NO318189B1 - Anordning og fremgangsmate for selektiv styring av fluidstromning mellom en bronn og omkringliggende bergarter - Google Patents

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE FOR SELEKTIV STYRING AV FLUID-STRØMNING MELLOM EN BRØNN OG OMKRINGLIGGENDE BERGARTER

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse angår en anordning og en fremgangsmåte for selektivt å kunne styre fluiders strømningsbane(r) mellom en brønn og omkringliggende undergrunnsbergarter. Nevnte fluider strømmer via minst ett filter, eksempelvis en sandskjerm, be-liggende mellom strømningsrøret og de omkringliggende bergarter. Nevnte minst ene filter hindrer faststoffpartikler fra å komme inn i brønnen, og filteret benevnes heretter kun som en sandskjerm.

Brønnen er fortrinnsvis forsynt med såkalt åpenhullskomplet-tering, hvor brønnens strømningsrør anbringes i et åpent og uf6ret borehull. Alternativt kan brønnen være forsynt med sementerte og perforerte foringsrør hvori brønnens strømnings-rør anbringes. Derved strømmer nevnte fluider via både nevnte filter og perforeringer i de sementerte foringsrør.

Den foreliggende oppfinnelse anvendes fortrinnsvis i forbindelse med petroleumsutvinning og fortrinnsvis i forbindelse med produksjon av reservoarfluider, deriblant råolje og/eller gass. Oppfinnelsen kan også benyttes i forbindelse med fluidinjeksjon, deriblant vanninjeksjon og/eller gassinjeksjon, i nevnte undergrunnsbergarter. Oppfinnelsen er spesielt nyttig i forbindelse med horisontalbrønner og høyawiksbrønner.

Oppfinnelsens bakgrunn

Oppfinnelsen beror seg på det faktum at det særlig i åpenhullskompletterte, sandskjermforsynte brønner ofte er vanskelig å selektivt bestemme, og derved styre, fluidenes strøm-ningsbaner mellom brønnens strømningsrør og de omkringliggende bergartssoner.

Slik styring av fluidenes strømningsbaner er spesielt nyttig når brønnens strømningsrør penetrerer bergarter med ulike strømningsegenskaper, eksempelvis bergartssoner med ulik per-meabilitet. I en vertikalbrønn kan slike bergartssoner bestå av lagdelte bergarter. I en horisontalbrønn kan det dessuten forekomme laterale variasjoner i bergartenes strømnings-egenskaper. Slike variasjoner kan også forekomme selv om brønnens horisontalparti penetrerer kun én bergartstype.

Under slike forhold er det ofte liten eller ingen trykk- og fluidkommunikasjon mellom tilstøtende bergarter som har ulike strømningsegenskaper. Dette kan bl.a. føre til ujevn fluid-drenering av, eventuelt fluidinjeksjon i, nevnte bergarter, hvilket kan føre til ytterligere andre, kjente brønn-, reservoar- og/eller produksjonstekniske ulemper og problemer.

I forbindelse med for eksempel petroleumsproduksjon fra et reservoar med soneinndelte bergarter av nevnte type(r), er det derfor ønskelig å foreta suksessiv drenering av enkelt-vise produksjonssoner. Dette foretas ved at mest mulig olje og/eller gass produseres fra en første reservoarsone. I praksis forløper produksjonen inntil utstrømningens formasjons-vanninnhold (vannkutt) antar en viss maksimumsgrense, hvorpå den første reservoarsone avstenges. De samme handlingstrinn utføres deretter for en andre reservoarsone, etc.

Kjent teknikk og ulemper med denne

Kjent teknikk omfatter åpenhullskompletterte petroleums-produksjonsbrønner hvis strømningsrør (produksjonsrør) er tilordnet isolasjonsmidler som midlertidig avstenger og bl.a. beskytter produksjonsrørets veggåpninger inntil dette er anbrakt i rett posisjon i borehullet. Produksjonsrørets innside isoleres derved fra ytre påvirkninger under innføring av dette i brønnen. Deretter fjernes det isolerende middel, slik at reservoarfluider kan strømme inn i produksjonsrøret og videre til overflaten. Følgende patentpublikasjoner nevnes i denne

sammenheng: US 5.355.956, US 5.957.205 og US 5.526.881.

US 5.355.956 omhandler et produksjonsrør som er forsynt med radiale strømningsåpninger og en utenforliggende sandskjerm som omgir strømningsåpningene. Nevnte strømningsåpninger kan være forsynt med plugger laget av et oppløselig materiale, eksempelvis sink, aluminium eller magnesium. Ved å pumpe ned en oppløsningsvæske, eksempelvis syre eller base, etter at produksjonsrøret er på plass i brønnen, løses pluggene opp, og strømningsåpningene åpnes for fluidinnstrømning. Pluggene kan også være anordnet slik at de stikker radialt inn i rø-ret, hvorpå de fjernes mekanisk ved hjelp av kjente brønn-intervensjonsmetoder. I stedet for å anbringe nevnte oppløs-bare plugger i produksjonsrøret, kan oppløsbare plugger anbringes i radiale strømningsåpninger i en rørkappe utenpå produksjonsrøret og dets sandskjerm.

US 5.957.205 omhandler også et produksjonsrør som er forsynt med radiale strømningsåpninger og en utenforliggende sandskjerm. Før installasjon i brønnen fylles strømningsvolumet mellom produksjonsrøret og sandskjermen med et midlertidig tetningsmiddel, eksempelvis voks, asfalt eller tjære, som størkner og avtetter nevnte strømningsvolum under produk-sjonsrørets innføring og installasjon i brønnen. Ved deretter å pumpe ned en tetningsmiddeloppløsende middel, eksempelvis varm damp, gjøres tetningsmidlet flytende og renner ut av strømningsvolumet, hvorpå strømningsåpningene er åpne for fluidinnstrømning.

I likhet med US 5.355.956 beskriver US 5.526.881 også et produksjonsrør som er forsynt med radiale strømningsåpninger hvori er anbrakt oppløselige metallplugger som senere des-integreres ved hjelp av en oppløsningsvæske, eksempelvis syre eller base, som pumpes ned til disse og åpner for fluid-innstrømning. Produksjonsrøret ifølge US 5.526.881 er derimot ikke forsynt med en sandskjerm.

En vesentlig ulempe med samtlige av ovennevnte, kjente isole-ringsløsninger er at det er vanskelig eller umulig å selektivt åpne én eller flere bestemte strømningsåpninger i strøm-ningsrøret på forskjellig tidspunkt. Derved er det vanskelig eller umulig å selektivt bestemme, og derved styre, fluidenes strømningsbaner mellom brønnens strømningsrør og de omkringliggende bergartssoner i løpet av en utvinningsperiode eller injeksjonsperiode. I praksis vil som regel samtlige strøm-ningsåpninger åpnes samtidig overfor tilstøtende bergartssoner, mens øvrige bergartssoner langs strømningsrøret for-blir isolert fra fluidstrømning. Dette kan lett føre til et ugunstig trykk- og strømningsmønster i brønnen og/eller i de omkringliggende bergarter. De kjente isoleringsløsninger opp-viser derfor relativt liten operasjonell fleksibilitet. Even-tuell rekomplettering og åpning av én eller flere av nevnte øvrige bergartssoner på et senere tidspunkt vil som regel kreve en relativt komplisert, omfattende og dyr interven-sj onsoperasj on.

Ovennevnte, kjente metallplugger eller tetningsmiddel vil heller ikke tåle store differensialtrykk som kan forekomme mellom strømningsrørets innside og utside, hvorved de util-siktet kan briste eller desintegrere.

Oppfinnelsens formål

Oppfinnelsens overordnete formål er å unngå eller redusere ovennevnte ulemper med den kjente teknikk. Oppfinnelsens spe-sielle formål er å muliggjøre, i løpet av en tidsperiode, selektiv styring av fluidstrømningsbaner mellom en sandskjermforsynt brønns strømningsrør og omkringliggende bergarter. Derved, og ved hjelp av separat brønnintervensjon, kan inn-eller utstrømningsposisjoner langs strømningsrøret åpnes eller avstenges selektivt og tidsriktig, hvorved optimale fluidstrømningsbaner inn i eller ut av brønnen oppnås.

Et spesielt formål er å unngå eller redusere ovennevnte ulemper i en åpenhullskomplettert brønn.

Hvordan formålene oppnås

Nevnte formål oppnås ved trekk som angitt i følgende beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Minst ett lengdeparti av nevnte strømningsrør er forsynt med en utenpåliggende og gjennomstrømbar sandskjerm av hensiktsmessig lengde, idet strømningsrøret består av flere sammen-koplede basisrør som utgjør en rørstreng som strekker seg til brønnens overflate. I bruksstilling vender sandskjermens utside ut mot et borehull, eksempelvis et uforet borehull, og den er anbrakt i en hensiktsmessig brønnposisjon for å oppnå fluidkommunikasjon med den ønskede bergartssone. Sandskjermens filtermedium kan gjennomstrømbart forbindes med det innvendige av strømningsrøret via en strømningskanal anordnet utenpå strømningsrøret. Filtermediet utgjøres eksempelvis av trådviklinger som er viklet i liten innbyrdes aksialavstand utenpå periferisk fordelte aksiallister på strømningsrøret, i hvilket tilfelle nevnte strømningskanal av nevnte lister er oppdelt i flere aksiale kanalsegmenter. I kjente sandskjermer er strømningsrørveggen innenfor nevnte strømningskanal forsynt med strømningsåpninger, vanligvis boringer, før strøm-ningsrøret blir ført inn og installert i brønnen.

Ifølge et første aspekt av oppfinnelsen, og i motsetning til slike kjente sandskjermer, er strømningsrørveggen ugjennomhullet innenfor og vis-a-vis sandskjermen når strømningsrøret blir installert i brønnen. Således er rørveggen innenfor nevnte strømningskanal ikke perforert eller forsynt med strømningsåpninger når strømningsrøret blir ført inn i og installert i brønnen. Ifølge oppfinnelsen perforeres rørveggen innenfor nevnte strømningskanal først etter at strømningsrø-ret er installert i brønnen, og i forbindelse med en separat brønnintervensjon. Nevnte perforeringsoperasjon foretas ved hjelp av et perforeringsverktøy, eksempelvis en perforeringskanon av kjent type, som senkes ned i brønnen ved hjelp av kabel, kveilrør eller borerør. Perforeringen utføres fortrinnsvis ved hjelp av spesialtilvirkede sprengladninger, så-kalte rettede sprengladninger ("shaped chargés"), som med tilpasset sprengkraft lager sprenghull av ønsket utforming. Derved kan skade på det utenforliggende filtermedium {partikkelfilter) unngås. For å unngå slik skade, kan også spesialtilpassede materialer benyttes i strømningsrørets perforeringsområde og/eller i filtermediet. Filtermediet kan også anbringes i noe større avstand fra strømningsrøret enn det som ellers ville vært vanlig ved kjente sandskjermer.

Ifølge et andre aspekt av oppfinnelsen er nevnte sandskjerm gjennomstrømbart og aksialt forbundet med en hylse som er anbrakt mellom strømningsrøret og sandskjermen. Hylsen er anbrakt i radial avstand fra strømningsrøret og utenfor dette. I sitt motsatte, aksiale endeparti er hylsen trykktettende forbundet med strømningsrøret. Den ytre side av nevnte strøm-ningskanal mellom sandskjermen og strømningsrøret avgrenses i dette tilfelle av både hylsen og sandskjermen, mens strøm-ningsrøret avgrenser den indre side av strømningskanalen. Før strømningsrøret blir installert i brønnen, er strømningskana-len avlukket mot strømningsrøret ved at røret er ugjennomhullet innenfor kanalen. Ifølge oppfinnelsen perforeres strømningsrøret først etter at strømningsrøret er installert i brønnen, og ved dette aspekt av oppfinnelsen er det rørveg-gen vis-å-vis nevnte hylse som perforeres. Perforeringen foretas eksempelvis slik som angitt ifølge ovennevnte, første aspekt av oppfinnelsen. Nevnte hylse har en utforming og/eller er tildannet av spesialtilpassede materialer som hindrer gjennomperforering av hylsens vegg. Etter perforering av denne strømningsrørets vegg, er nevnte strømningskanal gjennomstrømbar og kan lede fluider, via sandskjermen, mellom strømningsrøret og omkringliggende bergarter. En slik strøm-ningsbane oppnås kun dersom hylseveggen ikke gjennomhulles under nevnte perforeringsoperasjon. Hylsen vil være anbrakt nedstrøms av sandskjermen ved fluidproduksjon fra bergartene, mens hylsen vil være anbrakt oppstrøms av sandskjermen ved fluidinjeksjon i bergartene.

Posisjonen til et område av strømningsrøret som ved en senere anledning skal perforeres, kan stedfestes på forskjellig vis. Eksempelvis kan områdets posisjon i rørstrengen registreres relativt til et referansepunkt, vanligvis rørstrengens øvre endeparti. Når strømningsrøret er anbrakt i bruksstilling i brønnen, lokaliseres nevnte område for perforering ved måling fra referansepunktet. Pga. at rørstrengen i bruksstilling ut-settes for strekkforlengelse, kan denne metode derimot være for unøyaktig for dette formål.

Det minst ene strømningsrørområde som senere skal perforeres identifiseres fortrinnsvis ved hjelp av et signalgivende merke, eksempelvis en innsats eller en brikke, som er festet på hensiktsmessig sted i eller nær det/de aktuelle perforeringsområde{r) før strømningsrøret blir installert i brønnen. Mer-ket kan bestå av en radioaktiv brikke eller innsats som er anbrakt langs sandfilterets basisrør, eksempelvis i sandfil-teret, i nevnte sandskjermforbundne hylse, eller i basisrø-rets skjøtemuffe. I den påfølgende perforeringsoperasjon kan et kjent loggeverktøyer som registrerer radioaktiv utstråling benyttes sammen med perforeringsverktøyet for å stedfeste perforeringsområdet i rørveggen.

Ved å anvende et strømningsrør som ved installasjon i brønnen er uperforert og forsynt med flere sandskjermer og eventuelle tilhørende hylser ifølge denne oppfinnelse, kan ett eller flere sandskjermtiIkoplede rørveggpartier perforeres selektivt og til forskjellig tid i løpet av en tidsperiode. I forbindelse med slike påfølgende brønnintervensjoner kan også fluidstrømning gjennom minst ett rørveggparti av strømnings-røret avstenges, eksempelvis ved hjelp av en stengeplugg/bro-plugg innvendig i strømningsrøret. Deretter kan minst ett nytt sandskjermtilkoplet rørveggparti av strømningsrøret perforeres og tilrettelegges for fluidstrømning derigjennom.

Derved kan fluidenes strømningsbaner mellom brønnen og omkringliggende bergarter styres hensiktsmessig og tidsriktig. Ytelsen og utnyttelsen av brønnen og bergartene omkring denne forbedres derved vesentlig. I forbindelse med installasjon av strømningsrøret i brønnen, benyttes også utvendige rør-pakninger av kjent type for å isolere slike sandskjermer og tilhørende bergartssoner fra andre sandskjermer og bergartssoner .

I horisontalbrønner og høyawiksbrønner tilveiebringer et slikt uperforert og sandskjermforsynt strømningsrør en ytterligere fordel. I slike brønner kan det være problematisk å føre et vanlig preperforert strømningsrør inn i brønnens ho-risontal- eller avviksseksjon; dette mest pga. friksjon mellom borehull og strømningsrør. Når strømningsrøret derimot er uperforert og avblendet i sitt nedre endeparti, kan strøm-ningsrøret fylles med et egnet fluid, eksempelvis nitrogen-gass, som gir røret en oppdriftseffekt som reduserer nevnte friksjon. Deretter kan røret fløtes frem til ønsket brønn-dybde, hvoretter nevnte fluid slippes ut av røret.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Fig. 1 viser et skjematisk delsnitt gjennom et produksjonsrør i et ufåret borehull, hvor produksjonsrøret er forsynt med en sandskjerm og en aksialt forbundet hylse, og hvor figuren viser produksjonsrøret i uperforert tilstand; og Fig. 2 viser det samme som fig. 1, men denne figur viser pro-duksjonsrøret i perforert tilstand, hvor rørveggen innenfor hylsen er perforert, slik at fluider kan strømme fra tilstø-tende bergarter via sandskjermen og hylsen og inn i produk-sjonsrøret. Alternativt kan fluider strømme i motsatt ret-ning.

For øvrig er figurenes komponenter vist forenklet og forteg-net angående relative størrelser, lengder, tverrmål osv.

Beskrivelse av et utførelseseksempel av oppfinnelsen

Figur 1 viser et utsnitt av et horisontalparti av et uforet borehull 10 i en produksjonsbrønn, hvor nevnte horisontalparti penetrerer en reservoarbergart 12. Figuren viser et ba-sisrør 14 av brønnens produksjonsrør, idet produksjonsrøret er anbrakt i borehullet 10 og strekker seg opp til overflaten.

Minst ett basisrør 14 i produksjonsrøret er forsynt med en utenpåliggende sandskjerm 16 som ved hjelp av ytre krympe-ringer 18, 20, i hvert av dens endepartier, er festet utenpå henholdsvis en indre krympering 22 og en forbindelsesring 24, som begge er koplet til basisrøret 14. Kun endepartier av sandskjermen 16 er vist i figurene.

Filtermediet i sandskjermen 16 består av trådviklinger 26 som er viklet utenpå ikke viste aksiallister på basisrøret 14, slik at et ringformet filterkammer 28 foreligger mellom vik-lingene 26 og røret 14.

Forbindelsesringen 24 er forsynt med en indre, ringformet passasje 30 som er aksialt gjennomstrømbar. Et endeparti 32 av en aksial hylse 34 er koplet utenpå forbindelsesringen 24, idet forbindelsesringen 24 derved sammenkopler hylsen 34 og sandskjermen 16. Et ringformet hylsekammer 36 foreligger derved mellom hylsen 34 og basisrøret 14. Sammen med nevnte passasje 30 i forbindelsesringen 24, danner filterkammeret 28 og hylsekammeret 36 en strømningskanal 38.

Hylsen 34 sitt motsatte endeparti 40 er koplet utenpå en indre krympering 42. Krymperingen 42 er forsynt med en radial boring 44 hvori er anbrakt en radioaktiv innsats 46 som hol-des på plass i denne ved hjelp av en festeskrue 48. Den indre krympering 42 så vel som nevnte indre krympering 22 er forsynt med hver sin innvendige pakningsring 50, henholdsvis 52, som tetter mot basisrøret 14.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er strømningsrørveggen, i dette tilfelle produksjonsrørveggen, uperforert innenfor hylsekamrene 36 ved strømningsrørets installasjon i borehullet 10, jfr. fig. 1.

Figur 2 viser basisrøret 14 etter at dette er blitt perforert ved hjelp av en perforeringskanon (ikke vist), idet denne er blitt senket ned i brønnen ved hjelp av kabel sammen med et loggeverktøy (ikke vist) som kan registrere radioaktiv utstråling fra nevnte radioaktive innsats 46. Ved hjelp av loggeverktøyet, og før perforering av basisrøret 14 foretas, registreres innsatsen 46 sin posisjonen i røret 14. På grunn-lag av denne informasjon, anbringes så perforeringskanonen i korrekt posisjon overfor hylsekammeret 36, hvorpå basisrøret 14 sin vegg perforeres. Fig. 2 viser perforeringsåpninger 54 gjennom basisrøret 14 og inn i hylsekammeret 36. Nevnte strømningskanal 38 gjøres derved tilgjengelig for reservoarfluider som kan strømme derigjennom fra bergarten 12 og inn i produksjonsrøret. Alternativt kan strømningskanal 38 anvendes til injeksjon av fluider i bergarten 12.

Claims (8)

1. Anordning for selektiv styring av fluidstrømning mellom en brønns strømningsrør (14) og omkringliggende bergarter (12) i et borehull (10), hvor strømningsrøret (14) er forsynt med minst ett gjennomstrømbart partikkelfilter (16) som er anbrakt utenpå strømningsrøret (14) og mellom dette og bergartene (12), og hvor nevnte filter (16) kan gjennomstrømbart forbindes med det innvendige av strøm-ningsrøret (14) via en strømningskanal (38) anordnet utenpå strømningsrøret (14), karakterisert ved at strømningsrøret (14) er forsynt med ugjennomhullet rørvegg innenfor og vis-å-vis nevnte strømnings-kanal (38) når strømningsrøret (14) blir installert i brønnen, idet strømningsrøret (14) deretter kan perforeres selektivt innenfor nevnte strømningskanal (38) for ett eller flere filtre (16) langs strømningsrøret (14), hvoretter fluider ved (i) fluidproduksjon kan strømme gjennom filteret (16), strømningskanalen (38) og videre via perforeringsåpninger (54) i strømningsrøret (14); og ved (ii) fluidinjeksjon kan strømme via perforeringsåpninger (54) i strømningsrøret (14) og videre gjennom strømningskanalen (38) og filteret (16).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det minst ene partikkelfilter (16) er aksialt forbundet med et endeparti (32) av en hylse (34) som er anbrakt i radial avstand utenfor strømningsrøret (14) og mellom dette og partikkelfilteret (16), og at hylsen (34) sitt andre endeparti (44) er trykktettende forbundet med strømningsrøret (14), hvorved nevnte strømningskanal (38) på sin ytre side er avgrenset av både hylsen (34) og partikkelfilteret (16), mens dens indre side er avgrenset av strømningsrøret (14), hvoretter strømningsrøret (14) kan perforeres selektivt vis-å-vis hylsen (34).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at strømningsrøret (14) er forsynt med et signalgivende merke i eller nær et område av strømnings-røret (14) som senere skal perforeres, hvorved nevnte perforeringsområde kan identifiseres før perforering.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at det signalgivende merke er en radioaktiv brikke eller innsats (46).

5. Fremgangsmåte for selektiv styring av fluidstrømning mellom en brønns strømningsrør (14) og omkringliggende bergarter (12) i et borehull (10), hvor strømningsrøret (14) er forsynt med minst ett gjennomstrømbart partikkelfilter (16) som er anbrakt utenpå strømningsrøret (14) og mellom dette og bergartene (12), og hvor nevnte filter (16) kan gjennomstrømbart forbindes med det innvendige av strøm-ningsrøret (14) via en strømningskanal (38) anordnet utenpå strømningsrøret (14), karakterisert ved at: (a) strømningsrøret (14) forsynes med ugjennomhullet rør-vegg innenfor og vis-å-vis nevnte strømningskanal (38) før strømningsrøret (14) blir installert i brønnen; og (b) at strømningsrøret (14) deretter, når dette er installert i brønnen, perforeres selektivt innenfor nevnte strømningskanal (38) for ett eller flere filtre (16) langs strømningsrøret (14), hvoretter fluider ved (i) fluidproduksjon kan strømme gjennom filteret (16), strøm-ningskånalen (38) og videre via perforeringsåpninger (54) i strømningsrøret (14); og ved (ii) fluidinjeksjon kan strømme via perforeringsåpninger (54) i strømningsrøret (14) og videre gjennom strømningskanalen (38) og filteret (16) .

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at: - i trinn (a), det minst ene partikkelfilter (16) forbindes aksialt med et endeparti (32) av en hylse (34) som anbringes i radial avstand utenfor strømningsrøret (14) og mellom dette og partikkelfilteret (16) , idet hylsen (34) sitt andre endeparti (44) er trykktettende forbundet med strømningsrøret (14), hvorved nevnte strømningskanal (38) på sin ytre side er avgrenset av både hylsen (34) og partikkelfilteret (16) , mens dens indre side er avgrenset av strømningsrøret (14); og - i trinn (b), at strømningsrøret (14) deretter perforeres selektivt vis-å-vis hylsen (34).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at strømningsrøret (14), før dette blir installert i brønnen, forsynes med et signalgivende merke i eller nær et område av strømningsrøret (14) som senere skal perforeres, hvorved nevnte perforeringsområde kan identifiseres før perforering.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at strømningsrøret (14) forsynes med en radioaktiv brikke eller innsats (46).