NO811100L - Skillesystem for bruk i oljebroenner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører avslutning av brønnborr-inger og nærmere bestemt en fremgangsmåte for å plassere avslutningsvæsken i borrehullet under slike betingelser at sammenblanding av avslutningsvæsken med væskene i borrehullet reduseres.

Under leting etter olje og gass borres borrehullet dypt ned

i jorden. Disse hullene fores med brønnrør som normalt er tunge stålrør, og sement tvinges ned gjennom brønnrørene og opp i det ringformede rom mellom brønnrørets yttervegg og borrehullets vegg. Sementen tvinges mot bunnen av brønn-røret med en fortrengningsvæske, gjerne borreslam. Sementen og borreslammet adskilles gjerne med en fast plugg. Etter denne sementeringsprosessen og før fremstillingen av brønnen må brønnrøret renses for denne væsken og produksjonsutstyr bringes på plass.

Operasjoner for å rense brønnrøret er tidligere velkjente. Teknikken innebefatter typisk senkning av en rørstreng ned

i brønnrøret, injesering av en avslutningsvæske ned gjennom det ringformede rom mellom brønnrøret og røret for å fortrenge og rense borreslammet ut av ringrommet og føre ned-brutt materiale ut gjennom røret til overflaten. Kontakt mellom fortrengnings- avslutningsvæsken og det fortrengte borreslam fører til en blanding av de to væsker. Slammet skilles fra avslutningsvæsken på overflaten. Avslutningsvæskene inneholder gjerne mellom 1 og 4 volum-% slam etter første sirkulering. Når den inneholder denne konsentrasjonen av slam, er avslutningsvæsken uegnet for avslutningsoperasjoner.

Filtreringen av avslutningssaltvannet består gjerne av filtrering gjennom et 50 mikronfilter etterfulgt av et 10 mikro-filter. Ideelt sett bør sluttfiltreringen utføres gjennom et 2 mikronfilter før resirkulering i borrehullet. Imidlertid forårsaker den høye slamkonsentrasjonen (1-4 volum-%)

i tillegg til de typiske slam som brukes i sementerings-trinnet at 2 mikronfilteret i tillegg til 10 mikronfilteret tilstoppes og blir ugjennomtrengelig. Hvis filtreringen

blir ugjørlig, blir det et problem å bli kvitt denne type avslutningssaltvann p.g.a. miljøfarer. Følgelig er behovet for å begrense f iltreringsbehovene og å bruke avslutningssalt-væsken på nytt åpenbare.

De nåværende avslutningsteknikker innebefatter anvendelse

av saltvann eller ferskvann som et skille mellom slammet og avslutningsvæsken. Imidlertid er denne praksis utilfreds-stillende da ringrommet ikke fullstendig befries for slam hvilket fører til forurensning med avslutningssaltvann og det foreligger en risiko for at det p.g.a. reduksjon i væske-trykkhodet på saltvanns- eller ferskvannsskillet kan oppstå

et produksjonsgjennombrudd som ville være farlig for perso-nal og utstyr på overflaten. For å holde tilbake et slikt gjennombrudd plasseres pakninger i ringrommet mellom rør og brønnrør. Imidlertid kan gjennombrudd ha tilstrekkelige trykk til at disse pakninger svikter.

Tidligere kjente avstandsvæsker er illustrert i US Patent 4.108.779, Leroy L. Carney, 22. august, 1978 med tittel "Oil Well Fluid and Dispersants" som beskriver en vandig hydro-karboriemulsjon med faste partikkelformede tilsetningsmidler dispergert deri som brukes som en oljebrønnvæske. Nærmere bestemt brukes den som en avstands- eller pakningsvæske for rensing av ringrommet mellom brønnrøret og borrehullet. Væsken fortrenger og renser ringrommet for borreslam og fortrenges av sement. Denne væske injeseres mellom et borreslam og sement og vil ikke være anvendelig som avstandsholder mellom slam og en avslutningsvæske.

Foreliggende oppfinnelse er et avstandssystem og en fremgangsmåte for bruk derav, og systemet er anvendelig for effektivt å adskille forskjellige typer av avslutningsvæsker og borreslam under avslutningen av en brønnborring, og inneholder en avstandsvæske med en viskositet på ca. 5 til 400 centipoises og dertil en vaskevæske og en skylleyæske. Systémet er sam-mensatt for å muliggjøre bruk med et vannbasert slam eller et oljebasert slam.

I en fremgangsmåte for avslutning av en brønnborring som går ned i en underjordisk formasjon hvor en avslutningsvæske pumpes inn i brønnborringens ringformede legeme mellom borre-veggen og brønnrøret som går inn i brønnborringen for å fortrenge slammet ut av brønnen, består forbedringen i å pumpe et skillesystem inn i brønnrøret for å fortrenge slammet og deretter pumpe avslutningsvæsken inn i brønnrøret for å fortrenge både skillesystemet og slammet. Borreslammet, kompletteringsvæske, skillesystem og blandinger derav gjen-vinnes på overflaten.Borreslammet og skillesystemet kastes og avslutningsvæsken pluss blandinger av væsker som inneholder avslutningsvæsker holdes tilbake, filtreres og resirkuleres i brønnrøret og det ringformede rommet inntil brønn-borringens ringformede rom er tilstrekkelig rent for påbe-gynnelse av produksjonen.

Skillesystemet ifølge foreliggende oppfinnelse bør være forenlig med vannbaserte slam inklusive lignosulfonat og poly-mertyper og oljebaserte slam. Uttrykket "forenlig" som brukes her betyr at de tilgrensende væsker ikke forårsaker nedbrytning eller endring av slike egenskaper som reologi etc. av den andre væsken.

Skulesystemene ifølge denne oppfinnelsen bør også være for-enlige med vanlig brukte typer av avslutningsvæske i olje-brønnavslutning og bør ikke særlig påvirke avslutnings^væskens viskositet. Vanlige avslutningsvæsker omfatter løs-ninger av salter som er meget vanirløselige, stabile, har høy densitet og ikke reagerer med andre løsningskomponenter i sammensetningen. Den høye densiteten til væsken brukes for å kontrollere trykkdifferensial under fremstilling i det ringformede rom og rør. Egnede salter er: kalsiumklorid, kaliumklorid, natriumbromid, natriumklorid, blandinger av kalsiumklorid og kalsiumbromid,. og blandinger av sinkbromid, kalsiumbromid og kalsiumklorid.

Skillesystemet inneholder en skillevæske og inneholder fortrinnsvis en skillevæske med en vaskevæske forut og etterfulgt av en spylevæske. Skillevæsken lages av et løsnings- middel og viskositetsgivende middel. Løsningsmiddelet kan være et vandig eller hydrokarbonløsningsmiddel. Uttrykket "vandig løsningsmiddel" omfatter, men er ikke begrenset til, fersk-, salt-og sjøvann og kan inneholde en mettet kalsium-kloridløsning. Uttrykket "hydrokarbonløsningsmiddel" omfatter, men er ikke begrenset til, parafin og dieselolje.. Hvis et vannbasert slam fortrenges, foretrekkes et vandig løsningsmiddel som løsningsmiddel. Hvis et oljebasert slam fortrenges, foretrekkes et hydrokarbonløsningsmiddel.

Fortrinnsvis inneholder skillevæsken tilstrekkelige mengder viskositetsmiddel til å bringe viskositeten tilstrekkelig høyt slik at skillevæsken foreligger i en laminær eller plugg strøm under normale sirkulasjonshastigheter, men ikke overskrider en slik viskositet at skillevæsken ikke lenger kan pumpes. Uttrykket "viskositetsmiddel" omfatter alle midler som øker løsningsmiddelets viskositet og gir en skillevæske som er fordragelig med slammet og avslutningsvæsken. Midler som kan brukes i denne oppfinnelsen omfatter, men

er ikke begrenset til, kolloidale midler såsom leirer, visse polymerer, emulsjonsdannende midler, diatomer jord og sti-velser. Egnede leirer er kaoliner (kaolinitt, halloysitt, dikitt, nakritt og endellitt), bentonitter (montmorillonitt, beidellitt, nontronitt, hektoritt og saponitt), vandige kråkesølv (bravaisitt eller illitt), attapulgitt, sepiolitt o.l. Egnede polymerer er karboksylmetylcellulose, hydroksyl-metylcellulose og lignende er anvendelige ved vandige løs-ningsmidler. Hensyntagen i utvalg av et viskositetsmiddel omfatter viskositeten som skal gis, kjemisk fordragelighet av skillevæske med både slam og avslutningsvæske, og fil-trerbarhet for å fjerne faste stoffer fra skillevæsken. Fortrinnsvis er viskositetsmiddelet lett å flokkulere i avslutningssaltvannet og lett å filtrere ut fra saltvannet. Mere presist er viskositetsmiddelet for et vandig løsningsmiddel en leire. Helst er viskositetsmiddelet for et vandig løs-ningsmiddel en attapulgittleire.

Skillevæsken bør være stabil under de betingelser som finnes i brønnrøret hvor temperaturer kan være større enn 80°C og trykk kan være større enn 35 atmosfærer. Væsken som inneholder viskositetsmiddelet skal bære med seg alle borrespon og sand som er tilbake i brønnrøret. Skillevæsken bør ha et meget høyt væsketap slik at væsken lett kan filtreres for å fjerne slammet. Videre bør leiren som brukes som viskositetsmiddel være lett å flokkulere fra skillevæsken.

En ideel skillevæske er en tiksotrop kolloidalvæske med en gelstyrke, dvs. en væske som etter røring eller sirkulering (som ved pumping eller annet) har en målbar rélativt lav viskositet og er frittstrømmende (ikke plastisk), spesielt ved høye temperaturer, men når sådann røring eller sirkulering opphører gjeninntar væsken sin gelstyrke. Hastigheten av geldannélsen etter røring reduseres slik at slammet og sponet som foreligger i væsken bare får synke en kort vei før gelstrukturen blir tilstrekkelig sterk til å holde slammet og sponet.

Når en slik skillevæske med riktig viskositet, riktig gelings-hastighet og riktig gelstyrke sirkuleres gjennom et brønnrør, har det tilstrekkelig høy viskositet til å bære^ slammet og sponet fra bunnen av hullet til overflaten og den har en gelstyrke slik at slammet og sponet kan avsettes i en settegrop. Etter henstand i rolig tilstand, utvikler den tilstrekkelig gelstyrke til å hindre avsetning av slam og spon i brønnrøret når det er nødvendig å avbryte sirkuleringen over et lengre tidsrom.

Eventuelt tilsettes et balastmateriale i tilstrekkelig men-gde til å gi skillevæsken en slik densitet at den har et passende væsketrykkhode til å holde skillevæsken mellom borreslammet og avslutningsvæsken. Flere vanlige balastmateri-aler såsom bariumsulfat, kalsiumkarbonat, jernoksyd, blyok-syd og faste sementstoffer for selektiv justering av vekten (densiteten) til skillevæsken over et bredt område kan an-vendes.

Skillevæsken bør pumpes ned brønnrøret i mengder og ved strøm-ningshastigheter slik at plugg eller laminær strømning fore ligger i det ringformede rom mellom røret og brønnrøret og at de to blandede andeler, dvs. forover blanding mellom slammet og skillevæsken og bakover blanding mellom avslutningsvæsken og skillevæsken til pluggen ikke blandes. Den foretrukne strømningshastighet minimaliserer front og bak-blanding og er sådann at pluggstrømning foreligger i det ringformede rom mellom røret og brønnrøret.

Vaskevæskeandelen i skillesystemet inneholder et løsnings-middel med lav viskositet. Fortrinnsvis har vaskevæsken en tilstrekkelig lav viskositet til at turbulent strømning kan oppnås under normale strømningshastigheter hos sirkulasjon av avslutningsvæskene, og viskositeten er generelt lavere enn ca. 10 centipoises. Vaskevæsken bør være fordragelig med slammet som fortrenges og skillevæsken som følger etter.

Fortrinnsvis velges løsningsmiddelet med lav viskositet fra en gruppe bestående av vandig løsningsmiddel og hydrokarbon-løsningsmiddel. Uttrykkene "vandig løsningsmiddel" og "hyd-rokarbonløsningsmiddel" er definert forut for skillevæske-løsningsmidler. Hvis et vannbasert slam fortrenges, foretrekkes ferskvann, sjøvann eller saltvann som lavviskositets-løsningsmiddel hvis et oljebasert slam fortrenges, foretrekkes et hydrokarbonløsningsmiddel som lavviskositetsløsnings-middel.

Fortrinnsvis inneholder vaskevæsken i foreliggende oppfinnelse ytterligere et vaskemiddel for rensing av det ringformede hulroms vegger. Egnede vaskemidler inneholder slipe-materialer såsom vaskemidler. Fortrinnsvis er vaskemiddelet sand såsom fraktureringssand av god kvalitet, ren, relativt fri for fine partikler og med en US Standard for forsøks-materialers mesh størrelse mellom ca. 12 og 60. En vaskevæske med ca. 1 til 10 volum-% vaskemiddel foretrekkes. Særlig foretrekkes det at vaskevæsken inneholder ca. 5 volum-% vaskemiddel. Vaskevæsken kan lages av en kombinasjon av forskjellige lavviskøse løsningsmidler og vaskemidler brukt som en blanding eller i rekkefølge.

Vaskevæsken bør pumpes ned gjennom brønnrøret med slike strøm-ningshastigheter at turbulentstrømning foreligger i det ringformede rom mellom røret og brønnrøret og i slike mengder at de blandede deler av etterfølgende væsker ikke blandes.

Spylingsskilledelen av skillesystemet hjelper brønnoperatøren ved bestemmelse av slutten på skillesystemet og gir derved mulighet for å koble over strømmen av sirkulerende væsker fra et samlingspunkt for skillevæsken til et samlingspunkt for avslutningsvæsken. Skillesystemet kastes og avslutningsvæsken filtreres ved hjelp av konvensjonelle filtrerings-anordninger og resirkuleres i brønnborringen inntil brønn-borringen er tilstrekkelig renset. S<p>ylevæsken bør være fordragelig både med skillevæsken som går forut og avslutningsvæsken som fortrenger den. Spylevæsken består fortrinnsvis av en av de to følgende: vandig kalsiumkloridløsning, sjø-vann og ferskvann.

Spylevæsken bør pumpes ned i brønnrøret med slike strømnings-hastigheter at turbulent strømning foreligger i det ringformede rom mellom røret og brønnrøret og i slike mengder at de blandede deler av de etterfølgende væsker ikke sammenblandes.

Fortrinnsvis inneholder skillesystemet fra ca. 50 volum-% vaskevæske, fra ca. 25 til 85 volum-% skillevæske og ca. 5 til 50 volum-% spylevæske. Et særlig foretrukket skillesystem inneholder fra ca. 20 til 30 volum-%. vaskevæske, fra ca. 40 ti 60 volum-% skillevæske og fra ca. 20 til 30 volum-% spylevæske.

Filtreringen av det fraskilte avslutningssaltvann kan utføres ved kommersiélt vanlige teknikker såsom filtrering gjennom

et grovt filter etterfulgt av et fint filter. Fortrinnsvis har det grove filteret en mesh størrelse på ca. 10 mikron og. det fine filteret har en mesh størrelse på ca. 2 mikron.

Selv om ovennevnte beskrivelse er temmelig detaljert, er det mulig å foreta modifikasjoner i fremgangsmåten uten å gå utenom oppfinnelsestanken. De følgende eksempler illustrerer forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen og forklarer fagmannen hvordan oppfinnelsen og forskjellige utførelses-former brukes.

EKSEMPEL I

Et skillesystem ble fremstilt bestående av en skillevæske

som inneholdt en blanding av 2,25 kg attapulgitt, 175 kg barytt og 106 liter sjøvann hvilket ga 160 liter skillevæske, en vaskevæske inneholdende en blanding av 20 kg fraktursahd pr. 160 liter ferskvann, og en spylevæske inneholdende 0,38 liter DMS overflateaktivt middel (fremstilt av AquaNess) og 237 ml Wellaid 840 korrosjonsinhibitor (fremstilt av Amoco Chemical Co.) pr. 160 liter ferskvann. En avslutningsvæske ble fremstilt bestående av 40,4 vekt-% kalsiumbromid, 14,5 vekt-% kalsiumklorid, 6,5 vekt-% sinkbromid og 38,6 vekt-% ferskvann.

En 2550 meter brønn ble boriret utenfor kysten av Lousiana, muret ut sementert. Sementen ble skjøvet inn i brønnborrin-gen med et vannbasert slam med en densitet på 1,9 g/ml. Brønnrørets diameter var 7,2 cm og muringens diameter var

19 cm.

4800 liter vaskevæske ble pumpet inn i brønnen med 640 liter pr. minutt etterfulgt av 8000 liter skillevæske med 640 liter pr. minutt, etterfulgt av 3200 liter spylevæske med 640 liter pr. minutt, og deretter etterfulgt av 41920 liter avslutningsvæske ved en hastighet på 6 40 liter pr. minutt.

Vaskevæsken og skillevæsken ble kastet og likeledes en del

av spylevæsken. Avslutningsvæsken inneholdt 0,5 volum-%

slam etter første sirkulering. Avslutningsvæsken ble filtrert gjennom et 50 mikronfilter, så gjennom et 10 mikronfilter og resirkulert. Etter tre fullstendige sirkuleringer inneholdt væsken mindre enn 0,1 volum-% slam.

EKSEMPEL II

Et skillesystem ble fremstilt bestående av en vaskevæske laget av tre deler: den første delen var 4800 liter dieselolje, den andre delen 8 fat Wellaid 311 (et vaskemiddel fremstilt av Amoco Chemical Co.), og den tredje delen var 4800 liter ferskvann innført i rekkefølge>og en skillevæske bestående av 37,8 vekt-% vandig kalsiumkloridløsning gelet med Polybrine (et viskositetsgivende middel fremstilt av Dresser Ind. (Magcobar Div.), og skillevæsken hadde en viskositet på 20 til 50 centipoise. En avslutningsvæske ble fremstilt bestående av en 37,8 vekt-% vandig kalsiumkloridløsning.

En 5770 m brønn ble borret i Louisiana, muret ut og sementert. Sementeringsprosedyren brukte et vannbasert slam med en densitet på 1,43 g/ml. Brønnborringsmuringens diameter var 19 cm avtrappet til 17,5 og videre ned til 12,5 cm.. Rør-diameteren var 7,2 cm avtrappet til 5,94 cm.

4800 liter, 8 fat og 4800 liter vaskevæske ble pumpet inn i det ringformede hulrom mellom røret og muringen med en hastighet på 800 liter pr. minutt, etterfulgt av 8000 liter skillevæske med en hastighet på 800 liter pr. minutt, og deretter etterfulgt av 112 000 liter avslutningsvæske ved en hastighet på 800 liter pr. minutt.

Skillesystemet ble kastet. Avslutningsvæsken inneholdt 0,1 volum-% slam etter første sirkulering. Avslutningsvæsken ble filtrert gjennom et 10 mikronfilter og deretter gjennom et 2 mikronfilter og så resirkulert i brønnborringen. Etter 3 fullstendige sirkuleringer i brønnborringen og filtreringer var væsken klar uten påviselige faste stoffer.

Resultatene av eksemplene viser at skillesystemet bevarer avslutningsvæsken ved å nedsette konsentrasjonen av slam i avslutningsvæsken betydelig. Konsentrasjonen i et typisk brønnavslutningssaltvann på slutten av den første sirkuleringen ligger mellom log 4 volum-%. I de to eksemplene oven-for var konsentrasjonen 0,1 til 0,5 volum-% slam, hvilket muliggjorde at avslutningsvæsken kunne resirkuleres igjen.

Etter et begrenset antall resirkuleringer (2 til 3) er avslutningsvæsken ren nok (mindre enn 0,1 % faste stoffer eller lavere) til at avslutningsoperasjoner kan fortsette. Ved å bruke de tidligere kjente metoder kan det trengs opptil 2 dager (30-40 sirkulasjoner) sirkulering uten at man får den væsker enhet man finner ved anvendelse av foreliggende/oppfinnelse.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved fortrengning av væske ut av en brønn-borring under avslutning av brønnborringen bestående av pumping av et skillesystem inn i brønnborringen for å fortrenge væsken, pumping av en avslutningsvæske inn i brønnborringen for å fortrenge skillesystemet og væsken ut av brønnborringen, karakterisert ved at man anvender et skillesystem inneholdende en skillevæske med en sådann viskositet at skillevæsken foreligger i laminær eller plugg strømning under pumpingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man anvender skillevæske med en viskositet mellom 5 og 400 centipoises.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man anvender et skillesystem som ytterligere inneholder en vaskevæske med en sådann viskositet at vaskevæsken foreligger i turbulent strømning ved normalsirkulasjonspum-ping og vaskevæsken pumpes inn i brønnborringen før skillevæsken.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at fremgangsmåten ytterligere anvender en skyllevæske . med sådann viskositet at skyllevæsken foreligger i turbulent strømning med normal sirkulasjonspumping og skyllevæsken pumpes inn i brønnborringen etter skillevæsken.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at man anvender en vaskevæske inneholdende et løs-ningsmiddel med lav viskositet valgt fra en gruppe bestående av et vandig løsningsmiddel og hydrokarbonløsningsmiddel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at man anvender en vaskevæske ytterligere inneholdende et vaskemiddel, hvilket middel er frakturert sand.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert , ved at man anvender en skillevæske. omfattende et løsnings-middel og et viskositetsmiddel.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at man som viskositetsmiddel anvender en leire.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at man som viskositetsmiddel anvender attapulgitt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at man velger skillevæsken fra gruppen vandig kal-siumkloridløsning, sjøvann og ferskvann.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skillevæsken pumpes ned i brønnborringen med en sådann strømningshastighet at pluggstrømning foreligger i det sirkulære hulrom mellom brønnborrerøret og brønnrøret.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at vaskevæsken pumpes ned gjennom brønnrøret med en sådann strømningshastighet at turbulent strømning foreligger i det ringformede rommet mellom brønnborrerøret og brønn-røret.