NO177805B - Anordning ved en forgreningsbrönn, og rörformet serviceverktöy for plassering i en valgt grenbrönnstreng - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved en forgreningsbrønn med en hovedbrønnstreng og minst en grenbrønnstreng, som angitt i innledningen til krav 1.

Oppfinnelsen vedrører også et rørformet serviceverktøy for plassering i en valgt grenbrønnstreng i en anordning ved en forgreningsbrønn med en hovedbrønnstreng og minst en gren-brønnstreng, som angitt i innledningen til krav 2.

Forgreningsbrønner , eller såkalte flerkompletteringsbrønner, hvor sideveis rettede borehull går ut fra en vertikal hoved-boring med en bestemt skråvinkel i forhold til denne, blir stadig mer og mer aktuelle, særlig for derved å kunne øke produksjonen til hovedbrønnen.

Det er mange årsaker til at det bores slike brønner, både ved oljeutvinning og andre bergdriftsformål. Faktorer i denne forbindelse er økonomiske forhold eller forhold i forbindelse med selve oppbyggingen av det produktive lag eller mineralav-leiringer.

Slike sidegrener ut fra en hovedbrønn vil i virkeligheten ikke bare muliggjøre en produksj onsøking, men vil også gi mulighet for maksimale uttak av innholdet i en produserende formasjon. I tillegg vil slike forgreningsbrønner muliggjøre en utvidelse av den underjordiske produksjonssone ut i fra en enkel overflateinstallasjon og det blir også mulig å redusere den høye strømningsmotstand som vil oppstå rundt et borehull i en hovedbrønn.

En annen praktisk fordel med forgreningsbrønner er at de muliggjør utvinning av olje og gass fra formasjoner eller lag som har et stort antall sprekker. Dette skyldes at forgren-ingsbrønnene vil krysse sprekkene og knytte dem til hoved-brønnens dreneringssystem.

Slike forgreningsbrønner benyttes også i sterk grad for effektiv eksploatering av en utnyttbar formasjon hvor toppen eller dekklaget over et reservoar har en meget irregulær form og/eller liten tykkelse.

Det er kjent å bore slike forgreningsbrønner i en retning ut fra hovedbrønnen under utnyttelse av et avbøyningsverktøy som benevnes som en ledekile. Avgrenede borehull har mindre diameter enn hovedboringen og avbøyningsvinkelen velges som en funksjon av den produksjonsformasjonssone som den avgrenede boring skal åpne. For å redusere boringsomkost-ningene benyttes noen ganger samme avbøyningsverktøy eller ledekile for boring av to grenhull som er symmetriske om hovedboringen, idet man dreier avbøyningsverktøyet i én vinkel på 180" i hovedboringen. Forgreningsbrønner som bores på denne måten ved hjelp av avbøyningsverktøy, er beskrevet nærmere i US-PS 4.396.075 og 4.415.205.

Når hver grenboring er ferdig boret blir de elementer som er nødvendig for utvinningen av olje eller gass kjørt ned i hullet. Når samtlige grenhull eller -boringer er klare for bruk, trekkes alt annet utstyr opp fra hovedbrønnen. Blant dette utstyr forefinnes eksempelvis ledekilen.

Det er her verdt å merke seg at en slik hovedbrønn med avgreninger er forbundet med den ulempe at det ikke er sørget for tiltak som muliggjør selektiv forbindelse mellom bunnen av de enkelte forgreningsbrønner og overflaten.

Foran har det vært tale om sideveis rettede forgreningsbrønn-er. Slike forgreningsbrønner kan naturligvis strekke seg skrått, horisontalt eller i hvilken som helst ønsket retning, så lenge de bare er tilknyttet en hovedbrønn på en konvergerende måte.

Så lenge forgreningsbrønnene er i bruk eller med andre ord produserer, med kontinuerlig fluidumstrømning, vil man ikke stå overfor spesielle problemer.

Derimot vil man støte på problemer når en eller flere slike forgreningsbrønner er satt ut av drift og man så ønsker å reaktivere den, dvs. ta den i bruk igjen.

Det første problem man møter er relatert til det faktum at under den tidligere bruksperiode er rørstrengen blitt til-stoppet med borkaks og rester som gjør det meget vanskelig å lokalisere strengen med ønsket nøyaktighetsgrad. Naturligvis vil det være mulig hver gang en ledekile kjøres ned i et brønnhull for boring av en avgr ening, å merke seg meget nøyaktig hvor ledekilen befinner seg i hovedboringen, og så sette avbøyningsverktøyet på plass igjen på nøyaktig samme sted, men en slik operasjon er imidlertid relativt vanskelig å gjennomføre i praksis.

Det andre problem man støter på er at, selv om man antar at det er mulig å relokalisere det opprinnelige grenhull, så vil det være nødvendig å benytte det samme avbøyningsverktøy om igjen enten for å fjerne alle avfallsrester fra forgrenings-brønnen som skal reaktiveres eller for å utføre en andre boreoperasjon.

I lys av disse problemer har man hittil foretrukket ikke å ta i bruk gamle forgreningsbrønner, men isteden bore nye hull. Selv om boringen av en forgreningsbrønn ikke kan sammenlignes med den boringsinnsats som medgår for boring av en vertikal hovedbrønn, så dreier det seg allikevel om en meget kostbar arbeidsoperasjon.

For å overvinne de foran nevnte problemer har det allerede vært foreslått å benytte en innretning som muliggjør vanlig produksjon i forgreningsbrønnene, men som gjør det mulig å reaktivere en eller flere brønner etter at de har vært satt ut av drift, uten at dette medfører store kapitalomkost-ninger.

Et eksempel på en slik løsning er vist og beskrevet i EP Al 136 935. Den der viste innretning for boring og produksjons-start av en olje- eller gassbrønn, bestående av en hovedbrønn og minst en avgrening fra hovedbrønnen, innbefatter et ytre rør som er plassert i hovedbrønnen, og minst en grenanordning som er fastgjort in situ i røret og innbefatter minst et fast grenrør hvis nedre ende kommuniserer med grenbrønnen. Ved hjelp av en koplingsanordning og en posisjoneringsanordning kan hvilken som helst ønsket avgrening bores og settes i drift igjen etter et driftsavbrudd, idet dette muliggjøres ved et kamstyresamvirke mellom koplingsanordningen og posisjoneringsanordningen.

Man har imidlertid i praksis funnet at det hver gang er nødvendig å utføre en vedlikeholds-operasjon eller lignende i en avgrening under produksjonen, også vil være nødvendig å ta pumpe- og produksjonsrørstrengen opp til overflaten, for så å senke ned en borestreng. Når vedlikeholdsarbeidene er ferdige, settes så produksjonsstrengen og pumpen på plass. Hevingen og senkingen av produksjonsstrengen etc. er ikke bare i seg selv en kostbar arbeidsoperasjon, men betyr fremfor alt at hele oljebrønn-installasjonen settes ut av drift over en relativ lang tidsperiode. Fra et produksjons-stan dpunkt er det av både tekniske og økonomiske årsaker klart best å unngå slike stopptider.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer løsninger på problemet, med betydelig reduksjon av en produserende brønns stopptid. For å oppnå dette foreslås det en innretning for riktig posisjonering av et service-verktøy i borehullet uten at det er nødvendig å heve produksjonsrøret til overflaten.

Uttrykket vedlikeholdsoperasjon som brukt her er ment å innbefatte ethvert arbeide som utføres i en forgreningsbrønn. Arbeider av denne type kan eksempelvis innbefatte inter-ferens-målinger eller vannavstengende plugginger.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det en anordning som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at den videre innbefatter et mellomelement med mellomrør som ved sine respektive nedre ender kommuniserer med hvert sitt av de nevnte rør i koplingsinnretningen og som er slik arrangert at de konvergerer oppover mot et enkelt innløp i mellomelementets hode, og ved at et orienterings- og styreelement, som har en sliss som er orientert i forhold til koplingsinnretningen og kilen, er innlagt i en del av et produksj onsrør tilknyttet det nevnte enkeltinnløp.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det også et rørformet service-verktøy som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at serviceverktøyet har to husdeler, idet det er uttatt utsparinger i en av husdelene for opptak av en stillings-or ienteringsknast på den andre husdel på en slik måte at hvert opptak av knasten i en utsparing svarer til en stilling av nevnte andre husdel i forhold til en respektiv brønnstreng i -brønnboringen, hvorhos serviceverktøyet innbefatter et verktøyhode og midler for vinkelforskyving av verktøyhodet i forhold til huset for derved å bringe det til aksial flukt med et valgt mellomrør, og en kileånordning på verktøyet for samvirke med orienterings- og styreelementet.

Serviceverktøyet preorienteres ved overflaten ved hjelp av korrekt plassering av orienteringshylsen i- forhold til den grenrørstreng hvori verktøyet skal kjøres ned.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk snitt av en forgren-ingsbrønn, fig. 2 viser et perspektivriss av orienterings- og styreelementet i anordningen ifølge

oppf innelsen,

fig. 3 viser et snitt gjennom et serviceverktøy sampasset med en del av anordningen ifølge

oppfinnelsen, og

fig. 4 viser et forstørret snitt langs linjen 4-4

i fig. 3 gjennom midler som benyttes for frigjøring av serviceverktøyets hode.

Den i fig. 1 sterkt skjematisk viste forgreningsbrønn innbefatter eksempelvis en vertikal hovedbrønnstreng 1 og en eller flere sideveis rettede grenbrønnstrenger. I fig. 1 er bare en slik grenbrønnstreng 2 vist. På vanlig kjent måte er brønnboringen forsynt med et foringsrør 3 som strekker seg ned til bunnen av hovedbrønnen, Videre har den et produk-sjonsrør 4 som er plassert inne i foringsrøret 3, samt en pumpe 5. Pumpen er senket ned i et utvidet parti 4a av produksjonsrøret og er plassert i en bestemt dybde. Pumpen 5 henger i en pumpestangstreng. Et opptak eller et grenelement 7 er stasjonært fastgjort i brønnboringen, eksempelvis ved sementering eller ved hjelp av andre egnede festemetoder, og dannes av flere rør eller løp, idet hvert av disse er beregnet for kommunisering med en respektiv grenbrønnstreng. Grenelementet 7 har et antall åpninger som korresponderer med antall grenbrønnstrenger i brønnhullet. I et brønnhull med tre grenbrønnstrenger, fordelt med innbyrdes vinkelavstand på 120°, vil grenelementet ha tre åpninger med innbyrdes vinkelavstand 120° , idet hver slik åpning er beregnet for korre-spondanse med en grenbrønnstreng og er forbundet med denne. Et grenelement av denne type er beskrevet i den foran nevnte EP-publikasj on.

En koplingsinnretning 8 er stivt festet til grenelementet 7 og innbefatter en kamprofil som samvirker med en i forhold til grenelementet 7 fast kile 9. Innretningen 8 er også forsynt med hus 10 for plugger og rør 11 som er stukket inn i boringer 60 i grenelementet 7, slik at man således er sikret at rørene 11 kommuniserer gjennom grenelementet 7 med gren-brønnstrengene 1,2.

Et mellomelement 12 er fastgjort på koplingsinnretningen 8. Dette mellomelement 12 har tre rør, hvorav bare to rør 13,14 er vist på tegningen. Disse rørene konvergerer mot et hode 15 for dannelse av en enkelt innløpsåpning 61 i hodet. Hvert av rørene munner ved den nedre enden av mellomelementet ut i et av rørene i koplingsinnretningen 8.

Et orienterings- og styreelement 16 dannes av et mantelele-ment 17 som har en langsgående sliss eller spalt 18. Denne sliss er orientert i forhold til kamprofilen i koplingsinnretningen 8. Koplingsinnretningen er i sin tur orientert ved hjelp av den faste kile 9. Orienteringselementet 16 er innlagt mellom produksjonsrøret 4 og mellomelementet 12. Produksjonsrøret 4 er forsynt med en forlengelse 4b som går inn i hodets 15 innløpsåpning 61.

Påløpskantene ved den langsgående sliss 18 er som vist avskrådd og tilslipt slik at det her oppnås et glatt glide-samvirke.

I en utførelse som er vist i fig. 3 innbefatter et service-verktøy 20 et hus 21 samt et hode 22 som rager ned fra huset. Et forlengelseselement (ikke vist) er tilknyttet verktøyhodet og har variabel lengde. Dette forlengelseselementet er beregnet for innføring i den valgte grenbrønnstreng hvor en serviceoperasjon skal utføres. Største delen av verktøyhodet 22 opptas inne i huset 21 og er svingbart montert om en tapp

23. Denne tapp holdes på plass ved hjelp av en låseskrue 24. Som vist i fig. 3 er verktøyhodets 22 øvre ende 25 utformet for samvirke med et system av veivarmer 26. En av disse veivarmer har en vippearm 27 og er svingbart montert på en tapp 28. En veivstang 30 er i den ene enden svingbart montert på en tapp 31 og er i den andre enden forbundet med vippearmen 27, ved hjelp av en dreietapp 29. En stang 32 er fast festet til systemet av veivarmer 26 og strekker seg inne i huset 21. Stangen 32 har et gjengeparti 33 som samvirker med en mutter 34. Denne mutter tjener som et lagerelement for den ene enden av en trykkfjær 35 som er plassert rundt stangen 32. Fjærens andre ende virker mot en skive 36 i huset 21. Mutteren 34 benyttes også for innstilling av fjærens 35 stramming.

Huset 21 er i hovedsaken bygget opp av to deler, nemlig en nedre del 37 og en øvre del 38. Den frie toppenden 39 til den nedre husdel 37 er gjenget og forsynt med tre utsparinger 40. Disse er plassert med innbyrdes vinkelavstand på 120°, dvs. at de er fordelt på samme måte som grenbrønnstrengene. Den frie bunnenden 41 til den øvre husdel 38 er også gjenget og er avsluttet med en låseknast 42. En hylse med innvendige høyre- og venstregjenger danner en kopling mellom endene 39 og 41. Når denne koplingshylse 43 dreies i en retning, eksempelvis med urviseren, vil endene 39 og 41 bevege seg fra hverandre, helt til knasten 42 går fri av den utsparing den har inngrep med. Så snart knasten 42 er kommet i en stilling over en annen utsparing 40, dreies koplingshyIsen 43 mot urviseren. Da vil de to endene 39 og 41 beveges mot hverandre og knasten 42 går inn i den underliggende utsparing 40. På denne måten låses øvre og nedre husdeler i en ny stilling. Stangen 32 går som vist opp forbi dette skjøtsted og avsluttes med en endedel 49. Hensikten med denne endedel vil bli forklart nærmere nedenfor.

Den øvre husdel 38 har en orienteringskile 44. Det er her også anordnet en styrekile 45 for å sikre en god glidevirk-ning.

Diameteren for orienterings- og styrekilene 44 og 45 er litt større enn diameteren til huset 21, for derved å sikre at orienteringskilene 44 og 45 kan samvirke med slissen 18 i manteldelen 17.

Et system 46 for begynnende forskyvning av verktøyhodet 22 er opptatt i et vindu 47 i den øvre husdel 38. Systemet 46 utgjøres av en tanganordning 48 som er montert på et med redusert diameter utført avsnitt 49 av stangen 32 (se fig. 4). Tangarmene 50 holdes i korrekt stilling ved hjelp av en brytetråd 51 og hver tangarm er svingbart montert om en tapp 52. I denne stilling er avstanden mellom tangarmene større enn bredden til slissen 18.

Anordningen ifølge oppfinnelsen virker på følgende måte: Etter at pumpen 5 er løftet opp ved hjelp av et løfteutstyr blir serviceverktøyet preorientert på overflaten ved hjelp av en plate (ikke vist) som er forsynt med åpninger som er lokalisert over åpningen i elementet 7, hvoretter verktøyet kjøres ned i borehullet i denne stilling. Som følge av denne preorienteringen, og som følge av at mantelelementet 17 også er orientert i forhold til rørstrengene i brønnhullet, vil orienteringskilen 44 på verktøyet gå inn i slissen 18 i mantelelementet. Derved blir verktøyhodet 22 stillings-orientert i forhold til den rørstreng hvor serviceoperasjonen skal finne sted.

Så snart armene 50 i tangenheten 48 går mot påløpskantene 19 ved slissen 18 vil disse påløpskanter virke som en kam for tangarmene. Når tangarmene beveges mot hveandre vil de utøve en kraft for å bryte tråden 51. Når tråden brytes vil enden av den delen 49 av stangen 32 som har vært påvirket av tangarmene 50, frigjøres, med det resultat at stangen 32 ikke lenger er låst. Ved hjelp av fjæren 35, som har en kraft i størrelsesorden 150-200 kg, vil derfor stangen forskyves i retning oppover i fig. 3. Denne bevegelsen av stangen 32 gir i sin tur en forskyvning av veivstangen 30. Vippearmen som ligger an mot verktøyhodets 22 endedel 25, vil svinge med en vinkel på ca. 3° , hvorved man vil være sikret at forlengelseselementet, som er tilknyttet verktøyhodet, blir riktig lokalisert inne i den valgte rørstreng og ikke tenderer til å sette seg fast mot veggen i rørstrengen.

Når det er ønskelig å få adgang til en annen rørstreng gjentar man den ovenfor nevnte prosedyre, idet knasten 42 bringes inn i en annen utsparing 40 på den nedre husdel. Verktøyet orienteres i en annen asimut, svarende til en annen rørstreng, som er plassert med en vinkelavstand på 120° relativt den foregående rørstreng.

Man kan også tenke seg bruk av det nye verktøy innenfor mer generell bergdrift, og da særlig i forbindelse med de innretninger som er beskrevet i de nevnte US-patentskrifter.

Claims (11)

1. Anordning ved en forgreningsbrønn med en hovedbrønnstreng (1) og minst en grenbrønnstreng (2), innbefattende et grenelement (7) som er fastgjort in situ i brønnboringen og har løp som hvert er beregnet for kommunisering med en respektiv brønn-streng (1,2), en koplingsinnretning (8) som er fastgjort til grenelementet (7) og har rør (11) som kommuniserer med brønn-strengene (1,2) gjennom respektive løp i grenelementet, samt en kile (9) for styring av koplingsinnretningen (8) i forhold til grenelementet (7), karakterisert ved at den videre innbefatter et mellomelement (12) med mellomrør (13,14) som ved sine respektive nedre ender kommuniserer med hvert sitt av de nevnte rør (11) i koplingsinnretningen (8) og som er slik arrangert at de konvergerer oppover mot et enkelt innløp (61) i mellomelementets (12) hode (15), og ved at et orienterings- og styreelement (16), som har en sliss (18) som er orientert i forhold til koplingsinnretningen (8) og kilen (9), er innlagt i en del (4b) av et produksjonsrør (4) tilknyttet det nevnte enkelt-innløp (61).

2. Rørformet serviceverktøy (20) for plassering i en valgt grenbrønnstreng i en anordning ved en forgreningsbrønn med en hovedbrønnstreng (1) og minst en grenbrønnstreng (2), hvilken anordning innbefatter et grenelement (7) som er fastgjort in situ i brønnboringen og har løp som hvert er beregnet for kommunisering med en respektiv brønnstreng (1,2), en koplingsinnretning (8) som er fastgjort til grenelementet (7) og har rør (11) som kommuniserer med brønns trengene (1,2) gjennom respektive løp i grenelementet, en kile (9) for styring av koplingsinnretningen (8) i forhold til grenelementet (7), et mellomelement (12) med mellomrør (13,14) som ved sine respektive nedre ender kommuniserer med hvert sitt av de nevnte rør (11) i koplingsinnretningen (8) og som er slik arrangert at de konvergerer oppover mot et enkelt innløp (61) i mellomelementets (12) hode (15), og et orienterings-og styreelement (16), som har en sliss (18) som er orientert i forhold til koplingsinnretningen (8) og kilen (9), idet elementet (16) er innlagt i en del (4b) av et produksjonsrør (4) tilknyttet det nevnte enkeltinnløp (61), ifølge krav 1, ved nedføring av serviceverktøyet (20) gjennom produksjons-røret (4,4b),karakterisert ved at service-verktøyet har to husdeler (37,38), idet det er utatt utsparinger (40) i en av husdelene (37) for opptak av en stillingsorienteringsknast (42) på den andre husdel (38) på en slik måte at hvert opptak av knasten (42) i en utsparing (40) svarer til en stilling av nevnte andre husdel (38) i forhold til en respektiv brønnstreng (1,2) i brønnboringen, hvorhos serviceverktøyet (20) innbefatter et verktøyhode (22) og midler (23,26,32,35) for vinkelforskyving av verktøyhodet (22) i forhold til huset for derved å bringe det til aksial flukt med et valgt mellomrør (13,14), og en kileanordning (44,45) på verktøyet (20) for samvirke med orienterings- og styreelementet (16).

3. Serviceverktøy ifølge krav 2, karakterisert ved at de to husdeler (38,37) er sammenkoplet ved hjelp av en hylse (43).

4 . Serviceverktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at hylsen (43) er beregnet for samvirke med en respektiv ende til de to husdeler (37,38) på en slik måte at en dreiebevegelse av hylsen vil bevirke en relativ lengdefor-skyvning av de to husdelene i forhold til hverandre.

5. Serviceverktøy ifølge et av kravene 2-4, karakterisert ved at det er i tillegg forsynt med frigjørbare midler (46) for fastholding av verktøyhodet (22).

6. Serviceverktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at de nevnte midler (46) utgjøres av en tangenhet (48) hvor tangarmene (50) er beregnet for samvirke med slissen (18) i det faste orienteringselement (16), idet bevegelsen av tangarmene i slissen er slik at det bevirkes en frigjøring av en aktiveringsstang (32,49) som er operativt forbundet med verktøyhodet (22).

7. Serviceverktøy ifølge krav 6, karakterisert ved at tangenheten (48) er opptatt i et vindu (47) utformet i den øvre husdel (38).

8. Serviceverktøy ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at aktiveringsstangen påvirkes av en forspent fjær (35) som påvirker aktiveringsstangen mot frigjørings-still ingen.

9. Serviceverktøy ifølge krav 2, karakterisert ved at vinkelforskyvningsmidlene dannes av et system av veivarmer (27,30) innlagt mellom verktøyhodet (22) og aktiveringsstangen (32).

10. Serviceverktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at verktøyhodet (22) er svingbart montert på en svingetapp (23).

11. Serviceverktøy ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at vinkelforskyvningen av verktøyhodet (22) er i størrelsesorden noen få grader og fortrinnsvis lik 3°.