NO333258B1 - Verktoy og fremgangsmate for sentrering av fôringsror - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet et verktøy for sentrering av foringsrør i borehull. Verktøyet omfatter en rørseksjon innsatt i foringsrøret. Rørseksjonen har fått montert et antall pressylindre (4) langs omkretsen av rørseksjonen. Pressylindrene kan ekspanderes av et trykk fra innsiden av rørseksjonen. Ved bruk føres foringsrøret med rørseksjonen inn i borehullet med pressylindrene inntrukket. Deretter økes trykket innvendig i foringsrøret slik at pressylindrene presses ut og slik sentrerer foringsrøret.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører et verktøy for bruk innen oljeindustrien, og nærmere bestemt et verktøy for bruk ved sementering/soneisolering av fåringsrør i brønner for produksjon av olje og/eller gass, eller for injeksjon.

Teknisk bakgrunn

En brønn blir boret i flere seksjoner (pga formasjonsendringer/trykk) med forskjellige størrelser. Det finnes mange typer og størrelser med forings rør med tilhørende bit og hullåpner størrelser. De mest brukte forings rør størrelser er 30", 20", 18 5/8", 16", 13 3/8", 11 3/4", 10 3/4", 9 5/8", 8 5/8", 7 3/4", 7 5/8", 7", 6 5/8", 5 1/2", 5" og 4 1/2".

Bit størrelsene går fra; 30", 26", 24", 22", 20", 17 1/2", 16", 14 3/4", 13 1/2", 12 1/4", 11", 10 3/4", 9 7/8", 9 1/2", 8 3/4", 8 3/8", 8 3/8", 7 7/8", 6<3>/4", 672", 674", 6 1/8", 6", 5 7/8", 4 1/4", 3 7/8" og 3 3/4". Det brukes en del hullåpnere i tillegg til bit de går fra 36" og ned til ca 7", formasjonsavhengig.

En vanlig brønn boret på norsk sokkel kan være som følger:

En starter å bore et 36" hull med 30" bit og en 36" hullåpner for å kunne sette en 30" conductor/ fårings rør (den kan også bli slått ned i havbunnen ved bruk av en spesial hammer fra riggen.).

Så bores et 24" hull til 18 5/8" foringsrør/brønnhode (forankringsrør for de neste fåringsrørene).

Så bores et 1772" bit/hull for å sette 13 3/8" forings rør.

Så bores et 12 72" bit/hull til 9 5/8" forings rør.

Så bores et 872" bit/hull til 7" forings rør.

Alle forings rør som nevnt ovenfor blir sementert for enten å forankre seg selv eller soneisolering eller begge deler, men spesielt er det 18 5/8, 13 3/8" og 9 5/8" få-ringsrørene som er viktig å ha en god soneisolering på. Nederste del av disse sek-sjonene har i større grad en høy vinkel, dvs. at de er mer horisontale enn vertikale brønner.

Når et hull bores med f. eks. 12 1/2" bit, så vil hullet normalt variere fra 12 1/2" til kanskje på enkelte steder opp i så mye som 14"-15".

I noen tilfeller vil hullet krype igjen etter at hullet er ferdig boret dvs. når hullet er ferdig boret må borestrengen trekkes ut av hullet og foringsrøret må kjøres inn i hul let. Dette kan ta opp til 1-2 døgn. Da kan hullet være vesentlig mindre i dimensjon en det opprinnelig ble boret til, noen ganger så trangt at det ikke er mulig å kjøre inn foringsrøret til bunns. Da må man trekke hele forings rør lengden (hvis mulig) og gå ned med bit og borestreng igjen for å åpne hullet til opprinnelig størrelse og prøve å sette foringsrøret igjen. Det vil også være tilfeller at en må sette foringsrø-ret der det stopper og sitter fast, og da vil en "miste" denne seksjonen fordi den ikke er satt helt ned til f eks topp reservoar.

Når foringsrøret kjøres i hullet så vil det normalt være sentrerings verktøy på hver kobling på de nederste 200 meterne (dette er et krav i Norge.) Disse har som for-mål å sentrere foringsrøret slik at når man pumper sementen, så går sementen ned innvendig fåringsrør og går ut av bunn fåringsrøret og opp på utsiden av fåringsrø-ret, sementen er ment å fortrenge borevæsken som er mellom formasjonen og fo-ringsrøret og fylle hele dette volumet mellom formasjonen og foringsrøret i hele om-rådet hvor det er sentreringsverktøy, slik at en får en god soneisolering.

En av de største utfordringene med å bore et borehull og ferdigstille det ihht gjeldene krav er nettopp soneisoleringen (sementeringen av forings rør.) Utfordringen er at det er vanskelig å få til en god sementjobb, sementjobbene er normalt av varierende kvalitet pga kanalisering av sement og/ eller at undersiden av foringsrøret blir lig-gende mot formasjonen pga tyngdekraften.

Konsekvensen av å ikke ha en god sementerings/isolerings jobb rundt forings rørene er at en kan fa migrasjon av olje/gass reservoaret til høyereliggende formasjoner eller sågar helt opp til overflaten/sjøbunnen.

Hvis olje/gass reservoaret migrerer til høyereliggende formasjoner så vil det trykket reservoaret hadde på opprinnelig dyp forflyttes til den høyereliggende formasjonen.

I noen tilfeller vil dette medføre at det er umulig å bore inn i de høyereliggende formasjoner fordi trykket er for høy til at boreslammet vil kunne kompensere for det unormalt høye trykket som da er dannet pga migrasjonen.

Det er kun 20 % av sementjobbene som er tilfredsstillende de resterende 80% er for dårlige til å kunne karakteriseres som god soneisolering.

Det er en av grunnene til at det er lekkasjer mellom de forskjellige sonene, og i no-en tilfeller migrerer reservoaret opp i overliggende soner og det igjen kan føre til at det blir vanskelig eller nesten umulig å håndtere pga. at trykket blir for stort i det "nye" reservoaret til å kunne balansere formasjonstrykket ved work over eller nye brønner (ref Gullfaks.)

De sentrerings verktøy som er på markede i dag er enten positive dvs. at de kjøres i hullet med fjærstål spiler som står i spenn slik at de sentrerer foringsrøret hele veien fra toppside til settepunkt (bunn av hullet) eller så finnes det faste (solide) sentrerings verktøy men der er utfordringen at de er til hinder for at sementen skal kunne pumpes opp annulus uten at sementen får for mye motstand.

Når det gjelder begge metodene som er kjent så vil de være til hinder for at en kla-rer å få foringsrøret helt ned pga motstand og oppriving av hullveggen.

Det hender at det ikke lar seg gjøre å få kjørt foringsrøret så langt ned som en øns-ker slik at man er nødt til å trekke foringsrøret opp igjen for å justere på lengden av foringsrøret eller at foringsrøret må trekkes ut i sin helhet for så å bore ny hullsek-sjon før en kan sette foringsrøret igjen. Utfordringen da er at sentreringsverktøyene vil kunne rives i stykker og i verste fall forårsake store problemer for å kunne gjøre ferdig brønnen.

Når det gjelder de sentreringsverktøy som er på markedet i dag så blir de kjørt i hullet aktivisert dvs. de er utformet slik at de sentrerer foringsrøret helt fra man starter å kjøre foringsrøret fra riggen til de er helt nede på sette dyp. De vil da i hele brønnbanens lengde rive opp formasjonen og utøve motstand, de vil også lage seg "dyner" av formasjon foran seg som igjen vil utøve stor friksjon når en skal sirkule-re boreslam før pumping av sement.

Fra US-patent 5 228 518 er det kjent et verktøy for sentrering av et foringsrør i et borehull omfattende en rørseksjon for innsetting i foringsrøret. Et antall pressylindre er innsatt i boringer langs omkretsen av rørseksjonen, og pressylindrene er innrettet til å ekspanderes radialt utover av trykk fra innsiden av rørseksjonen.

Fra US-patent 3 395 758 er det kjent en anordning for å tilveiebringe sideveis fluid-forbindelse mellom en formasjon og et strømningsrør i en brønn, omfattende ut-skyvbare, teleskopiske kanaldeler. Utskyvningen blir aktivisert av hydraulisk trykk fra innsiden av strømningsrøret.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe et verktøy for sentrering av foringsrør som unngår eller i det minste minsker de ovenfor nevnte ulem-pene med kjente verktøy. Verktøyet er innrettet til å føres inn i brønnen i en ikke-aktivert tilstand, og vil derfor i mindre grad skave på borehullsveggen. Videre er verktøyet egnet for bruk i avviksbrønner.

Dette oppnås med et verktøy slik det fremgår av de etterfølgende patentkrav. Nærmere bestemt omfatter oppfinnelsen et verktøy for sentrering av et fåringsrør i et borehull, omfattende en rørseksjon for innsetting mellom to deler av foringsrø-ret, hvor det er satt inn et antall pressylindre (4) i boringer langs omkretsen av rørseksjonen. Pressylindrene er innrettet til å ekspanderes radialt ved hjelp av et trykk på innsiden av rørseksjonen. Verktøyet omfatter videre et ringstempel som løper i en ringsylinder i rørseksjonens vegg, et antall inntakskanaler som fører fra innsiden av rørseksjonen til en første side av ringstempelet, et antall trykkanaler som fører fra en andre side av ringstempelet (3) til hver pressylinder, samt midler for å hindre ringstempelet fra å gå fra en aktivert posisjon hvor pressylindrene er ekspandert tilbake til en inaktivert posisjon.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for bruk av verktøyet, slik det igjen fremgår av patentkravene.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen skal nå beskrives i detalj med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor:

Fig. IA er et langsgående snitt gjennom det oppfinneriske verktøyet,

Fig. IB viser en detalj ved det samme,

Fig. 2A er et tverrsnitt gjennom verktøyet, og

Fig. 2B viser en detalj ved det samme.

Detaljert beskrivelse

Fig. IA viser en utførelse av verktøyet i snitt. Verktøyet omfatter en rørseksjon, for eksempel en foringsrørkobling, hvor det er satt inn et antall pressylindre 4 langs omkretsen. Verktøyet føres ned i borehullet med pressylindrene 4 inntrukket. Når verktøyet er satt på plass blir sylindrene 4 ekspandert slik at de hver trykker ut en trykkplate eller sko 5 mot borehullsveggen. I en avviksbrønn vil foringsrøret ligge an mot borehullsveggen på undersiden. Når sylindrene trykkes ut vil foringsrøret løftes fri fra borehullsveggen på undersiden og sentreres i brønnen. I den etterføl-gende sementeringsprosessen vil sementen slippe til også på undersiden av røret og derved sikre en fullstendig innstøping.

Pressylindrene 4 manøvreres ved hjelp av trykk fra innsiden av foringsrøret. Trykket på innsiden av røret føres til et ringstempel 3 som ligger i en ringformet sylin-der i veggen på foringsrøret, se Fig. IA og B. Trykket føres til den ene siden av ringstempelet via inntakskanaler 14 som munner ut på innsiden av røret. På den andre siden av ringstempelet 3 er det en eller flere fjærer 8 som presser stempelet mot en øvre utgangsposisjon når det ikke er trykk på innsiden av røret. Fra undersiden av stempelet går det trykkanaler 7 til hver pressylinder 4. I trykkanalene 7 er det satt inn tilbakeslagsventiler 9. Rommet på undersiden av ringstempelet 3 inne-holder hydraulisk olje. I veggen på ringstemelet 3 er det et låsespor 13 som går rundt omkretsen av stempelet. Låsesporet er innrettet til å samvirke med haker 16 i veggen på ringsylinderen på undersiden av ringstempelets når det er i sin utgangsposisjon.

For å aktivere verktøyet må trykket innvendig i foringsrøret økes. Ringsylinderen 3 blir da presset nedover og vil trykke olje inn i pressylindrene 4 slik at de ekspanderes. Når ringstempelet presses nedover vil hakene 16 gå inn i låsesporet 13. Dette sikrer at stempelet ikke går tilbake når trykket innvendig i foringsrøret senere sen-kes igjen. Den samme funksjonen har i og for seg tilbakeslagsventilene 9. Oppfinnelsen kan således realiseres med enten tilbakeslagsventiler eller haker og låsespor, eller begge deler. Fig. 2A viser verktøyet i tverrsnitt. Trykksylindrene 4 ligger innfelt i veggen på rør-seksjonen nedenfor ringstempelet 3 som løper i en ringsylinder inne i veggen på rørseksjonen. Fig. 2B er et snitt gjennom et presstempel 4 med trykkplate 5. Stempelet er vist i sammentrukket tilstand (heltrukne linjer) og i uttrukket tilstand (stiplede linjer). Pressylindren 4 er teleskopisk og omfatter tre stempler 19, 20 og 21. Det ytterste stempelet 19 er ringformet og løper i en boring i rørseksjonens vegg. Det midterste stempelet 20 er likeledes ringformet og løper innvendig i det ytterste stempelet 19. Det innerste stempelet 21 løper inne i det midterste stempelet og bærer trykkpla-ten 5. Presstempelet 4 er festet i boringen med en festering 6.

Verktøyet har de følgende fordeler:

• Sentreringsverktøyet er integrert i fåringsrørkoblingene.

• I tillegg til at foringsrøreskoblingene skal forbinde rør lengdene så skal de også fungere som sentringsverktøy for fåringsrørene. • Sentreringsverktøyene blir kjørt i hullet i deaktivert posisjon. Dvs. at de ikke ut-gjør noen ekstra motstand som skraper og/eller graver seg ned i formasjonen i hull-banen. • Først når foringsrøret blir kjørt i hullet og plassert på riktig plass at sentrerings-verktøyet blir aktivisert med den funksjonen at foringsrøret blir hevet opp fra bunn av det horisontale borehullet og sentrert i borehullet, det vil da være en klaring mellom hullveggen og foringsrøret i hele lengden hvor det er montert sentreringsverk-tøy. • Sentreringsverktøyet blir aktivisert med trykk fra innsiden av foringsrøret, for eksempel kan en trykke opp foringsrøret til ca 50 bar. Det er frest ut et antall kanaler, for eksempel fem, fra innsiden av foringsrøret og inn til ringsylinderen over ringstempelet. (Ringsylinderen er frest ut i koblingen.) Trykket fra fåringsrøret trykker mot ringstempelet og ringstempelet presses ned og trykker hydraulikoljen som er fylt inn i kammeret under ringstempelet mot for eksempel 10-15 teleskopsylindere som er plassert i koblingen vendt utover, disse vil skyves ut omtrent 3-4 cm eller mer, og vil treffe borehullsveggen og dermed løfte og sentrere fåringsrøret i senter av borehullet. • Mellom ringsylinderen og oljekammeret er det boret en kanal på for eksempel 4 mm. I denne kanalen er det montert inn en enveisventil i hver kanal (her totalt 5 stk) slik at det ikke er mulig å fa noe tilbaketrykk mot ringsylinderen. I hvert kam-mer (her totalt 5 stk) er det montert inn to-tre stk teleskopsylindere som peker 90 grader ut fra fåringsrørveggen, disse vil presses ut ca 3-4 cm og vil treffe borehullsveggen og dermed skyve og sentrere fåringsrøret i hullveggen. • Det vil være flere teleskopsylindere, her fem par, fordelt likt rundt omkretsen av koblingen. • Det er også satt inn en PSV (sikkerhetsventil) i hver kanal slik at om teleskopsy-

linderne er i et trangt borehullfelt slik at de ikke er helt ute før trykket øker så vil PSVen blø av trykk over 70-80 bar for så å stenge igjen.

Uansett hullstørrelse (motstand) så vil ringstempelet bunne ut i ringsylinderen og treffe en mekanisk tetning.

Foreliggende oppfinnelse er beskrevet i en versjon som benytter trykket innvendig i foringsrøret til å aktivisere sentreringssylindrene. Det er imidlertid ikke noe i veien for å trekke en hydraulisk ledning ned til ringstempelet, og aktivisere sylindrene med trykk fra overflaten.

Henvisningstall benyttet i figurene:

1 Utvendig diameter. I tillegg kan det komme noen millimeter utvendig på trykkplater. Alt etter utformingen.

2 Innvendig diameter.

3 Ringstempel.

4 Pressylinder.

5 Trykkplate.

6 Festering for pressylinder.

7 Trykkanal fra undersiden av ringstempelet til pressylinder.

8 Fjær, for å holde ringstempelet i utgangsposisjon.

9 Tilbakeslagsventil.

10 Dyse. Denne er her for å få en tilnærmet lik gange på alle sylindre.

11 O-ringer, utvendig på ringstempel.

12 O-ringer, innvendig på ringstempel.

13 Låsering for å hindre ringstempel i å gå tilbake etter endt arbeidsoperasjon. Er dermed med på å holde pressylindrene aktivert. 14 Inntakskanal for trykkvæske. Mange kanaler med liten diameter er med på å forhindre at løpet inn til ringstempelet tettes av "uren" trykkvæske.

15 Plugg. Denne tetter hull som eventuelt må bores.

16 Ratchet-spor for låsering.

17 Hull i enden av ringstempel for plassering av nødvendig antall fjærer, jfr. henvisningtall 8.

18 Spor/hull, for innskruing av pressylinder.

19 Stempel nr. 1 i teleskopisk pressylinder.

20 Stempel nr. 2.

21 Stempel nr. 3.

Claims (5)

1. Verktøy for sentrering av et foringsrør i et borehull, omfattende en rørseksjon for innsetting mellom to deler av foringsrøret, et antall pressylindre (4) innsatt i boringer langs omkretsen av rørseksjonen, hvor presssylindrene er innrettet til å ekspanderes radialt ved hjelp av et trykk på innsiden av rørseksjonen, karakterisert vedet ringstempel (3) som løper i en ringsylinder i rørseksjonens vegg, et antall inntakskanaler (14) som fører fra innsiden av rørseksjonen til en første side av ringstempelet (3), et antall trykkanaler (7) som fører fra en andre side av ringstempelet (3) til hver pressylinder (4), midler for å hindre ringstempelet (3) fra å gå fra en aktivert posisjon hvor pressylindrene er ekspandert tilbake til en inaktivert posisjon.

2. Verktøy ifølge krav 1, hvor nevnte midler omfatter et låsespor (13) i ringstempelet (3) som samvirker med låsehaker (16) anordnet i ringsylinderens vegg og/eller tilbakeslagsventiler (9) anordnet i trykkanalene (7).

3. Verktøy ifølge krav 1, videre omfattende sikkerhetsventiler anordnet i hver trykkanal (7).

4. Verktøy ifølge krav 1, hvor hver pressylinder (4) er teleskopisk.

5. Fremgangsmåte for sentrering av et fåringsrør i et borehull, omfattende innsetting av en rørseksjon mellom to deler av foringsrøret, innføring av fåringsrøret med rørseksjonen i borehullet, påføring av et trykk på fåringsrørets innside, overføring av trykket til et antall pressylindre (4) anordnet i boringer langs omkretsen av rørseksjonen, radial ekspansjon av pressylindrene (4) slik at fåringsrøret sentreres,karakterisert vedat trekket med overføring av trykk omfatter at trykket på innsiden av fåringsrøret først påføres en første side av et ringstempel (3) som løper i en ringsylinder i rørseksjonens vegg, og påføres pressylindrene fra en andre side av ringstempelet.