NO318536B1 - Bronnventil og fremgangsmate for samtidig bronnproduksjon og bronninjeksjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en brønnventil og en fremgangsmåte for samtidig brønnproduksjon og brønninjeksjon, ifølge kravinnledningene.

Økonomiske forhold og tendenser har tvunget selskaper og teknologer involvert i undersøkelser for produksjon av petroleum til å søke nye fremgangsmåter for kostreduksjon. En slik kostnad er den som oppstår under selve boringen av brønnene gjennom hvilke petroleum blir produsert, eller vann injisert til å opprettholde reservoartrykket som driver petroleum mot overflaten. Fremgangsmåter ifølge tidligere teknikk for utnyttelse av reservoarer krever boring av et antall brønner av hvilke det er to slag. Produksjonsbrønner gjennom hvilke hydrokarboner blir overført til overflaten for senere prosessering, markedsføring og salg, og injeksjonsbrønner gjennom hvilke passende behandlet vann blir tvunget under trykk inn i vannreservoaret som understøtter oljereservoaret, og dermed opprettholde reservoartrykket når petroleum bli fjernet. Produksjonsbrønner blir ofte senere omformet til injeksjonsbrønner når reservoarforholdene endrer seg under utnyttelsen.

Viktigheten av å opprettholde reservoartrykket er at det maksimaliserer ytelsen av hydrokarboner. Skulle dette trykke tillates å falle gjennom kortsiktig overproduksjon, kan strømningsmengdene til overflaten bli redusert, og gass vil utvikles fra væskene. Disse gassene er mer mobile enn de tyngre og mer verdifulle hydrokarboner og skal produseres preferensielt til de væsker som kan være igjen i reservoaret.

Det nye trekk ved denne oppfinnelse er vist mot bakgrunnen av dens anvendelse i den detaljerte beskrivelse som følger, og i forbindelse med tegningene, hvor figur 1 viser et oppriss i snitt av en brønn boret gjennom et oljebærende reservoar inn i vannreservoaret umiddelbart nedenfor, figur 2 viser produksjonsinjeksjonskomplettering nede i borehullet, og viser alle de viktige tekniske og geologiske trekk, figur 3 viser brønnventilen og tilhørende utstyr som muliggjør samtidig produksjon og injeksjonsoperasjoner, figur 4 viser utførelsen av utstyr for boreoperasjoner gjennom brønnventilen.

Figur 1 er et oppriss i snitt av en brønn 1 boret gjennom et oljebærende reservoar 2 inn i vannreservoaret 3 umiddelbart nedenfor. Brønnen er vist som avvikende, siden slike produksjonsinjeksbrønner typisk skal søke å maksimalisere avstanden mellom injeksjonsperforeringene og produksjonsperforeringene for å hindre eller minimalisere effekten som er kjent som "koning", et fenomen hvor vann blir tiltrukket til produksjonsperforeringene, og dermed for tidlig å øke vannblandingen i de produserte fluida. Avvik, profil og perforeringsposisjoner skal etableres av reservoaerksperter ved bruk av geologiske og petrofysiske data.

Injeksjonsperforeringer 4 tillater inntrenging under trykk av injeksjonsvann inn i vannreservoaret nedenfor petroleumsreservoaret. Produksjonsperforeringene 5 i den oljebærende formasjon tillater innadgående strømning av petroleum inn i det aktive ringrom og opp til brønnventilen. For korthet, viser illustrasjonen en offshoreplattform 6 ved begynnelsen av brønnen. Olje-vannkontakten 7 er grensesnittet mellom hydrokarbonreservoaret og vannreservoaret. Figur 2 viser en produksjonsinjeksjonskomplettering. Injeksjonsrørstrengen 8 strekker seg fra brønnventilen (ikke vist) gjennom pakningen 9 og inn i et område av brønnen i nærheten av injeksjonsperforeringene 4. Pakningen sikrer at injiserte og produserte fluida er isolert fra hverandre. Lengre opp i brønnen er det produksjonsperforeringer 5 gjennom hvilke hydrokarboner entrer det aktive ringform. Plasseringen av både injeksjons- og produksjonsperforeringene skal være avhengig av faktorer som gjelder hver individuell brønn spesielt: lokalisering av olje-vannkontakt 7, avviksvinkel for brønnen, lokalisering av feil og frakturer, gjennomtrengelighet i formasjonen. En foringsrørstreng 10 nede i borehullet strekker seg fra bunnen av brønnen til den posisjon typisk 100-200 m målt lengde ovenfor skoen for overflateforingsrøret. Foringsrørstrengen, som er helt innstøpt i sement 11, har en tettende mottaker 12 plassert ved og festet på sin øvre ende. Inni denne mottaker er det ført en produksjons-plattformrørstreng 13, viss nedre ende er forseglet i mottakeren. Den tettende mottaker kan tillate bevegelse av produksjonsplattformrøret på grunn av varme- og trykkvirkninger mens det opprettholder en fullt funksjonerende tetning. En ringformet sikkerhetsventil 14, om nødvendig installert på overflateforingsrøret 15 ved en posisjon ovenfor nivået av sementen gir beskyttelse for det passive ringrom i hvilket trykk kan endre seg om kombinasjonen av produksjonsplattformrøret og foringsrøret nede i borehullet utvikler en lekkasje. En ringformet sikkerhetsventil 16 sikrer at hydrokarbonproduksjon stopper i tilfelle en nødsituasjon på grunn av dens nærhet til det aktive ringrom. Sikkerhetsventil 17 under overflaten, om nødvendig installert i rørstrengen, stenges også i tilfelle en nødsituasjon, og hindrer injisering av vann inn i vannreservoaret, eller alternativt stopper produksjonen av hydrokarboner fra hydrokarbonreservoaret. Figur 3 viser brønnventil anordningen for en komplettert brønn. Brønnventil blokken 18 har to profiler, nedre og øvre, i hvilke er koplet produksjonsplattformrørhengeren 19 og injeksjonsrørhengeren 20. Hengerne har deres tilhørende pakninger 21 og 22 for å sikre isolasjon av de transporterte fluida. I injeksjonsrørhengeren er det installert en plugg 23 som fjernes i tilfelle overhaling. Kronepluggene 24 er installert i bestemte profiler i den øvre ende av treblokken. Både de øvre og nedre eksterne ender av treblokken har profiler maskineri til å muliggjøre mekanisk forbindelse med hhv en boresikkerhetsventil (BOP) 25 og brønnhodet 26. Ventiler er essensielle elementer i systemet. Mekanisk festet på eller integrert med treblokken, er det ventilblokker 27 og 28 som tillater å styre strøm av produksjonsfluida opp, eller injeksjonsfluida ned, rørhullet, og produksjonsfluida opp det aktive ringrom. Figur 4 viser situasjonen etter at produksjonsplattformforingsrørhengeren er satt inn i brønnventilen nedre rør. En rørbeskytter 29, som fjernes etter komplettering av all boring, beskytter de tettende overflater for senere installerte hengere. Fremgangsmåter ifølge tidligere teknikk har installert brønnhodet og overflateforingsstrenger.

Et eksempel på et foringsprogram til hvilke oppfinnelsen er anvendbar vil det være en overflatestreng på 273 mm x 244,5 mm til omkring 4 000 m målt dybde, en borehullsforing på 177,8 mm fra ca 3 900m til 5 000m målt dybde, og en produksjonsplattform-streng på 193,7 mm. Injeksjonsrøret med 127 mm diameter ville . rekke til ca 4 800 m. Det er sannsynlig at brønnen ville være meget avvikende og at foringsprogrammet ville bli justert til 193,7 mm x 127 mm med pakningen satt umiddelbart ovenfor krysningen. 127 mm-seksjonen ville være røret for injeksjonsfluid fra 127 mm, og brønnen er nå en etthullstype for operasjonsfordeler. Perforeringsprogrammet for høyt avvikende brønner kan kreve at injeksjonsperforeringer blir utført med spolet rør.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer flere fordeler over tidligere teknikk. Det er vanlig praksis at dediserte injeksjonsbrønner bores for å understøtte et hydrokarbonreservoar hvor et passende vannreservoar er til stede. Det er flere eksempler hvor kortsiktig og forhastet produksjon av reservoarer har redusert reservoarets trykk til under brukbarheten, med senere kostbare skritt tatt for å gjenopprette trykket gjennom vanninjeksjon. Denne oppfinnelse, hvis benyttet ved begynnelsen av utviklingsprogrammet, sikrer opprettholdelse av reservoartrykket uten ytterligere borekostnader. Denne oppfinnelse er anvendelig til reservoarer hvor vanninjeksjonen er mulig og ønsket på basis av geologiske og petrofysiske faktorer. For eksempel ville det ved bruk av systemet bare kreves tolv brønner i et tilfelle hvor et feltutviklingsprogram skal dekke tolv produksjonsbrønner og åtte injeksjonsbrønner. Kostnadsbesparelsene i boreprogrammet er i størrelsesorden 40% for et slikt felt. Brønnventilen muliggjør implementering av brønnene, og er uunnværlig for minimalisering av kapital- og operasjonskostnader.

Eksempler på modifikasjoner omfatter blant annet: fjerning av den øvre skulder på brønnventilen og tilkopling av rørhengeren på produksjonsplattformsrørhengeren, deling av treblokken i to separate spoler for hengeutstyr. Det er videre påtenkt: i) at injeksjonsfluidet kan injiseres direkte inn i hydrokarbonreservoaret istedenfor i det støttende vannreservoar i hovedsak når gjennomtrengeligheten av vannreservoarformasjonen er meget lav i forhold til oljereservoarformasjonen, ii) at gassløfteoperasjoner kan påvirkes ved å omfatte passende spindler i produksjonsplattformsrørstrengen, som tillater gass å entre det aktive ringform fra det hittil passive ringrom, og iii) at passende pumper under overflaten som bruker injeksjonsfluid som drivfluid som passerer gjennom vannreservoaret, kunne benyttes for å forbedre produksjon av hydrokarboner.

Claims (20)

1. Brønnventil omfattende prinsipielt tre blokker, ventiler, plugger, to røroppheng og brønnhodekoplinger for plassering og mekanisk tilkopling til et brønnhode for installasjon foringsrørstrenger for en komplettert brønn når i bruk for samtidig produksjon av hydrokarboner fra et reservoar og vanninjeksjon i et vannførende sjikt derunder i en enkelt boret brønn eller separat og samtidig produksjon av hydrokarboner fra valgte sektorer i et reservoar eller et tilstøtende reservoar, i en enkelt boret brønn, karakterisert ved at hver strøm med produserte hydrokarboner eller både de produserte hydrokarboner og det injiserte vannet strømmer gjennom brønnventilen, at brønnventilen er av typen for plassering på overflate eller på bunnen og har indre profiler for mottak av henger- og tetningsutstyr for to konsentriske rørstrenger og strømningskontrollporter for de resulterende ringrom og sentralboringen, og at det ytterligere er innrettet for plassering og tilkopling av en utblåsingssikring på den øverste ytre profilen.

2. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at en profil er plassert intemt i den nedre seksjon av brønnventilens legeme på hvilken profil er montert, festet og tettet en henger for en ytre rørstreng.

3. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre profil er plassert inne i den sentrale seksjon av brønnventil ets legeme, på hvilken profil er montert, festet og forseglet en henger for en innvendig rørstreng.

4. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at en ytterligere profil er plassert internt i den øvre seksjon av brønnventil ets legeme, på hvilken profil er montert, festet og tettet en eller flere plugger eller hettemekanismer.

5. Brønnventil ifølge krav 3, karakterisert ved at den indre rørhenger er plassert på den tidligere installerte ytre rørhenger.

6. Brønnventil ifølge krav 2, karakterisert ved at den ytre rørhenger henger fra en rørstreng som er forbundet med en produksjonsplattform-mottaker plassert på den øvre ende av et forinstallert foringsrør.

7. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at to separate ventilsystemer er festet på eller integrert med brønnventil ets legeme.

8. Brønnventil ifølge krav 7, karakterisert ved at den øvre ventilblokk gir fluidene tilgang til eller utgang fra, tomrommet mellom de nevnte plugger og den nevnte indre rørhenger og påmonterte rørstreng som strekker seg ned i borehullet.

9. Brønnventil ifølge krav 7, karakterisert ved at den nedre ventilblokk gir fluidene tilgang til eller utgang fra tomrommet mellom den nevnte indre rørhenger og den ytre rørhenger, og det ringrom som dannes ved de rørstrenger som er respektivt festet på dem.

10. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningskontrollporten til ringrommet, som utformet ved den ytre rørstreng som en indre overflate og foringsrørstrengen som en ytre overflate, er tilpasset for gassløftoperasjoner.

11. Brønnventil ifølge krav 1, karakterisert ved at brønnventil blokken er delt i separate spoler for henging og tetningsutstyr.

12. Fremgangsmåte for samtidig men separat produksjon av hydrokarboner fra sektorer av et reservoar i en enkelt boret brønn, og for samtidig eller enkeltvanninjeksjon i et underliggende vannreservoar og hydrokarbonproduksjon fra det nevnte reservoar, også i en enkelt boret brønn, muligens den samme brønn som den førstnevnte etter omforming av den nedre seksjon fra hydrokarbonproduksjon til vanninjeksjon, ved a) å bore et mål-awikende primært brønnhull gjennom et hydrokarbonreservoar, b) å oppnå den ønskede awiksvinkel fra vertikalen, og å fortsette å bore primært brønnhull til sektorer av reservoarer forskjøvet fra den første sektor ment for produksjon, c) å bore videre gjennom reservoaret inn i det underliggende vannreservoar, d) å kjøre et foringsrør i brønnhullet og å sementere det på plass, karakterisert ved e) å kjøre og installere en rørstreng som forbindes med en produksjonsplattformmottaker plassert på den øvre ende av foringsrøret, hvor røret henger fra dets henger som er installert i den nedre profil av brønnventil et, f) å perforere foringen ved intervaller som nødvendig for å utvikle program osv, hvor perforeringene er satt ved intervaller i reservoaret, g) å kjøre og installere en annen rørstreng og å sette pakningen nedenfor i eksisterende perforeringer, hvor denne andre rørstreng henger fra en rørhenger som er installert i den sentrale profil av brønnventil et, h) videre perforering i foringsrørseksjonen nedenfor pakningen, hvor disse perforeringene fortrinnsvis er plassert i det underliggende vannreservoar eller like ovenfor olje-vannkontakten.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at hydrokarboner blir produsert opp til ringformet utforming av den indre og den ytre rørstreng, mens produserte fluida strømmer det nedre ventilsystem.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at hydrokarboner blir produsert opp til rørstrengen, mens produserte fluida strømmer gjennom det øvre ventilsystem.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at injeksjonsfluida blir pumpet ned i den indre rørstreng og injisert i vannreservoaret.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den omfatter samtidig fremgangsmåtene ifølge krav 13 og krav 14.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at den omfatter samtidig fremgangsmåtene ifølge krav 13 og krav 15.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at den kronologiske rekkefølge av hendelser e) til h) er utsatt for variasjon.

19. Fremgangsmåte ifølge kravene 13, 16 og 17, karakterisert ved at ringromproduksjonen av hydrokarboner er assistert ved gassløft, hvor gass som entrer produksjonsringrommet fra det passive ringform gjennom gassløftspindler som er passende plassert i produksjonsplattformsrørstrengen.

20. Fremgangsmåte ifølge kravene 13, 16 og 17, karakterisert ved at ringromproduksjonen av hydrokarboner er assistert ved pumpe nede i borehullet, som bruker injeksjonsfluida pumpet ned i røret som drivfluid for ringromrotoren som frembringer ytterligere løft til hydrokarbonene i ringrommet, hvor injeksjonsfluidet kommer ut gjennom pumpen på vei til injeksjonsperforeringene.