpent hull med soneisolasjon og styresystem ifølge oppfinnelsen, Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av en utføringsform av en proppemiddel-pakke-soneisolasjon ifølge oppfinnelsen, der en sekundær ventil er lukket, Figur 3 er utføringsformen ifølge fig. 2, der sekundærventilen er åpen, Figur 4 er en utføringsform av ventilen for bruk i utføringsformen ifølge fig. 2 og 3,

Figur 5 viser et trykk/tid-diagram ifølge teknikkens stilling,

Figur 6 er et trykk/tid-diagram ifølge den nye oppfinnelse,

Figur 7 - 14 er en annen ventilutførelse av oppfinnelsen i lukket stilling, Figur 15 - 22 er en annen ventilutførelse av oppfinnelsen i en ulåst stilling, og Figur 23 - 30 er en annen ventilutførelse av oppfinnelsen i en åpen stilling.

Med henvisning til fig. 1, for å oppnå mest effektiv produksjon fra et hydro-karbon-reservoar der en sterkt avvikende eller horisontal brønnboring i en formasjon med åpent hull er antydet, er en proppemiddelpakke ideelt konstruert. Dessuten er det proppemiddel-pakkete område fortrinnsvis soneisolerbart. Slik sone-isolasjon er, ifølge oppfinnelsen, ved hjelp av en ringtetning (dvs. hydraulisk pakning, UFP eller mekanisk pakning) ved valgte mellomrom eller hydraulisk isolert med kompositt-materiale eller sement (herdbare materialer). For å komplettere systemet, kan en produksjonsstreng innbefattende strømningsstyreanordninger innføres i hullet, idet hver sone isoleres ved hjelp av en posisjonsindikator og en tetning. Denne produksjonsstrengen kan sløyfes, slik at det blir mulig å utføre etterfølgende innvendig soneisolasjon i brønnens levetid. Systemets forskjellige komponenter er vist i fig. 1, der fagmenn på området vil gjenkjenne en forlengings-rørhenger eller sandkontrollpakning 10 nær den sterkt avvikende eller horisontale brønnboringens 14 avbøyningsparti 12. Fra forlengingsrørhengeren 10 henger det en produksjonsstreng som kan omfatte strømningsstyreanordning 16 som kan være hydraulisk, mekanisk, elektrisk, elektromekanisk, eleketromagnetisk, etc. manøvrerte anordninger så som glidehylser og tetnings-sammenstilling 18. Tetnings-sammenstillingen 18 virker til å skape selektivt styrbare soner i den sterkt avvikende eller horisontale brønnboring 14. Tetnings-sammenstillingene 18 (i de fleste tilfeller vil det være flere enn én selv om bare én er vist i fig. 1) tetter fortrinnsvis mot en polert boring i det opprinnelige proppemiddelpakke-hovedrør 22 som forblir i hullet fra den foregående proppemiddelpakke-operasjon.

Ifølge fig. 2-4 anvendes en ringtetning til å skape soneisolasjonen. Tradi-sjonelt blir ringtetninger ekspandert (satt mot proppemiddelpakningen fordi prop-pemidler har bunnfelt over disse under pakkingsoperasjonen). Proppemiddelet mellom det uforete hull eller foringsrøret og ringtetningen er en lekkasjebane og er uønsket. For å gjøre ringtetningen mer effektiv, har de foreliggende oppfinnere utviklet et system som effektivt avpakker borehullet både ovenfor og nedenfor en ringtetning og avsetter praktisk talt intet proppemiddel over ringtetningen.

I forbindelse med fig. 2, vil hovedkomponenter først bli omtalt, for referanseramme. Vaskerøret 80 befinner seg innvendig i hovedrøret 82 som er filtrert 84, 86 på generelt konvensjonell måte. En ringtetning 88 er sentralt beliggende. I et foretrukket arrangement er en tom seksjon 90 beliggende umiddelbart nedenfor ringtetning 88 for oppsamling av overflømmende proppemiddel fra nedihull-filteret. Uten den tomme seksjon, ville overflømmingen strømme ut over ringtetningen og minske effektiv bruk av oppfinnelsen. Vaskerøret 80 omfatter fortrinnsvis en ventil 92 med en tetning 94 like under ventilen 92, idet tetningen strekker seg over ringrom met som avgrenses av vaskerørets 80 ytterdiameter og hovedrørets 82 inner-diameter. Det skal forstås at bare en del av det parti av brønnen som proppemiddel-pakkes er vist, og at aktivitetene med pakking av proppemiddel ved å pumpe en løs oppslamming av proppemiddel ned i borehullet gjennom en tverrforbindel-se, gjennom et filter og tilbake oppover i hullet gjennom enden av vaskerøret, skal fremdeles ansees som den operasjon som besørges i forhold til oppfinnelsen. Forskjellen er vist i figurene og omtalt nedenfor.

Idet det igjen henvises til fig. 5, begynner den normale proppemiddel-pakkingen med at a-bølgen og lekkasjefluidet blir trukket gjennom sikten 86 og til enden av vaskerøret 80 (enden er ikke vist). Som kjent vil a-bølgen fortsette til bunnen av vaskerøret 80 og deretter påbegynne en p-bølge tilbake oppover i hullet, p-bølgen forplanter proppemiddel-avsetning tilbake oppover og over toppen av ringrommet rundt sikten 86. Etter hvert som p-bølgen nærmer seg ringtetningen, vil imidlertid bevegelse ovenfor denne stoppe opp fordi det ikke er noen lekkasje (nødvendig for avsetning) over ringtetningen 88. Resultatet er at proppemiddel-pakken 96 under ringtetningen 88 er meget tett og trykket i proppemiddel-bærerfluidet øker i området over ringtetningen 88. Da det ikke er noen lekkasje ovenfor ringtetningen 88, vil proppemiddel ikke lenger bli avsatt. Det skal forstås at det ikke er noen lekkasje under sikten 84 på grunn av tetningen 94. Uten tetningen 94 ville lekkasje forekomme fra under sikten 84 og ganske enkelt strømme til enden av vaskerøret 80. Tetningen 94 hindrer slik strømning og ska-per den ovenfor beskrevne tilstand.

Etter hvert som trykket øker i ringrommet 100 til et forutvalgt differensial over trykket i ringrommet 102, åpner ventilen 92, hvilket virker til å bevege enden av vaskerøret 80 til ovenfor tetningen 94. Straks ventilen 92 åpner, dannes en lekkasjebane (se strømningslinjen 180 i fig. 3) fra under sikten 84 til vaskerøret 80 og p-bølgen forplantes dit. Ettersom det ringformete området 104 mellom ringtetningen 88 og det åpne hull 106 er forholdsvis trangt, vil hastigheten til det gjen-nomstrømmende fluid være høy, hvilket hindrer avsetning av proppemiddel. Proppemiddelet blir således ikke avsatt før det når sikten 84 der lekkasje forekom-mer og fluidets hastighet minsker, p-bølgen vil således springe over ringtetningen 88 og fortsette over sikten 84. Slike oversprang vil skje på hvilket som helst sted der konstruksjonen er som angitt, uansett antallet av ringtetninger som benyttes. På grunn av de ventilkonstruksjoner som benyttes, vil trykket over ventil-aktuato-ren alltid være utlignet inntil nedihull-seksjonen er gjenpakket og trykket ovenfor øker. Dette gjør det mulig å kjøre inn flere sammenstillinger samtidig. Dette vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse av ventil-utførelsene.

Ringtetningene kan nå blåses opp på vanlig måte med sikkerhet for at de-res ytterdiameter vil ligge an mot formasjonen ved det uforete hullets avgrensing 106 og ikke et segment av pakket proppemiddel. Derved opprettes en pålitelig isolasjon mellom sonene.

I fig. 4 er det vist en utføringsform av ventilen for soneisolasjonssystemet ifølge fig. 2 og 3. For klarhetens skyld er bare selve ventilkonstruksjonen og tetningen 94 vist. Det skal forstås at omgivelsene for ventilen er forutsatt å være som vist i fig. 2 og 3.

Ventilen 92 omfatter en strømningsport 110 som forbinder vaskerørets 80 indre med ringrommet 100 og derved tillater fluid fra ringrommet 100 å gå til vas-kerøret 80. Ventilen vil innledningsvis være lukket ved hjelp av hylsen 112 med tetninger 114. En slik stilling (lukket) er fortrinnsvis sikret ved hjelp av et brudd-element 116 så som en bolt. Hylsen 112 er forbundet med og påvirkbar som reaksjon på et stempel 118 som er forskyvbart i en boring 120 som er todelt i kamre 120a og 120b ved hjelp av stempelet 118. Kammeret 120a er innrettet til å "se" trykket i ringrommet 100 mens kammeret 120b "ser" trykket i ringrommet 102. Når trykket i ringrommet 100 overskrider ringrom-trykket med en forutvalgt verdi på ca. 150 til ca. 3500 kPa, vil bolten 116 briste og hylsen 112 omstilles til åpen port 110. På tegningen blir kammeret 120a forsynt med trykk-informasjon gjennom kanalen 122 og kammeret 120b forsynes med trykk-informasjon gjennom kanalen 124. Dette er bare eksempler på kanaler som kan anvendes, og det er viktig å merke seg bare at kanalene eller andre "trykkfølere" (data-følere er et alternativ der hylsen åpnes elektrisk eller mekanisk på annen måte enn enkelt hydraulisk) skal utsettes for trykk på motsatte sider av tetningen 94.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen, er at det kan installeres lange innfø-ringer av proppemateriale, uten at proppemiddel-fluidbærertrykket øker, på grunn av ventilene som anvendes i oppfinnelsen. Pumpetrykk-forskjellen for betabølgen er vist i fig. 5 og 6 der oppfinnelsen (fig. 6) viser et sagtannet trykkmønster som holder trykket lavt.

Ifølge en annen utføringsform av ventilkomponenten ifølge oppfinnelsen, vises til fig. 7-30 som, oppdelt i fig. 7-14; 15 - 22; og 23 - 30, viser tre distinkte tilstander for den samme ventil. Som referanseramme, kan tetningen 94 i denne utførelse av ventilen ifølge oppfinnelsen finnes i fig. 12, 20 og 28 og er fortrinnsvis en stabel av sammenføyde tetninger (engelsk: "bonded seal stack"). "Bonded seal stack" er et kjent uttrykk innen faget og krever ingen spesiell omtale. Et slikt tetningsarrangement er kommersielt tilgjengelig fra mange forskjellige kilder.

I fig. 7 - 14 er ventildelen av oppfinnelsen vist i lukket stilling. Dette er stillingen for innføring av vaskerøret og den stillingen der ventilen fortsatt vil være inntil proppemiddel-pakkeoperasjonen bringer trykket til å stige i området ovenfor tetningen 94 som ovenfor beskrevet.

Ventilen er lukket i låst stilling ved hjelp av låsestempelet 150 som hindrer låseringen 152 fra å gå ut av inngrep med sporet 154 på vaskerøret 156. Låsestempelet er også forspent i låst stilling ved hjelp av en fjær 158 som forutbestem-mer den trykkforskjell som kreves for å frigjøre verktøyet, dvs. bringe det ut av låst tilstand. Fjæren 158 grenser mot en mutter 159 som ved hjelp av gjenger er festet til hylsen 160. Det skal bemerkes at ringrommet 161 (fig. 11) er blitt latt åpen for å kunne oppta hylsen 160 og dens aktiveringsenheter etter å være åpnet. Nærmere bestemt blir trykket i området ovenfor tetningen 94 "sett" av låsestempelets 150

øvre ende; trykket nedenfor tetningen 94 blir "sett" av den nedre ende av stempelet 150. Således må trykket nede i hullet, i tillegg til forspenningen fra fjæren 158, overvinnes for at trykket oppe i hullet skal kunne frigjøre verktøyet. Trykkbanen for oppihull-trykket virker langs låsehylsens 160 ytterdiameter. Nedihull-trykket har tilgang nedenfor tetningen 94 ved porten 162 (fig. 13).

Når trykket ovenfor tetningen 94 når det forutvalgte differensial i forhold til trykket under denne, vil verktøyet være i den tilstand som fremgår av fig. 15-22, dvs. at låsestempelet 150 vil beveges nedover i hullet, bort fra låseringen 152 som da frigjøres fra sporet 154. Det er ikke lenger noe som holder låsehylsen 160 lukket, og det samme trykk som åpnet låsestempelet 150 vil, i sammenheng med fjæren 168 som hviler mot fjæransatsen 169, tvinge låsehylsen 160 til åpen stilling ved å omstille hylsen til nedenfor portene 164. Den åpne tilstand er vist i fig. 23 - 30, der hylsen er forskjøvet helt bort fra portene 164 og er kommet til hvile på flatepartiet 170 med hylsens 160 skulder 172 i anlegg mot dette. Passende tetninger 174 er plassert langs hele verktøyet for å avtette trykket der hvor det er ønskelig.

De nevne operasjonelle komponenter befinner seg mellom et hylsedeksel 180 og vaskerøret 156. Dekselet 180 er fastskrudd til en tetnings-overgang 182 som så, via en trapesgjenge, er festet til en nedre overgang 184. En fagmann på området vil legge merke til at det mangler en tetning 174 oppe i hullet der dekselet 180 møter den øvre overgang 188. Dette er en del av trykkbanen til det ovenfor omtalte oppihull-område.

Ettersom anordningen av forskjellige soner og strømningstyreanordninger i oppfinnelsen gjør det mulig å måle trykkfallet i de enkelte soner, kan operatøren kontrollere eller styre sonene slik at de både jevnt fordeler det tilgjengelige trykkfall for å unngå for tidlig gjennombrudd ved produksjon med høy hastighet. Dessuten kan operatøren avstenge spesielle soner der det foreligger et gjennombrudd og samtidig opprettholde produksjonen ved de andre sonene.

Etter konstruksjon av en av de ovenfor beskrevne sammenstillinger, og etter at vaskerøret er blitt fjernet, installeres en produksjonsstreng som fortrinnsvis omfatter flere av tetnings-sammenstillingene, med minst én verktøy-stoppe-mekanisme for å plassere tetnings-sammenstillingene ved de punkter der hoved-røret er jevnt og innerdiameteren ikke redusert. Plasseringen kan også sikres basert på forlengingsrørhengeren 10. Tetnings-sammenstillingene gjør det mulig å danne forskjellige soner og å opprettholde disse, slik at selektive tilstander kan skapes i diskrete soner.

Selv om foretrukne utføringsformer er blitt vist og beskrevet, kan disse utsettes for forskjellige modifikasjoner og erstatninger uten å avvike fra oppfinnel-sestanken og -rammen. Følgelig skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i illustrasjonsøyemed og ikke i begrensende øyemed.

Claims (9)

1. Proppemiddel-pakkesystem for dannelse av en sonevis isolert proppemiddelpakke (96), omfattende: et hovedrør (82); et i hovedrøret anordnet vaskerør (80), karakterisert ved at en tetning (88) som strekker seg over et ringrom (100) mellom hovedrøret (82) og vaskerøret en strømningsport (110) som kommuniserer mellom et tomrom som er avgrenset i vaskerøret (80) og ringrommet (100) og beliggende oppihull for tetningen; og en ventil (92) som styrer strømningsporten (110).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at ventilen (92) er hydraulisk styrt.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at ventilen (92) omfatter et lukkeelement som er forbundet med et stempel (118).

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at stempelet (118) tode-ler et kammer (120a, 120b) og at en side av kammeret utsettes for trykk på en nedihull-side av tetningen mens en andre side av kammeret utsettes for trykk på en oppihull-side av tetningen.

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at ventilen (92) er innrettet til å åpne strømningsporten (110) når trykket på tetningens oppihull-side er større enn trykket på tetningens nedihull-side med en valgt størrelse.

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det tillater selektiv styring av trykkfall i enkeltsoner.

7. Fremgangsmåte for oppbygging av en proppemiddel-pakke (96) rundt en ringtetning (88) som ikke pakkes, omfattende: installering av et slisset hovedrør (82) med en påmontert, ringtetning; installering av et vaskerør (80) innvendig i hovedrøret (82), hvilket vaskerør (80) har en åpen ende, og en ventil (92) som kan åpnes; karakterisert ved at installering av en tetning (88) i et ringrom (100) som avgrenses av vaskerøret (80) og hovedrøret (82) og som er anbrakt mellom ventilen (92) som kan åpnes og enden av vaskerøret (80), idet tetningen er beliggende radialt innenfor ringtetningen (88); pumping av proppemiddel inntil en trykkforskjell i et ringformet område oppihull for tetningen (92) er en forutbestemt verdi større enn trykket i et ringformet område nedihul for tetningen (92); åpning av ventilen (92) som reaksjon på nevnte trykkforskjell og pumping av proppemiddel inntil proppemiddelpakken (96) er komplett.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at åpningen av ventilen (92) skjer automatisk.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at ventilen (92) er stempel-manøvrert og at trykkforskjellen bringer ventilen til å åpne.