NO332113B1

NO332113B1 - Anordning ved pumpe som befinner seg ved en borekrone.

Info

Publication number: NO332113B1
Application number: NO20101108A
Authority: NO
Inventors: Nils Reimers
Original assignee: Tomax As
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-06-25
Also published as: GB2495660A; US20130206482A1; US9376874B2; BR112013002850B1; CA2805845C; NO20101108A1; CA2805845A1; GB201300654D0; WO2012018261A1; BR112013002850A2; GB2495660B

Abstract

En ejektorpumpe eller strålepumpe til bruk ved boring av brønner i undergrunnen for eksempel til olje og gassproduksjon der formålet er å hindre at det samlede væsketrykket på bunnen av borehullet når et nivå som utgjør en fare for oppsprekking i den bergarten eller sedimentet som bores og slik fører til lekkasje og sirkulasjonssvikt. For dette formål er pumpen plassert mellom borekronen og borestrengen ved hjelp av standard rørkoplinger og utformet som et langstrakt, sylindrisk element med utvendige, langsgående pumpeelementer med dyser rettet slik at lavtrykk etableres utvendig ved borekronen. Pumpen drives av borevæsken som forsynes på vanlig måte fra borestrengen. Trykkdifferansen over pumpen nyttes til å trekke en sekundær strøm av borevæske fra etablert borehull gjennom innvendige løp i pumpehuset og til de vanlige dysene i borekronen. Denne væskestrømmen besørger nødvendig renhold av borekronen og boreflaten men får altså et høyeste mulig trykk som er begrenset oppad til nivået som er etablert i borehullet og slik at eventuelle tilstoppinger rundt borekronen ikke utløser økt fare for lekkasje av borevæske til undergrunnen.

Description

ANORDNING VED PUMPE SOM BEFINNER SEG VED EN BOREKRONE

Denne oppfinnelse vedrører en pumpe som befinner seg ved en borekrone. Nærmere bestemt dreier det seg om pumpe 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 sammen med det reaktive sirkulasjonstrykket som virker mot boreflaten må dog ikke overstige en slik verdi at borevæsken lekker mn 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 innstrømmmg 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 forholds-vis 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-komponenter 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.

I amerikansk patent nummer 5775443 og den korresponderende WO-søknad 2008/055349 beskrives en ejektorpumpe for innbygging i en borekrone med det formål å forbedre renhold av en 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 virk-ning 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.

US-patent 6276452 beskriver et apparat for å kunne trekke mindre borekaksbiter og lignende inn i et kombinert bore- og oppsamlingsverktøy.

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 pumpe som befinner seg ved en borekrone tilkoplet en borestreng av den art som er vanlig for boring av et borehull i undergrunnen for eksempel til olje- og gassproduksjon, og hvor pumpen kjennetegnes ved at borestrengens væs-kestrøm er ledet til minst én ejektordyse som har sitt utløp rettet bort fra borekronen i et ringrom mellom borestrengen og borehullet, og hvor minst en utsparing forløper

mellom rmgrommet på utløpssiden av ejektordysen og til borekronens dyser.

Således oppnås en meget god løsning ved at et element med egenskaper som en ejektor eller strålepumpe kan være tilordnet mellom en vanlig anvendt borekrone og en borestreng. Oppfinnelsens egenskap oppnås ved å lede strømmen av boreveske fra borestrengen gjennom ejektordysene som kan være plassert i egnede utsparinger i lengderetning utvendig omkring enheten 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 kjennetegnes videre ved at det er anordnet åpne, innvendige boringer som leder væske fra ringrommet i etablert borehull gjennom borekronen til lavtrykksi-den 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 væskestrøm fra borestrengen i sin helhet ledes gjennom ejektordysene vil pumpen ha høy kapasitet. Borevæsken som pumpen trekker gjennom boringene fra ringrommet og gjennom borekronen vil derimot ha få restriksjoner og dermed oppnås en slik høyvolum og 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 et mellomrom mellom to kutteelementer 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 en kjent teknikk fra blant annet støv- og slamsugere. Ejektorpumper er også kjent teknikk i forbindelse med opprenskning i olje- og gassbrønner.

En boring som forløper mellom borestrengens rørløp og ejektordysen, samt utsparing-en til borekronen kan være tilordnet ventiler som tillater alternative strømningsret-ninger og restriksjoner.

Pumpen kan være integrert i boreutstyr som i tillegg har andre, kjente funksjoner. Også annet boreutstyr kan være anordnet mellom pumpen og borekronen.

Ejektordysene kan være anbrakt i utsparinger som forløper helt eller delvis inne i en hovedenhet.

Oppfinnelsen har følgelig fortrinn og egenskaper som både i anvendelse og utførelse skiller den vesentlig fra kjent teknikk.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en pumpe i henhold til oppfinnelsen anbrakt mellom en borekrone og en borestreng;

Fig. 2 viser et lengdesnitt III-III i fig. 3 med innvendige utsparinger og angivelse

av strømningsretninger; og

Fig. 3 viser et tverrsnitt II-II i fig. 2 av pumpen med utsparinger plassert langs

pumpens omkrets.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et hovedelement i form av en langstrakt sylindrisk del som er tilordnet mellom en borekrone 5 og en borestreng 6. Hovedelementet 1 er forsynt med utvendige utsparinger 2 i elementets 1 omkrets hvor utsparingene 2 er orientert i hovedelementet 1 sin lengderetning. Dyser 4 er plassert sent-ralt i utsparingene 2 slik at utsparingene 2 sammen med dysene 4 virker som en ejektor- eller strålepumper med sin lavtrykk eller sugeside vendede mot borekronen 5. I motsatt ende av hovedelementet 1 er borestrengen 6 tilkoplet. Hovedelementet 1 eller pumpen har innvendige boringer 7 som leder væskestrømmen 3 fra borestrengen 6 og til ejektordysene 4. Videre har hovedelementet 1 yterligere, separate boringer 8 som leder fra et ringrom 15 på trykk- eller utløpssiden av hovedelementet 1 og til koplingspunktet 9 for borekronen 5.

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 5 sine vanlige dyser 11 til lavtrykksi-den av hovedelementet 1 med det formål å holde borekronen 5 sine kutteelementer 12 og boreflaten 13 ren.

I figur 1 vises hovedelementet 1 plassert mellom en borekrone 5 og en borestreng 6. Videre vises utsparingene 2 i lengderetning utvendig langs hovedelementet 1 og ejektordysene 4 som er plassert i utsparingene 2 slik at det under bruk oppnås en stråle-pumpeeffekt. Hovedelementet 1 er koplet til borekronen 5 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 væskestrømmen fra borestrengen 6 innvendig til ejektordysene 4. Videre vises de separate boringene 8 som løper fra hovedelementet 1 utvendig ved ringrommet 15 omkring borestrengen 6 og leder til borekronen 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. 1 figur 3 vises et tverrsnitt gjennom hovedelementet 1 med utsparinger 2 og ejektor-dyser 4 plassert omkring hovedelementets 1 omkrets som utvendig tilsvarende bore-hullets 14 diameter. Det kan også tenkes å anbringe ejektordysene 4 og utsparingene 2 inne i, eller delvis inne i hovedelementet 1.

Claims

1. Anordning ved pumpe som befinner seg ved en borekrone (5) tilkoplet en borestreng (6) av den art som er vanlig for boring av et borehull (14) i undergrunnen for eksempel til olje- og gassproduksjon,karakterisert vedat borestrengens (6) væskestrøm er ledet til minst én ejektordyse (4) som har sitt utløp rettet bort fra borekronen (5) moti et ringrom (15) mellom borestrengen (6) og borehullet (14), og hvor minst én boring (8) forløper mellom ringrommet (15) på utløpssiden av ejektordysen (4) og til borekronens (5) dyser (11).

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat en boring (7) som forløper mellom borestrengens (6) rørløp og ejektordysen (4), samt bo-ringen (8) er tilordnet ventiler som tillater alternative strømningsretninger og restriksjoner.

3. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat pumpen er integrert i boreutstyr som i tillegg har andre, kjente funksjoner.

4. Anordning i henhold til krav 1, 2 og 3,karakterisert vedat det er anordnet annet boreutstyr mellom pumpen og borekronen (5).

5. Anordning i henhold til krav 1, 2, 3 og 4,karakterisert vedat ejektordysene (4) er anbrakt i utsparinger som forløper helt eller delvis inne i et hovedelement (1).