NO20110704A1 - Anordning og fremgangsmate for trykkregulering av en bronn - Google Patents

Abstract

Anordning for trykkregulering av en brønn (1) som er forsynt med en returpumpe (14) for borevæske og hvor driftsnivået (10) av borevæske i et ringrom (8) som er tildannet mellom et ytre rør (4) og et indre rør (6), befinner seg på et høydenivå mellom det ytre rørs (4) øvre parti (12) og brønnens (1) bunnparti, og hvor returpumpen (14) befinner seg i ringrommet (8).

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE FOR TRYKKREGULERING AV EN BRØNN

Denne oppfinnelse vedrører en anordning for trykkregulering av en brønn. Nærmere bestemt dreier det seg om en anordning for trykkregulering av en brønn som er forsynt med en returpumpe for borevæske og hvor driftsnivået av borevæske i et ringrom som er tildannet mellom et ytre rør og et indre rør, befinner seg på et høyde-nivå mellom det ytre rørs øvre endeparti og brønnens bunnparti. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for anvendelse av anordningen.

I en del brønner, for eksempel petroleumsbrønner, er de geologiske forhold slik at trykkdifferansen mellom et trykk hvor brønnvæske strømmer inn i brønnformasjonen og et trykk hvor borevæske strømmer ut fra brønnformasjonen er relativt lav.

En ulempe ved boring og vedlikehold av slike brønner er at trykkdifferanser i borevæsken som skyldes for eksempel strømningsmotstand i returløpet for borevæske eller forskyvning av borerøret, kan forårsake utilsiktede hendelser.

Borevæskens fysiske egenskaper er tilpasset en rekke forhold. For eksempel er egen-vekten valgt slik at det statiske trykk fra borevæsken skal motstå fluidtrykket i brønn-formasjonen, mens borevæskens viskositet er valgt slik at borekaks blir transportert bort fra brønnen på en best mulig måte.

Disse i og for seg nødvendige forhold kan bevirke at trykket i brønnen blir så stort at borevæske strømmer inn i formasjonen når borevæske sirkuleres.

Det er to fremgangsmåter for å unngå dette som har fått relativt stor anvendelse. Ved såkalt underbalanser! boring anvendes en borevæske som har en utilstrekkelig egenvekt til bare ved statisk trykk å motstå trykket fra formasjonsfluidet. Det er derfor nødvendig å trykksette returløpet fra brønnen. Ofte gjøres dette ved å anordne en strupeventil på utløpet fra returløpet. I tillegg anbringes ofte en ekstra hjelpepumpe nær utløpet for å kunne pumpe borevæske inn i returløpet.

Hovedulempen med denne fremgangsmåte er de sikkerhetsmessige forhold, idet en svikt i strupningen av returventilen eller hjelpepumpen vil kunne resultere i ukontrol-lert innstrømning av formasjonsfluid fra brønnformasjonen og inn i returløpet.

Den andre fremgangsmåte omfatter at brønner som bores fra havbunnen hvor retur-strømmen av borevæske skjer gjennom et stigerør, er det blitt vanlig å anordne et uttak fra stigerøret i en posisjon mellom boreanordningen og havbunnen. Uttaket for-bindes via en returpumpe til boreanordningen.

Ved å regulere strømningsraten gjennom returpumpen kan borevæskenivået i ringrommet mellom stigerøret og for eksempel et borerør reguleres. Dette muliggjør anvendelse av en borevæske med tilstrekkelig egenvekt til kunne bore i overbalanse, det vil si at om utstyret stanser, så er det statiske trykk fra borevæsken tilstrekkelig til at formasjonsfluid hindres fra å strømme inn i brønnen. Veskenivået i ringrommet må imidlertid senkes når trykket i brønnen stiger for eksempel grunnet sirkulering av borevæske. Dette gjøres ved å øke strømningen gjennom returpumpen. Det er imidlertid en ulempe at reguleringen, grunnet bl.a. begrenset returpumpekapasitet og relativt store ringromsvolum, kan ta flere minutter.

I denne periode vil det kunne forekomme innstrømning av borevæske til formasjonen.

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 anordning for trykkregulering av en brønn som er forsynt med en returpumpe for borevæske og hvor driftsnivået av borevæske i et ringrom som er tildannet mellom et ytre rør og et indre rør, befinner seg på et høydenivå mellom det ytre rørs øvre parti og brønnens bunnparti, anordningen kjennetegnes ved at returpumpen befinner seg i ringrommet.

Med det ytre røres øvre parti menes her det parti av det ytre rør som rager høyest, være seg foringsrør eller stigerør.

Anordningen er således velegnet for anvendelse både i havbaserte brønner og i land-baserte brønner hvor det nede i grunnen normalt ikke er tilgang til ringrommet, for eksempel gjennom et foringsrør.

Returpumpen kan være anbrakt på et lavere høydenivå enn borevæskens laveste forventede driftsnivå for å sikre at returpumpen har fluidkontakt med borevæsken. Ringrommet, i det minste i et område av ringrommet hvor forventet driftsnivå av returborevæske vil befinne seg, kan være forsynt med et i ringrommets lengderetning langstrakt innsnevringsforingsom som også kan omfatte instrumentering.

Innsnevringsforingen, som kan oppta en vesentlig del av ringrommets volum bevirker at en bestemt endring av driftsnivået av borevæske i ringrommet fordrer ut- eller inn-pumping av en vesentlig mindre mengde borevæske sammenlignet med et ringrom uten innsnevringsforing.

Innsnevringsforingen kan i hovedsak omkranse det indre rør, idet innsnevringsforingen i sin driftsposisjon er aksialt fast i forhold til det ytre rør.

Innsnevringsforingen kan omfatte flere foringspartier. For eksempel kan innsnevringsforingen være sammensatt av flere i lengderetningen sammenkoplbare foringspartier. Videre kan foringspartiene utgjøres av i tverrsnittet skålformede partier. Det kan være nødvendig å anvende flere foringspartier for å kunne montere innsnevringsforingen for eksempel på et boredekk mens den etter hvert senkes ned i det ytre rør.

Returpumpen kan befinne seg i innsnevringsforingen, idet et returrør forløper via innsnevringsforingen. Innsnevringsforingen kan også være forsynt med sensorer av ulik art, for eksempel for å måle returborevæskens driftsnivå, samt elektriske, optiske og hydrauliske ledninger.

Innsnevringsforingen kan også være forsynt med et fyllerør for relativ hurtig fylling av borevæske inn i ringrommet.

Anordningen kan anvendes ved hjelp av en fremgangsmåte for å trykkregulere en brønn som er forsynt med en returpumpe for borevæske og hvor driftsnivået av borevæske i et ringrom som er tildannet mellom et ytre rør og et indre rør, befinner seg på et høydenivå mellom det ytre rørs øvre endeparti og brønnens bunnparti, hvor fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter å anbringe en returpumpe i ringrommet.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å anbringe returpumpen på et lavere høydenivå enn borevæskens laveste forventede driftsnivå.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å anbringe et langstrakt innsnevringsforing i det minste i et område av ringrommet hvor forventet driftsnivå av retur bo re væske befinner seg.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å styre returpumpens pumperate for å regulere driftsnivået til ønsket høydenivå i innsnevringsforingen.

Anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør en relativt rask juste-ring av trykket i brønnen ved at returborevæskens høydenivå forholdsvis raskt kan reguleres ved å justere returpumpens pumperate eller ved å pumpe borevæske fra en boreinnretning og inn i ringrommet.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform og fremgangsmåte som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en anordning ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser skjematisk anordningen i fig 1 tilpasset en fast installasjon; Fig. 3 viser skjematisk anordningen i fig. 1 tilpasset et fartøy; Fig. 4 viser skjematisk anordningen i fig. 1 tilpasset et fartøy på relativt grunt vann; Fig. 5 viser skjematisk og i større målestokk et pumpearrangement for anordningen i fig. 1 ved hjelp av et snitt VI-VI i fig. 6; og

Fig. 6 viser et snitt V-V i fig. 5.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en brønn i grunnen 2. Brønnen 1 er forsynt med et ytre rør 4 i form av et foringsrør, idet et indre rør 6 i form av et borerør 6 forløper ned i brønnen 1. Et ringrom 8 er tildannet mellom det ytre rør 4 og det indre rør 6.

Av brønntekniske årsaker som er indikert i beskrivelsens innledende del, må returborevæskens driftsnivå 10 befinne seg på et lavere høydenivå i ringrommet enn det ytre rørs 4 øvre parti 12.

En returpumpe 14 har et innløp 15 som er anordnet i ringrommet 8 på et lavere høy-denivå enn laveste forventede driftsnivå 10. Fra returpumpen 14 strømmer borevæske via returrør 16 ut fra brønnen.

Nødvendige ledninger 18 for energitilførsel til returpumpen 14 er vist i figurene 5 og 6.

En innsnevringsforing 20 omkranser det indre rør 6 i en lengde som strekker seg over den forventede variasjonshøyde av driftsnivået 10. Innsnevringsforingen er fast rela tivt det ytre rør 4 i det minste i det ytre rørs 4 lengderetning. Innsnevringsforingens 20 lengde vil normalt strekke seg over et antall rørlengder, ikke bare én rørlengde slik det er indikert i fig. 1 som viser anordningen skjematisk.

I denne foretrukne utførelsesform er pumpen 14 anordnet i innsnevringsforingens 20 nedre parti mens returrøret 16 og ledninger 18 forløper gjennom innsnevringsforingen 20. Innsnevringsforingen 20 er også forsynt med ikke viste instrumenter for måling og regulering av ulik ikke spesifisert art.

En fyllepumpe 22 er via et fyllerør 24 koplet til brønnen 1. Fyllerøret 24 er forsynt med et antall ikke viste åpninger mot ringrommet 8 for å kunne fylle ringrommet 8 hurtig ved behov.

Under en stans i sirkulasjonen av borevæske via det indre rør 6 og tilbake via ringrommet 8 er driftsnivået 10 regulert til et bestemt høydenivå.

Når det indre rør 6 forskyves inn i brønnen 1, eller når sirkulasjonen gjenopptas, øker trykket i brønnen 1 hvorved driftsnivået må senkes for å unngå innstrømning av borevæske til formasjonen.

Returpumpen 14 reguleres derfor i en relativt kort tid til å pumpe med en større rate enn raten på borevæsketilførselen, hvorved driftsnivået 10 senkes i ringrommet. Innsnevringsforingen 20 opptar en betydelig del av ringrommets 8 volum, hvorved driftsnivået relativt hurtig faller til nytt, ønsket høydenivå.

Når det er aktuelt å løfte driftsnivået, kan returpumpens 14 kapasitet reduseres til mindre enn den tilførte mengde borevæske. Om nødvendig kan fyllepumpen 22 star-tes.

I en alternativ utførelsesform, se fig. 2, er innsnevringsforingen 20 avhengt i en inn-snevringsforingshenger 26 på brønnhodet 28. Et høytrykks stigerør 30 rager opp til en utblåsingssikring 32 som befinner seg under et boredekk 34.

Returrøret 16 er ført ut fra innsnevringsforingen 20 via innsnevringsforingshengeren 26.

I en ytterligere utførelsesform, se fig. 3, utgjøres det ytre rør 4 av et marint stigerør som er koplet til en boreanordning 36 ved hjelp av et teleskoprør 38.

Innsnevringsforingshengeren 26 er her anordnet ved det ytre rørs 4 øvre endeparti.

I nok en utførelsesform, se fig. 4 befinner innsnevringsforingshengeren 26 seg på tilsvarende måte som i fig. 2, på brønnhodet 28. Et teleskopisk, marint stigerør 40 for-løper fra utblåsingssikringen 32 og til boreanordningen 36.

Virkemåten for utførelseseksempiene i fig. 2-4 er tilsvarende det som er forklart under henvisning til fig. 1.

I fig. 5 er en del av innsnevringsforingen 20 vist i vertikalsnitt. Returpumpen 14 omfatter en pumpedel 42 og en motordel 44. Returrøret 16 er i figuren vist stiplet, men befinner seg ikke i korrekt posisjon. Ledninger 18 her i form av hydrauliske ledninger for drift av motordelen 44 forløper til overflaten.

Pumpedelen 42 kan utgjøres av enhver art av passende pumper. En skruepumpe, også betegnet Moineau pumpe, har grunnet sin relative store kapasitet i forhold til utvendige dimensjoner vist seg hensiktsmessig.

Motordelen 44 kan utgjøres av en tilsvarende maskin, men drevet som en hydraulisk motor. Alternativt kan motordelen 44 utgjøres av en elektrisk motor.

Som vist i fig. 6 kan et antall returpumper 14 omkranse det indre rør 6. Returpumpe-ne 14 kan også være anordnet etter hverandre i det indre rørs 6 lengderetning. I fig. 6 er det også vist at innsnevringsforingen 20 kan omfatte flere skålformede foringsparti 46.

Claims (12)

1. Anordning for trykkregulering av en brønn (1) som er forsynt med en returpumpe (14) for borevæske og hvor driftsnivået (10) av borevæske i et ringrom (8) som er tildannet mellom et ytre rør (4) og et indre rør (6), befinner seg på et høydenivå mellom det ytre rørs (4) øvre parti (12) og brønnens (1) bunnparti,karakterisert vedat returpumpen (14) befinner seg i ringrommet (8).

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat returpumpens (14) innløp (15) er anbrakt på et lavere høydenivå enn borevæskens laveste forventede driftsnivå (10).

3. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat ringrommet (8), i det minste i et område av ringrommet (8) hvor forventet driftsnivå (10) av returborevæske befinner seg, er forsynt med et i det ytre rørs (4) lengderetning langstrakt innsnevringsforing (20).

4. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat innsnevringsforingen (20) i hovedsak omkranser det indre rør (6).

5. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat innsnevringsforingen (20) i sin driftsposisjon er aksialt fast i forhold til det ytre rør (4).

6. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat innsnevringsforingen (20) omfatter flere foringspartier (46).

7. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat returpumpen (14) befinner seg i innsnevringsforingen (20).

8. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat innsnevringsforingen (20) er forsynt med et fyllerør (24).

9. Fremgangsmåte for å trykkregulere en brønn (1) som er forsynt med en returpumpe (14) for borevæske og hvor driftsnivået (10) av borevæske i et ringrom (8) som er tildannet mellom et ytre rør (4) og et indre rør (6), befinner seg på et høydenivå mellom det ytre rørs (4) øvre endeparti (12) og brønnens (1) bunnparti,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å anbringe returpumpen (14) i ringrommet (8).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter å anbringe returpumpens (14) innløp (15) på et lavere høydenivå enn borevæskens laveste forventede driftsnivå (10).

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 9,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter å anbringe en langstrakt innsnevringsforing (20) i det minste i et område av ringrommet (8) hvor forventet driftsnivå (10) av returborevæske befinner seg.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11,karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter å regulere returpumpens (14) kapasitet for å regulere driftsnivået (10) til ønsket høydenivå langs innsnevringsforingen (20).