NO324007B1

NO324007B1 - Fremgangsmate og anordning ved fluidfortrengning

Info

Publication number: NO324007B1
Application number: NO20044711A
Authority: NO
Inventors: Tom Unsgaard; Steffen Eversen
Original assignee: Hpi As
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2007-07-30
Also published as: US7610963B2; GB2435580A8; CA2588840C; GB2435580B8; GB2435580B; GB0709998D0; US20080173446A1; NO20044711L; CA2588840A1; WO2006052139A1; GB2435580A; NO20044711D0

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for fortrengning av et første fluid ved hjelp av et andre fluid i et borehull (1) i grunnen hvor det andre fluid under fortrengningen holdes atskilt fra det første fluid, idet et ekspanderbart roms (22) volum, hvor det andre fluid skal befinne seg etter fortrengningen, økes under innstrømming av det andre fluid.

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fluidfortrengning. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte ved fortrengning av et første fluid ved hjelp av et andre fluid i et borehull i grunnen hvor det andre fluid befinner seg i det minste i ett av et pumperør og et innfø-ringsrør, og hvor det andre fluid bringes til, via innstrøm-ningsåpninger i innføringsrøret, å strømme inn i et ekspanderbart rom som befinner seg mellom innføringsrøret og et borehull. Det ekspanderbare rom avgrenses av et første stempellegeme og et andre stempellegeme hvorav minst ett av stempellegemene er forskyvbart og forsynt med minst én gjen-nomstrømningsåpning. Innføringsrøret og pumperøret koples til en kabel eller en brønntraktor, idet det andre fluid, etter at innføringsrøret og pumperøret er forskjøvet inn i borehullet, pumpes inn i det ekspanderbare rom ved hjelp av en aktuator. Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Med fluid menes i denne sammenheng enhver form for flytende eller pumpbart materiale som for eksempel petroleum, bore-væske, sement, betong eller limgrus.

I det etterfølgende tas utgangspunkt i sementeringsarbeider i et borehull i grunnen, idet de utfordringer som forekommer i forbindelse med slike sementeringsarbeider på en fyllestgjø-rende måte representerer de forhold som opptrer under kont-rollert fortrengning av et fluid fra et begrenset område i for eksempel en brønn.

Sementeringsarbeider i et borehull i grunnen kan omfatte stø-ping av en plugg i et foret eller uforet brønnparti, for eksempel for å kunne bore et nytt borehull som avviker fra et første borehull, eller for å sette en betongplugg for derved hydraulisk å isolere en brønnseksjon fra en annen.

Ifølge kjent teknikk må det under slike arbeider pumpes en relativt stor mengde sement ned i brønnen og dette fortrinns-vis samtidig med at pumperøret trekkes tilbake. Pumperøret kan utgjøres av et borerør eller et kveilrør.

Det er som oftest usikkert om brønnboringen etter sementer-ingsoperasjonen i tilstrekkelig grad er fylt med betong eller sement ved anvendelse av kjent teknikk. Ofte vil det fluid som befinner seg i en andel av eksempélvis en horisontal brønnboring ikke fortrenges helt når brønnboringen skal se-menteres. Typisk fyller betongen det meste av hulltverrsnit-tet mens det over betongen befinner seg en åpning som er forårsaket av mangelfull fortrengning av brønnfluidet.

I en vertikal boring er det en tendens til at deler av betongen synker, og derved bytter plass med annet fluid i borehullet. En betongplugg i et vertikalt borehull vil således ofte omfatte flere relativt porøse og kanskje også usammen-hengende pluggpartier.

SU-patent 740935 beskriver et verktøy som er innrettet til å kunne forskyves ned i et borehull, og hvor et rør er omkran-set av to stempler hvorav ett er forskyvbart langs røret. Stemplene holdes i en uaktivert posisjon av en støttehylse. Når stempelenes tetninger skal aktiveres mot borehullveggen, forskyves støttehylsen ut fra stemplene, hvoretter fluid kan pumpes inn i ringrommet mellom stempelene, røret og borehullsveggen. Dokumentet anviser ingen løsning for anvendelse av det nevnte utstyr i forbindelse med kabel- eller brønn-traktorarbeider.

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.

En fremgangsmåte for å fortrenge et første fluid ved hjelp av et andre fluid i et borehull i grunnen kan realiseres ved at det andre fluid under fortrengningen i hovedsak holdes atskilt fra det første fluid, idet et ekspanderbart roms volum hvor det andre fluid etter fortrengningen skal befinne seg, økes under innstrømming av det andre fluid.

Det ekspanderbare rom befinner seg typisk i et ringrom mellom en brønns formasjonsvegg og et innføringsrør. Det ekspanderbare rom avgrenses således av minst én membran og innføringsrøringsrøret, idet membranen under

fluidutstrømningen legger seg ut mot formasjonsveggen.

Med membran menes i denne sammenheng et tett eller delvis gjennomstrømbart materiale. Det andre fluid kan være oppblan-det med fluid som er innrettet til helt eller delvis å kunne passere gjennom membranen.

Alternativt kan det ekspanderbare rom avgrenses av et i borehullet seg befinnende foringsrør samt de nevnte membraner og innføringsrøret.

I en fortrukket utførelsesform omkranses innføringsrøret ved sitt inn i borehullet ragende endeparti av et første fast og et andre forskyvbart stempellegeme. Stempellegemene er forsynt med gjennomstrømningsåpninger i innføringsrørets lengde-retning, idet gjennomstrømningsåpningene bevirker at fluid kan strømme forbi legemene under forskyvning av innføringsrø-ret i brønnen og under sirkulasjon gjennom innføringsrøret.

Stempellegemene er forsynt med pakningslignende membraner som omkranser innføringsrøret, og som under forskyvning av innfø-ringsrøret i brønnen befinner seg i en sammenslått uvirksom stilling.

Når det andre fluid bringes til å strømme inn mellom de to stempellegemer, løses membranene ut og tetter derved forings-røret eller brønnveggen. Ved ytterligere innstrømning av det andre fluid mellom de stempellignende legemer forskyves det andre stempellegemet langs innføringsrøret samtidig som stempellegemet fortrenger det første fluid.

Det andre stempellegemet kan med fordel forsynes med en ren-seanordning, for eksempel en skrape, som fjerner urenheter fra foringsrøret under forskyvningen langs innføringsrøret.

I en alternativ utførelsesform kan en membran under forskyvning av innføringsrøret inn i brønnen befinne seg omkransende innføringsrøret, idet membranen er innrettet til å kunne legge seg ut mot formasjonsveggen når den fylles av det andre fluid.

Typisk anbringes en ønsket mengde av det andre fluid i et pumperør som kommuniserer med innføringsrøret. Det andre fluid forskyves ned til innføringsrøret bak et mot pumperøret og innføringsrøret forskyvbart tettende første ventillegeme. Det første ventillegemet er innrettet til å kunne tette mot et første ventilsete i innføringsrøret.

Bak den ønskede mengde av det andre fluid forskyves et mot pumperøret tettende andre ventillegeme som er innrettet til å kunne tette mot et andre ventilsete. Det andre ventilsetet befinner seg typisk i innføringsrørets mot pumperøret vennende endeparti.

Det andre fluid pumpes, etter at det første ventillegemet har stengt det første ventilsetet, inn i det ekspanderbare rom via innstrømningsåpninger i innføringsrørets rørvegg.

Etter at ønsket mengde av det andre fluid har strømmet inn i det ekspanderbare rom, kommer det andre ventillegemet til tettende anslag mot det andre ventilsetet.

Ved å øke trykket i pumperøret kan innstrømningsrøret frigjø-res fra pumperøret. Innstrømningsrøret kan derved etterlates i borehullet hvor det, fremdeles fylt av det andre fluid, ut-gjør en del av en betongplugg i borehullet når det andre fluid utgjøres av betong.

Fremgangsmåten kan tilpasses anvendelse sammen med et kveil-rør idet det første og det andre ventillegemet kan befinne seg i innstrømningsrøret under transporten ned i borehullet, hvoretter de løses ut og tetter ved hjelp av signal fra overflaten. Som et alternativ kan sementen under transporten ned i borehullet befinne seg i en beholder mellom kveilrøret og innstrømningsrøret.

Oppfinnelsen kjennetegnes ved at den er tilpasset anvendelse under kabeloperasjoner (wireline) hvor innstrømningsrøret omfatter nødvendige aktuatorer for å pumpe det andre fluid inn i det ekspanderbare rom. I denne utførelsesform er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også velegnet for anvendelse sammen med en brønntraktor.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en anordning for fluidfortrengning ifølge oppfinnelsen hvor et første ventillegeme etterfulgt av et andre fluid er underveis inn i et innføringsrør; Fig. 2 viser anordningen i fig. 1 etter at det første ventillegemet er tettende anbrakt i et første ventilsete og en andel av det andre fluid har strømmet inn i et ekspanderbart rom, idet et andre stempellegeme er under forskyvning i et ringrom mellom innføringsrøret og borehullsveggen; Fig. 3 viser det samme som i fig. 2, men her er fluidfor-trengningen utført idet et andre ventillegeme er tettende anbrakt i et andre ventilsete; Fig. 4 viser anordningen etter at pumperøret er koplet fra innføringsrøret; Fig. 5 viser i større målestokk et utsnitt fra fig. 1; Fig, 6 viser i større målestokk et utsnitt av fig. 2; og Fig. 7 viser i større målestokk en alternativ utførelsesform hvor en slangeformet membran omkranser innføringsrøret.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et uforet borehull i grunnen hvor det er anbrakt et innføringsrør 2. Borehullet 1 kan like gjerne være foret. Borehullet er på tegningene vist i vertikal stilling, men fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen er minst like velegnet når borehullet inntar en vinkel i forhold til den vertikale retning. Innføringsrøret 2 kommuniserer med et pumperør 4 og er løs-bart koplet til pumperøret 4 ved hjelp av brytepinner 6. Pum-perøret 4 forløper i denne utførelsesform opp til overflaten.

Innføringsrøret 2 er ved sitt innover i borehullet 1 vennende endeparti forsynt med et første ventilsete 8, og med et andre ventilsete 10 nær sitt motstående endeparti. Det andre ventilsetets 10 gjennomstrømningsåpning har større diameter enn det første ventilsetets 8 gjennomstrømningsåpning.

Omkransende innføringsrøret 2 er det anordnet et første fast stempellegeme 12 som er forsynt med en første membran 14, se fig. 5. Et andre langs innføringsrøret 2 forskyvbart stempellegeme 16 er forsynt med en andre membran 18. Membranene 14 og 18 vender mot hverandre og er i sin uvirksomme stilling, for eksempel når innføringsrøret 2 er under forskyvning i borehullet 1, trukket tilbake fra borehullets 1 vegg.

Membranene 14 og 18 er innrettet til i sin virksomme stilling å ligge tettende an mot borehullets 1 vegg, se fig. 6.

Stempellegemene 12 og 16 er forsynt med gjennomstrømningsåp-ninger 20 hvor det første fluid kan strømme gjennom under innføringsrørets 2 forskyvning i borehullet 1 og under sirkulasjon av fluider i borehullet 1.

Rommet mellom de to membraner 14 og 18 utgjør et ekspanderbart rom 22, idet rommet 22 kommuniserer med innføringsrøret 2 via en innstrømningsåpning 24 i innføringsrørets 2 rørvegg. Innstrømningsåpningen 24 befinner seg mellom ventilsetene 8 og 10.

En stopperring 26 som er innrettet til å kunne begrense det andre stempellegemets 16 forskyvning langs innføringsrøret 2, er omkransende fast forbundet til innføringsrøret 2.

Når det første fluid skal fortrenges fra et ringrom 28 som befinner seg mellom borehullet 1 og innføringsrøret 2, forskyves et første ventillegeme 30 inn i pumperøret 4 og videre inn i innføringsrøret 2. Det første ventillegemet 30 tetter mot pumperørets 4 og innføringsrørets 2 rørvegger og er innrettet til tettende å kunne anbringes i det første ventilsetet 8. Det første ventillegemet 30 er dimensjonert slik at det kan passere gjennom det andre ventilsetet 10.

Like bak det første ventillegemet 30 anbringes en bestemt mengde av det andre fluid. På tegningene er det andre fluid illustrert ved hjelp av prikker.

Påfølgende det andre fluid forskyves et andre ventillegeme 32 i pumperøret 4 og inn i innføringsrøret 2. Også det andre ventillegemet 32 tetter mot de respektive rørvegger og er innrettet til tettende å kunne anbringes i det andre ventilsetet 10.

De to ventillegemer 30 og 32 sirkuleres sammen med det mellom ventillegemene seg befinnende andre fluid innover i pumperø-ret 4 og videre inn i innføringsrøret 2, se fig. 1.

Når det første ventillegemet 30 kommer til anslag mot det første ventilsetet 8, strømmer det andre fluid gjennom ut-strømningsåpningen 24 og inn i det ekspanderbare rom 22. Det andre stempellegeme 18 forskyves derved langs innføringsrøret 2, idet den første og den andre membran 14 og 18 legger seg tettende ut mot borehullets 1 vegg. Det første stempellegemet 12 er forbundet til innføringsrøret 2 og forblir i ro, se fig. 2 og 6. Det andre fluid fortsetter å strømme inn i det ekspanderbare rom 22 inntil det andre ventillegemet 32 kommer til anslag mot det andre ventilsetet 10, se fig. 3.

Ved ytterligere å øke trykket i pumperøret 4 brytes brytepin-nene 6, hvorved pumperøret 4 frakoples innføringsrøret 2. Den andre membran 18 har under sin forskyvning langs innfø-ringsrøret 2 fortrengt det første fluid fra den korresponde-rende andel av ringrommet 28. Det i ringrommet 28 og i innfø-ringsrøret 2 seg befinnende andre fluid danner således en enhetlig søyle som dersom det andre fluid utgjøres av betong, gir en betongplugg som fullstendig fyller en lengde av borehullet 1.

I en alternativ utførelsesform, se fig. 7, er stempellegemene 12 og 16 koplet sammen ved hjelp av en langstrakt slangeformet membran 34. Det andre fluid trykker under fylling den slangeformede membran 34 mot borehullets 1 vegg. Når det andre stempellegemet 16 kommer til anslag mot stopperringen 26, kan trykket mellom stempellegemene økes ytterligere.

Den slangeformede membran 34 kan i en ytterligere ikke vist utførelsesform være fast koplet til innføringsrøret 2 ved begge sine endepartier.

Claims

1. Fremgangsmåte for fortrengning av et første fluid ved hjelp av et andre fluid i et borehull (1) i grunnen hvor det andre fluid befinner seg i det minste i ett av et pumperør (4) og et innføringsrør (2), og hvor det andre fluid bringes til, via innstrømningsåp-ninger (24) i innføringsrøret (2), å strømme inn i et ekspanderbart rom (22) som befinner seg mellom innfø-ringsrøret (2) og et borehull (1), idet det ekspanderbare rom (22) avgrenses av et første stempellegeme (12) og et andre stempellegeme (16) hvorav minst ett av stempellegemene (12, 16) er forskyvbart og forsynt med minst én gjennomstrømningsåpning (20), karakterisert ved at innføringsrøret (2) og pumperøret (4) koples til en kabel eller en brønn-traktor, og hvor det andre fluid, etter at innfø-ringsrøret (2) og pumperøret (4) er forskjøvet inn i borehullet (1), pumpes inn i det ekspanderbare rom (22) ved hjelp av en aktuator.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at innstrømningsrøret (2) etter at ønsket mengde av det andre fluid er anbrakt i det ekspanderbare rom (22), etterlates i borehullet (1).

3. Anordning for fortrengning av et første fluid ved hjelp av et andre fluid i et borehull (1) i grunnen hvor det andre fluid befinner seg i det minste i ett av et pumperør (4) og et innføringsrør (2), og hvor det andre fluid bringes til, via innstrømningsåp-ninger (24) i innføringsrøret (2), å strømme inn i et ekspanderbart rom (22) som befinner seg mellom innfø-ringsrøret (2) og et borehull (1), idet det ekspanderbare rom (22) avgrenses av et første stempellegeme (12) og et andre stempellegeme (16) hvorav minst ett av stempellegemene (12, 16) er forskyvbart og forsynt med minst én gjennomstrømningsåpning (20), karakterisert ved at innføringsrøret (2) og pumperøret (4) er koplet til en kabel eller en brønntraktor, idet en aktuator er innrettet til å kunne pumpe det andre fluid inn i det ekspanderbare rom (22).

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at det første stempellegemet 12 er forsynt med en første membran (14) og det andre stempellegemet (16) er forsynt med en andre membran (18), idet membranene er innrettet til å kunne tette mot borehullet (1).

5. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at en sammenhengende slangeformet membran (34) , som under fortrengningen av et første fluid er innrettet til å kunne legge seg ut mot borehullet (1), forløper mellom det første stempellegemet 12 og det andre stempellegemet (16).

6 . Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at et første ventillegeme (30), som er tettende forskyvbart i innføringsrøret (2), er innrettet til å kunne tette mot et første ventilsete (8) som befinner seg nedstrøms innstrømningsåpningen (24) i innføringsrøret (2) for derved å bevirke at det andre fluid ledes inn i det ekspanderbare rom (22).

7 . Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at et andre ventillegeme (32), som er tettende forskyvbart i innføringsrøret (2), er innrettet til å kunne tette mot et andre ventilsete (10) idet det andre ventilsetet befinner seg på motstående side av en innstrømningsåpning 24 til det ekspanderbare rom (22) i forhold til det første ventilsetet (8) .

8 . Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at innføringsrøret (2) er frakoplbart fra pumperøret (4) hvor pumperøret (4) er innrettet til å kunne forsyne innføringsrøret (2) med det andre fluid.