NO346117B1 - Brønnkontrollsystemer og fremgangsmåter - Google Patents

Description

(12) PATENT

(11) 346117 (13) B1

(19) NO

NORGE (51) Int Cl.

E21B 21/08 (2006.01)

E21B 44/00 (2006.01)

Patentstyret

(21) Søknadsnr 20111522 (86) Int.inng.dag og 2010.01.05

søknadsnr PCT/US2010/020122

(22) Inng.dag 2011.11.03 (85) Videreføringsdag 2011.11.03

(24) Løpedag 2010.01.05 (30) Prioritet 2010.01.05, US, PCT/US2010/020122 (41) Alm.tilgj 2011.11.03

(45) Meddelt 2022.02.28

(73) Innehaver Halliburton Energy Services Inc, 10200 Bellaire Boulevard, TX77072 HOUSTON, USA

(72) Oppfinner Derrick W Lewis, 3000 North Sam Houston Parkway East, TX77032 HOUSTON, USA

Ronald J Dirksen, 3000 North Sam Houston Parkway East, TX77032 HOUSTON, USA

David Michael Radley, Yare Facility, South Denes Road, NR303QF GREAT YARMOUTH, NORFOLK, Storbritannia

James R Lovorn, 3000 North Sam Houston Parkway East, TX77032 HOUSTON, USA

Fredrick D Curtis, 3000 North Sam Houston Parkway East, TX77032 HOUSTON, USA

(74) Fullmektig ZACCO NORWAY AS, Postboks 488, 0213 OSLO, Norge

(54) Benevnelse Brønnkontrollsystemer og fremgangsmåter

(56) Anførte

publikasjoner ERIKSON, L. Automatic Well Control Simulations, NTNU, Department of Petroleum Engineering and Applied Geophysics, May 2012.

US 2003/0168258 A1, US 2008/0041149 A1, WO 2009/111412 A2

GOINS, W. C. JR. and SHEFFIELD, R., Blowout Prevention, Second Edition, Practical Drilling Technology Volume 1, 1983, ISBN 0-87201-073-2

(57) Sammendrag

En brønnkontrollfremgangsmåte kan inkludere å

fjernes fra et brønnhull en uønsket innstrømning fra

en formasjon inn i brønnhullet, å bestemme en

ønsket trykkprofil i sann tid med en

hydraulikkmodell, og automatisk å operere en

strømningsstrupeinnretning mens den uønskede

innstrømningen fra brønnhullet fjernes, og dermed

påvirke en faktisk trykkprofil mot den ønskede

trykkprofilen. En annen

brønnkontrollfremgangsmåte kan inkludere å

fjernes ut av et brønnhull en uønsket innstrømning

fra en formasjon inn i brønnhullet, å bestemme et

ønsket brønnhullstrykk med en hydraulikkmodell,

hvilket ønskede brønnhullstrykk forhindrer

ytterligere innstrømning inn i brønnhullet mens den

uønskede innstrømningen fra brønnhullet fjerne, og

automatisk å operere en

strømningsstrupeinnretning mens den uønskede

innstrømningen fra brønnhullet fjernes, som

dermed påvirker et faktisk brønnhullstrykk mot det

ønskede brønnhullstrykket.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt utstyr som benyttes og operasjoner som utføres i forbindelse med boring av en undergrunnsbrønn og, i en utførelsesform beskrevet heri, tilveiebringer mer spesifikt brønnkontrollsystemer og fremgangsmåter.

Ved boring av et brønnhull ved eller nær balansert, kan en innstrømning av fluid inn i brønnhullet fra en formasjon krysset av det åpne hullet oppleves. Det er vanlig praksis å stoppe boring og stenge av en brønn (stenge utblåsningssikringene og stoppe sirkulasjon) når uønskede innstrømninger oppleves. Det finnes flere velkjente prosedyrer for håndtering av store innstrømninger (slik som ”the driller’s method, ”the weight and wait method” etc.). Imidlertid avhenger disse fremgangsmåter vanligvis av sirkulering av innstrømningen ut av brønnhullet gjennom riggens strupeventil og manifold, hvor strupeventilen typisk blir hydraulisk aktivert (men manuelt kontrollert) og ikke er i stand til å respondere raskt og i fine inkrementelle trinn på endrede forhold til å bibeholde et ønsket bunnhullstrykk.

US2003168258A1 beskriver metoder og systemer for å variere fluidtrykk i et sirkulasjonssystem mens man sirkulerer et spark (kick) ut av en brønnboring boret gjennom en underjordisk formasjon ved bruk av en borerigg og en borestreng. Sparket kan automatisk sirkuleres ut av brønnboringen og / eller en drepevæske kan sirkuleres inn i brønnboringen. En regulator reduserer sirkulasjonshastigheten ved automatisk å regulere hastigheten til pumpen og posisjonen til borehull. Forskjellige sensorer sammenkoblet med kontrolleren kan brukes til å opprettholde sirkulasjonssystemets drift.

US2008041149 A1 omtaler et lukket-loop sirkulasjonssystem for å bore brønner som styrer strømningsratene inn i og ut av brønnhullet. Brønnspark og fluidtap beherskes raskt ved å justere baktrykket. Brønnsparktoleransen og trippingmargin elimineres ved sanntidsbestemmelse av pore- og bruddtrykk. Systemet kan omfatte en roterende utblåsningssikring og kan brukes med underbalansert boring.

WO2009111412 A2 beskriver en metode for å overvåke forholdene nede i et borehull som inkluderer å motta sensordata gjennom et nettverk av noder tilveiebragt i utvalgte posisjoner på en borestreng anbrakt i borehullet. Det blir gjort en slutning om tilstanden nede i hullet fra sensordataene. Det bestemmes om tilstanden nede i borehullet samsvarer med en mål nede i hullet i en angitt toleranse. Minst én parameter som påvirker tilstanden nede i borehullet, justeres selektivt hvis tilstanden nede i borehullet ikke samsvarer med målet nede i hullet i den angitte toleransen.

Fig. 1 er et skjematisk riss av et brønnkontrollsystem og fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et skjematisk diagram av trykk- og strømningskontrollelementer i brønnkontrollsystemet og fremgangsmåten.

Fig. 3 er et skjematisk riss av en annen konfigurasjon av brønnkontrollsystemet og fremgangsmåten.

Fig. 4 er et skjematisk flytskjema av trinn i brønnkontrollfremgangsmåten.

Forbedrede brønnkontrollsystemer og fremgangsmåter beskrevet nedenfor kan benytte en hydraulikkmodell for å bestemme en brønnhodetrykkprofil som bør benyttes for å oppnå og bibeholde et ønsket nedihullstrykk mens en uønsket innstrømning sirkuleres ut av et brønnhull i en brønnkontrollsituasjon. For eksempel kan nedihullstrykket være et bunnhullstrykk påkrevd for å skape en overbalansetilstand i bunnen av brønnhullet for å forhindre ytterligere innstrømninger, eller nedihullstrykket kan være noe mindre enn trykklassifisering for en ledesko etc.

Det ønskede nedihullstrykket kan bibeholdes mens innstrømningen sirkuleres ut av brønnhullet, ved frem- og tilbakebevegelse og rotasjon av borerør i brønnhullet, og ved gjennomføring av hvilke som påkrevde justeringer i slamvekt etc. Hydraulikkmodellen og en automatisk kontrollert struper sammenkoblet i en fluidreturledning kan oppspore og kontrollere drepevektfluid som blir sirkulert til borekronen, oppspore og kontrollere drepevektfluidet når det strømmer opp ringrommet, oppspore og kontrollere drepevektfluidet ettersom gass deri når overflaten og ekspanderer, kontrollere utslippet av ekspandert gass inn i riggslamgasseparatorsystemet eller hvilke som helst andre typer separatorsystemer og så raskt kontrollere utslipp av væske som følger gassen, og kan kontrollere trykket så nøyaktig at trykket utøvd av en gassboble i ringrommet kan bli kontrollert når den passerer en ledesko (eller hvilket som helst annet valgt punkt i ringrommet) på sin vei til overflaten.

Fortrinnsvis inkluderer brønnkontrollsystemet i det minste hydraulikkmodellen og den automatisk kontrollerte strømningsstrupeinnretningen. Eksempler på egnede automatisk kontrollerbare strupere for bruk i brønnkontrollsystemet og fremgangsmåten er AUTOCHOKE (TM) tilgjengelig fra M-I Swaco i Houston, Texas, USA, og den beskrevet i US-patent nr.4355784, overdratt til Warren Automatic Tool Company i Houston, Texas, USA. Andre automatisk kontrollerbare strupere kan benyttes ved behov.

Hydraulikkmodellen bestemmer den ønskede nedihullstrykkprofilen og overflatetrykkprofilen som kreves for å oppnå det nedihullstrykket, tatt i betraktning brønnhullkonfigurasjon (for eksempel ved bruk av en brønnhullsmodell), overflate- og nedihullssensormålinger, ekvivalent sirkulerende tetthet etc. Hydraulikkmodellen kan foreta disse bestemmelsene i sann tid eller off-line. Sanntidsoperasjonen av hydraulikkmodellen vil fortrinnsvis benyttes under faktiske brønnkontrolloperasjoner (for eksempel under utsirkulering av en innstrømning, dreping av brønnen etc.). Off-lineoperasjonen av hydraulikkmodellen kan benyttes for planleggingsformål, å utforske alternative scenarier etc.

Strømningsstrupeinnretningen bibeholder det ønskede overflatetrykket ved å variere motstanden mot strømning etter behov. En mottrykkspumpe eller riggpumpene kan benyttes til å tilføre strøm gjennom en struper ved behov, når det ikke er noen sirkulasjon gjennom borestrengen. Egnede teknikker for tilførsel av strømning gjennom struperen når strømning gjennom borestrengen er stoppet, beskrives i internasjonal søknad med serienr. PCT/US08/87686, innlevert 16. desember 2008. Andre teknikker for tilførsel av strømning gjennom struperen kan benyttes ved behov.

Den automatisk kontrollerte struperen kan ta plassen til en konvensjonell riggstrupemanifold, eller en riggstrupemanifold kan modifiseres til å inkludere en slik automatisk kontrollert struper. Hydraulikkmodellen, brønnhullmodellen og dataakkumulering og lagring kan ligne de som benyttes i ”manage pressure drilling”-(MPD)-operasjoner.

Et annet foretrukket trekk ved det nye brønnkontrollsystemet er evnen til å overvåke og operere brønnkontrollsystemet fra et fjernt sted. Brønnstedsystemet kan være koplet til et fjernoperasjonssenter (via en hvilken som helst kommunikasjonsforbindelse, slik som landline, satellitt, internett, trådløst, wide area network (WAN), telefoni etc.).

På fjernoperasjonssenteret er en brønnkontrollekspert tilveiebrakt med et display av de aktuelle sensormålinger, og kan kontrollere og overvåke trykkprofilen tilveiebrakt av hydraulikkmodellen, overvåke forløpet til brønnkontrolloperasjonen, manuelt overstyre trykkprofilen, manuelt kontrollere strømningsstrupeinnretningen og ventiler etc. På denne måten kreves ikke en brønnkontrollekspert på brønnstedet. I stedet kan en enkelt brønnkontrollekspert overvåke og kontrollere operasjoner på flere brønnsteder.

Det er ikke nødvendig for en overflatestruper å benyttes i brønnkontrollsystemet og fremgangsmåten. I stedet kan en nedihullsstrupe/strømningsbegrensningsinnretning benyttes. Nedihullsstruperen kan for eksempel innbefatte en oppblåsbar pakning på borestrengen for å strupe strømning gjennom ringrommet. Oppblåsning av pakningen og den resulterende strømningsbegrensningen kan kontrolleres slik at et ønsket nedihullstrykk oppnås/bibeholdes.

Brønnkontrollsystemet kan benytte et nedihullsstrømningsmålesystem og/eller PWD (downhole pressure measurement system) for tidlig innstrømningsdeteksjon. Nedihullsstrømnings- og/eller trykkmålesystemet kan detektere endringer i trykk, strømning, fluidtype etc., slik at en innstrømning raskt kan detekteres og kommuniseres til overflatesystemet, som dermed gjør det mulig å kontrollere innstrømningen så raskt som mulig.

Fortrinnsvis stopper det nye brønnkontrollsystemet en uønsket innstrømning og sirkulerer innstrømningen ut av en brønn, ved bruk av en hydraulikkmodell for bestemmelse av en overflatetrykkprofil og ønsket nedihullstrykk, og en automatisk kontrollert struper eller annen strømningsbegrenser. Et slikt system kan forhindre havari av en ledesko, og kan bli fjernovervåket og –kontrollert.

Representativt og skjematisk vist i fig.1, er et brønnkontrollsystem 10 og en tilknyttet fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse. I systemet 10 blir et brønnhull 12 boret ved å rotere en borekrone 14 på en ende av en borestreng 16. Borefluid 18, vanligvis kjent som slam, blir sirkulert nedover gjennom borestrengen 16, ut av borekronen 14 og oppover gjennom et ringrom 20 dannet mellom borestrengen og brønnhullet 12, for å avkjøle borekronen, smøre borestrengen, fjerne borekaks og tilveiebringe et middel for bunnhulltrykkontroll. En enkelt eller multippel, gjenvinnbar eller permanent, ikke-returventil 21 (typisk en énveisventil av klassetypen eller stempeltypen) forhindrer strømning av borefluidet 18 oppover gjennom borestrengen 16 (for eksempel når koblinger blir gjort i borestrengen).

Kontroll av bunnhullstrykket er svært viktig. Fortrinnsvis blir bunnhullstrykket nøyaktig kontrollert for å forhindre for stort tap av fluid inn i jordformasjonen som omkranser brønnhullet 12, uønsket frakturering av formasjonen, uønsket innstrømning av formasjonsfluider inn i brønnhullet etc. I en overbalansert boreoperasjon utført ved bruk av systemet 10 er det ønskelig å bibeholde trykk i ringrommet 20 større en poretrykket i formasjonen som omkranser den ikke-fôrede eller åpne seksjonen av brønnhullet 12.

Under normale boreoperasjoner går borefluidet 18 ut av brønnhodet 24 via en vingventil 28 i kommunikasjon med ringrommet 20. Ventilen 28 kan være tilknyttet en avleder 22 tilkoblet over en ringformet utblåsningssikring 36, eller en slamreturnippel kan benyttes tilkoblet over den ringformede utblåsningssikringen. Fluidet 18 strømmer da (typisk ved hjelp av gravitasjonstilførsel) gjennom en slamreturledning 58 til en vibrasjonssikt 50 og slamtank 52.

Fluidet 18 blir pumpet fra slamtanken 52 ved hjelp av en riggslampumpe 68. Pumpen 68 pumper fluidet 18 gjennom en standrørmanifold 81 (skjematisk vist i fig.1 hvor den inkluderer bare en ventil 76), og så gjennom en standrørledning 26 og inn i borestrengen 16.

Hvis en brønnkontrollsituasjon oppstår (for eksempel hvis en uønsket innstrømning blir mottatt i brønnhullet 12 fra formasjonen som omkranser brønnhullet), så blir boringen stanset og den ringformede utblåsningssikringen 36 blir lukket om borestrengen 16 for å forhindre enhver ukontrollert strømning av slam, gass etc. fra brønnen. På dette punktet blir trinn foretatt for ytterligere å forhindre uønskede innstrømninger inn i brønnhullet 12, og å sirkulere den uønskede innstrømningen ut av ringrommet 20.

En høy ”closing ratio” (HCR)-ventil 74 i utblåsningssikring 43 under den ringformede utblåsningssikringen 36 blir åpnet (en manuell ventil 70 har tidligere blitt åpnet), slik at fluidet 18 kan strømme ut av ringrommet 20 gjennom en strupeledning 30 til en strupemanifold 32, som inkluderer back-up strupere 34, av hvilke én eller to kan benyttes om gangen. Mottrykk kan påføres ringrommet 20 ved hjelp av variabel begrensning av strømmen av fluidet 18 gjennom den (de) operative struper(e) 34 mens innstrømningen sirkuleres ut av ringrommet 20.

Jo større begrensning mot strømning gjennom struperen 34, jo større mottrykk påføres ringrommet 20. Bunnhullstrykket (eller trykket på et hvilket som helst sted i brønnhullet 12) kan således enkelt reguleres ved å variere mottrykket som påføres ringrommet 20.

En hydraulikkmodell kan benyttes, som mer fullstendig beskrevet nedenfor, til å bestemme et trykk påført ringrommet 20 ved eller nær overflaten som vil resultere i et ønsket nedihullstrykk, slik at en operatør (eller et automatisert kontrollsystem) kan enkelt bestemme hvordan trykket påført ringrommet i eller nær overflaten (som kan enkelt måles) skal reguleres for å oppnå det ønskede nedihullstrykket. Mest fortrinnsvis kan hydraulikkmodellen bestemme en trykkprofil (variert trykk over tid) påført ringrommet 20 i eller nær overflaten som vil resultere i en korresponderende ønsket trykkprofil på et nedihullssted.

For eksempel kan det være ønskelig å bibeholde brønnhullstrykket på innstrømningsstedet noe høyere enn poretrykket i formasjonssonen fra hvilken innstrømningen kommer (for derved å forhindre ytterligere innstrømninger) mens egnet vektfluid blir pumpet gjennom borestrengen 16 til borekronen 14, mens vektfluidet blir pumpet opp ringrommet 20, mens gass i ringrommet ekspanderer ettersom den nærmer seg overflaten, mens gassen blir sluppet ut gjennom strupeledningen 30 og mens fluidet sluppet ut gjennom strupeledningen skifter mellom gass og væske (og blandinger derav).

Struperens 34 evne til variabelt å begrense strømmen derigjennom i svært fine inkrementer (og dermed nøyaktig kontrollere mottrykk påført ringrommet 20, og nøyaktig kontrollere trykk på valgte nedihullssteder) under kontroll av hydraulikkmodellen for å oppnå en ønsket trykkprofil, er svært overlegen tidligere fremgangsmåter for manuell kontroll av en hydraulisk aktuell struper under brønnkontrolloperasjoner.

Som et annet eksempel, kan det være ønskelig å redusere trykket påført ringrommet 20 når en gassboble forflytter seg i ringrommet forbi en ledesko 72, for dermed å forhindre sammenbrudd hos ledeskoen. Etter at gassboblen har forflyttet seg forbi ledeskoen 72, kan trykk i ringrommet 20 økes etter behov for å forhindre ytterligere innstrømninger, og å sirkulere den uønskede innstrømningen ut av brønnhullet 12. Selv om det reduserte trykket i ringrommet 20 i noen tilfeller kan tillate enda en uønsket innstrømning inn i brønnhullet 12, vil en slik innstrømning være av relativt kort varighet og kan enkelt sirkuleres ut av ringrommet.

Trykk påført ringrommet 20 kan måles i eller nær overflaten via et mangfold av trykksensorer 38, 40, hvor hver av disse er i kommunikasjon med ringrommet.

Trykksensoren 38 føler trykk under utblåsningssikrings-(BOP)-treet 42. Trykksensoren 40 føler trykk i strupeledningen 30 oppstrøms av strupemanifolden 32.

Enda en trykksensor 44 føler trykk i standrørledningen 26. Nok en annen trykksensor 46 føler trykk nedstrøms av strupemanifolden 32, men oppstrøms av en separator 48, vibrasjonssikt 50 og slamtank 52. Ytterligere sensorer inkluderer temperatursensorer 54, 56 og strømningsmålere 66, 67.

Ikke alle disse sensorene er nødvendige. For eksempel kunne systemet 10 inkludere bare strømningsmåleren 66. Imidlertid er input fra sensorene nyttig for hydraulikkmodellen i å bestemme hva trykket påført ringrommet 20 skal være under brønnkontrolloperasjonen. Ytterligere sensorer kan om ønskelig inkluderes i systemet 10.

I tillegg kan borestrengen 16 inkludere sine egne sensorer 60, for eksempel for direkte å måle bunnhullstrykk. Slike sensorer 60 kan være av typen som for fagpersoner innen området er kjent som måling under boring ((PWD) – pressure while drilling), måling ved boring ((MWD) – measurement while drilling) og/eller logging ved boring ((LWD) – logging while drilling). Disse borestrengsensorsystemene tilveiebringer generelt i det minste trykkmåling, og kan også tilveiebringe temperaturmåling, deteksjon av borestrengegenskaper (slik som vibrasjon, vekt på borekronene, ”stick-slip” etc.), formasjonsegenskaper (slik som resistivitet, tetthet etc.) og/eller andre målinger. Ulike former for telemetri (akustikk, trykkpuls, elektromagnetikk etc.) kan benyttes til å overføre nedihullssensormålingene til overflaten.

Sensorene 60 kan også inkludere en strømningsmåler for måling av strømningsraten for fluid i ringrommet 20. En egnet strømningsmåler for bruk i borestrengen 16 er beskrevet i US-patent nr.6585044, overdratt til søker i foreliggende søknad. Andre nedihullsringromfluidstrømningsmålere kan om ønskelig benyttes.

Bemerk at separatoren 48 kan være en 3- eller 4-faseseparator, eller en atmosfærisk slamgasseparator (noen ganger betegnet som en ”poor boy degasser”). Imidlertid er separatoren 48 ikke nødvendigvis benyttet i systemet 10.

Det skal forstås at struperne 34 bare er én type strømningsstrupeinnretning som kan benyttes for variabelt å begrense strømmen av fluidet 18 fra ringrommet 20. En annen type strømningsstrupeinnretning er en mottrykkskontroller 84, som kan begrense strømning nedstrøms av et lukket separasjonssystem (se fig.3). Nok en annen type strømningsstrupeinnretning kan begrense strømning gjennom ringrommet 20 nedihulls. For eksempel kan en ringromsstrømningsbegrenser 62 i form av en oppblåsbar pakning være sammenkoblet i borestrengen 16 og variabelt blåst opp etter behov for variabelt å begrense strømning gjennom ringrommet 20 og påføre et variabelt mottrykk til ringrommet under struperen. Det kan være fordelaktig å posisjonere struperen 62 innenfor en fôringsrørstreng 64, slik at trykk påført ledeskoen 72 kan bli kontrollert ved bruk av struperen.

Representativt vist i fig.2 er et trykk- og strømningskontrollsystem 90 som kan benyttes i forbindelse med brønnkontrollsystemet 10 og tilknyttet fremgangsmåte i fig.1.

Kontrollsystemet 90 er fortrinnsvis automatisert, selv om menneskelig intervensjon kan benyttes, for eksempel for sikre mot feilaktig operasjon, initiere visse rutiner, oppdatere parametre etc.

Kontrollsystemet 90 inkluderer en hydraulikkmodell 92, et datainnsamlings- og kontrollgrensesnitt 94 og en kontroller 96 (slik som en programmerbar logisk kontroller eller PLC, en egnet programmert computer etc.). Selv om disse elementer 92, 94, 96 er vist separat i fig.1, kan noen eller alle av disse kombineres i et enkelt element, eller funksjonene til elementene kan separeres i ytterligere elementer, andre ytterligere elementer og/eller funksjoner kan være tilveiebrakt etc.

Hydraulikkmodellen 92 benyttes i kontrollsystemet 90 til å bestemme det/den ønskede ringromtrykk/profil i eller nær overflaten for å oppnå det/det ønskede nedihullstrykk/-profil. Data slik som brønngeometri, fluidegenskaper og avviksbrønninformasjon (slik som geotermisk gradient og poretrykkgradient etc.) kan benyttes av hydraulikkmodellen 92 ved å gjøre denne bestemmelsen, så vel som sanntids sensordata oppnådd av datainnsamlings- og kontrollgrensesnitt 94.

Det er således en kontinuerlig to-veis overføring av data og informasjon mellom hydraulikkmodellen 92 og datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94. For dette fremleggelsesformål er det viktig å forstå at datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94 opererer for å bibeholde en i det vesentlige kontinuerlig flyt av sanntidsdata fra sensorene 44, 54, 66, 60, 46, 38, 40, 56, 67 til hydraulikkmodellen 92, slik at hydraulikkmodellen har den informasjon den trenger for å tilpasse til endrede forhold og å oppdatere det/den ønskede ringromtrykk/profil, og hydraulikkmodellen opererer for å tilføre datainnsamling- og kontrollgrensesnitt i det vesentlige kontinuerlig med en verdi for det/den ønskede ringromtrykk/profil.

En egnet hydraulikkmodell for bruk som hydraulikkmodellen 92 i kontrollsystemet 90 er REAL TIME HYDRAULICS (TM) tilveiebrakt av Halliburton Energy Services, Inc. i Houston, Texas, USA. En annen egnet hydraulikkmodell for bruk i hydraulikkmodellen 92 i kontrollsystemet 90 er Drillilng Fluids Graphics (DFG) tilveiebrakt av Halliburton Energy Services, Inc. i Houston, Texas, USA. Nok en annen egnet hydraulikkmodell er tilveiebrakt under handelsnavnet IRIS (TM), og nok en ytterligere er tilgjengelig fra SINTEF i Trondheim, Norge. En hvilken som helst egnet hydraulikkmodell kan benyttes i kontrollsystemet 90 innenfor rammen av denne fremleggelse.

Et egnet datainnsamlings- og kontrollgrensesnitt for bruk som datainnsamlings- og kontrollgrensesnitt 94 i kontrollsystemet 90 er SENTRY (TM) og INSITE (TM) tilveiebrakt av Halliburton Energy Services, Inc. Hvilke som helst egnet datainnsamlings- og kontrollgrensesnitt kan benyttes i kontrollsystemet 90 innenfor rammen av den foreliggende fremleggelse.

Kontrolleren 96 opererer for å bibeholde en ønsket settpunktringromstrykk ved å kontrollere operasjon av fluidreturstruperen 34, underoverflateringromstrømningsbegrenseren 62, eller annen strømningsstrupeinnretning. Når et oppdatert ønsket ringromstrykk overføres fra datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94 til kontrolleren 96, benytter kontrolleren det ønskede ringromstrykket som et settpunkt og kontrollerer operasjon av strømningsstrupeinnretningen på en måte (for eksempel økning eller reduksjon av strømning gjennom innretningen etter behov) for å bibeholde settpunkttrykket i ringrommet 20.

Dette utføres ved å sammenligne settpunkttrykket med et målt ringromstrykk (slik som trykket følt av hvilke som helst av sensorene 38, 40, 60), og å øke strømmen gjennom strømningsstrupeinnretningen hvis det målte trykket er større enn settpunkttrykket, og redusere strømmen gjennom innretningen hvis det målte trykket er mindre enn settpunkttrykket. Selvfølgelig, hvis settpunkttrykket og det målte trykket er det samme, så kreves da ingen justering av innretningen. Denne prosessen er fortrinnsvis automatisert slik at ingen menneskelig innblanding kreves, selv om menneskelig innblanding kan benyttes ved behov.

Et fjernoperasjonssenter 80 kan benyttes til å overvåke brønnkontrolloperasjonen fra et hvilket som helst fjernt sted. Fjernoperasjonssenteret 80 kan overvåke hydraulikkmodellen 92, datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94 og/eller kontrolleren 96 via en kommunikasjonsforbindelse 82 (slik som landline, satellitt, internett, trådløst, wire area network (WAN), telefoni etc.). På denne måten kan en brønnkontrollekspert på fjernoperasjonssenteret 80 overvåke brønnkontrolloperasjonen, uten behov for faktisk å være til stede på brønnstedet.

Videre kan noen av eller alle brønnkontrolloperasjonene bli kontrollert fra fjernoperasjonssenteret 80. For eksempel kan det være ønskelig å implementere endringer på eller å oppdatere hydraulikkmodellen 92, å implementere endringer på datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94, direkte å kontrollere operasjonen av kontrolleren 96 etc., fra fjernoperasjonssenteret 80. På denne måten kan en brønnkontrollekspert på fjernoperasjonssenteret 80 justere eller overstyre hvilken som helst viktig funksjon hos kontrollsystemet 90, for å sikre at brønnkontrolloperasjonen er vellykket.

Ved nå i tillegg å henvise til fig.3, er en annen konfigurasjon av brønnkontrollsystemet 10 representativt vist. Denne konfigurasjonen av systemet 10 er egnet for bruk i styrt trykk (managed pressure) og/eller underbalanserte boreoperasjoner.

Ved typisk styrt trykkboring er det ønskelig å bibeholde nedihullstrykket akkurat større enn poretrykket i formasjonen, uten å overskride et frakturerings/bruddtrykk hos formasjonen. I typisk underbalansert boring er det ønskelig å bibeholde nedihullstrykket noe mindre enn poretrykket, og dermed oppnå en kontrollert innstrømning av fluid fra formasjonen.

Nitrogen eller annen gass, eller et annet fluid som er lettere av vekt, kan tilsettes borefluidet 18 for trykkontroll. Denne teknikken er nyttig, for eksempel i underbalanserte boreoperasjoner.

I systemet 10 oppnås ytterligere kontroll over bunnhullstrykket ved å stenge av ringrommet 20 (for eksempel isolere det fra kommunikasjon med atmosfæren og å gjøre det mulig for ringrommet å bli trykksatt i eller nær overflaten) ved bruk av en roterende kontrollinnretning 100 (RCD), også kjent som en ”rotating control head”, ”rotating blowout preventer” etc.). RCD 100 tetter om borestrengen 16 over brønnhodet 24 under boring.

Selv om det ikke er vist i fig.3, vil borestrengen 16 strekke seg oppover gjennom RCD 100 for tilkobling til, for eksempel, et rotasjonsbord (ikke vist), en standrørledning 26, kelly (ikke vist), en toppdrivinnretning og/eller annet konvensjonelt boreutstyr. Ulike konvensjonelle detaljer ved systemet 100 og brønnhullet 12 under brønnhodet 24 er ikke vist i fig.3 av tydelighetshensyn. Hvilke som helst av trekkene ved systemet 10 som vist i fig.1, kan inkluderes i konfigurasjonen i fig.3.

I konfigurasjonen i fig.3 strømmer fluidet 18, under normalt styrte trykkboreoperasjoner, gjennom slamreturledningen 58 til strupemanifolden 32. Mottrykk blir påført ringrommet 20 ved variabelt å begrense strømmen av fluidet 18 gjennom den(de) operative struper(e) 34.

En Coriolis-strømningsmåler 102 (eller hvilken som helst type strømningsmåleinnretning) er tilkoblet nedstrøms av strupemanifolden 32 for å måle strømningsraten av fluidet 18 som strømmer gjennom strupemanifolden. Strømningsmåleren 102 i denne konfigurasjonen vil også være koblet til datainnsamlings- og kontrollgrensesnittet 94 beskrevet ovenfor. Hvilke som helst av de andre sensorer beskrevet ovenfor kan også benyttes i konfigurasjonen i fig. 3 under normale boreoperasjoner og under brønnkontrolloperasjoner.

Hvis en uønsket innstrømning oppstår, er det ikke nødvendig å slå over strømmen av fluidet 18 til en annen riggstrupemanifold 104. I stedet kan den uønskede innstrømningen bli sirkulert ut av brønnhullet 12, og ytterligere uønskede innstrømninger kan bli forhindret, mens man fortsetter å benytte strupemanifolden 32 til å bibeholde et ønsket nedihullstrykk/profil som beskrevet ovenfor.

Imidlertid kan det hende en typisk Coriolis-strømningsmåler 102 ikke har en tilstrekkelig trykklassifisering for bruk i brønnkontrolloperasjoner, slik at en bypassstrømningsledning 106 i forbindelse med ventiler 108, 110 kan benyttes til å isolere strømningsmåleren 102 fra trykk nedstrøms av strupemanifolden 32 under brønnkontrolloperasjoner. Bypass-strømningsledningen 106 kan være passende konstruert til å frakte relativt høytrykksfluid 18 fra strupemanifolden 32 til separatoren 48.

I det tilfellet at kapasitetene til struperen 34, manifolden 32 og/eller trykk- og strømningskontrollsystemet 90 blir overskredet i en brønnkontrolloperasjon, kan riggstrupemanifolden 104 benyttes ved behov for brønnkontroll. For å gjøre dette, kan HCR-ventilen 74 bli åpnet og en annen HCR-ventil 78 kan så bli lukket for dermed å lede strømmen av fluidet 18 til riggstrupemanifolden 104.

Ved i tillegg å henvise til fig.4, er brønnkontrollfremgangsmåten 120 beskrevet ovenfor representativt vist i flytskjemaform. I et trinn 122 av fremgangsmåten 120 blir uønsket innstrømning sirkulert ut av, eller på annen måte fjernet fra, brønnhullet 12. Samtidig med sirkulasjonstrinnet 122 bestemmer hydraulikkmodellen 92 et/en ønsket nedihullstrykk/profil i et trinn 124, og en strømningsstrupeinnretning (slik som struperen 34 og/eller den ringformede strømningsbegrenseren 62 etc.) blir automatisk operert for å oppnå/bibeholde det ønskede trykket/profilen i et trinn 126.

Fremgangsmåten 120 kan således inkludere ved å fjerne fra et brønnhull 12 en uønsket innstrømning fra en formasjon inn i brønnhullet; bestemme en ønsket trykkprofil med en hydraulikkmodell; og automatisk operere en strømningsstrupeinnretning (slik som struperen 34 og/eller den ringformede strømningsbegrenseren 62 etc.) mens det fjernes uønsket innstrømning fra brønnhullet, for derved å påvirke en faktisk trykkprofil mot den ønskede trykkprofilen.

Boring av brønnhullet 12 blir fortrinnsvis stanset under fjerningen av den uønskede innstrømningen fra brønnhullet.

Strømningsstrupeinnretningen kan innbefatte struperen 34 som regulerer strømning fra ringrommet 20 som omkranser borestrengen 16 til en slamgasseparator 48. Struperen 34 kan være plassert i et overflateanlegg. Strømningsstrupeinnretningen kan alternativt, eller i tillegg, innbefatte en underoverflate-ringromstrømningsbegrenser 62.

Å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen i trinnet 126 kan innbefatte å variabelt begrense strømmen i overflaten fra ringrommet 20 som omkranser borestrengen 16. Alternativt, eller i tillegg, kan automatisk operering av strømningsstrupeinnretningen innbefatte å variabelt begrense strømning gjennom ringrommet 20 nede i hullet.

En mottrykkspumpe (eller riggens pumper via en bypass) kan benyttes til å tilføre strømning gjennom strømningsstrupeinnretningen når fluidet 18 ikke blir sirkulert gjennom borestrengen 16 og ringrommet 20. Bruk av en mottrykkspumpe for å tilføre strømning er beskrevet i US-patenter nr.7044237 og 6904981, og bruken av riggpumper til å tilføre strømning er beskrevet i US-patent nr.7185719 og internasjonal søknad nr. PCT/US08/87686.

Å automatisk operere strømningskontrollinnretningen kan innbefatte å bibeholde et ønsket overflatetrykksettpunkt, og/eller bibeholde et ønsket underoverflatetrykksettpunkt. Det ønskede trykksettpunktet kan endes over tid (som bestemt av hydraulikkmodellen), i hvilket tilfelle en ønsket trykkprofil (variabelt trykksettpunkt over tid) kan bibeholdes.

Å automatisk operere strømningsstyreinnretningen kan innbefatte å bibeholde trykk på et valgt sted i brønnhullet 12 ved et/en forhåndsbestemt settpunkttrykk/profil. For eksempel kan bunnhulltrykk og/eller trykk på et innstrømningssted bibeholdes ved et settpunkt, og trykk ved ledeskoen 72 (eller et hvilket som helst annet sted, slik som en svak formasjon eksponert for brønnhullet) kan bibeholdes ved et settpunkt under det som ellers ville få ledeskoen til å brytes ned (eller forårsake bruddannelse i en svak formasjon etc.).

Strømningskontrollinnretningen kan bibeholde trykk ved det/den forhåndsbestemte settpunkttrykk/profil, og kan kontrollere gassekspansjon mens den stiger til overflaten for dermed å kontrollere bunnhullstrykk, selv uten at fluidet 18 sirkulerer gjennom borestrengen 16 og ringrommet 20. For eksempel, hvis riggpumpene 68 skulle svikte, kan en mottrykkpumpe benyttes til å tilføre strømning gjennom strømningskontrollinnretningen.

Selv uten en mottrykkpumpe eller annen kilde for fluidstrømning, kan strømningskontrollinnretningen kontrollere frigjøring av gass fra ringrommet 20 på en måte som vil kontrollere bunnhullstrykk til et ønsket trykksettpunkt/profil og/eller forhindre bunnhullstrykk og/eller trykk på et visst sted i brønnhullet fra å overskride et trykksettpunkt. Fremgangsmåten 120 kan således utføres selv om ingen pumpe tilfører fluidstrømning til oppstrømsiden av strømningsstrupeinnretningen. Å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen mens den uønskede innstrømningen fra brønnhullet 12 fjernes, kan utføres uten en pumpe (slik som riggpumper 68 eller en mottrykkpumpe) som tilfører fluidstrømning til en oppstrømsside av strømningsstrupeinnretningen.

Brønnkontrollfremgangsmåten 120 kan også inkludere å overvåke strømningsstrupeinnretningen og hydraulikkmodellen 92 på et sted fjernt fra brønnhullet 12. Fremgangsmåten 120 kan inkludere å operere strømningsstrupeinnretningen fra det fjerne stedet, modifisere hydraulikkmodellen 92 fra det fjerne stedet og/eller modifisere det/det ønskede trykk/profil fra det fjerne stedet.

Sett fra et annet perspektiv, kan brønnkontrollfremgangsmåten 120 inkludere å fjerne fra brønnhullet 12 en uønsket innstrømning fra en formasjon inn i brønnhullet 12; mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet 12, bestemme en ønsket trykkprofil med hydraulikkmodellen 92; og, som respons på bestemmelsen av den ønskede trykkprofilen, automatisk å operere en strømningsstrupeinnretning mens den uønskede innstrømningen fra brønnhullet 12 fjernes.

Fra nok et annet perspektiv, kan brønnkontrollfremgangsmåten 120 inkludere å fjerne fra brønnhullet 12 en uønsket innstrømning fra en formasjon inn i brønnhullet 12; å bestemme et ønsket brønnhullstrykk med hydraulikkmodellen 92, idet det ønskede brønnhullstrykket forhindrer ytterligere innstrømning inn i brønnhullet 12 mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet 12; og automatisk operere en strømningsstrupeinnretning mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet 12, som dermed påvirker et faktisk brønnhullstrykk mot det ønskede brønnhullstrykket.

En fordel som kan resultere av bruken av de ovenfor beskrevne brønnkontrollsystemer 10 og fremgangsmåter 120 er at den automatisk kontrollerte strømningsstrupeinnretningen, når den benyttes i forbindelse med hydraulikkmodellen 92 og resten av trykkog strømningskontrollsystemet 90, kan raskt respondere på skiftende forhold og dermed sikkert fjerne den uønskede innstrømningen fra brønnhullet og forhindre ytterligere uønskede innstrømninger.

Det skal forstås at de ulike utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse beskrevet heri kan benyttes i ulike orienteringer, og i ulike konfigurasjoner uten å fravike fra omfanget av oppfinnelsen. Utførelsesformene er beskrevet bare som eksempler på nyttige applikasjoner av prinsippene for oppfinnelsen, som ikke er begrenset til noen spesifikke detaljer ved disse utførelsesformer. I beskrivelsen ovenfor av de representative utførelsesformer av oppfinnelsen er retningsbetegnelser, slik som ”over”, ”under”, ”øvre”, ”nedre” etc. benyttet for enkelthets skyld ved henvisning til de medfølgende tegninger.

Selvfølgelig ville fagmannen innen området, etter en nøye gjennomgang av beskrivelsen ovenfor av representative utførelsesformer av oppfinnelsen, enkelt forstå at mange modifikasjoner, tillegg, erstatninger, utelatelser og andre endringer kan gjøres i de spesifikke utførelsesformer, og slike endringer er omfattet av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse. Følgelig skal den foregående detaljerte beskrivelse klart forstås å utelukkende være gitt som illustrasjon og eksempel, idet ånden og omfanget av den foreliggende oppfinnelse bare er begrenset av de vedlagte krav og deres

ekvivalenter.

Claims (30)

Patentkrav

1. Brønnkontrollfremgangsmåte, k a r a k t e r i s e r t v e d å innbefatte:

å fjerne fra et brønnhull (12) en uønsket innstrømning fra en formasjon inn i brønnhullet;

å bestemme en ønsket trykkprofil med en hydraulikkmodell (92) hvori hydraulikkmodellen tilveiebringer en ønsket trykkprofil som varierer mens den uønskede innstrømningen forflytter seg gjennom brønnhullet (12); og

å automatisk operere en strømningsstrupeinnretning (34; 62) mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet (12), for dermed å påvirke en faktisk trykkprofil mot den ønskede trykkprofil.

2. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at boring av brønnhullet (12) blir stanset mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet (129.

3. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en struper som regulerer strømning fra et ringrom (20) som omkranser en borestreng (16) til en slamgasseparator.

4. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en struper plassert i et overflateanlegg.

5. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en underoverflate-ringromstrømningsbegrenser.

6. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å variabelt begrense strømning i overflaten fra et ringrom som omkranser en borestreng.

7. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) i en borestreng (16) videre innbefatter å variabelt begrense strømning nede i brønnhullet (12) gjennom et ringrom som omkranser borestrengen.

8. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å bibeholde et ønsket overflatetrykksettpunkt.

9. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å bibeholde et ønsket underoverflatetrykksettpunkt.

10. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å bibeholde trykk på et valgt sted i brønnhullet ved et forhåndsbestemt enkelt, multippelt eller skiftende settpunkt.

11. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 10, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det valgte stedet er ved en ledesko (72).

12. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte overvåkning av strømningsstrupeinnretningen (34; 62) og hydraulikkmodellen (92) fjernt fra brønnhullet (12).

13. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 12, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte det å operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) fra det fjerne stedet.

14. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 12, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte modifisering av hydraulikkmodellen (92) fra det fjerne stedet.

15. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 12, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte å modifisere den ønskede trykkprofilen fra det fjerne stedet.

16. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 1, k a r a k t e r i -s e r t v e d at trinnet med å bestemme utføres

mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet (12), og hvori trinnet med å automatisk operere utføres som respons på å bestemme den ønskede trykkprofilen.

17. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at boring av brønnhullet (12) blir stanset mens den uønskede innstrømningen fjernes fra brønnhullet.

18. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en struper som regulerer strømning fra et ringrom som omkranser en borestreng til en slamgasseparator.

19. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en struper plassert i et overflateanlegg.

20. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at strømningsstrupeinnretningen (34; 62) innbefatter en underoverflate-ringromstrømningsbegrenser.

21. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å variabelt begrense strømning i overflaten fra et ringrom som omkranser en borestreng.

22. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å variabelt begrense strømning nede i hullet gjennom et ringrom som omkranser en borestreng.

23. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å bibeholde et ønsket enkelt, multippelt eller skiftende overflatetrykksettpunkt.

24. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) videre innbefatter å bibeholde et ønsket underoverflatetrykksettpunkt.

25. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det å automatisk operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) i en borestreng (16) videre innbefatter å bibeholde trykk ved et valgt sted i brønnhullet på et forhåndsbestemt settpunkt.

26. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 25, k a r a k t e r i -s e r t v e d at det valgte stedet er ved en ledesko.

27. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 16, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte overvåkning av strømningsstrupeinnretningen og hydraulikkmodellen på et sted fjernt fra brønnhullet (12).

28. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 27, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte det å operere strømningsstrupeinnretningen (34; 62) fra det fjerne stedet.

29. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 27, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte modifisering av hydraulikkmodellen (92) fra det fjerne stedet.

30. Brønnkontrollfremgangsmåte i henhold til krav 27, k a r a k t e r i -s e r t v e d videre å innbefatte modifisering av den ønskede trykkprofilen fra det fjerne stedet.