Transcript Brønnkontroll, notater fra undervisningen

Brønnkontroll
VG2 Brønnteknikk
Brønnkontroll, eller kontroll av trykket som er i brønnen, er svært viktig for sikkerheten både på en
borerigg offshore, men også hvis man borer etter olje og gass på land.
Trykk er innenfor fysikken definert som kraft del på areal
P = trykk (pressure)
F = Kraft (force)
A = Areal
Si-enheten for trykk er Pascal (Pa)
1 Pascal = 1 n/m2
1 N = 1 newton = 1 kg x m/s2
Gravitasjonens akselerasjon
Vi har lært i boreteknologi at vi bruker g=0,0981 når vi skal beregne trykk (bar) i en brønn. Men når vi
skal regne oss frem til kraft som virker på en pakning så vil vi ha svarene i pascal. Da bruker vi g = 9,81
Ved F (force) kraft beregninger, bruker vi 9,81, dette er for å få svaret i Pa (pascal), som vi trenger for
videre utregninger der en til slutt ender opp med en kraft på et visst antall N (newton)
1 bar = 100000n Pa (pascal)
Eksempel:
En brønn står med fullt trykk på toppen : 250bar
Ptopp = 250 bar = 25 000 000 Pa.
Diameteren på toppen av brønnen = 25cm
Dtopp = 25cm = 0,25 meter
Hva er kraften på toppen av brønnen?
PxA=F
F= P x A (snudd formel)
Ptopp = 250 bar = 25 000 000 Pa
Ftopp = Arealet av flatten kraften virker mot:
Sirkel: Areal av sirkel = 0,125m
A=
F = 1225000 N = 122500 daN
Av: Halvor Justad Sørhus
Trykk i væsker:
Har vi en væskesøyle vil en gitt flate eller punkt i søylen bli utsatt for krefter som skuldes tyngden av
væskesøylen over.
Vi har da et trykk på dette dypet som kalles væsketrykk.
På grunn av at det er en væskesøyle ( i motsetning til faste legemer), vil kreftene som generees av
væskesøylen virke i alle retninger, ikke bare vertikalt.
Parametrene som bestemmer kreftene gitt i en væskesøyle er
Høyden på væskesøylen
Densiteten til væsken
Tyngdens akselerasjon
Eksempel
Vi har en væskesøyle på 150m
Væsken er en borevæske med SH = 1,35
Væsken står i et rør med diameter 9 5/8”
Hvor mange bar utgjør trykket i brønnen på 150 m dyp?
Hvor stor kraft virker på en packer som står i bunnen av brønnen og tetter hullet helt?
Trykkgradient
En trykkgradient forteller deg hvor mye trykket er pr meter i en væskesøyle
Trykkgradienten viser med andre ord trykkøkningen med dypet i væsken er bare avhengig av
densiteten av væsken.
Trykkgradienten uttrykkes ofte som bar/m
Væske i bevegelse
Alle gjenstander i bevegelse er utsatt for friksjon
Med andre ord kreves det tilført energi for å holde bevegelsen i gang.
Friksjon = energitap
Trykk i bergarter – poretrykk
Unormale poretrykk. når vi borer inn i toppen av et reservoar, kan vi møte et svært høyt trykk som
kan skape problemer hvis vi ikke har tung nok slamsøyle i bunnen. På side 29 beregner vi trykk i topp
av reservoaret.
Av: Halvor Justad Sørhus
Kontrollspørsmål s43
1. Hva er den grunnleggende definisjonen på trykk?
2. Hva forstår vi med begrepet hydrostatisk trykk?
Trykket i en væskesøyle som står i ro, kalles hydrostatisk trykk.
3. Hvilke størrelser (parametre) trenger vi for å kunne beregne det hydrostatiske trykket?
Væskens densitet
Væskesøylens høyde
Tyngdens akselerasjon
4. Hva er forskjellen på densitet og trykkgradient?
Trykkgradient viser trykkøkningen med dypet i væsken, og er bare avhengig av densiteten.
Densitet refererer til tykkelsen på væsken.
5. Hva er det som avgjør friksjonstapet i en væske som strømmer?
Væskens hastighet
Væskens viskositet og densitet
Rørveggens ruhet
Retningsendringer på røret (bend)
Væskens strømningsmønster
6. Hva er forskjellen på laminær strøm og turbulent strøm?
Turbulent strøm er en rotete strøm, mens laminær er jevn.
Av: Halvor Justad Sørhus
7. Hvilke av disse to strømningsmønstrene gir størst friksjonstap?
Turbulent
8. Hva forstår vi med ekvivalent sirkulasjonsdensitet (ECD)?
ECD som ofte brukes i forbindelse med sirkulering i brønn. ECD er et uttrykk for en tenkt
slamdensitet som ville gitt et hydrostatisk trykk på bunnen, tilsvarende det totale trykket vi
har med pumpene i gang.
9. Hvilke deler av brønnsystemet (borestreng, dyser, ringrom) innvirker på ECD?
Ringrom
10. Hvordan foretar vi en formasjonsstyrketest (leak-off test)?
Fungerer som en vanlig trykktest, men i brønnen.
Rett etter sementert foringsrør borres det gjennom bunnen av foringsrøret og noen få meter
ned i berarten. Deretter sirkulerer vi i brønnen lenge nok til å sikre at slammet i brønnen er
fritt for borekaks og har en kjent densitet. Nå stenger vi ventilsystemet på toppen av
brønnen, og starter langsomt å pumpe inn slam i den stengte brønnen. Det fører til
trykkstigning i systemet som vi registrer på et manometer på toppen av brønnen.
11. Hva er forskjellen på en LOT og en FIT?
Felles for begge er at vi har boret ut ca 3 meter i ny formasjon etter vi satt og sementerte
ccasing. Ved Lot (leak of test) stenger vi BOP og trykker opp brønnen helt til formasjonen ikke
toler mere trykk og trykket i brønnen forsvinner ut i formasjonen. Da har vi funnet ut hva
formasjonen toler før den sprekker.
Ved FIT (formation integrity test) er at vi her stenger BOP og trykker opp brønnen til et
bestemt trykk som vi mener vi må ha for å bore neste seksjon. Vi ønsker da ikke å sprekke
formasjonen men at formasjonen toler trykket vi ønsker.
Overvåkning av trykkbalansen
Det er veldig viktig å kunne overvåke trykkbalansen i brønnen mens vi borer, slik at vi kan ta de
nødvendige forhåndsregler om problemer oppstår. De viktigste instrumentene vi har til å oppdage
ubalanse i brønnen er:
1. Borehastighet
2. Returstrømmen fra brønnen
3. Økt utstrømning fra brønnen
4. Nivået i slamtankene
5. Strømningssjekk
6. Gass i returslammet
Trykkforhold i stengt brønn og gasslovene
En forenklet tilstandslikning for gass gir en svært enkel sammenheng mellom gassens trykk og volum:
p x v = konstant
I praksis betyr dette at dersom volumet i den innestengte gassboblen ikke endres, vil heller ikke
trykket i gassen endres.
Se side 56, viser hvordan en innestengt gassboble stiger i brønnen .
Av: Halvor Justad Sørhus
Utregning av volum i brønnen
Kapasiteten i et borerør:
Volumet innvendig i borestrengen kan forenklet uttrykkes som volumet til en sylinder. Vi må da
kjenne den innvendige diameteren (d) i borestrengen, og kan regne ut volumet etter formelen under:
V=
గ∗ௗ మ ∗௅
ସ
Ringromsvolumet (annular volume)
Er volumet av den sylindriske ringen mellom brønnveggen og røret i brønnen. Dette volumet regner
vi ut ved å finne differansen mellom to sylindre.
Drepemetoder
Vi skal nå se på forskjellige måter å drepe en brønn på. Vi har da i utgangspunktet følgende situasjon:
Brønnen er stengt etter at den har kommet i ubalanse og tok inn væske fra formasjonen.
Like etter innstenging bygger trykkene seg opp til vi har balanse på bunnen mellom poretrykk og
brønntrykk.
For at vi skal få tilbake full kontroll på brønnen og kunne fortsette boringen må vi fjerne
reservoarvæsken og skifte slammet slik at slamsøylen alene gir tilstrekkelig trykk til å balansere
brønnen.
Å drepe brønnen vil altså si å få den tilbake i full hydrostatisk balanse.
Sirkulering med konstant bunntrykk
For å få innstrømningen av formasjonsvæske ut av brønnen må vi ofte sirkulere borevæsken fra
bunnen og opp.
Fordi slamsøylen i utgangspunktet nå er for lett til å balansere trykket i fra formasjonen og ikke alene
kan balansere trykket, må vi i tillegg legge et ekstra trykk på toppen mens vi sirkulerer.
Det oppnår vi ved å sende slammet i retur gjennom en strupeventil (choke) som vi kan regulere etter
behov.
På denne måten kan vi sirkulere gjennom brønnen og samtidig regulere trykket på bunnen (og ellers i
brønnen) gjennom justeringer i strupeventilen (choke valve)
Drillers metode
For å kunne gjennomføre denne drepeoperasjonen må vi kjenne eller kunne beregne noen størrelser.
De viktigste er:
Pumpetrykk
Volumer i brønnen
Slamdensitet
Drepeskjema
Pumpetrykket:
Er friksjonen når vi sirkulerer ut innstrømningen og dreper brønnen.
Det vanligste er å pumpe med relativ lav pumpehastighet når vi skal drepe brønnen, blant annet for å
Av: Halvor Justad Sørhus
ha bedre kontroll med justeringer på strupeventilen.
Pumpehastigheten kan være 1/3 eller ¼ av vanlig pumpehastighet (300-600 l/min)
Volum i brønnen:
Det er i flere sammenhenger viktig å kjenne volumene i de ulike seksjonene i brønnen.
Det er av stor betydning å kjenne det totale volumet innvendig i borestrengen. Det er dette volumet
som forteller oss når vi har nådd bunnen av borestrengen med det tunge slammet. Det er da vi skal
gå i fra å holde konstant trykk på strupeventilen på toppen av ringrommet, til å holde konstant trykk
på topp av borestrengen.
Slamdensiteten
Drepingen av brønnen er fullført når det opprinnelige lette slammet er byttet ut med et slam som er
tungt nok til å balansere formasjonstrykket.
Den nye densiteten til slammet må derfor kalkuleres.
Dette gjøres ved å ta utgangspunktet i trykket på toppen av borestrengen etter at brønnen er stengt,
dette trykket blir kalt SIDDP
Dette trykket forteller oss hvor stor underbalanse vi har i eksisterende slamsøyle.
Det betyr at densiteten til slammet må økes så mye at det gir et ekstra trykk på bunnen som tilsvarer
SIDDP trykket.
Drepeskjema / kill sheet s 82 – 83
Sentrale begrep:
TVD – total vertical depth, totalt vertikalt dyp
SPM – Stroke per minute , pumpekapasitet, liter/minutt
ICP – Initial Circulating pressure, starttrykk i topp borestrenge
FCP – Final Circulating Pressure, sluttrykk i topp borestreng
SIDPP – Shut in drillpipe pressure, trykk på topp borestreng
Influx – Innstrømning av formasjonsvæske I brønn
SICP – Shut in Casing Pressure, trykk på topp ringrom etter innstengning og før utsirkulering
Oppsummering
Brønnen drepes ved å sirkulere med konstant bunntrykk.
Slammet i brønnen (som er for lett), skal skiftes ut med tyngre slam som kan balansere
formasjonstrykket.
Beregninger av slamdensiteter og volumer i brønnen er nødvendig. Til hjelp kan vi bruke et
drepeskjema (kill sheet).
Prinsippet med begge metodene er grunnleggende ved at vi sirkulerer ut innstrømningen ved å
sirkulere ned borestrengen på bunnen, samtidig som vi holder et konstant bunntrykk.
Drillers metode:
Metoden er svært enkel å gjennomføre, fordi den ikke krever spesielle beregninger, og fordi de to
Av: Halvor Justad Sørhus
manometrene vekselvis skal holdes på konstant trykk.
Sirkuleringen kan settes i gang straks etter at trykkene på toppen har stabilisert seg.
Metoden krever noe lengre tid for sirkulering, fordi vi først må sirkulere ut innstrømningen før det
tunge slammet pumpes inn.
Vente- og veie metoden
Her må vi vente med å starte sirkuleringen til vi har foretatt beregninger, satt opp utsirkuleringsgraf
og blandet opp tyngre slam.
Deretter går det derimot fortere å drepe brønnen med denne metoden. Vi sirkulerer inn tungt slam
med en gang.
Metoden er noe mer komplisert, fordi vi må beregne, og deretter følge, en bestemt endring av
borestrengstrykket under innpumping av det tunge slammet.
Det kreves at brønnen er tilnærmet vertikalt, og at borestrengen har tilnærmet samme kapasitet
hele lengden. Hvis brønnen er mer avansert, krever det mer avanserte beregninger for å utføre
denne metoden.
Oppgave
Etter at BOP er stengt, og trykkene er stabilisert, har man følgende brønndata:
SIDPP (Borestreng trykk):
35 bar
SICP (Ringromstrykk):
52 bar
Dybde: 2260 meter (TVD), 6150 meter (MD)
Mudvekt da innstrømning oppstod: 1,42kg/l
30 SPM / 12 bar
a) Beregn bunnhukkstrykket.
b) Beregn vekten av drepeslammet.
c) Forklar fremgangsmåten ved utsirkulering med drillers metode.
Prinsippet er grunnleggende ved at vi sirkulerer ut innstrømningen ved å sirkulere ned
borestrengen på bunnen, samtidig som vi holder et konstant bunntrykk.
Volumberegninger i brønnen
Regner først ut volumet inne i borestrengen:
Volum innvendig borerør:
9,15 l/m * (3000m-320m) = 24522 liter
Av: Halvor Justad Sørhus
Volum innvendig vektrør:
4,56 l/m * 320meter = 1459 liter
Volum i ringrommet (annulus)
Volum i ringrom: borerør/foringsrør:
24,9 l/m * 2000 = 49800 liter
Volum i ringrom: borerør/åpent hull:
23,3 l/m * (3000-2000-320) = 15844 liter
Volum i ringrom: vektrør/åpent hull:
18,4 l/m * 320m = 5888 liter
Totalt volum: 24522 + 1459 + 49800 + 15844 + 5888 = 97513 liter er det totale volumet i brønnen!
Eksempel på swabbing
Vi har en brønn med slamdensitet 1,35 kg/l. Denne slamdensiteten er høy nok til å gi brønnen en
overbalanse på 5 bar i forhold til poretrykket på brønnen. Kapasiteten nederst i brønnen (under
utstyret) er 36,6l/m. Formasjonsvæsken nederst i brønnen er gass, som vi i dette eksempelet kan
regne som ”vektløs”.
Vi trekker først opp utstyret og suger inn 2 m3 gass fra formasjonen. Nederst i brønnen er denne
gassen en søyle på :
2000liter: 36,6l/m = 54,6meter.
Vi har med andre ord mistet 54,6 meter slamsøyle i brønnen. Det reduserer bunntrykket med:
1,35 x 54,6 x 0,0981 = 7,2 bar.
Av: Halvor Justad Sørhus
Det vil si at vi har kommet i underbalanse. Hvordan skal vi kunne oppdage dette før det kommer så
langt at brønnen er ute av balanse?
-Vi må overvåke volumene som går inn og ut av brønnen.
Inn og utkjøring av utstyr i brønnen
Hvordan holder vi volumkontroll når vi kjører inn og ut av brønnen?
Vi bruker triptanken når vi tripper inn og ut av hullet (se side 100)
Vi trekker borestrengen ut av brønnen, da må vi etterfylle med boreslam hele tiden. Hvis ikke vil
slamsøylen vår bli mindre da vi trekker borestrengen ut av hullet, stålet som trekkes ut må erstattes
med slam.
Trekker vi ut et stand med borerør (28meter) vet vi at triptanker vår må etterfyllet hullet med 450
liter, fordi vi har trukket ut 450 liter stål fra brønnen. Da sjekker vi nivået i triptanken og ser om den
har levert 450 liter til brønnen. Hvis den har det, så er alt som det skal.
Hvis den derimot ikke har levert 450 liter til brønnen, men bare 250 liter, kan det tyde på at vi har
fått en innstrømning på 200 i bunn av brønnen, og må vurdere å stenge BOP.
På side 101 i boka vises et skjema hvor vi fyller inn triptank volum under tripping inn eller ut av
brønnen, og kan da lett se om tanker stabil, om den har mistet mer slam enn den skal, eller om den
har økt mer enn den skal.
Trippe tørt/vått
Å trippe vått er eksempel når vi trekker så raskt ut av brønnen at røret vi skal skru av, ikke har rukket
å drenert seg, og vi vil da drenere røret på boredekk når vi skrur det av borestrengen.
Å trippe tørt vil si at vi trekker i en hastighet som gjør at røret drenerer seg ut av borerkronen før vi
skrur røret av på boredekk.
Å trippe tørt eller vått kan ha betydning for hvordan vi skal lese triptanken, fordi volumene vi
forventer å få igjen i triptanken eller miste fra triptanken kan være forskjellige.
Oppsummering:
Inn og ut kjøring av utstyr i brønnen, kan føre til problem med trykkbalansen.
Ved utkjøring av borestrengen kan det bli underbalanse (sug/vakum) under utstyret, som igjen kan
føre til at formasjonsvæske strømmer inn i brønnen.
Hold alltid lav kjørefart under inn/utkjøring av utstyr, spesielt i åpent hull.
Hold nøye kontroll med volumet som går inn og ut av brønnen.
Skulle brønnen komme ut av balanse og må stenges, må vi huske å stenge både borestrengen og
ringrommet.
Av: Halvor Justad Sørhus