NO841026L - Prefabrikert broennskjermings- og foringskonstruksjon - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår brønner av alle typer som krever styring av sand, især dype brønner, eksempelvis slike som benyttes for produksjon av olje og/eller gass. I dype brønner er det ekstremt kostbart å fullføre brønnen i produksjonssonen ved konvensjonelle teknikker for nedføring av foringsrør, semen-tering, perforering nede i hullet, nedføring av siktmantelen og deretter pakking med grus med et overliggende verktøy. Perforeringen er spesielt kostbar og kan være farlig da det vanligvis benyttes eksplosiver for å danne perforeringene. Videre er det vanlig i praksis å utforme totalt kun omtrent tolv perforeringer med 19,05 mm diameter over en foringsrør-lengde på 305 mm. Det relativt lille antall hull og deres store dimensjon gjør at det har en tendens til å oppstå hulrom i den senere innsatte sandstyrte sandpakning da det foreligger en meget større strømningshastighet enn tilfellet ville vært om det hadde foreligget flere perforeringer. Problemet med hulrom i gruspakningen og derav følgende feil når det fine materiale fra formasjonen beveges rett inn til sikten og ero-derer denne, er spesielt stort når hullet har et stort retnings-avvik.

Prepakkede sikter har tidligere vært fremstilt, som omfatter en ensartet konsolidert eller ikke konsolidert ring av harpiksovertrukket sand eller grus som fyller rommet mellom et par konsentriske siktlegemer. Disse benyttes typisk med en ytre gruspakning da sand fra formasjonen ellers ville gjen-plugge deres slisser. Dersom de benyttes i et dypt hull ville slike anordninger ikke enkelt kunne fjernes i tilfelle feil i den indre ringformede gruspakning da prepakkede sikter vanligvis er fremstilt av rustfritt stål som vil være vanskelig å kutte over med et verktøy for utspyling i borerøret. Videre ville de antagelig falle fra hverandre og klemme seg fast da wiren og stangen som de består av ville komme fra hverandre.

Den harpiksbelagte grus eller sand som benyttes i den foran nevnte prepakkede siktanordning er fortrinnsvis av den type som er beskrevet i en artikkel "Performance Review of Phenolic-Resin Gravel Packing" av Lowell W. Saunders and Howard L. McKinzie i februarnummeret 1981 av "Jounal of Petroleum Tehnology", side 221-228. Selv om slik grus har

vært tilført som del av en på forhånd herdet pakning mellom to

konsentriske brønnsikter, benyttes den vanligvis som en dir-ekte erstatning for vanlige gruspakninger dannet på stedet. Grusen tilføres i løs form fra sekker og herdes etter instal-lasjonen ved hjelp av de relativt høye temperaturer i brønnen. Den herdede harpiksbelagte grus er upåvirkelig av syre, men er oppløselig i basiske væsker med høy Ph-verdi. Den siste egen-skap gjør det enkelt til enhver tid å fjerne pakningen. En annen artikkel beskriver bruken av ikke herdet harpiksbelagt sand bg ulike, omgivelser i hvilke denne kan benyttes, Paper No. SPE 7004, A. Richard Sinclair and John W. Graham, "An Effective Method of San control". Artikkelen ble presentert ved et møte i Society of Petroleum Engineers of AIME in Lafayette, Louisiana, 15.-16. februar 1978.

Blant den foreliggende oppfinnelses mål er å frembringe en ny brønnsikt som tillater å fullføre en brønn uten å gjen-nomføre en gruspakningsoperasjon nede i brønnen. Et annet mål er å frembringe en brønnsikt som gir en stor totalstrøm gjennom hele pakningen, men en betydelig mindre strømningsmengde gjennom enhver enkeltdel i pakningen, enn konvensjonell teknikk gir. Et videre mål er å frembringe en teknikk for fremstil-ling av en gruspakning for en brønnsikt som unngår hulrommene og kanalproblemene i gruspakninger som produseres nede i hullet. Et videre mål er å frembringe en prepakket anordning for en brønnsikt og perforert foringsrør eller foringslegeme som ikke har innebygget de manglende som foreligger ved kjente prepakkede brønnsikter.

De foregående og andre mål og fordeler oppnås ved den prepakkede brønnsikt og foringsanordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Anordningen omfatter et ytre for- . ingsrør eller foringsparti som generelt vil bli dimensjonert slik at anordningen for bruk kan monteres nede i hullet ved hjelp av en vanlig opphengsanordning for foringsrør. Opphengs-anordningen vil ligge an og holdes nær bunnen av den indre vegg i den nederste allerede installerte foringsrørseksjon. Denne sist nevnte seksjon vil naturligvis ha en større diameter enn det foringsparti som henges opp fra dens indre vegg. Det ytre foringsparti er perforert på utsiden av brønnen før montering og fortrinnsvis av den samme type konvensjonell per-foreringsanordning som ble benyttet for å bore hull i det nederste parti i en nedre brønnsikt. Et typisk mønster ville være å benytte hull med indre diameter 12,7 mm anordnet på en sirkel med 25,4 mm diameter med hullene alternerende i rekker som er forsatt. På denne måte kan et foringslegeme med 244 mm ytre diameter ha 264 12,7 mm hull pr 305 mm lengde, i motset-ning til bare omtrent 12 19,05 mm hull pr 305 mm lengde som er vanlig når perforeringen foregår nede i hullet. Som oven-for omtalt øker dette i stor grad strømningens ensartethet gjennom anordningen og minimerer tilplugging og kanaldannelser.

En nedre rørstøtte for brønnsiktmantelen forblir uper-forert nær enden og er perforert i det midtre parti hvor siktmantelen er anordnet. Siktmantelen vil vanligvis være sveist til den nedre rørstøtten i begge ender. Der siktanordningen imidlertid skal benyttes i omgivelser med høy temperatur og

de ulike temperaturutvidelseskoeffisienter for en siktmantel av rustfritt stål og et rør av karbonstål ville kunne forår-sake buling, kan siktmantelen fastsveises kun i én ende. Den andre ende av siktmantelen kan festes til rørbunnen ved hjelp av presspasning som omtalt i US patentsøknad 258 360, 28. april 1981. Enden med presspasning ville ekspandere og være i stand til å gli i bunnrøret for å frigjøre spenninger ved høye temperaturer. Selv om bunnrørstøtten for siktmantelen er vist som et sylindrisk rør, kunne den også være utformet som svei-ste kanaler, slik det er omtalt i US 4 096 911.

Etter at foringspartiet er perforert og siktmantelen

er festet til dens i det vesentlige sylindriske støtte, sveises en første ring av lett bearbeidelig stål til en ikke perforert ende av bunnstøtten. Brønnsikten med ringen anordnes deretter på innsiden av det uperforerte endeparti av foringslegemet og ringen sveises til den indre vegg i foringsrøret for således å sentrere sikten i foringsrøret. Foringsrøret/ brønnsikten plasseres deretter vertikalt og dens ytre perforerte flate dekkes av et tekstilovertrekk, en fin metallduk eller eksempelvis en hylse. Overtrekket kan være ethvert egnet materiale som vil avtette perforeringens ytre ende mens løs harpiskovertrukket sand eller grus eller annet porøst materiale innføres i og konsolideres i perforeringene og i det ringformede rom dannet av foringsrøret, brønnsikten og den første ring. En andre ring av lett bearbeidelig stål kan der-

etter plasseres på toppen av det porøse materiale og sveises til det øvre uperforerte parti av foringsrøret og brønnsikt-anordningen. Hele anordningen med deksel herdes deretter, eksempelvis ved bruk av tørr varme i en ovn eller ved hjelp av damp eller varmt vann, inntil de harpiksovertrukne partikler er festet til hverandre til en ensartet konsolidert masse.

På dette trinn kan overtrekket rundt foringsrøret fjernes da partiklene ikke lenger vil være i stand til å falle ut av perforeringene. Mengden harpiksbelegg på sandpartiklene bør være kun tilstrekkelig til å feste tilstøtende partikler uten i vesentlig grad å redusere den konsoliderte masses porøsitet. Partiklenes størrelse må velges i forhold til bredden av sporene i siktmantelen og størrelsen av partiklene i formasjonen i henhold til vanlig praksis i industrien.

Ved å benytte lett bearbeidelig materiale for ringene vil det til enhver tid etter at anordningen er installert, være mulig å fjerne og erstatte siktanordningen uavhengig av foringsrøret ved en utspylingsoperasjon, uten å påvirke for-ingen. En ny vanlig sikt kunne deretter installeres og grus kunne pakkes ned på vanlig måte. Dersom den konsoliderte pakning av en eller annen grunn skulle bli defekt mens sikten fremdeles er intakt, kunne pakkingen fjernes ved innsprøyting av en fluid med høy Ph-verdi, noe som ville oppløse harpiks-bindingene mellom partiklene. En ny gruspakning kunne deretter innføres på kjent måte. Det antas at det vil være lite, om noe, behov for å gjennomføre de forannevnte operasjoner da den konsoliderte og sammenbundne pakning burde hindre kanal-dannelse og erosjon av sporene. I tillegg vil det store antall perforeringer i røret motstå gjenplugging og vil forår-sake en relativt ensartet strømningsfordeling gjennom hele pakningsområdet. Dette er en betydelig fordel i fordel til kjente prepakkede sikter hvor siktslissene med meget små bred-der kan ha en tendens til å gjenplugges av materialet fra formasjonen. Videre vil mantelens styrke i de prepakkede sikter normalt være utilstrekkelig til å erstatte vanlige foringsrør. I tillegg krever prepakkede sikter spesielt installasjonsut-styr som er kostbart og tidkrevende i forhold til siktanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse med dens robuste ytre. Muligheten for skade på de relativt spinkle siktslissene i en prepakket sikt, er også betydelig under transport eller installasjon.

Den prepakkede brønnsikt og foring ifølge oppfinnelsen er vist skjematisk på tegningen, generelt betegnet 10, og omfatter en lengde av brønnens foringsrør 12 som kan være om-kring 15 m lang. Foringsrørets ender har fortrinnsvis gjenger 14 som tillater at denne foringsrørslengde kan forbindes med andre lengder på vanlig måte. Før foringsrøret 12 monteres til anordningen 10 perforeres det i det midtre område mellom de øvre og nedre ringlegemer 18, 20. Da det er meget enklere å bore hull i foringsrøret 12 når det ikke befinner seg i brøn-nen, er det mulig å danne et meget stort antall hull i for-ingsrøret. Eksempelvis kan 264 hull 22 med 12,7 mm diameter dannes pr 305 mm lengde i et foringsrør med en ytre diameter på 244 mm når hullene befinner seg på en sirkel med 25,4 diameter, mens et typisk foringsrør med perforering utført i hullet kun vil ha omtrent 12 19,05 mm store hull pr 305 mm lengde. Ved å ha et større antall hull er det mulig å få en større volumstrøm relativt ensartet og en liten strømningshastighet gjennom den sammenpakkede grus 26 som er anordnet i ringrom-met mellom foringsrøret 12, de ringformede platene 18, 20 og siktmantelen 30 med slisser. Siktmantelen 30 er fortrinnsvis dannet av wire 34 som er viklet skruelinjeformet og sveist til siktens støttestenger 36 for således å danne en kontinuerlig sliss 38 med konstant bredde, typisk 0,152-0,305 mm. Siktmantelen 30 har endepartier med ringer 40 som kan sveies til et rørholdelegeme 42. Rørlegemet 42 er perforert ved 44 på innsiden av siktmantelen 30, men er ikke perforert ved endene.

Fremstillingsmetoden er tidligere -omtalt, samt også metodene for montering av den prepakkede brønnsikt og forings-rør i en brønn. Da foringsrørpartienes 12 ender er gjenget, kan tydelig flere seksjoner 10 forbindes med hverandre med konvensjonelle koblinger (ikke vist). Det vil ikke foreligge behov for å forbinde de sylindriske kjernene 42 i sammenkob-lede foringsrør da disse er festet og tettet i forhold til foringsrøret 12 ved hjelp av fastsveiste ringer 18, 20. Hull-diameteren og plasseringen av hullene 22 i foringsrørlegemet 12 og hullene 44 i legemet 42 velges fortrinnsvis for å maksimere strømningsarealet mens tilstrekkelig konstruksjonsstyrke opprettholdes. Likeledes konstrueres hulldiametere og fordel-ingen av hullene 44 i legemet 42 for å maksimere strømnings-arealet mens det opprettholdes tilstrekkelig styrke i legemet 42. På grunn av forskjellen i diametre mellom foringsrøret og legemet 42, vil det totale antall og areal av hullene 22

i foringsrøret normalt være større enn tilsvarende for hullene 44 i legemet 42. Videre vil også hullenes 22 diameter fortrinnsvis være større enn hullenes 44 diameter. Eksempelvis kan hullene 22 ha en diameter på 12, 7 mm mens hullene 44 kan ha 9,52 mm diameter. Ved å utføre mange flere hull i forings-røret 22 enn det kan oppnås ved utstyr for perforering nede i hullet, er forutsetningene for at det skal dannes kanaler i gruspakningen 26 i det vesentlige eliminert. Likeledes kan hulrom unngås, noe som er så vanlig ved gruspakninger som dannes nede i hullet, ved at gruspakningen med harpiksovertrekk monteres til foringsrøret og siktanordningen i en fabrikk eller annet sted over jorden. På et slikt sted med kontrollert om-givelse kan det oppnås god konsolidering ved å vibrere anordningen eller om ønsket ved andre metoder for sammentrykning. Bruken av herdeoperasjonen over jorden mens perforeringene i foringsrøret er dekket, sikrer at det ikke vil foregå noen forandring av gruspartiklenes plassering. Således kan det oppnås en fastere pakning enn det ville vært mulig med en herding nede i hullet av en gruspakning installert på stedet ved bruk av ikke herdet harpiksbelagt grus.

Selv om det er bemerket at det ikke foreligger behov

for å ha de sylindriske legemer 42 forbundet med hverandre da de er avtettet i forhold til foringsrøret, vil det være situa-sjoner hvor det kan være ønskelig å utstyre hver ende av rør-legemet 42 med gjenger. Dette vil eksempelvis være tilfellet hvor flere seksjoner med siktanordninger 10 skal plasseres i en brønn og det foreligger en viss mulighet til at en eller flere av de nedre seksjoner må avtettes ved et senere tilfelle slik at det ville være fordelaktig å skru en avstengingsbore-ventil (seal bore sub) til den nedre ende av i det minste noen av rørene 42. Rørenes 42 øvre ende som ville ligge under andre rør med slike ventiler, ville bli forbundet med konvensjonelle føringsnipler. Føringsniplene har alle en glatt boring i hvil-ken ventilen fra den tilstøtende anordning nedsenkes. Tetnings-

ringene på utsiden av ventilene danner en fluidtett forbin-delse. Når det er ønskelig å avstenge produksjonen fra en nedre sikt, kan en tetningsplugg senkes ved hjelp av en kabel gjennom etterfølgende indre rør inntil den føringsnippel som skal tettes nås. Deretter ekspanderes tetningspluggen til tettende anlegg mot et indre spor i føringsnippelen. Den foran nevnte mulig tetningskonstruksjon danner naturligvis et tillegg i kostnaden ved installasjon, men kan være meget kost-nadsgunstig i formasjoner hvor det foreligger en mulighet til at en nedre sikt vil starte oppumping av sand meget tidligere enn en øvre eller hvor produksjonen fra et nedre lag blir uønsket.

Claims (6)

1. Prefabrikert brønnsikt og foringsrø ranordning (10) innrettet til å nedsenkes i en brønn, omfattende et ytre forings-rørlegeme (12) med koblingspartier i endene, et perforert midtre parti og uperforerte endepartier (18, 20) som strekker seg fra hver ende, et siktmantellegeme (30) med slisser i overflaten som understøttes i det indre av foringslegemet på et i det vesentlige sylindrisk kjernelegeme (42) KARAKTERISERT VED at det i det vesentlige sylindriske kjernelegeme har et lengre perforert midtre parti anordnet i siktmantellegemet og uperforerte endepartier som strekker seg fra hver ende av kjernelegemet og som befinner seg utenfor siktmantellegemet (30) mot steder på innsiden av mantellegemet, et par metallringer av et materiale som er bløtere enn siktmantellegemet og er sveist til utsiden av mantellegemets endepartier og til innsiden av foringsrørlegemets endepartier, idet ringene danner endeavgrensningene av et ringformet rom som strekker seg aksialt ut av hver ende av siktmantellegemet, og en sammentrykket pakning av porøst materiale (26) i ringkammeret.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det porøse materiale er med hverandre forbundede partikler.

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at partiklene er harpiksbelagt grus eller sand.

4. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at de perforerte midtre partier på foringsrørlegemet og kjernelegemet har hullperforeringer i mønster som i det vesentlige har samme diameter og avstand.

5. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at for-ingsrørlegemet omfatter et større antall og større areal med perforeringer enn kjernelegemet.

6. Anordning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at harpiks-belegget i den harpiksbelagte grus eller sand herdes ved varme slik at de enkelte partikler forbindes til en fast masse, idet belegget er tilstrekkelig tynt til å tillate fluidstrøm gjennom massen i rommet mellom partiklene.