NO319213B1 - Fremgangsmåte og anordning for styring av borevæsketrykk - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR STYRING AV BOREVÆSKETRYKK

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å styre borevæsketrykk. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for å styre borevæsketrykket i et undergrunns borehull ved boring av brønner fra en fast plattform til havs. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangs-måten.

Under borearbeider, for eksempel ved petroleumsutvinning, kan trykkhøyden av den borevæske som befinner seg i borehullet og opp til boreplattformen, medføre at væsketrykket i borehullets nedre parti blir for høyt.

For høyt borevæsketrykk kan medføre at borevæske påfører formasjonen som det bores i uønskede skader, for eksempel ved at borevæsken trenger inn i formasjonen.

Formasjonen kan også omfatte spesielle geologiske formasjoner (saltlag etc) som medfører at spesiell borevæske må brukes for å stabilisere formasjonen.

Ifølge kjent teknikk er det vanlig å redusere borevæskens egenvekt for å redusere trykket til et akseptabelt nivå. Det har i flere tilfeller vist seg vanskelig å redusere borevæskens egenvekt tilstrekkelig uten at borevæskens fysiske egenskaper, for eksempel viskositet, forandres i uakseptabel

grad.

Det er kjent å tynne ut borevæsken i et stigerør for å redusere borevæsketrykket, se US 6536540.

Ved boring fra flytende innretninger er det også kjent å redusere borevæsketrykket i brønnen og stigerørets vekt ved å pumpe borevæsken ut fra stigerøret på et høydenivå under havoverflaten. US patentene 4063602 og 4291772 omhandler således borefartøyer som er forsynt med en returpumpe for borevæske og hvor borevæsken pumpes ut av stigerøret like over havbunnen.

Det er ved anvendelse av kjent teknikk vanskelig å overvåke volumstrømmen i borehullet fordi f6ringsrørets, alternativt stigerørets, ringrom over borefluidet er gassfylt, typisk med luft. Dette gassfylte ringrom kan fylles eller tømmes for borevæske uten at det enkelt kan observeres.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste en 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.

Når det bores fra faste plattformer (boreanordninger) drives først et lederør (Conductor) ned i havbunnen. Ved boring av et borehull fra en fast boreanordning pumpes borevæske gjennom en borestreng og ned til et boreverktøy. Borevæsken har flere funksjoner hvorav en er å transportere borekaks ut av borehullet. En effektiv borekakstransport betinger at borevæsken er relativt viskøs.

Borevæsken strømmer tilbake i ringrommet mellom borehullsveg-gen, ovennevnte foringsrør og borestrengen, og opp til boreriggen hvor borevæsken renses og vedlikeholdes før den igjen pumpes ned i borehullet. Dette vil i mange tilfelle medføre uønsket trykkhøyde.

Ved å kople en pumpe til f6ringsrøret nær havbunnen som nevnt ovenfor, kan den tilbakestrømmende borevæske pumpes ut av ringrommet og opp til boreriggen. Ifølge oppfinnelsen fylles det volum av ringrommet som befinner seg over borevæsken med et stigerørsfluid. Stigerørsfluidets densitet er fortrinnsvis mindre enn borevæskens densitet.

Borevæsketrykket ved havbunnen kan styres fra boreriggen ved a velge innløpstrykk til pumpen. Væskesøylehøyden H1 av borevæske over havbunnen er avhengig av det valgte innløpstrykk til pumpen, borevæskens densitet og stigerørsfluidets densitet idet innløpstrykket P til pumpen er lik:

Hvor yb er borevæskens densitet, H2 er væske søylehøyden av stigerørsfluidet og y, er stigerørsfluidets densitet.

Hj og H3 utgjør.til sammen stigerørspartiets lengde fra havbunnen og opp til boreriggens dekk.

Ved at ringrommet i foringsrøret er fylt med et stigerørs-fluid kan det hele tiden holdes volumkontroll med det fluid som strømmer inn i og ut av borehullet. Det er således relativt enkelt å oppdage for eksempel at borevæske strømmer inn i boreformasjonen.

Det er videre mulig å opprettholde et i hovedsak konstant borevæsketrykk ved havbunnen også når borevæskens densitet forandres.

Ved å velge et endret innløpstrykk til pumpen vil høydene ^ og H2umiddelbart endre seg i forhold til det nye trykket.

Det er om ønskelig mulig å anordne uttaket fra ringrommet og til pumpen på et høydenivå lavere enn havbunnen ved å kople et første pumperør til ringrommet på et høydenivå under havbunnen .

For å hindre at borevæsketrykket ikke overstiger et akseptabelt nivå for eksempel ved pumpestopp, kan stigerøret for-synes med en dumpeventil. En dumpeventil av denne art kan reguleres til ved et bestemt trykk å åpne for utstrømning av borevæske til havet.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket fremgangsmåte og anordning som er anskuelig-gjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en fast borerigg som er forsynt med en pumpe for den returnerende borevæske, hvor pumpen er koplet til stigerørspartiet nær havbunnen, og hvor stigerørspar-tiet er fylt med et fluid med en i forhold til borevæsken ulik densitet; og Fig. 2 viser det samme som fig. 1, men her fyller borevæsken en større andel av stigerørspartiet.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en fast borerigg omfattende en bærende struktur 2, et dekk 4 og et boretårn 6. Den bærende struktur 2 er anbrakt på havbunnen 8 og rager oppover til over havoverflaten 10.

Et stigerørsparti 12 av et foringsrør 14 forløper fra havbunnen 8 og opp til dekket 4, mens f6ringsrøret 14 forløper videre ned i et borehull 15. Stigerørspartiet 12 er forsynt med nødvendige ikke viste brønnhodeventiler.

En borestreng 16 rager fra dekket 4 og ned gjennom foringsrø-ret 14.

Et første pumperør 17 er via en ventil 18 koplet til stige-rørspartiet 12 nær havbunnen 8, og pumperøret 17 er i sitt motstående endeparti koplet til en pumpe 20 som er anbrakt nær havbunnen 8. Fra pumpen 20 forløper et andre pumperør 22 opp til en oppsamlingstank 24 for borevæske på dekket 4.

En tank 26 for et stigerørsfluid kommuniserer med stige-rørspartiet 12 via et forbindelsesrør 28 ved dekket 4. For-bindelsesrøret 28 er forsynt med en ikke vist volummåler. Stigerørsfluidet har fortrinnsvis "en densitet som er mindre enn borevæskens densitet.

Pumpen 20 får sin energitilførsel via en ikke vist kabel fra boreriggen 1 og trykket ved pumpens 20 innløpsside velges fra boreriggen 1. Pumpen 20 kan eventuelt også drives hydraulisk ved hjelp av olje som sirkuleres tilbake til boreriggen eller ved hjelp av vann som dumpes til sjøen.

Borevæske pumpes på i og for seg kjent måte ned gjennom bores trengen 16 og returnerer til dekket 4 via et ringrom 30 mellom fdringsrøret 14 og borestrengen 16. Når pumpen 20 startes, returneres borevæsken fra ringrommet 30 via pumpen 20 og til oppsamlingstanken 24 på dekket 4.

Stigerørsfluid ledes fra tanken 26 og inn i ringrommet 30 i stigerørspartiet 12. Væskesøylehøyden Hx- av borevæske over havbunnen 8 stiller seg inn i forhold til det valgte innløps-trykk til pumpen 20 slik det er beskrevet i beskrivelsens ge-nerelle del.

Volumet av stigerørsfluid som strømmer inn i og ut av tanken 26 overvåkes slik at det kan holdes kontroll med for eksempel om borevæske forsvinner inn i brønnformasjonen, eller at det strømmer gass eller væske fra formasjonen og inn i systemet.

Oppfinnelsen muliggjør ved hjelp av enkle midler at det oppnås en vesentlig reduksjon i borevæskens trykk i borehullet 15.

Fig. 2 viser en tilstand hvor det er valgt et høyere innløps-trykk til pumpen, og hvor fluidsøylehøydene Hj og H2

derved har endret seg i forhold til den tilstand som er vist i fig. 1.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å styre borevæsketrykket under boring til havs hvor borevæske pumpes ned i et borehull (15) og deretter strømmer tilbake til en borerigg (1) via borehullets (15) forede og/eller uforede partier og et foringsrør (14) , og hvor borevæsketrykket styres ved å pumpe borevæske ut av fåringsrøret (14) nær havbunnen, karakterisert ved at f6ringsrørets (14) ringrom (30) over borevæsken fylles med et stigerørsfluid med en densitet som er lavere enn borevæskens densitet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at volumet av stigerørsfluid som strømmer inn i og ut av ringrommet (30) overvåkes.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at volumet av borevæske og stigerørsfluid som strømmer inn i og ut av ringrommet (30) sammenlignes med det borevæskevolum som tilføres borehullet (15) via en borestreng (16).

4. Anordning for å styre borevæsketrykket under boring til havs hvor borevæske pumpes ned i et borehull (15) og deretter strømmer tilbake til en borerigg (1) via borehullets (15) forede og/eller uf6rede partier og et f6ringsrør (14), og hvor borevæsketrykket styres ved å pumpe borevæske ut av fSringsrøret (14) nær havbunnen, karakterisert ved at fåringsrørets (14) ringrom (30) over borevæsken er fylt med et stigerørsfluid med en densitet som er lavere enn borevæskens densitet.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved at ringrommet (30) er kommuniserbart koplet til en tank (26) på boreriggen (1) ved hjelp av et forbindelses-rør (28), idet forbindelsesrøret (28) er forsynt med vo-lummåleutstyr.