NO329687B1 - Fremgangsmate og anordning for a trykkregulere en bronn - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for trykkregulering av en brønn (1) som rager inn i en brønnformasjon (2), og som bores fra et borefartøy til havs, og hvor brønnen (1) omfatter en utblåsingssikring (10) på havbunnen (12) og et stigerør (14) som forløper fra utblåsingssikringen (10) og opp til fartøyet, og hvor en borevæskes (24) returløp (8, 14, 20) er forsynt med en roterbar overflatetetning (22) som tettende omkranser en borestreng (4), idet den roterbare overflatetetning (22) er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene og returløpet (8, 14, 20), og hvor det ved den roterende overflatetetning (22) er anordnet et avstengbart borevæskeut-løp (28), og hvor fremgangsmåten omfatter: - å anordne et pumpeuttak (32) fra returløpet (8, 14, 20) under vann; - å kople en pumpe (30) til returløpet (8, 14, 20), idet pumpen (30) er koplet til et trykkrør (34) som munner ut på fartøyet ; - å overvåke borevæsketrykket; og - å regulere pumperaten gjennom pumpen (30) for å opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk ved brønnformasjonen (2) både når borevæske (24) strømmer og når den er stanset.

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR Å TRYKKREGULERE EN BRØNN

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for trykkregulering av en brønn. Nær-mere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for trykkregulering av en brønn som rager inn i en brønnformasjon, og som bores fra et fartøy til havs, og hvor brøn-nen omfatter en utblåsingssikring på havbunnen og et stigerør som forløper fra utblåsingssikringen og opp til fartøyet, og hvor borevæskens returløp er forsynt med en roterende overflatetetning som tettende omkranser en borestreng, idet den roterende overflatetetning er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene og returløpet, og hvor det er anordnet et avstengbart borevæskeutløp ved den roterende overflatetetning. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Ved brønnboring i grunnen kan det forekomme at en brønnformasjons poretrykk pp (pore pressure) avviker relativt lite fra fraktureringstrykket fp (fracture pressure).

Normalt reguleres borevæskens egenvekt slik at borevæskesøylens trykkhøyde mot-virker poretrykket og forhindrer at brønnfluid strømmer inn i borehullet under boring.

Borevæske må imidlertid også kunne fylle andre funksjoner. Den må for eksempel være relativt viskøs for å ta med seg borekaks opp til overflaten.

Borevæsketrykket i formasjonen er sammensatt av blant annet det statiske trykket fra væskesøylen og et dynamisk trykk, det såkalte friksjonstrykk, fra den strømmende borevæske.

Mens det statiske trykk er relativt konstant, forsvinner friksjonstrykket når borevæskesirkulasjonen stanses, noe som gjentas hver gang et nytt rør skal koples til en borestreng.

For å motvirke innstrømming av brønnfluid i brønnen under slike operasjoner, må det statiske trykk fra borevæsken, som nevnt ovenfor, være tilstrekkelig stort til å kunne forhindre innstrømming av brønnfluid fra brønnformasjonen, men ikke så stort at det overskrider fraktureringstrykket slik at borevæske strømmer ut i brønnformasjonen.

Når borevæskesirkulasjonen igjen igangsettes, kan friksjonstrykket, når det er liten differanse mellom poretrykk og fraktureringstrykk, bevirke at fraktureringstrykket overskrides. Borevæske vil da kunne strømme ut i formasjonen. En slik utstrømming, ofte betegnet "lost circulation", kan foruten tap av relativt kostbar borevæske, også medføre skader i formasjonen, for eksempel bevirke redusert produksjon senere, samt betydelig tapt tid i forbindelse med boreoperasjonen.

Ved anvendelse av konvensjonell boreteknikk hvor borevæsken har atmosfærestrykk ved overflaten, er det ikke alltid mulig å regulere det statiske trykk tilstrekkelig til å kunne kompensere for friksjonstrykket når sirkulasjon av borevæske startes og stop-pes. I noen tilfeller er det dynamiske friksjonstrykk større enn differansen mellom poretrykk og fraktureringstrykk.

US-dokument 2004/0065440 omhandler en fremgangsmåte og anordning for å injisere letter fluid ved sjøbunnen i en brønn.

US-dokument 2004/0238177 beskriver et høytrykks stigerør som er forsynt med BOP-ventiler både ved havbunnen og på riggen. Det er anordnet et returrør for borevæske på stigerøret.

US-dokument 2008/0105434 beskriver en fremgangsmåte for å injisere borevæske via et rør separat fra stigerøret og hvor det ved strømningsrestriksjoner i stigerøret er anordnet utløp.

Det er kjent å anbringe en struping i returrøret for borevæske, normalt på et nivå under vannet i ringrommet mellom borestrengen og et stigerør, og å anvende en pumpe til å pumpe borevæsken forbi restriksjonen, se for eksempel Deep Visions "Delta Vi-sion", se WO 2003/006778, og Statoil ASA's "Annular Pressure Control system". Det statiske trykk under restriksjonen og derved også i formasjonen kan endres relativt hurtig ved å styre pumperaten. Den nødvendige strømm i ngsrestriksjon utgjør en kompliserende komponent i boresystemet.

Det er også kjent å anordne en tetning omkring borestrengen ved returrørets øvre parti for å kunne trykksette borevæsken. Tetningen må tillate rotasjon av borestrengen og betegnes gjerne "roterende overflatetetning" RCD (Surface Rotating Control Device eller bare Rotating Control Device). Fremgangsmåten betegnes "trykksatt bo-revæskeboring" PMCD (Pressurised MudCap Drilling). Det er således mulig å trykksette borevæsken, og regulere dette trykk over en strupeventil. Når borevæske ikke sirkuleres, kan trykket i borevæsken økes hurtig for å kunne opprettholde trykket i brønnen. Det påførte trykk kan hurtig reduseres når borevæsken igjen sirkuleres. Fremgangsmåten har begrensninger og ulemper ved at borevæskens egenvekt ikke lenger er stor nok til å opprettholde trykket i brønnen med mindre returløpet er trykksatt.

PMCD metoden er beskrevet i artikkelen "MPD techniques address problems in drilling Southeast Asia's fractured carbonate structures" i Drilling Contractor som er offisielt tidskrift for The International Association of Drilling Contractors, sidene 34-36, no-vember/desember 2006.

Det kan også forekomme at poretrykket er så lavt at det ikke kan motstå trykket fra en væskesøyle som forløper til overflaten, eller at differansen mellom poretrykk og fraktureringstrykk er så liten at det må konstrueres en trykkgradient som er basert på væsker med ulike egenvekter. NO-patent 319213 beskriver en fremgangsmåte hvor returløpet er fylt med et fluid som har lavere egenvekt enn borevæsken.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Det er tilveiebrakt en fremgangsmåte for trykkregulering av en brønn som rager inn i en brønnformasjon, og som bores fra et fartøy til havs, og hvor brønnen omfatter en utblåsingssikring på havbunnen og et stigerør som forløper fra utblåsingssikringen og opp til fartøyet, og hvor borevæskens returløp er forsynt med en roterende overflatetetning som tettende omkranser en borestreng, idet den roterende overflatetetning er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene og returløpet, og hvor det er anordnet et avstengbart borevæskeutløp ved den roterende overflatetetning, idet fremgangsmåten omfatter: - å anordne et pumpeuttak fra returløpet under vann; - å kople en pumpe til returløpet, idet pumpen er koplet til et rør som munner ut på fartøyet, og hvor fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter; - å bringe pumpen til å pumpe borevæske fra pumpeuttaket og til fartøyet;

- å overvåke borevæsketrykket; og

- å regulere pumperaten gjennom pumpen for å opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk ved brønnformasjonen både når borevæske strømmer og når den er stanset.

Så lenge det foreligger en tilstrekkelig differanse mellom borevæsketrykket i brønn-formasjonen og fraktureringstrykket kan boringen gjennomføres på i og for seg kjent måte ved at det avstengbare borevæskeutløp åpnes. Borevæske strømmer derved tilbake via returløpet, som i denne foretrukne utførelsesform utgjøres av blant annet et ringrom mellom stigerøret og borestrengen. Siden strupninger i returløpet er unød-vendig, kan returborevæske fritt strømme i returløpet.

Dersom innstrømming av borefluid til formasjonen finner sted, kan det avstengbare borevæskeutløp lukkes for derved å kunne etablere et overtrykk etter undertrykk i returløpet relativt omgivelsene. Ved å starte pumpen, kan det statiske trykk i brønn-formasjonen umiddelbart reduseres for eksempel ved at borevæskenivået senkes i returløpet, hvorved det etableres et undertrykk i returløpets øvre parti.

Borekaks og borevæske kan således sirkuleres ut av brønnen også når veskesøylen i returløpet befinner seg på et lavere høydenivå slik at borevæske ikke lenger kan strømme ut via det stengbare borevæskeutløp.

Dersom de rådende trykk i formasjonen er for lave til å kunne motstå trykket fra borevæskens trykksøyle, kan i det minste en andel av returløpet som befinner seg over pumpeuttaket fylles med et andre fluid som har ulik egenvekt, normalt lavere, i forhold til borevæsken. Det statiske trykk fra væskesøylen kan derved tilpasses brønner hvor både formasjonstrykk og fraktureringstrykk er relativt lave.

Når et andre fluid befinner seg i returløpet, kan pumperaten styres også for å opprettholde overgangen mellom borevæsken og det andre fluid på et tilnærmet konstant høydenivå.

Fremgangsmåten kan utøves ved hjelp av en trykkreguleringsanordning for en brønn som rager inn i en brønnformasjon, og som bores fra et fartøy til havs, og hvor brøn-nen omfatter en utblåsingssikring på havbunnen og et stigerør som forløper fra utblåsingssikringen og opp til fartøyet, og hvor borevæskens returløp er forsynt med en roterende overflatetetning som omkranser en borestreng, idet den roterende overflatetetning er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene og returløpet, og hvor det er anordnet et avstengbart borevæskeutløp ved den roterende overflatetetning, og hvor et pumpeuttak fra returløpet er anordnet under vann og hvor en pumpe er koplet til returløpet, idet pumpen er koplet til et rør som munner ut på fartøyet, og hvor trykkreguleringsanordningen kjennetegnes ved at pumpen er innrettet til å kunne pumpe borevæske fra pumpeuttaket og til fartøyet, og hvor pumperaten er regulerbar for å kunne opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk i brønnformasjonen både når borevæske strømmer og når den er stanset.

Minst en andel av returløpet som befinner seg over pumpeuttaket kan være fylt med et andre fluid som har ulik egenvekt i forhold til borevæsken.

Dersom fluidene i returløpet viser tendens til blanding, kan et fysisk skille, for eksempel i form av en stempellignende komponent, være anordnet mellom borevæsken og det andre fluid.

Når det avstengbare borevæskeutløp er åpent, korresponderer anordningen med det som er beskrevet i NO 319213.

Pumperaten kan være styrbar for å kunne opprettholde en overgang mellom borevæsken og det andre fluid på et tilnærmet konstant høydenivå.

Kjente fremgangsmåter som omfatter en roterbar overflatetetning, er utformet til å benytte et statisk trykk fra borevæsken ved formasjonen hvor det statiske trykk er valgt til å passe når sirkulasjon av borevæske finner sted. Væskesøylen påføres et ekstra trykk for å hindre innstrømming av brønnfluid når borevæskesirkulasjonen stanses. Dette vanskeliggjør åpning av systemet for skifte av roterende pakning etc. I henhold til fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen kan det statiske trykk være tilpasset brønnformasjonens formasjonstrykk når sirkulasjon av borevæske ikke finner sted, og å redusere dette statiske trykk ved hjelp av pumpen for å unngå å overskride fraktureringstrykket når sirkulasjon igangsettes. Når sirkulasjonen er stanset, kan en da fritt åpne systemet ettersom borevæsken i seg selv opprettholder et tilstrekkelig statisk trykk i formasjonen, slik som ved konvensjonell boring.

Det er derved mulig å anvende tyngre borevæske enn det som er mulig ved hjelp av kjent teknikk samtidig som borekaks og borevæske kan sirkuleres ut fra brønnen.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen overflødiggjør også en roterende tetning i stigerøret eller ved havbunnen. Slike tetninger må trekkes ut hver gang bo-rerøret skal trekkes ut, noe som både er komplisert og tidkrevende.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og utfø-relsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et utsnitt av en brønn i overensstemmelse med oppfinnelsen; og Fig. 2 viser skjematisk et utsnitt av en brønn i overensstemmelse med oppfinnelsen i en alternativ utførelsesform.

Pa tegningene betegner henvisningstallet 1 en brønn som rager ned i en brønnforma-sjon 2 og hvor en borestreng 4 som er forsynt med en borekrone 6, forløper fra et ikke vist fartøy og inn i brønnformasjonen 2. Et foringsrør 8 er koplet til en utblåsingssikring 10 på havbunnen 12.

Et stigerør 14 som omslutter borestrengen 4, forløper fra det ikke viste fartøyet og

ned gjennom havoverflaten 16 og til utblåsingssikringen 10. Stigerøret 14 er opphengt i det ikke viste borefartøy ved hjelp av en stigerørsstrekkanordning 18, idet stigerørets 14 teleskoprør 20 er forsynt med en roterbar overflatetetning 22. Den roterbare overflatetetning 22 er innrettet til å kunne tette mot borestrengen 4 også når borestrengen 4 roterer.

Foringsrøret 8, stigerøret 14 og teleskoprøret 20 utgjør et returløp for en borevæske 24.

Teleskoprøret 20 er på et høydenivå noe lavere enn den roterbare overflatetetning 22 forsynt med et ved hjelp av en ventil 26 stengbart borevæskeutløp 28.

En pumpe 30 er koplet til et pumpeuttak 32 på stigerøret 14 og til et trykkrør 34 som forløper til det ikke viste fartøy. En trykkmåler 36 kommuniserer med stigerøret 14 ved pumpeuttaket 32.

Under normal boring kan borevæske returnere via returløpet 8, 14, 20 og strømme ut via det avstengbare borevæskeutløpet 28. Skulle målinger vise at borevæske 24 strømmer inn i brønnformasjonen 2, kan pumpen 30 startes samtidig som det avstengbare borevæskeutløp 28 stenges ved hjelp av ventilen 26.

Det statiske trykk fra borevæskesøylen minskes ved at borevæskesøylehøyden reduseres, hvorved fraktureringstrykket ikke lenger overskrides. Når sirkulasjonen av borevæske 24 stanses, økes det statiske trykk ved å stanse eller redusere strømningsra-ten gjennom pumpen 30 for å forhindre inntrengning av brønnfluid fra brønnformasjonen 2.

Pumpeuttakets 32 høydeposisjon bestemmes ut fra de rådende trykkforhold i brønn-formasjonen 2, idet den maksimale trykkreduksjon som kan oppnås er trykkhøyden av borevæskesøylen mellom den roterbare overflatetetning 22 og pumpeuttaket 32.

I en alternativ fremgangsmåte og utførelsesform er det i en andel av stigerøret 14 anbrakt et andre fluid 38 som har ulik egenvekt i forhold til borevæsken 24. En overgang 40 er etablert mellom borevæsken 24 og det andre fluid 38, se fig. 2.

Dersom ventilen 26 er åpen, fungerer anordningen tilsvarende fremgangsmåten ifølge NO 319213 hvor fordelene ved et såkalt dobbelgradient system er beskrevet. Fremgangsmåten ifølge NO 319213 omfatter ikke en roterbar overflatetetning 22.

Denne alternative fremgangsmåte muliggjør på samme måte som beskrevet overfor og ved stengt ventil 26 at en relativt hurtig endring av det statiske trykk i borevæsken kan finne sted.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for trykkregulering av en brønn (1) som rager inn i en brønnfor-masjon (2), og som bores fra et borefartøy til havs, og hvor brønnen (1) omfatter en utblåsingssikring (10) på havbunnen (12) og et stigerør (14) som forløper fra utblåsingssikringen (10) og opp til fartøyet, og hvor en borevæskes (24) returløp (8, 14, 20) er forsynt med en roterbar overflatetetning (22) som tettende omkranser en borestreng (4), idet den roterbare overflatetetning (22) er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene ved overflatetetningen (22) og returløpet (8, 14, 20), og hvor den roterende overflatetetning (22) er forsynt med et avstengbart borevæskeutløp (28) og hvor fremgangsmåten omfatter: - å anordne et pumpeuttak (32) fra returløpet (8, 14, 20) under vann; - å kople en pumpe (30) til returløpet (8, 14, 20), idet pumpen (30) er koplet til et trykkrør (34) som munner ut på fartøyet, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter: -å bringe pumpen (30) til å pumpe borevæske fra pumpeuttaket (32) og til fartøy-et; - å overvåke borevæsketrykket; og - å regulere pumperaten gjennom pumpen (30) for å opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk ved brønnformasjonen (2) både når borevæske (24) strømmer og når den er stanset.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det avstengbare borevæskeutløp (28) åpnes.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det avstengbare borevæskeutløp (28) lukkes, hvorved overtrykk eller undertrykk kan etableres i returløpet (8, 14, 20) relativt omgivelsene.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at i det minste en andel av returløpet (8, 14, 20) som befinner seg over pumpeuttaket (32) fylles med et andre fluid (38) som har ulik egenvekt i forhold til borevæsken (24).

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at pumperaten gjennom pumpen (30) styres for å opprettholde en overgang (40) mellom borevæsken (24) og det andre fluid (38) på et tilnærmet konstant høyde-nivå.

6. Trykkreguleringanordning for en brønn (1) som rager inn i en brønnformasjon (2), og som bores fra et fartøy til havs, og hvor brønnen (1) omfatter en utblåsingssikring (10) på havbunnen (12) og et stigerør (14) som forløper fra utblåsingssikringen (10) og opp til fartøyet, og hvor borevæskens returløp (8, 14, 20) er forsynt med en roterende overflatetetning (22) som tettende omkranser en borestreng (4), idet den roterende overflatetetning (22) er innrettet til å kunne tette mot en trykkdifferanse mellom omgivelsene ved overflatetetningen (22) og returløpet (8, 14, 20), og hvor det er anordnet et avstengbart borevæskeutløp (28) ved den roterende overflatetetning (22) og hvor et pumpeuttak (32) fra returløpet (8, 14, 20) er anordnet under vann, og hvor en pumpe (30) er koplet til returløpet (8, 14, 20), idet pumpen (30) er koplet til et trykkrør (34) som munner ut på fartøyet, karakterisert ved at pumpen (30) er innrettet til å kunne pumpe borevæske fra pumpeuttaket (32) og til fartøyet, og hvor pumperaten er regulerbar for å opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk ved brønnformasjo-nen (2) både når borevæske (24) strømmer og når den er stanset.

7. Trykkreguleringanordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at i det minste en andel av returløpet (8, 14, 20) som befinner seg over pumpeuttaket (32) er fylt med et andre fluid (38) som har ulik egenvekt i forhold til borevæsken (24).

8. Trykkreguleringanordning i henhold til krav 7, karakterisert ved at pumperaten er styrbar for å kunne opprettholde en overgang (40) mellom borevæsken (24) og det andre fluid (38) på et tilnærmet konstant høydenivå.