NO332086B1 - Bronnhodeinstallasjon og fremgangsmate ved injisering av fluid og borkaks til ringrommet av en bronn - Google Patents

Abstract

Brønnhodeinstallasjon med et indre brønnhode (17) for installasjon i et ytre brønnhode (11), hvilket indre brønnhode (17) har to indre passasjer (35, 33). Hver passasje har en øvre åpning (39 resp. 37) ved den ytre flate av det indre brønnhodehus (17) og en nedre åpning (51 resp. 49) ved den indre flate. En ytre skulder (27) på en foringsrørhenger (26) installeres på en indre skulder (23) i det indre brønnhodehus (17), idet den nedre åpning (51) av den første passasje (35) befinner seg under den indre skulder (23) mens den nedre åpning (49) av nevnte andre passasje (33) befinner seg over den indre skulder (23). Foringsrørhengeren (26) har en hovedsakelig vertikal passasje (57) anordnet i sin sidevegg, en øvre åpning (59) som er på linje med nedre åpning (49) av nevnte andre passasje (33), en nedre åpning (65) som befinner seg nedenfor den eksterne skulder (27) og står i forbindelse med ringrommet (31). Ventilarrangementer (55, 53) ved de øvre åpninger (39, 37) regulerer strøm av tungt fluid som injiseres inn i foringsrørets ringrom (31) gjennom den andre passasje (33) og av borekaks som injiseres inn i ringrommet (31) gjennom nevnte første passasje (35).

Description

Brønnhodeinstallasjon og fremgangsmåte ved injisering av fluid og borkaks til ringrommet av en brønn

Oppfinnelsen angår generelt brønnhoder og foringsrørinstallasjoner for oljeproduksjon, og mer spesielt en sammenstilling for injisering av borkaks og et ringformet system for trykkutligning.

Når en undersjøisk brønn bores ut, vil borkaks, som er små biter av forskjellige bergformasjoner, bli sirkulert oppover i borevæsken mot borefartøyet. Borkaksen separeres fra mens borevæsken pumpes tilbake i brønnen, slik at det opprettholdes kontinuerlig sirkulasjon under boringen. Borkaksen er tidligere blitt dumpet i sjøen.

Mens den foreliggende praksis har vært akseptabel for vannbaserte borevæsker, er det i enkelte formasjoner fordelaktig å benytte oljebaserte borevæsker. Borkaksen blir da forurenset av olje som vil føre til forurensninger hvis de skulle dumpes i sjøen. Som en følge av dette forbyr miljømessige bestemmelser dumping av borkaks fra oljebaserte borevæsker. Det er blitt foreslått forskjellige metoder for å kvitte seg med oljebasert borkaks. Et forslag går ut på å injisere borkaksen tilbake i en brønn. Brønnen kan være den samme som det produseres fra, eller en brønn som ligger i nærheten av denne. Forskjellige forslag i patenter gar ut på å pumpe borkaksen ned i en ringformet passasje mellom to sett av foringsrør og ned i brønnen som har en porøs bergformasjon. Som en følge av dette vil brønnen som mottar borkaksen bli komplettert (ferdigstilt) som en produksjonsbrønn.

US patent nr. 5,085,277, 4 feb. 1992, Hans P. Hopper, viser utstyr for å injisere borkaks inn i et ringformet rom som omgir et foringsrør. Utstyret benytter rør gjennom en brønnramme eller styrebasis og gjennom porter i spesielt konstruerte indre og ytre brønnhodehus. Der den er gjennomførbar krever metoden ifølge patentet betydelig modifikasjon i forhold til konvensjonelle undersjøiske konstruksjoner.

To patenter viser alternative anordninger for injisering av borkaks. US patent nr. 5,339.912 (Hosie et al.) beskriver et system omfattende en injeksjonsadapter som fjernbart monteres på øvre del av et brønnhodehus for å injisere borkaks i foringsrørets ringrom. US patent nr. 5,662,169 (Hosie) angår et brønnhodesystem med en bevegelig støtstang i inngrep med brønnhodet. Støtstangen beveger en klaffventil til å kommunisere med foringsrørets ringrom for injisering av en borkaks-slurry.

Et annet problem forbundet med brønner har å gjøre med trykkontrollen i ringrommet. I et ringrom mellom foringsrør av ulike størrelser, kan det utvikles trykk som følge av lekkasjer mellom strenger av foringsrør. Tidligere ble det for å utligne trykket pumpet inn en forholdsvis tung væske i ringrommet,

ved den øvre ende av brønnen. Den tunge væsken beveger seg langsomt nedover og fortrenger lettere væske. Denne teknikken virker imidlertid ikke alltid. US patent nr. 5,927,405 (Monjure et al.) beskriver et system for å senke en fleksibel slange inn i ringrommet for å injisere en tung væske i en lavere del av ringrommet.

I GB A 2 350 136 er det beskrevet et system for å føre inn borkaks til et ringrom av en brønn gjennom en innløpsåpning som står i kommunikasjon med ringrommet. Her beskrives det et brønnhode med en gjennomgående passasje fra ringrommet og ut en sidekanal med en øvre og nedre åpning som er innrettet til å tilføre borkaks til ringrommet.

Det er behov for en brønnhodeinstallasjon som gir både injeksjon av borkaks og funksjoner for trykkutligning, og som eliminerer behovet for å kjøre separate verktøy eller brønnhodeinstallasjoner.

Kort om oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse angår en brønnhodeinstallasjon med et ytre brønnhodehus koplet til en streng av et lederør under dannelse av en ytre brønnhodeinstallasjon, et indre brønnhodehus for installering i det ytre brønnhodehus er koplet til en første foringsrørstreng under dannelse av en indre brønnhodeinstallasjon og en foringsrørhenger for installering på en indre skulder i det indre brønnhodehus og er koplet til en andre foringsrørstreng. Kjennetegnende ved oppfinnelsen er kombinasjonen av en første og en andre passasje i den indre brønnhodeinstallasjon, idet hver passasje har en øvre åpning ved en ytre flate på det indre brønnhodehus og en nedre åpning ved en indre flate av det indre brønnhodehus, idet den nedre åpning av den første passasje befinner seg nedenfor nevnte skulder og står i forbindelse med et ringrom som omgir den andre foringsrørstreng, mens den nedre åpning av den andre passasje befinner seg ovenfor nevnte skulder. Videre omfattes en foringsrørhengerpassasje i foringsrørhengeren, hvilken passasje har en øvre åpning ved en ytre flate av foringsrørhengeren ovenfor nevnte skulder og en nedre åpning ved en ytre flate av foringsrørhengeren nedenfor nevnte skulder, og en rørledning som strekker seg langs den andre foringsrørstreng fra nedre åpning av foringsrørhengerpassasjen for å overføre fluid til en lavere posisjon i ringrommet, samt at den nedre åpning av den andre passasje og den øvre åpning av foringsrørhengerpassasjen står i forbindelse med hverandre.

I henhold til et ytterligere aspekt omhandler oppfinnelsen en fremgangsmåte som angitt i patentkrav 6.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

For å injisere fluid for balansering/ utligning av trykk i ringrommet, injiseres en tung væske inn i ringrommet gjennom den andre passasje. Fluidet beveger seg inn i den indre passasje av foringsrørhengeren og videre nedover inne i røret. Lettere fluid fortrenges og strømmer oppover ut av ringrommet i den første passasje. En slurry av borkaks kan injiseres i ringrommet gjennom den første passasje for så å strømme nedover og inn i den porøse formasjon nedenfor den nedre ende av den ytre streng av foringsrøret.

Kort omtale av tegningene

De nye trekk som antas å være karakteristiske for oppfinnelsen er fremsatt i de vedlagte krav. Oppfinnelsen i seg selv såvel som dens foretrukne anvendelsesmetode, vil imidlertid bli best forstått av den etterfølgende detaljerte beskrivelse av en illustrert utførelsesform, når denne leses i sammenheng med de vedlagte tegninger, hvor

Figur 1 viser et tverrsnitt av en brønnhodeinstallasjon med systemer for injisering av borkaks og trykkutligning gjennom ringrom, konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse, idet strømningen av fluid vises under trykkutligning via ringrommet. Figur 2 viser et tverrsnitt av brønnhodeinstallasjonen fra figur 1 konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse, idet strømningen av fluid vises for injisering av borkaks, og Figur 3 viser et tverrsnitt av en foringsrørhenger konstruert i henhold til foreliggende oppfinnelse, og med en setebeskytter installert i samme.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figurene 1 til 3 viser en brønnhode- og foringsrørinstallasjon som har både et system for injisering av borkaks og utligning av trykk i ringrom. Systemet for utligning av trykket i ringrommet benyttes til å injisere tunge væsker når det er nødvendig å hindre lekkasje av væsker inn i ringrom mellom inntilliggende strenger av foringsrør. Systemet for injisering av borkaks benyttes til å injisere i ringrommet en slurry av borkaks fra boring av en brønn i nærheten.

Borkaksen blir injisert for på sikker og permanent måte å bli kvitt den.

Med henvisning til figurene 1 og 2 er et ytre brønnhodehus 11 et stort rørformet element med en utboring 13 langs sin vertikale akse. Et lederør ("conductor pipe") 15 er festet til nedre ende av ytre brønnhodehus 11. Indre brønnhodehus 17 er et stort rørformet element som har en utboring 19 langs sin vertikale akse, og som passer nøyaktig til utboringen 13 i ytre brønnhodehus 11. Øvre ende av indre brønnhodehus 17 rager opp over ytre brønnhodehus 11, og en streng av ytre foringsrør 21 er festet til nedre ende av indre brønnhodehus 17. Indre brønnhodehus 17 har en intern skulder 23 plassert i utboringen 19 for å støtte en streng av indre foringsrør 25, hvilket foringsrør holdes av en foringsrørhenger 26 som har en tilpasset utvendig skulder 27 og en vertikal utboring 29. De to strengene 21, 25 av foringsrøret avgrenser et ringrom 31. Ved en dybde under hvilken det ytre foringsrør 21 avsluttes, er den ytre flate av ringrommet 31 definert av brønnveggen i den porøse formasjon 32. For ytterligere informasjon om sammenstilling og installasjon av brønnhodehus, vises det til for eksempel US patent nr. 5,662,169.

Indre brønnhodehus 17 har en passasje 33 gjennom sin sidevegg for injisering avtrykkutlignende fluid og en passasje 35 for injisering av borkaks. Hver passasje 33, 35 har en øvre åpning 37 henholdsvis 39, ved den ytre flate av indre brønnhodehus 17, beliggende over ytre brønnhodehus 11. Passasjen 33 for trykkutlignende fluid inn til ringrommet, har en øvre del 40 som starter ved øvre åpning 37 og leder til en vertikal del 42 som løper nedover inne i sideveggen av indre brønnhodehus 17. Den vertikale del 42 leder til en del 45 som er vinklet mot utboringen 19. Passasjen 33 avsluttes i en nedre åpning 49 i utboringen 19 av indre brønnhodehus 17 over skulderen 23.

Tilsvarende bar passasjen 35 for injisering av borkaks, en øvre del 41 som starter ved åpningen 39 og strekker seg til en vertikal del 43. Den vertikale del 43 strekker seg nedover inne i sideveggen til en nedre del 47, som er vinklet mot utboringen 19 og avsluttes i en nedre åpning 51. Nedre åpning 51 er også lokalisert i utboringen 19 av indre brønnhodehus 17, men åpningen 51 befinner seg nedenfor skulderen 23 og lar derved passasjen 35 stå i forbindelse med ringrommet 31. Hver øvre åpning 37, 39 har et ventilarrangement 53 henholdsvis 55 for å styre tilgangen til øvre åpninger 37, 39.

En foringsrørhenger 26 har en indre passasje 57 med en øvre åpning 59 for kommunikasjon med nedre åpning 49 av passasjen 33 for trykkutlignende fluid i indre brønnhodehus 17. Øvre åpning 59 er lokalisert over skulder 27 og står på linje med nedre åpning 49 når foringsrørhengeren 26 er installert i brønnhodehuset 17. Pakninger 61 er anordnet over og under åpningene 49, 59 for å forhindre lekkasje av det trykkutlignende fluid fra de kommuniserende åpninger 49, 59 og for å hindre forurensninger i å komme inn i passasjene 33,57. Øvre del 62 av passasje 57 er vinklet mot utboring 19 og leder til en vertikal del 63 som avsluttes i nedre åpning 65. Nedre åpning 65 har et forbindelsesledd for å feste en rørledning 67 innsatt i ringrommet 31 nedenfor passasje 57. Ved den foretrukne utførelsesform kan rørledning 67 avsluttes i en kontroll- eller trykkreduksjonsventil 69. Alternativt kan rørledning 67 avsluttes med en sprengskive ("burst dise") eller annet deksel for å opprettholde trykk i rørledningen 67. Rørledning 67 kan strekke seg flere tusen fot ned i brønnen, men den nedre ende av rørledning 67 vil være over nivået av sement i ringrommet 31.

Med henvisning til figur 3, blir en setebeskytter 71 innsatt i utboringen 19 av det indre brønnhodehus 17 etter at huset 17 er installert i ytre brønnhodehus 11 og før boring fortsettes. Setebeskytter 71 er en rørformet krage med en ytre diameter som er marginalt mindre enn indre diameter av utboringen 19 over skulderen 23. Den nedre ende av beskytteren 71 har en tilpasset skulder 73 for anlegg mot skulder 23 slik at denne støtter beskytteren 71. Pakninger 75 som kommer i tettende kontakt med utboringen 19 er anordnet på den ytre flate av beskytteren for å hindre lekkasje inn i det trange ringrom 77 avgrenset av beskytteren 71 og utboringen 19. Setebeskytteren 71 må fjernes forut for installasjon av foringsrørhenger 26 og indre foringsrør 25.

Ved drift blir ytre brønnhodehus 11 og lederør 15 installert, deretter blir indre brønnhodehus 17, setebeskytter 71 og ytre foringsrør 21 plassert inne i utboringen 13 av ytre brønnhodehus 11. Boring forsetter inntil ønsket dybde er nådd, deretter fjernes setebeskytter 71 fra utboringen 19. Indre foringsrør 25 senkes ned i utboringen 19 av indre brønnhodehus 17 og rørledning 67 kan installeres og senkes ned i brønnen ved siden av foringsrør 25. Når foringsrørhengeren 26 installeres, kommer skuldrene 23 og 27 i kontakt med hverandre og passasjene 33, 57 på linje med hverandre. Sement pumpes ned gjennom utboring 29 av foringsrør 25 for sa å strømme opp i ringrommet 31. Pakninger 61 til foringsrørhengeren installeres. En rørstreng (ikke vist) blir installert for produksjon av brønnfluider.

Trykket i foringsrørets ringrom 31 kan overvåkes gjennom passasje 35. Hvis trykket begynner å bygge seg opp i ringrommet 31, vil et tungt fluid bli sirkulert gjennom ringrommet 31. Figur 1 viser retningen av fluidstrømning under slik trykkutligning. Ventil 53 åpnes for å tillate trykket av et tungt fluid i rørledning 67 å øke til et nivå som overvinner motstanden i kontrollventil 69. Fluid strømmer nedover passasje 33 og passasje 57 og gjennom rørledning 67b for å bli injisert i brønnen. Ventil 55 åpnes for å tillate fluid fortrengt av det injiserte tunge fluid å bevege seg opp gjennom ringrommet 31, gjennom passasje 35 og ut av ventil 55. Figur 2 viser retningen på fluidstrømmen under injisering av borkaks. Borkaksen kan stamme fra den samme brønnen eller fra en nærliggende brønn som bores. Injisering av borkaks skjer først etter at foringsrør 25 er blitt installert. Ventil 55 åpnes og en slurry av borkaks tillates å strømme gjennom passasjen 35 og inn i ringrommet 31. Borkaksen beveger seg nedover i ringrommet 31 inntil det når enden på det ytre foringsrør 21, og strømmer deretter inn i den åpne porøse formasjon 32 som omgir foringsrøret 25. Injeksjon av borkaks kan ikke pågå samtidig med trykkutligning i ringrommet.

Anvendelse av foreliggende oppfinnelse har den fordel at det tilveiebringer et system for både trykkutligning og borkaksinjeksjon i ett og samme utstyr. Mens fluid fortrenges av tunge fluid under trykkutligning, gir ventilen for borkaksinjeksjon en kontrollert utslippsvei for det fortrengte fluid. Mens oppfinnelsen bare i vist i en av dens former, er den ikke begrenset til denne, men kan varieres og modifiseres innenfor rammen definert av patentkravene.

Claims (6)

1. Brønnhodeinstallasjon med et ytre brønnhodehus (11) koplet til en streng av et lederør (15) under dannelse av en ytre brønnhodeinstallasjon, et indre brønnhodehus (17) for installering i det ytre brønnhodehus er koplet til en første foringsrørstreng (21) under dannelse av en indre brønnhodeinstallasjon og en foringsrørhenger (26) for installering på en indre skulder (27) i det indre brønnhodehus (17) og er koplet til en andre foringsrørstreng (25),karakterisert vedkombinasjonen av en første og en andre passasje (35, 33) i den indre brønnhodeinstallasjon, idet hver passasje har en øvre åpning (39, 37) ved en ytre flate på det indre brønnhodehus (17) og en nedre åpning (51,49) ved en indre flate av det indre brønnhodehus, idet den nedre åpning (51) av den første passasje (35) befinner seg nedenfor nevnte skulder (27) og står i forbindelse med et ringrom (31) som omgir den andre foringsrørstreng, mens den nedre åpning (49) av den andre passasje (33) befinner seg ovenfor nevnte skulder, en foringsrørhengerpassasje (57) i foringsrørhengeren (26), hvilken passasje (57) har en øvre åpning (59) ved en ytre flate av foringsrørhengeren ovenfor nevnte skulder og en nedre åpning (65) ved en ytre flate av foringsrørhengeren (26) nedenfor nevnte skulder, og en rørledning (67) som strekker seg langs den andre foringsrørstreng fra nedre åpning av foringsrørhengerpassasjen for å overføre fluid til en lavere posisjon i ringrommet, samt at den nedre åpning (49) av den andre passasje (33) og den øvre åpning (59) av foringsrørhengerpassasjen (57) står i forbindelse med hverandre.

2. Brønnhodeinstallasjon som angitt i patentkrav 1,karakterisert vedat den også omfatter en pakning (61) mellom den indre flate av indre brønnhodehus (17) og den ytre flate av foringsrørhengeren (26), idet pakningen (61) avgrenser en tettet passasje mellom den nedre åpning (49) av den andre passasje (33) og den øvre åpning (59) av foringsrørhengerpassasjen (57).

3. Brønnhodeinstallasjon som angitt i patentkrav 1,karakterisert vedat den også omfatter et ventilarrangement (55, 53) lokalisert ved øvre åpning (39, 37) av første og andre passasje (35, 33) for å regulere fluid som strømmer gjennom passasjene.

4. Brønnhodeinstallasjon som angitt i patentkrav 1,karakterisert vedat den også omfatter en pakning (61) anordnet mellom foringsrørhengerpassasjen og det indre brønnhodehus (17) over nevnte skulder, idet pakningene omfatter øvre og nedre pakninger i aksial avstand fra hverandre som avgrenser en tettet passasje som kommuniserer nedre åpning av den andre passasje med foringsrørhengerpassasjen.

5. Brønnhodeinstallasjon som angitt i patentkrav 1,karakterisert vedat den også omfatter en fjernbar setebeskytter (71) lokalisert i en utboring (19) av det indre brønnhodehus (17) slik at den dekker den nedre åpning av den andre passasje før foringsrørhengeren er installert.

6. Fremgangsmåte for å injisere et fluid og en mengde borkaks i et ringrom av en brønn,karakterisert vedå omfatte: a) å tilveiebringe en brønnhodeinstallasjon som har en streng av en foringsrør (25) som avgrenser et ringrom (31), første og andre passasjer (35, 33) som leder fra utsiden av brønnhodeinstallasjonen til ringrommet (31) og en rørledning (67) som strekker seg nedover i ringrommet til en valgt dybde, idet rørledningen har en øvre ende (65) som står i forbindelse med den andre passasje (33), b) å bevirke at fluid strømmer ned gjennom nevnte andre passasje, gjennom rørledningen og inn i ringrommet, idet fluidet fortrenger eksisterende fluider i ringrommet slik at disse strømmer oppover i ringrommet og ut av dette gjennom den første passasje (35), og c) når trinn b) ikke opptrer, å la fluid inneholdende borkaks strømme nedover gjennom den første passasje (35) og inn i ringrommet.