NO342388B1 - Brønnkompletteringsfremgangsmåte og brønnkompletteringsapparat - Google Patents

Abstract

Et apparat og fremgangsmåte for perforering av et foringsrør, for frakturering av en formasjon, og for injeksjon eller produsering av fluid, alle under en tur med et enkelt verktøy. Verktøyet har et flertall elementer (12, 14) som teleskoperer utover for perforering og frakturering. Verktøyet har også en mekanisk kontrollinnretning for selektivt å styre fraktureringen av formasjonen og injeksjonen eller produksjonen av fluider gjennom teleskopelementene.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsesområdet – Den foreliggende oppfinnelse er innen området for apparatur og metoder anvendt i frakturering av en undergrunnsformasjon i en oljeeller gassbrønn, og anvendt ved produksjon av hydrokarboner fra brønnen eller injisering av fluider inn i brønnen.

US 5228518 A omtaler en nedihullsaktivert sentrerer for å sentralisere rør i et borehull for utvinningen og produksjonen av hydrokarboner. De nedihulls aktiverte sentraliserere er båret innen enten rørfôringen eller muffene eller begge deler og forblir generelt innen den maksimale utvendige profil av rørstrengen for på den måten å ikke forstyrre bevegelsen og plasseringen av rørstrengen i borehullet. Rørstrengen kan roteres, gå frem og tilbake og sirkuleres hvilket forbedrer installatørens evne til å plassere rørstrenger i et avviket eller langtrekkende borehull. Når rørstrengen er på plass, kan sentralisererne utplasseres ved én eller flere fremgangsmåter slik som stempler montert i åpninger i den periferiske vegg av rørstrengen som beveger seg utover med tilstrekkelig kraft for å bevege rørstrengen bort fra veggene av borehullet tilstrekkelig for å danne et komplett ringrom for sementering. Når brønnen er sementert, kan pluggene i rørstemplene ødelegges ved én eller flere fremgangsmåter som åpner perforeringer til formasjonen.

Tidligere kjent teknikk boring og komplettering av olje- og gassbrønner er det vanlig å posisjonere et forlengingsrør i borehullet, og perforere forlengingsrøret ved en ønsket dybde, videre å frakturere formasjonen i denne dybde, og å tilveiebringe for sandfri produksjon av hydrokarboner fra brønnen eller injeksjon av fluider inn i brønnen. Disse operasjoner gjennomføres typisk i flere trinn som krever flere turer inn i og ut av borehullet med arbeidsstrengen. Etter som riggtid er kostbar ville det være nyttig å kunne gjennomføre alle disse operasjoner med et enkelt verktøy, og under en enkelt tur inn i borehullet.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en rørkompletteringsfremgangsmåte, kjennetegnet ved at den omfatter:

å posisjonere en streng nede i brønnen som har i det minste én forlengbar passasje;

å forlenge nevnte passasje nede i brønnen;

å frakturere gjennom nevnte passasje;

å posisjonere et partikkelkontrollelement, avlevert med nevnte streng, i fluidkommunikasjon med nevnte passasje etter nevnte frakturering;

å ta produksjon gjennom nevnte forlengbare passasje og nevnte partikkelkontrollelement.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er utdypet i kravene 2 til og med 7.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås også ved et brønnkompletteringsapparat, kjennetegnet ved at det omfatter:

en rørstreng med i det minste én selektivt forlengbar passasje;

et gitter bevegelig festet i nevnte streng for selektiv innretning og feilinnretning med nevnte passasje;

nevnte gitter omfatter en rørhylse med i det minste en åpen port og i det minste en gitterport, nevnte hylse er bevegelig for selektivt å innrette nevnte åpne port med nevnte passasje for frakturering av nevnte gitterport med nevnte passasje for å ta produksjon.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten er videre utdypet i krav 9. Det er omtalt et verktøy og en fremgangsmåte for å perforere et borehullforlengingsrør, frakturere en formasjon, og produsere eller injisere fluider, alt i løpet av en enkelt tur. Apparatet inkluderer en rørformet hoveddel med et flertall rørelementer som teleskopisk kan skyves radielt utover, med en mekanisk anordning for selektivt å kontrollere den hydrostatiske frakturering av formasjonen ved hjelp av ett eller flere av teleskopielementene og for selektivt å kontrollere den sandfri injeksjon eller produksjon av fluider gjennom ett eller flere av telekskopielementene. Den mekaniske kontrollinnretning kan enten være én eller flere forskyvbare hylser, eller èn eller flere tilbakeslagsventiler.

En utførelsesform av apparatet har et innebygd sandkontrollmedium i ett eller flere av teleskopielementene, for å tillate injeksjon eller produksjon, og en tilbakeslagsventil i ett eller flere av teleskopielementene, for å tillate enveis strømning for hydrostatisk å frakturere formasjonen uten å tillate sandinntregning etter frakturering.

En ytterligere utførelsesform av apparatet har en hylse som forskyves mellom en fraktureringsposisjon og en injeksjons-produksjonsposisjon, for å omdanne verktøyet mellom disse to typer av operasjon. Hylsen kan forskyves i lengderetningen eller den kan rotere.

Hylsen kan være en hylse med kraftig vegg som forskyves til selektivt å åpne og lukke de forskjellige teleskopielementer, idet noen teleskopielementer har et innbygd sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som ”sandkontrollelementer”) og andre teleskopielementer uten noe innbygd sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som ”fraktureringselementer”).

Selve hylsen kan ellers være et sandkontrollmedium, som for eksempel en skjerm, som forskyves til selektivt å omdanne teleskopielementene mellom fraktureringsmodus og injeksjons-produksjonsmodus. I denne utførelsesform ville ingen av teleskopielementene ha et innbygd sandkontrollmedium.

Hylsen kan ellers ha porter som forskyves til selektivt å åpne og lukke de forskjellige teleskopielementer, idet noen teleskopielementer har et innbygd sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som ”sandkontrollelementer”), og andre telekskopielementer som ikke har noe innbygd sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som ”fraktureringselementer”). I denne utførelsesform forskyves hylsen til selektivt å plassere portene over enten ”sandkontrollelementene” eller ”fraktureringselementene”.

Hylsen kan ellers ha porter, hvorav noen inneholder et sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som ”sandkontrollporter”) og hvorav noen ikke inneholder sandkontrollmedium (som i dette tilfelle kan refereres til som fraktureringsporter”). I denne utførelsesform ville ingen av teleskopielementene ha et innebygd sandkontrollmedium, og hylsen forskyves til selektivt å plassere enten ”sandkontrollportene” eller ”fraktureringsportene” over teleskopielementene.

De nye trekk ved oppfinnelsen, så vel som selve oppfinnelsen, vil bli best forstått fra de vedføyde tegninger, tatt sammen med den følgende beskrivelse, hvori tilsvarende henvisningstall refererer til lignende deler, og hvori:

KORT BESKRIVELSE AV DE FORSKJELLIGE RISS I TEGNINGENE

Fig. 1 til 3 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse, noen sandkontrollelementer, noen fraktureringselementer, arrangert til å utøve fraktureringstrykk både over og under en produksjons- eller injeksjonssone; Fig. 4 til 6 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse, noen sandkontrollelementer, og noen fraktureringselementer, arrangert til å utøve fraktureringstrykk bare under en produksjons- eller injeksjonssone;

Fig. 7 til 9 viser en utførelsesform av oppfinnelsen uten noen forskyvbar hylse, men med noen sandkontrollelementer, og noen fraktureringselementer med en mekanisk tilbakeslagsventil;

Fig. 10 og 11 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse med kraftig vegg, noen sandkontrollelementer, og noen fraktureringselementer;

Fig. 12 og 13 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse og som innlemmer et sandkontrollmedium, hvor ingen av teleskopielementene har et sandkontrollmedium;

Fig. 14 og 15 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse med porter, noen sandkontrollelementer, og noen fraktureringselementer; og Fig. 16 og 17 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med en forskyvbar hylse med noen sandkontrollporter, og noen fraktureringsporter.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Som vist i fig.1 har verktøyet 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse i en utførelsesform et flertall teleskopielementer 12, 14. Alle disse teleskopielementer 12, 14 er vist radielt tilbaketrukket inn i hoveddelen av verktøyet 10, i posisjon etter innføring. En første gruppe av disse elementer 12 har ikke noe sandkontrollmedium deri, mens en andre gruppe av disse elementer 14 har et sandkontrollmedium inkorporert deri. Sandkontrollmediet hindrer inntrengning av sand eller annen partikkelformet substans fra formasjonen inn i verktøyhoveddelen. Fig.2 viser teleskopielementene 12, 14 strukket radielt utover fra hoveddelen av verktøyet 10 for å komme i kontakt med undergrunnsformasjonen, som for eksempel ved utøvelsen av hydraulisk trykk fra fluidet som strømmer gjennom verktøyet 10. Hvis noen av elementene 12, 14 etter utøvelse av dette hydrauliske trykk ikke forlenges fullstendig kan de forlenges mekanisk ved passasje av en avsmalnende plugg (ikke vist) gjennom hoveddelen av verktøyet 10 som kjent innen dette område. Etter forlengelsen av teleskopielementene 12, 14 for å komme i kontakt med formasjonen pumpes et proppemiddelfylt fluid gjennom verktøyet 10, som kjent innen dette område, for å utøve tilstrekkelig trykk til å frakturere formasjonen og opprettholde formasjonssprekkene åpne for injeksjonen eller produksjonen av fluidet. Dette proppemiddelfylte fluid vil passere gjennom fraktureringselementene 12, men vil ikke skade sandkontrollelementene 14. Etter frakturering forskyves en forskyvbar hylse 16 i lengderetningen på en glidende måte, som vist i fig.3, for å dekke fraktureringselementene 12, mens sandkontrollelementene 14 etterlates udekket. Forskyvning av hylsen 16 kan foregå ved hjelp av en hvilken som helst type av forskyvbart verktøy (ikke vist) kjent innen dette område. Det kan ses at i dette tilfelle er fraktureringselementene 12 gruppert i to fraktureringssoner 18, både over og under den ønskede produksjons/injeksjonssone hvor sandkontrollelementene 14 er gruppert. Når øvre og nedre fraktureringssoner 18 fraktureres vil formasjonssprekkene forplantes gjennom dybden av injeksjons/produksjonssonen derimellom.

Fig. 4 til 6 viser en lignende type av verktøy 10 som det som er vist i fig.1 til 3, bortsett fra at fraktureringssonen |8 bare er under injeksjons/produksjonssonen 20. Denne type av arrangement kan anvendes hvor det ikke er ønskelig å frakturere en vannførende formasjon umiddelbart over injeksjons/produksjonssonen.

Fig. 7 til 9 viser en ytterligere utførelsesform av verktøyet 10 og som ikke har noen forskyvbar hylse. Denne utførelsesform har imidlertid en forskjellig type av mekanisk kontrollinnretning for å kontrollere fraktureringen og produksjon/injeksjon gjennom teleskopielementene 12, 14. Det vil si at som tidligere inkorporerer hvert av sandkontrollelementene 14 et innebygd sandkontrollmedium, idet hvert av fraktureringselementene 12 inkorporerer en tilbakeslagsventil 22 deri. I denne utførelsesform, så snart verktøyet 10 befinner seg i den ønskede dybde og teleskopielementene 12, 14 er blitt utvidet passerer således fraktureringsfluidet gjennom tilbakeslagsventilene i fraktureringselementene 12 inn i formasjonen. Deretter kan hydrokarbonfluidene produseres fra formasjonen gjennom sandkontrollelementene 14 eller fluid kan injiseres inn i formasjonen gjennom sandkontrollelementene 14.

Det kan sees at fig.7 til 9 alternerer fraktureringselementene 12 både over og under sandkontrollelementene 14, i stedet for at de er gruppert over eller under som vist i to forskjellige typer av arrangement i fig.1 til 6. Det skal imidlertid forstås at hvilke som helst av disse tre typer av arrangement kunne oppnås med enten den forskyvbare hylsetype av verktøy eller tilbakeslagsventil-typen av verktøy.

Andre utførelsesformer av apparatet 10 kan også anvendes for å oppnå hvilke som helst av de tre typer av arrangement av teleskopielementene 12, 14 vist i fig.1 til 9. Først vises en i lengderetningen glidende type av forskyvbar hylse 16 i fig.10 og 11. I denne utførelsesform er den forskyvbare hylse 16 en hylse med kraftig vegg som tidligere, men den kan posisjoneres og innrettes til å forskyves foran, som i fig.10, eller bort fra, som i fig.11, en enkelt rad av fraktureringselementer 12, så vel som den flere raders dekning vist i fig.3. Det kan sees at fraktureringselementene 12 har en åpen sentral boring for passasjen av det proppemiddelfylte fraktureringsfluid. Sandkontrollelementene 14 kan ha en hvilken som helst type av innebygd sandkontrollmedium deri, med eksempler på metallkorn og siktmateriale vist i figurene. Uansett om den forskyvbare hylse 16 dekker sandkontrollelementene 14 eller ikke når den blottlegger fraktureringselementene 12 er uten betydning for effektiviteten av verktøyet 10.

En andre type av forskyvbar hylse er vist i fig.12 og 13. Denne i lengderetningen glidende forskyvbare hylse 16 er i prinsippet konstruert av et sandkontrollmedium som for eksempel et gitter. Fig.12 viser hylsen 16 posisjonert foran teleskopielementene 12, for injeksjon eller produksjon av fluid. Fig.13 viser hylsen 16 posisjonert borte fra teleskopielementene 12, for pumping av proppemiddelfylt fluid inn i formasjonen. I denne utførelsesform har ingen av telekskopielementene et innebygd sandkontrollmedium.

En tredje type av forskyvbar hylse 16 er vist i fig.14 og 15. Denne forskyvbare hylse 16 er en i lengderetningen forskyvbar hylse med kraftig vegg ved et flertall porter 24. Hylsen 16 forskyves i lengderetningen til å posisjonere portene 24 enten foran eller borte fra fraktureringselementene 12. Fig.14 viser portene 24 av hylsen 16 posisjonert borte fra fraktureringselementene 12, for injeksjon eller produksjon av fluid gjennom sandkontrollelementene 14. Fig.15 viser portene 24 av hylsen 16 posisjonert foran fraktureringselementene 12, for pumping av proppemiddelfylt fluid inn i formasjonen. I denne utførelsesform har fraktureringselementene 12 en åpen sentral boring for passasjen av proppemiddelfylt fraktureringsfluid. Sandkontrollelementene 14 kan ha en hvilken som helst type av innbygd sandkontrollmedium deri. Også her uansett om den forskyvbare hylse 16 dekker sandkontrollelementene 14 når den blottlegger fraktureringselementene 12 eller ikke er uten betydning for effektiviteten av verktøyet 10.

En fjerde type av forskyvbar hylse er vist i fig.16 og 17. Denne forskyvbare hylse er en rotasjonsmessig forskyvbar hylse med kraftig vegg med et flertall porter 24, 26. Et første flertall av portene 26 (sandkontrollportene) har et sandkontrollmedium innkorporert deri, mens et andre flertall av porter 25 (fraktureringsportene) ikke har noe sandkontrollmedium deri. Hylsen 16 forskyves rotasjonsmessig til posisjonering av enten fraktureringsportene 24 eller sandkontrollportene 26 foran teleskopielementene 12. Fig.16 viser fraktureringsportene 24 av hylsen 16 posisjonert foran elementene 12, for pumping av proppemiddelfylt fluid inn i formasjonen. Fig.17 viser sandkontrollportene 26 av hylsen 16 posisjonert foran telekskopielementene 12, for injeksjon eller produksjon av fluid gjennom elementene 12. I denne utførelsesform har alle teleskopielementene 12 en åpen sentral boring; ingen av teleskopielementene har et innebygd sandkontrollmedium.

Det skal forstås at en rotasjonsmessig forskyvbar type av hylse, som vist i fig. 16 og 17 kunne anvendes med bare åpne porter, som vist i fig.14 og 15, med både fraktureringselementet 12 og sandkontrollelementet 14, uten å gå utenfor den foreliggende oppfinnelse. Det skal videre forstås at en i lengderetningen forskyvbar type av hylse, som vist i fig.14 og 15, kunne anvendes med både åpne porter og sandkontrollporter, som vist i fig.16 og 17, med bare åpne teleskopielementer 12, uten å gå utenfor den foreliggende oppfinnelse.

Mens den spesielle oppfinnelse som vist og beskrevet heri i detalj er fullt ut i stand til å oppnå formålene og tilveiebringe de fordeler som er angitt i det foregående, skal det forstås at denne beskrivelse bare er illustrerende for de hittil foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen og at ikke noen begrensninger er ment enn de som fremgår av de etterfølgende patentkrav.

Claims (9)

PATENTKRAV

1. Brønnkompletteringsfremgangsmåte,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å posisjonere en streng nede i brønnen som har i det minste én forlengbar passasje (12);

å forlenge nevnte passasje nede i brønnen;

å frakturere gjennom nevnte passasje;

å posisjonere et partikkelkontrollelement (14), avlevert med nevnte streng, i fluidkommunikasjon med nevnte passasje (12) etter nevnte frakturering;

å ta produksjon gjennom nevnte forlengbare passasje (12) og nevnte partikkelkontrollelement (14).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å bevegelig montere nevnte partikkelkontrollelement (14) innen nevnte streng.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å gli nevnte partikkelkontrollelement (14) langsgående inn i eller ut av innretning med nevnte forlengbare passasje (12).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å forme nevnte partikkelkontrollelement (14) som et forskyvbart sylindrisk formet gitter innen nevnte streng.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å roterbart montere nevnte partikkelkontrollelement (14).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å tilveiebringe en hylse (16) med i det minste én åpen port (24, 26) og i det minste én gitterport;

å selektivt innrette nevnte åpne port (24, 26) innen nevnte passasje (12) for frakturering og nevnte gitterport med nevnte passasje (12) for å ta produksjon.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å tilveiebringe et flertall av passasjer (12) innen nevnte streng;

å selektivt innrette nevnte flertall av passasjer (12) samtidig med nevnte åpne port (24, 26) for å frakturere og så nevnte gitterport for påfølgende produksjon.

8. Brønnkompletteringsapparat (10),

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det omfatter:

en rørstreng med i det minste én selektivt forlengbar passasje (12);

et gitter bevegelig festet i nevnte streng for selektiv innretning og feilinnretning med nevnte passasje (12);

nevnte gitter omfatter en rørhylse (16) med i det minste en åpen port (24, 26) og i det minste en gitterport, nevnte hylse er bevegelig for selektivt å innrette nevnte åpne port (24, 26) med nevnte passasje (12) for frakturering av nevnte gitterport med nevnte passasje (12) for å ta produksjon.

9. Apparat ifølge krav 8,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t :

nevnte hylse (16) er bevegelig langsgående eller rotasjonsmessig på sin akse innen nevnte streng.