NO20101108A1 - Sirkulasjonspumpe ved borekrone - Google Patents

Description

SIRKULASJONSPUMPE VED BOREKRONE

Denne oppfinnelsen vedrører en pumpeanordning som har til hensikt å rengjøre borekronen og samtidig avgrense det væsketrykket som virker mot anleggsflaten og som kan føre til lekkasje av borevæske inn i fjellet under boring av brønner, for eksempel slike som bores for undersøkelse og produksjon av olje eller gass.

Under boring av brønner i undergrunnen spyles løsrevet fjell, vanligvis benevnt borekaks, bort og opp fra boreflaten ved hjelp av borevæske som pumpes ned innvendig i borestrengen og spyles ut gjennom dyser i borekronen for deretter å strømme opp i ringrommet som dannes mellom borestrengen og etablert borehull. I tillegg til den hullrensing som er beskrevet over, skal borevæsken gjennom sin tilpassede egenvekt holde tilbake innstrømning fra mulige trykksatte lag i undergrunnen. Egenvekten av borevæsken samen med det reaktive sirkulasjonstrykket som virker mot boreflaten må dog ikke overstige en slik verdi at borevæsken lekker inn eller endog sprenger opp frakturer i fjellet som bores. Oppstår det slike lekkasjer vil borevæsken forsvinne og føre til sirkulasjonssvikt med påfølgende forringet hullrensing og fare for innstrømming fra trykksatte lag.

Det er ikke uvanlig at geologiske lag og trykk i undergrunnen forholder seg slik at det må bores med egenvekter og sirkulasjonsrater som gir et samlet væsketrykk forholdsvis tett inn mot en verdi som kan være tilstrekkelig til å sprenge fjellet. Faren for å sprekke opp frakturer er vanligvis størst i boreflaten der nytt fjell eksponeres og hvor den hydrostatiske trykksøylen sammen med det reaktive sirkulasjonstrykket er på sitt høyeste. Samtidig virker også mer uforutsigbare trykk-komponenten fra turbulens og høye hastigheter i denne flaten. En optimal løsning for å redusere faren for å sprenge opp frakturer har slike egenskaper at den avgrenser det samlede væsketrykket mot boreflaten til en verdi likt væsketrykket som virker i etablert borehull. På denne måten vil væsketrykket mot nytt berg eller sediment ikke overstige et nivå tilnærmelsesvis likt det som så langt i boreprosessen er funnet tålelig og som ved hjelp av kjent teknikk kan avleses kontinuerlig gjennom transpondere og telemetri.

Oppfinnelsen som nå skal beskrives vedrører en slik optimal løsning og oppnås ved at et element med egenskaper som en ejektor eller strålepumpe tilordnes mellom vanlig anvendt borekrone og borestreng. Oppfinnelsens egenskap oppnås ved å lede hele strømmen av boreveske fra borestrengen gjennom ejektordyser plassert i egnede kanaler i lengderetning utvendig omkring enhetens og der dysene er rettet tilbake mot etablert borehull slik at høyt trykk fra borestrengen ikke virker mot boreflaten men derimot bevirker et trykkfall ved borekronen.

Oppfinnelsen er viderekarakterisertav åpne innvendig boringer som leder væske fra ringrommet i etablert borehull gjennom borekronen til lavtrykksiden av ejektorpumpen. Slik driver pumpen en kontinuerlig sirkulasjon av borevæske over borekronen og boreflaten som besørger nødvendig renhold. Med dette oppnås også oppfinnelsens sentrale egenart gjennom at trykket ut av borekronen og derved på boreflaten ikke kan overstige trykket i ringrommet, altså etablert borehull. Dette i motsetning til kjent teknikk der høyenergistrømmen fra borestrengen ledes direkte mot boreflaten og der trykket kan nå verdier som er betydelig høyere enn det som er tilstrekkelig for å sprenge opp frakturer i fjellet.

Ved at nevnte høyenergi væskestrørnmen fra borestrengen i sin helhet ledes gjennom ejektordysene vil pumpen har høy kapasitet. Borevæsken som pumpen trekker gjennom boringene fra ringrommet og gjennom borekronen vil derimot ha få restriksjoner og dermed oppnås en slik høyvolum, lavtrykk strømning som er optimal for hullrensing.

Oppfinnelsen vil gjennom den beskrevne virkemåten altså både avgrense trykket på boreflaten og sørge for tilstrekkelig hullrensing. Eksemplifisert kan en tenke seg at ett mellomrom mellom to kutte elementene tettes av borekaks. I en slik situasjon vil trykket mot boreflaten ikke kunne stige høyere enn fødetrykket som hentes fra ringrommet mens det nedstrøms av fortetningen skapes et undertrykk slik at væskehastigheten i umiddelbar nærhet av fortetningen øker og forårsaker erosjon og oppløsning av fortetningen. Denne virkemåten for opprenskning innehar betydelige fortrinn i forhold til spyling og er kjent teknikk fra blant annet støv og slamsuger. Ejektorpumper er også kjent teknikk i forbindelse med opprenskning i olje og gassbrønner.

I amerikansk patent nummer 5775443 beskrives en ejektor pumpe for innbygging i en borekrone med det formål å forbedre renhold av borekrone. Formålet oppnås ved å lede en sidestrøm fra borestrengens innvendige løp til ejektorpumper plassert utvendig på borekronen mens hovedstrømmen føres til borekronens ordinære dyser. Ved å sende borevæske med høyt trykk gjennom dysene i borekronen på ordinær måte etableres således ingen begrensning i trykket som virker mot boreflaten og løsningen har dermed ingen virkning i forhold til å begrense væsketrykket mot boreflaten. Videre har løsningen den betydelige ulempe at den er integrert i borekronen og ikke tilsluttes borekronen gjennom en standard kopling. Dermed begrenses utvalget av borekroner som er kritisk i forhold til verdien av å kunne velge borekrone ut fra opparbeidet lokal erfaring og endre type borekrone i forhold til endringer i fjellets beskaffenhet.

Opprinnelsen har følgelig fortrinn og egenskaper som både i anvendelse og utførelse skiller den vesentlig fra kjent teknikk. Oppfinnelsen skal nå forklares i tilknytning til beskrivelse av et utførelseseksempel benyttes;

Fig 1. Viser pumpen plassert mellom borekrone og borestreng.

Fig 2. Viser et lengdesnitt med innvendige kanaler og angivelse av strømning.

Fig 3. Viser et tverrsnitt av pumpen med kanaler plassert omkring pumpens omkrets.

Oppfinnelsen sitt hovedelement består av en langstrakt sylindrisk del 1 som er tilordnet mellom borekronen 5 og borestrengen 6. Hovedelementet 1 er forsynt med utvendige kanaler 2 i elementets omkrets som er orientert i elementet sin lengderetning. Dyser 4 er plassert sentralt i kanalene 2 slik at kanalene 2 sammen med dysene 4 virker som en ejektor eller strålepumper med sin lavtrykk eller sugeside side ved borekronen 5.1 motsatt ende av hovedelementet tilkoples borestrengen 6. Hovedelementet eller pumpen har innvendige boringer 7 som leder væskestrørnmen 3 fra borestrengen 6 til ejektordysene 4. Videre har hovedelementet yterligere, separate boringer 8 som leder fra ringrommet 15 på trykk eller utløpssiden av hovedelementet og til koplingspunktet 9 for borekronen. Når væske stråler ut av dysene 4 oppstår en trykkdifferanse over hovedelementet 1 slik at væske vil strømme fra ringrommet 15 på trykksiden og gjennom boringene 8 til borekronen 5 og videre ut gjennom borekronen sine vanlige dyser 11 til lavtrykksiden av hovedenheten 1 med det formål å holde borekronen 5 sine kutte elementer 12 og boreflaten 13 ren.

I figur 1 vises hovedelementet 1 plassert mellom borekrone 5 og borestreng 6. Vider vises kanalene 2 i lengderetning utvendig langs hovedelementet og ejektordysene 4 som plasseres i kanalene slik at det oppnås en strålepumpe effekt. Hovedelementet 1 er i sammenhengen koplet til borekronen med gjengekoplinger av slik type som er standard for boreutstyr slik at det mellom borekronen 5 og hovedelementet 1 ved behov kan anordnes annet nødvendig boreutstyr, slik som for eksempel systemer for retningsstyring, måling og stabilisering.

I figur 2 vises et langsgående snitt av hovedelementet 1 med boringene 7 som leder væskestrørnmen fira borestreng innvendig til ejektordysene 4. Videre vises de separate boringene 8 som løper fira hovedelementet 1 utvendig ved ringrommet 15 omkring borestrengen 6 og leder til borekrona 5 og videre ut gjennom dysene 11. Det kan i tilknytning til boringene 7 og 8 tenkes tilordnet ventiler som tillater fjernstyrt åpning og stengning slik at pumpen kan startes og stanses, eller justeres etter forhold og behov.

I figur 3 vises et tverrsnitt gjennom hovedelementet 1 med kanaler 2 og ejektor dyser 4 plassert omkring hovedelementets omkrets som utvendig tilsvarende borehullets diameter 14. Det kan også tenkes å anbringe ejektordysene 4 og kanalene 2 inne i, eller delvis inne i hovedelementet.

Claims (5)

1. En pumpe bestående av et sylindrisk hovedelement som koples til mellom borekrone og borestreng som er vanlig for boring i undergrunnen for eksempel til olje og gassproduksjon,karakterisert vedat hovedelementet virker som en ejektorpumpe ved at væskestrørnmen innvendig borestrengen kanaliseres ut gjennom ejektordyser plassert i egnede kanaler i lengderetning omkring hovedelementets ytre diameter og hvor strålene fra ejektordysene er rettet i motsatt retning fra borekronen slik at det oppnås en reduksjon i væsketrykket utvendig i den enden av pumpen som er tilordnet borekronen. Undertrykket ved borekronen utliknes ved å trekke borevæske gjennom borekronen sine vanlige dyser og der denne væsken forsynes gjennom innvendige boringer i hovedelementet fra ringrommet i etablert borehull. Borekrone og boreflaten holdes slik ren av et kretsløp der maksimalt trykk er begrenset til trykket som er etablert i ringrommet og slik at boreflaten dermed ikke utsettes for større trykkbelastning og fare for lekkasje av borevæske til undergrunnen en det som virker i etablert borehull.

2. Pumpen som beskrevet i patentkrav 1karakterisert vedat beskrevne boringer er tilordnet ventiler som tillater alternative strømningsretninger og restriksjoner.

3. Pumpen som beskrevet i patentkrav 1 og 2karakterisert vedat denne integreres i boreutstyr som i tillegg har andre, kjente funksjoner.

4. Pumpen som beskrevet i patentkrav 1, 2 og 3karakterisert vedat det plasseres annet boreutstyr mellom pumpen og borekronen.

5. Pumpen som beskrevet i patentkrav 1, 2, 3 og 4karakterisert vedejektordysene plasseres i kanaler som løper helt eller delvis inne i hovedenheten.