NO179112B - Verktöyanordning og fremgangsmåte for utförelse av operasjoner nede i et borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en verktøyanordning og en fremgangsmåte for utførelse av operasjoner som krever anvendelse av aksialkraft nede i horisontale eller sterkt avvikende olje- eller gassbrønner. Verktøyanordningen er innrettet til å beveges fra en overflateinstallasjon ned i en produksjons-røranordning innenfor en foring i brønnen, hvor en stoppeinnretning med en sete- eller tetningsboring er anordnet ved den nedre ende av produksjonsrør-anordningen. En forlengelsesrør-anordning strekker seg herfra videre inn i den horisontale eller sterkt avvikende brønn. Verktøyanord-ningen omfatter et langstrakt strengelement (verktøystreng-element) hvis øvre ende er innrettet til å forbindes med overflateinstallasjonen, og hvis fremre eller nedre ende er forbundet med en verktøyenhet.

Det dreier seg her typisk om å utføre brønnvedlikeholds-oppgaver, hvor fremgangsmåten under anvendelse av vertøy-anordningen omfatter innføring av selve verktøystrengen, innbefattende en tetningsanordning som er løsbart festet til verktøystrengen, i produksjonsrør-anordningen ved en overflateinstallasjon, nedføring av verktøystrengen og tetningsanordningen fra overflateinstallasjonen, idet den først beveges ned gjennom en hovedsakelig vertikal del av brønnen, så gjennom en bøyningsdel og inn i den horisontale eller sterkt avvikende del av brønnen, til tetningsanordningen får tettende anlegg mot stoppeinnretningen.

Horisontale olje- og gassbrønner bores i lengder som er for store for konvensjonelle brønnoperasjoner ved hjelp av kveilerør. Slike kveilerør bukler seg når de skyves langs et horisontalt brønnproduksjonsrør eller en foring, og den ekstra friksjon som derved fremkommer blir raskt tilstrekkelig stor til å hindre fortsatt bevegelse inn i brønnen.

Tidligere kjente metoder innenfor dette område er hovedsakelig beskjeftiget med logging eller andre elektrisk baser-te operasjoner i det horisontale brønn-avsnitt, særlig US-patentene 4.484.628, 4.349.072 (Re. 32.336) og 4.729.429. Sistnevnte US-patent kan ansees å reprsentere den mest nær-liggende kjente teknikk. Denne kjente konstruksjon er imid-lertid ikke innrettet til å utøve noen kraft ved den nedre ende av verktøystrengen, det vil si ved hjelp av en verktøy- enhet som der er montert. Heller ikke er dette US-patent basert på anvendelse av et langstrakt strengelement i form av kveilerør. De i det følgende beskrevne løsninger ifølge foreliggende oppfinnelse vil muliggjøre både mekaniske og hydrauliske operasjoner såvel som fremføring av elektriske ledninger inne i kveilerør til bunnen av en horisontal brønn.

Nærmere bestemt er således denne oppfinnelse rettet mot nye og særegne trekk ved en verktøyanordning og en fremgangsmåte, slik som angitt i patentkravene.

Fordeler som blir oppnådd ved hjelp av oppfinnelsen omfatter eliminering av friksjonsmotstand i partier av brøn-nen under nedføring av strengelementet i denne, oppnåelse av betydelig større hydrostatisk kraft for fremdrivning av strengelementet med tilhørende verktøyenhet inn i den horisontale del av brønnen, uten at vesentlige lengdepartier av strengelementet blir utsatt for bukling, og i tilknytning til dette siste, mulighet for innføring av verktøyenheten i større avstand innover i en horisontal brønndel.

De forskjellige aspekter av denne oppfinnelse, innbe-fattet den teknikk og den anordning som er nødvendig for å utføre det nevnte brønnvedlikehold, er i det følgende forklart mer i detalj under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 skjematisk viser en brønnkonfigurasjon (A) hvor

sirkulasjon opp i ringrommet benyttes,

fig. 2 viser installasjon av en sirkulasjons-kontrollven-til for brønnkonfigurasjon A under normale

produksjonsoperasjoner,

fig. 3 viser skjematisk en annen brønnkonfigurasjon (B)

hvor injeksjon inn i produksjonsformasjonen benyttes,

fig. 4 viser i aksielt snitt en tetningsadapter forbundet med en verktøyenhet ved enden av et kveilerør, slik

dette føres ned i brønnen, og

fig. 5 viser kveilerøret under fremdrivning gjennom tetningsadapteren på fig. 4, idet denne har sine tetningsfunksjoner inne i et produksjonsrørelement.

Fig.1viser skjematisk en overflateinstallasjon 1, f.eks. en fralands-produksjonsplattform, en brønn eller foring 2 som har et hovedsakelig vertikalt avsnitt og et hovedsakelig horisontalt avsnitt, produksjonsrør 5 og pakninger 2A, 2B for en eller flere produserende formasjoner. Ved 20 er det innsatt et rør-element mellom hoved-produk-sjonsrøret 5 og et forlengelsesrør 6 som trenger inn i den horisontale eller sterkt avvikende del av brønnen.

Det kan her være tale om to forskjellige brønnkonfigu-rasjoner med ulike operasjonskarakteristika og -begrensninger. Den ene konfigurasjon innebærer fluid-sirkulasjon tilbake oppad i ringrommet til overflaten, hvilket er betegnet konfigurasjon A, mens den andre krever en begrenset mengde injeksjon av borefluid tilbake inn i formasjonen, og denne er betegnet som konfigurasjon B.

I tilfelle A, hvor brønnen er konfigurert for sirkulasjon i ringrommet som vist på fig. l, er det installert et rør-element 20 som utgjøre en stoppeinnretning med en port eller porter, i produksjonsrøret umiddelbart over produksjonspakningen 2A, som bør plasseres overensstemmende med det horisontale brønnavsnitt eller forlengelsesrør 6 som fortsetter gjennom de produserende formasjoner. Rør-elemen-tet 2 0 har fortrinnsvis form av en stoppenippel-enhet slik at en sirkulasjonskontroll-ventil 55 kan installeres, slik som det er vist på fig. 2. Denne ventil kan være tilsvarende den som er beskrevet i US-patent 4.513.764. Den settes og gjen-vinnes ved hjelp av nedpumpningsmetoder. Eventuelt kan det dreie seg om en enkel tandem-tetningshylse (straddle sleeve) som innføres og trekkes med kveilerør eller med vaier. Det er anordnet en eller flere radielle porter 28 i rør-elemen-tets (stoppeinnretningens) hus 20A, som ventilen 55 er installert i. Dennes funksjon er å lukke og forsegle porten 28 under rutinemessige brønnproduksjons-operasjoner. Når denne ventil eller hylse er fjernet, kan det være nødvendig å sirkulere tungt, partikkelfritt fluid inn i brønnen for å etablere en annen barriere for brønnstrømning i ringrommet. Som et alternativ kan brønnen være utstyrt med en ringrom-sikringsventil for dette formål.

For å beskytte den produserende formasjon mot overdreven fluid-injeksjon under påfølgende pumpe-operasjoner, kan enveis ventiler (standing valves) installeres lengre nede i brønnen overfor de isolerte produksjonsintervaller som er vist på fig. 1. Disse enveis ventiler kan også utføre verdi-fulle oppgaver ved å kontrollere innstrømningen av produsert fluid fra de individuelt isolerte formasjonsintervaller, forutsatt at de kan vedlikeholdes på pålitelig måte.

Som vist på fig. 1 er et langstrakt strengelement eller kveilerør 7 (i det følgende også betegnet

"verktøystreng-element") ved sin øvre ende forbundet med overflateinstallasjonen 1 og er ved sin nedre ende i hullet forsynt med en bunnenhet eller verktøyenhet 8 for å utføre en verktøystreng-operasjon nede i hullet. Fig. 1 viser en situasjon under fremdrivning av strengelementet 7 med enheten 8 inn i forlengelsesrøret 6, med en tetningsadapter10 plassert i rør-elementet 20.

Når kveilerøret beveges inn i det horisontale avsnitt av brønnen, forutsettes det at alt fortrengt fluid drives ut i brønnens ringrom og blir gjenvunnet ved overflaten, og dette volum er lik volumet av kveilerørlengden og dettes innhold nedenfor porten eller portene i rør-elementet 20. Disse porter 28 sees på fig. 2. Ytterligere detaljer blir forklart nedenfor under henvisning til fig. 4 og 5.

Den andre brønnkonfigurasjonen, nemlig B som vist på fig. 3, tillater ikke fluidadkomst til ringrommet. I dette tilfelle må et fluidvolum tilsvarende hele volumet av kveile-røret 7 og dettes innhold fortrenges gjennom perforeringer 44 eller på annen måte inn i formasjons-strukturen. Denne konfigurasjon krever at en stoppeinnretning eller -nippel 40, innbefattende en tetningsboring, er installert ved bunnen av produksjonsrøret 5 eller ved toppen av foringsrørfor-lengelsen, også her på et punkt hvor brønnen har et vinkel-awik i det vesentlige lik den ("horisontale") del av brønnen som trenger gjennom den produserende formasjon, dvs. med f orlengelsesrør 46. Andre elementer og enheter som er vist på fig. 3 tilsvarer dem som er å finne i konfigurasjonen (A) på fig. 1.

Den anordning som tillater at fremgangsmåten utnyttes i begge konfigurasjoner A og B er funksjonelt den samme, selv om dimensjonene kan være ulike for hver konfigurasjon, og en skjematisk illustrasjon er vist på fig. 4, som spesielt viser tetningsadapter eller -anordning 10. Denne tetningsadapter er løsbart festet til verktøyenheten 8 ved bunnen av kveile-røret 7 ved hjelp av en eller flere bruddpinner 15. Adapte-ren omslutter kveilerøret og berører dette gjennom to støpte tetnings- eller pakningselementer 12, 14, men er ellers fri til å gli på kveilerøret når den ikke er festet, dvs. når bruddpinnen 15 er blitt brutt. Den indre sylindriske overflate 17, 17A, 17B har en varierende diameter utformet slik at det ikke oppstår begrensninger for eller påkjenninger i kveilerøret 7 under tilstander med bukling, bøyning eller annen elastisk eller ikke-kritisk plastisk deformasjon under normale operasjoner.

Tetningsadapteren 10 har også en utvendig støpt for-segling eller pakning 11 som har mindre diameter enn enhver del av rørstrengen 5 ovenfor stoppeinnretningen eller rør-elementet 20 (fig. 1, 2, 5) eller stoppenippelen 40 (fig. 3). Denne tetning 11 passer inn i en øvre sete- eller tetningsboring 21 i stoppeinnretningen 20 (konfigurasjon A) eller tetningsboringen i stoppenippelen 40 (konfigurasjon B) når den nedre skulder13 på tetningsadapteren 10 kommer i anlegg mot stoppeskulderen 22 i vedkommende nippel.

Fig. 5 viser i detalj et aksielt snitt gjennom en tetningsadapter på plass i stoppeinnretningen 20, som her har form av en portnippel-enhet. Denne enhet er i prinsippet lik den som er vist på fig. 2. Den situasjon som er illustrert på fig. 5 er den samme som konfigurasjon A, svarende til fig.1. Som angitt med piler 28A og 28B på fig. 5 er det således etablert en returstrømningsvei for fortrengt brønnfluid gjennom portene 28 til utsiden av produks jonsr ør et 5 som helhet (fig. 1) , og følgelig opp gjennom brønnens ringrom, under fremdrivning av strengelementet 7 inne i forlengel-sesrøret 6. Det vil sees at portene 28 i huset 20A i tilknytning til no-go- eller stoppeskulderen 22 i dette, er et vesentlig trekk i denne forbindelse. En stasjonær tetning blir etablert mellom tetningsadapteren 10 og setet 21 i huset 20A, og en glidetetning tilveiebringes innvendig i tetningsadapteren 10 mot strengelementet eller kveilerøret 7 som passerer gjennom denne under fremdrivningen.

Under operasjon blir verktøystrengen innført i brønnen på kveilerøret med tetningsadapteren 10 festet til strengelementet 7 eller verktøyenheten 8 ved hjelp av bruddpinne. Kveilerøret 7 nedføres i brønnen 5 på konvensjonell måte, bortsett fra at verktøyenheten 8 er utformet slik at enden av kveilerøret 7 er forseglet, i det minste forbigående. Dette fortsetter inntil tetningsadapteren 10 møter stoppeorganet 22 i nippelen, hvor strengen stopper, vanligvis ved begynnelsen av det horisontale avsnitt 6, 46. En nedadrettet trykkraft blir så utøvet på kveilerøret 7, med det resultat at pinnen15som forankrer tetningsadapteren 10 blir brutt. En trykk-belastning på omkring 1000 lbf (5kN) vil være tilstrekkelig i en påtenkt praktisk utførelse.

På dette punkt har tetningsadapteren 10 frembragt tre trykkamre, nemlig ett som består av kveilerøret 7, både på en trommel på overflateinstallasjonen 1 og i brønnen, ett som består av ringrommet mellom kveilerøret og produksjonsrøret, og et tredje som består av brønnvolumet nedenfor tetningsadapteren 10, minus kveilerøret, men inkludert enten brønnens ringrom (konfigurasjon A) eller porene i formasjonsstrukturen (konfigurasjon B).

Kveilerøret 7 kan så føres videre inn i forlengelses-røret 6 inntil skrueformet bukling begynner å forårsake for sterk friksjon. På dette tidspunkt kan det påføres trykk i ringrommet mellom kveilerøret og produksjonsrøret. Videre avslakning av kveilerøret ved overflaten vil så resultere i at kveilerøret skyves videre inn i brønnen, som følge av den kraft som oppstår av trykkforskjellen over tverrsnittsarealet av kveilerøret og tetningsadapteren. Denne kraft kan ha en tilbøyelighet til å bukle kveilerøret bare nedenfor tetningsadapteren, og ikke ovenfor denne.

Når enden av den horisontale brønn er nådd, kan den samme teknikk benyttes til å påføre en trykkraft på verktøy-enheten 8 ut over den som kunne overføres mekanisk ved hjelp av kveilerøret 7. Eventuelt kan en i og for seg kjent sirkulasjonsventil åpnes ved hjelp av trykk i kveilerøret, og forskjellige fluider kan sirkuleres inn i brønnen. Hvis kveilerøret inneholder en elektrisk ledning kan så visse målinger foretas, avhengig av verktøyenhetens art, under innføring i brønnen eller under uttrekning.

Opphenting av kveilerøret 7 og verktøyenheten 8 foregår ganske enkelt ved å trekke kveilerøret fra overflateinstallasjon 1, etter opphevelse av trykket i ringrommet mellom kveilerøret og produksjonsrøret. Tetningsadapteren 10 vil bli trukket bort fra sitt sete i stoppeinnretningen 20 eller 40 av verktøyenheten 8 ved enden av kveilerøret 7, når denne kommer til stoppeinnretningen, dvs. portnippelen 20 eller stoppenippelen 40.

Som vist mer detaljert på fig. 2 har det hovedsakelig sylindriske hus 20A for stoppeinnretningen 20 en aksiell passasje 24, i hvilken sirkulasjonskontroll-ventilen 55 eller en annen komponent kan installeres. I eksemplet på fig. 2 omfatter en slik installasjon en holde- eller låseenhet 50 med inngrepsdeler innrettet til å tre inn i låseuttagninger 29 i den aksielle passasje 24 for posisjoneringen av kompo-nenter, såsom ventilen 55 i passasjen. Det er anordnet tetninger 51 og 52 for tetning mot setet 21henholdsvis en tetningsboring 27 i passasjen 24. Setet 21 har form av en i det vesentlige sylindrisk tetningsboring, og ved indre ende av denne boring tjener en stoppeskulder22til å blokkere mot videre innadgående bevegelse av komponenten eller enheten 50 i passasjen 24. Med andre ord sørger stoppeskulderen 24 for en blokkeringsfunksjon (no-go).

Av fig. 2 sees det videre at setet 21 er plassert baken-for de radielle porter 28, mens tetningsboringen 27 er plassert foran disse porter. Med disse og andre geometriske forhold som fremgår av fig. 2, vil portnippel-enheten eller stoppeinnretningen 20 være i stand til å utføre funksjoner som påtenkt, både i forbindelse med installasjonen av en komponent, såsom en sirkulasjonskontroll-ventil 55 med enheten 50 og tetningsadapteren som beskrevet ovenfor.

Ved den beskrevne fremgangsmåte kan vedkommende operasjon nede i borehullet omfatte manipulering av en sirkulasjonsventil som f.eks. kan være av prinsipielt kjent type, inkorporert i en verktøykomponent ved den fremre ende av strengelementet 7, fortrinnsvis som den bakre komponent i bunnenheten eller verktøyenheten 8. Påtrykning av et øket trykk som overskrider en forutbestemt størrelse gjennom strengelementet, kan bryte en mekaniske låseinnretning i sirkulasjonsventilen for derved å åpne ventilen slik at fluider tillates å strømme gjennom denne.

Claims (8)

1. Verktøyanordning for utførelse av operasjoner som krever anvendelse av aksial-kraft nede i horisontale eller sterkt avvikende olje- eller gassbrønner, og innrettet til å beveges fra en overflateinstallasjon ned i en produksjonsrøranordning (5) innenfor en foring (2) i brønnen, hvor en stoppeinnretning (20,40) med en sete- eller tetningsboring (21) er anordnet ved den nedre ende av produksjonsrør-anordningen (5), hvorfra en forlengelsesrøranordning (6,46) strekker seg videre inn i den horisontale eller sterkt avvikende brønn, hvilken verktøystreng omfatter et langstrakt verktøystreng-element (7) hvis øvre ende er innrettet til å forbindes med overflateinstallasjonen, og hvis fremre eller nedre ende er forbundet med en verktøyenhet (8) ,karakterisert ved at verktøystreng-elementet (7) er rørformet, at det er lukket ved sin fremre eller nedre ende og innrettet til å åpnes, - at en hovedsakelig hulsylindrisk tetningsanordning (10) er løsbart forbundet med verktøystreng-elementet og har en utvendig pakningsinnretning (11) for samvirke med sete- eller tetningsboringen (21), hvilken pakningsinnretning (11) har en utvendig diameter som er mindre enn den innvendige diameter av produksjonsrøranordningen (5), og at tetningsanordningen omfatter en innvendig paknings innretning (12,14) for tettsluttende å omgi verktøy-strengelementet (7) og tillate at dette glir gjennom den innvendige pakningsinnretning når tetningsanordningen ligger an i sete- eller tetningsboringen (21).

2. Verktøyanordning ifølge krav 1,karakterisert vedat det langstrakte verktøy-strengelement består av kveilerør (7) .

3. Verktøyanordning ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den utvendige pakningsinnretning (11) har i det minste en stort sett sylindrisk ytre overflate som strekker seg i det vesentlige frem til nær en fremre endeflate (13) på tetningsanordningen (10), og at den fremre endeflate (13) er innrettet til å butte mot en stoppeskulder (22) ved bunnen av sete- eller tetningsboringen (21) .

4. Verktøyanordning ifølge et av kravene 1, 2 eller 3karakterisert vedat den innvendige pakningsinnretning (12,14) er inkorporert i en innvendig profil (17) på tetningsanordningen (10) som har en slik form at verktøy-strengelementet (7) kan utsettes for bøyning med en viss grad av krumning gjennom tetningsanordningen, samtidig som en tilstrekkelig tetningsvirkning blir opprettholdt av den innvendige pakningsinnretning (12,14) under slik bøyning.

5. Verktøyanordning ifølge krav 4,karakterisert vedat den innvendige pakningsinnretning består av to ringformede pakninger (12,14) som er plassert med en innbyrdes aksiell avstand i tetningsanordningen (10), og at den innvendige profil (17) mellom de ringformede pakninger omfatter en utvidet utsparing med betydelig øket diameter i forhold til den indre diameter av de innvendige, ringformede pakninger (12,14), og fortrinnsvis utvidede endepartier (17A,17B) mellom de respektive ringformede pakninger og de tilstøtende ender av tetningsanordningen.

6. Fremgangsmåte for utførelse av en verktøystreng-operasjon som krever anvendelse av aksialkraft, nede i horisontale eller sterkt avvikende olje- eller gassbrønner som innbefat-ter en produksjonsrør-anordning (5) innenfor brønnforingen (2) , en stoppeinnretning (20,40) installert ved den nedre ende av produksjonsrør-anordningen, og et etterfølgende forlengelsesrør (6,46) med betydelig lengde gjennom den horisontale eller sterkt avvikende brønndel, hvilken fremgangsmåte utøves under anvendelse av en verktøystreng ifølge et av kravene 1-5 og omfatter innføring av verktøystrengen (7,8), innbefattende en tetningsanordning (10) som er løsbart festet til verktøystrengen, i produksjonsrør-anordningen (5) ved en overflateinstallasjon (1), nedføring av verktøystrengen og tetningsanordningen fra overflateinstallasjonen, idet den først beveges ned gjennom en hovedsakelig vertikal del av brønnen, så gjennom en bøyningsdel og inn i den horisontale eller sterkt avvikende del av brønnen, til tetningsanordningen får tettende anlegg mot stoppeinnretningen (20,40),karakterisert ved at verktøystrengen (7), før innføring i produksjonsrør-anordningen, i det minste forbigående lukkes ved sin fremre eller nedre ende, at det utøves en trykkraft på verktøystrengen fra overflateinstallasjonen (1) for å bringe verktøystrengen ned i produksj onsrør-anordningen, at brønntrykket økes for å løse verktøystrengen (7) fra tetningsanordningen og å avstedkomme en stempelvirkning for å fremdrive eller skyve verktøystrengen (7) videre inn i f orlengelsesrøret (6,46) inntil det kommer frem til et punkt for ønsket operasjon i forlengelsesrøret, at operasjonen utføres ved anvendelse av et aksielt trykk overført gjennom verktøystrengen, og at en trekkraft utøves fra overflateinstallasjonen (1) når operasjonen er avsluttet, for derved å bringe verktøy-strengen tilbake til overflaten.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedbrønnfluider som fortrenges under den nevnte fremdrivning av verktøystrengen (7) inn i forlengelsesrøret (6), ledes gjennom ringrommet mellom verktøystrengen og produksjonsrør-anordningen (5) opp til overflateinstallasj onen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat brønnfluider som fortrenges under den nevnte fremdrivning av verktøystrengen (7) inn i forlengelsesrøret (46), ledes gjennom forings-perforeringer (44) eller ved annen adgang til en omgivende formasjon.