Bra kontroll

Brunnskontroll är den teknik som används i olje- och gasoperationer såsom borrning , borrning och komplettering av brunn för att upprätthålla det hydrostatiska trycket och formationstrycket för att förhindra inflöde av formationsvätskor in i borrhålet . Denna teknik innefattar uppskattning av formationsvätsketryck, styrkan hos de underjordiska formationerna och användningen av hölje och slamdensitet för att kompensera dessa tryck på ett förutsägbart sätt. Att förstå tryck- och tryckrelationer är viktigt för välkontroll.

Syftet med oljeverksamheten är att utföra alla uppgifter på ett säkert och effektivt sätt utan skadliga miljöeffekter. Detta mål kan endast uppnås om brunnkontroll upprätthålls hela tiden. Förståelsen av tryck- och tryckförhållanden är viktiga för att förhindra utblåsningar av erfaren personal som kan upptäcka när brunnen sparkar och vidta korrekta och snabba åtgärder.

Vätsketryck

Vätskan är vilket ämne som helst som flödar; t.ex. olja, vatten, gas och is är alla exempel på vätskor. Under extrema tryck och temperaturer fungerar nästan allt som en vätska . Vätskor utövar tryck, och detta tryck kommer från vätskekolonnens densitet och höjd. Oljebolag mäter vanligtvis densiteten i pund per gallon (ppg) eller kilogram per kubikmeter (kg/m ³ ) och tryckmätning i pund per kvadrattum (psi) eller bar eller pascal (Pa). Trycket ökar med vätskedensiteten. För att ta reda på mängden tryckvätska med en känd densitet som utövas per längdenhet, används tryckgradienten . Tryckgradienten definieras som tryckökningen per djupenhet på grund av dess densitet och den mäts vanligtvis i pund per kvadrattum per fot eller bar per meter. Det uttrycks matematiskt som;

$tryckgradient =fluidensity*conversionfactor$ .

Omvandlingsfaktorn som används för att omvandla densitet till tryck är 0,052 i imperialistiskt system och 0,0981 i metriskt system .

Hydrostatiskt tryck

Hydro betyder vatten, eller vätska, som utövar tryck och statisk betyder att den inte rör sig eller vilar. Därför är hydrostatiskt tryck det totala vätsketrycket som skapas av vikten av en vätskekolonn, som verkar på en given punkt i en brunn. I olje- och gasverksamhet representeras det matematiskt som

$Hydrostatiskt tryck=tryckgradient*trueverticaldepth$

eller

$Hydrostaticpressure=fluiddensity*conversionfactor*trueverticaldepth$ .

Det verkliga vertikala djupet är det avstånd som en brunn når under marken. Det uppmätta djupet är brunnens längd inklusive eventuella vinklade eller horisontella sektioner. Tänk på två brunnar, X och Y. Brunn X har ett uppmätt djup på 9 800 fot och ett verkligt vertikalt djup på 9 800 fot medan brunn Y har ett uppmätta djup på 10 380 fot medan dess verkliga vertikala djup är 9 800 fot. För att beräkna det hydrostatiska trycket för bottenhålet används det verkliga vertikala djupet eftersom gravitationen verkar (drar) vertikalt ner i hålet.

Formationstryck

Formationstryck är trycket hos vätskan inom porutrymmena i formationsberget. Detta tryck kan påverkas av tyngden av överlagringen (bergskikten) ovanför formationen, som utövar tryck på både kornen och porvätskorna. Korn är fast eller stenmaterial, medan porer är utrymmen mellan korn. Om porvätskor är fria att röra sig eller fly, tappar kornen en del av sitt stöd och rör sig närmare varandra. Denna process kallas konsolidering. Beroende på storleken på portrycket beskrivs det som normalt, onormalt eller subnormalt.

Vanligt

Normalt portryck eller formationstryck är lika med det hydrostatiska trycket hos formationsvätskan som sträcker sig från ytan till ytformationen som beaktas. Med andra ord, om strukturen öppnades och tilläts fylla en kolonn vars längd är lika med djupet av formationen, så är trycket i botten av kolonnen liknande formationstrycket och trycket vid ytan är lika med noll. Normalt portryck är inte konstant. Dess storlek varierar med koncentrationen av lösta salter, typ av vätska, närvarande gaser och temperaturgradient.

När en normalt trycksatt formation höjs mot ytan samtidigt som den förhindras från att förlora porvätska i processen, ändras den från normalt tryck (på ett större djup) till onormalt tryck (på ett grundare djup). När detta händer, och sedan man borrar in i formationen, kan slamvikter på upp till 20 ppg (2397 kg/m³) krävas för kontroll. Denna process står för många av de grunda, onormalt pressade zonerna i världen. I områden där förkastningar finns, saltlager eller kupoler förutsägs, eller överdrivna geotermiska gradienter är kända, kan borroperationer stöta på onormalt tryck.

Onormal

Onormalt portryck definieras som varje portryck som är större än det hydrostatiska trycket hos formationsvätskan som upptar porutrymmet. Det kallas ibland övertryck eller geotryck. En onormalt trycksatt formation kan ofta förutsägas med hjälp av brunnshistoria, ytgeologi, stockar nere i hålet eller geofysiska undersökningar.

Subnormal

Subnormalt portryck definieras som vilket formationstryck som helst som är mindre än motsvarande hydrostatiska fluidtryck på ett givet djup. Undernormalt trycksatta formationer har tryckgradienter lägre än sötvatten eller mindre än 0,433 psi/ft (0,0979 bar/m). Naturligt förekommande undernormalt tryck kan utvecklas när överbelastningen har tagits bort, vilket lämnar formationen exponerad vid ytan. Utarmning av ursprungliga porvätskor genom avdunstning, kapillärverkan och utspädning ger hydrostatiska gradienter under 0,433 psi/ft (0,0979 bar/m). Subnormala tryck kan också induceras genom utarmning av formationsvätskor. Om Formationstryck < Hydrostatiskt tryck är det under tryck. Om Formationstryck > Hydrostatiskt tryck är det övertryck.

Frakturtryck

Spricktryck är mängden tryck som krävs för att permanent deformera bergstrukturen i en formation. Att övervinna formationstrycket är vanligtvis inte tillräckligt för att orsaka sprickbildning. Om mer vätska är fri att röra sig, kommer en långsam hastighet av inträde i formationen inte att orsaka frakturer. Om porvätskan inte kan röra sig ur vägen kan sprickbildning och permanent deformation av formationen uppstå. Spricktryck kan uttryckas som en gradient (psi/ft), en vätskedensitetsekvivalent (ppg) eller genom beräknat totaltryck vid formationen (psi). Sprickgradienter ökar normalt med djupet på grund av ökande överbelastningstryck . Djupa, mycket kompakterade formationer kan kräva höga spricktryck för att övervinna det befintliga formationstrycket och motståndskraftiga bergstrukturen. Löst komprimerade formationer, som de som finns offshore i djupt vatten, kan spricka vid låga lutningar (en situation som förvärras av det faktum att en del av den totala "överbelastningen" uppe på ytan är havsvatten snarare än den tyngre sten som skulle finnas i en annars -jämförbar markbrunn). Spricktrycken på ett givet djup kan variera kraftigt på grund av områdets geologi.

Nedre hålets tryck

Bottenhålets tryck används för att representera summan av alla tryck som utövas vid botten av hålet. Trycket läggs på hålets väggar. Den hydrostatiska vätskekolonnen står för det mesta av trycket, men trycket för att flytta vätska upp i ringen verkar också på väggarna. I större diametrar är detta ringformade tryck litet och överstiger sällan 200 psi (13,79 bar). I mindre diametrar kan den vara 400 psi (27,58 bar) eller högre. Mottryck eller tryck som hålls på choken ökar ytterligare trycket i bottenhålet, vilket kan uppskattas genom att lägga ihop alla kända tryck som verkar i eller på den ringformiga (höljet) sidan. Bottenhålets tryck kan uppskattas under följande aktiviteter

Statisk brunn

Om ingen vätska rör sig är brunnen statisk. Bottenhålets tryck (BHP) är lika med det hydrostatiska trycket (HP) på den ringformade sidan. Om det stängs in vid en spark är trycket i bottenhålet lika med det hydrostatiska trycket i ringen plus höljestrycket (brunnhuvud eller yttryck).

Normal cirkulation

Under cirkulation är trycket i bottenhålet lika med det hydrostatiska trycket på den ringformade sidan plus det ringformiga tryckförlusten (APL).

Roterande huvud

Under cirkulation med ett roterande huvud är bottenhålets tryck lika med det hydrostatiska trycket på den ringformade sidan, plus det ringformiga tryckförlusten, plus det roterande huvudets mottryck.

Cirkulerar en utspark

Bottenhålets tryck är lika med hydrostatiskt tryck på den ringformade sidan, plus ringformigt tryckförlust, plus choke (hus) tryck. För undervattensvatten, lägg till tryckförlust i chokeledningen.

Formationsintegritetstest

En noggrann utvärdering av ett höljescementarbete såväl som av formationen är viktig under borrningen och efterföljande faser. Informationen från Formation Integrity Tests (FIT) används under hela brunnens livslängd och för närliggande brunnar. Höljesdjup, brunnskontrollalternativ, formationsspricktryck och begränsande vätskevikter kan baseras på denna information. För att bestämma formationens styrka och integritet kan ett läckagetest (LOT) eller ett formationsintegritetstest (FIT) utföras.

FIT är: en metod för att kontrollera cementtätningen mellan höljet och formationen. LOT bestämmer trycket och/eller vätskevikten som testzonen under höljet kan tåla. Vätskan i brunnen måste cirkuleras ren för att säkerställa att den har en känd och konsekvent densitet. Om lera används måste den vara ordentligt konditionerad och gelstyrkan minimerad. Pumpen som används bör vara en högtrycks-, lågvolymtest eller cementeringspump. Riggpumpar kan användas om riggen har elektriska drivningar på slampumparna, och de kan sakta rullas över. Om riggpumpen måste användas och pumpen inte enkelt kan styras vid låga hastigheter, måste läckagetekniken modifieras. Det är en bra idé att göra en graf över trycket kontra tid eller volym för alla läckagetest.

De främsta anledningarna till att utföra FIT är:

• För att undersöka styrkan i cementbindningen runt höljeskon och för att säkerställa att ingen kommunikation etableras med högre formationer.
• För att bestämma brottgradienten runt höljeskon och därför fastställa den övre gränsen för den primära brunnskontrollen för den öppna hålsektionen under det aktuella höljet.
• Att undersöka borrhålets förmåga att motstå tryck under höljeskon för att testa den brunnstekniska planen avseende höljeskons insättningsdjup.

U-rör koncept

Det är ofta bra att visualisera brunnen som ett U-format rör. Kolumn Y i röret representerar ringen, och kolumn X representerar röret (strängen) i brunnen. Botten av U-röret representerar botten av brunnen. I de flesta fall skapar vätskor hydrostatiskt tryck i både röret och ringen. Atmosfärstrycket kan utelämnas eftersom det fungerar likadant på båda kolumnerna. Om vätskan i både röret och ringen har samma densitet, skulle hydrostatiska tryck vara lika, och vätskan skulle vara statisk på båda sidor av röret. Om vätskan i ringen är tyngre, kommer den att utöva mer tryck nedåt och kommer att strömma in i strängen, trycka en del av den lättare vätskan ut ur strängen, vilket orsakar ett flöde vid ytan. Vätskenivån faller sedan i ringen, vilket utjämnar trycken. Givet en skillnad i de hydrostatiska trycken kommer vätskan att försöka nå en balanserad punkt. Detta kallas U-tubing, och det förklarar varför det ofta finns ett flöde från röret när man gör anslutningar. Detta är ofta uppenbart när man borrar snabbt eftersom den effektiva densiteten i ringen ökas av skär.

Ekvivalenta cirkulerande tätheter

Equivalent Circulating Density (ECD) definieras som ökningen av densiteten på grund av friktion, normalt uttryckt i pounds per gallon. Ekvivalent cirkulerande densitet (när den cirkulerar framåt) definieras som den skenbara vätskedensiteten som är resultatet av att tillföra ringformig friktion till den faktiska vätskedensiteten i brunnen.

$ECD=MW+{\frac {P_{a}}{0,052*TVD}}$ eller ECD = MW +( p/1,4223*TVD(M)

Var:

• ECD = Ekvivalent cirkulerande densitet (ppg)
• Pa = Skillnaden mellan ringformigt tryck vid ytan & ringformigt tryck vid djup TVD (psi)
• TVD = Sant vertikalt djup (ft)
• MW = Mudvikt (ppg)

När borrslammet är under statiskt tillstånd (ingen cirkulation) beror trycket vid vilken punkt som helst endast på vikten av borrslam och ges av:-

Tryck under statiskt tillstånd =

0,052 * Lera vikt (i ppg) * TVD (i fot)

Under cirkulationen beror det pålagda trycket på vikten av borrslam och även på det tryck som appliceras av slampumparna för att cirkulera borrvätskan.

Tryck under cirkulerande tillstånd

= Tryck under statiskt tillstånd

+ Tryck på grund av pumpning vid den punkten eller tryckförlust i systemet

Om vi ​​omvandlar tryck under cirkulerande tillstånd i ringen till dess densitetsekvivalent kommer det att kallas ECD

Att dividera ovanstående ekvation med 0,052*TVD på båda sidor:-

ECD = (Tryck under statiskt tillstånd + ringformigt tryckförlust) / (0,052 * TVD)

ECD = MW + ringformig tryckförlust / (0,052 * TVD)

använder (Tryck under statiskt tillstånd = 0,052 * TVD * MW)

Rörsvall/svabb

Under resor (upp/ner) fungerar borrsträngen som en stor kolv, när den rör sig nedåt ökar den trycket under borrsträngen och tvingar in borrvätskan i formationen, vilket benämns överspänning. På liknande sätt, när man rör sig uppåt, skapas en lågtryckszon nedanför borrsträngen, som suger in formationsvätskan i borrhålet, vilket kallas svabb.

Det totala trycket som verkar på borrhålet påverkas av rörrörelser uppåt eller nedåt. Att snubbla rör in i och ut ur en brunn är en annan vanlig operation under färdigställanden och överarbetningar. Tyvärr tyder statistik på att de flesta sparkar inträffar under resor. Därför är förståelsen av de grundläggande begreppen för att snubbla ett stort problem vid färdigställande/arbeten.

Rörelse nedåt av slangen (som snubblar in) skapar ett tryck som utövas på botten av en brunn. När slangen går in i en brunn måste vätskan i brunnen röra sig uppåt för att lämna den volym som förbrukas av slangen. Kombinationen av den nedåtgående rörelsen av slangen och den uppåtgående rörelsen av vätskan (eller kolveffekten) resulterar i en ökning av trycket i hela brunnen. Denna tryckökning kallas vanligtvis överspänningstryck.

Rörelse uppåt av slangen (utlösning) påverkar också trycket i botten av brunnen. När röret dras måste vätskan röra sig nedåt och ersätta den volym som upptas av slangen. Nettoeffekten av rörelserna uppåt och nedåt skapar en minskning av trycket i bottenhålet. Denna minskning av trycket kallas svabbtryck. Både svall- och pinntryck påverkas av:

• Rörets hastighet eller utlösningshastighet
• Vätskedensitet
• Vätskeviskositet
• Flytande gelstyrka
• Brunnshålsgeometri (ringformigt spel mellan verktyg och hölje, rör med öppen ände eller stängd)

Ju snabbare röret rör sig, desto större effekt och svabbeffekt. Ju högre vätsketäthet, viskositet och gelstyrka är, desto större strömmar och svabb. Slutligen ökar verktygen i borrhålet, såsom packare och skrapor, som har litet ringformigt spelrum, även stöt- och svabbeffekterna. Bestämning av faktiska stöt- och svabertryck kan åstadkommas med användning av WORKPRO och DRILPRO kalkylatorprogram eller hydraulikmanualer.

Olika tryck

Vid brunnskontroll definieras differentialtrycket som skillnaden mellan formationstrycket och det hydrostatiska trycket i bottenhålet. Dessa klassificeras som överbalanserade, underbalanserade eller balanserade.

• Överbalanserad – Det hydrostatiska trycket som utövas på botten av hålet är större än formationstrycket. dvs HP > FP

• Underbalanserad – Det hydrostatiska trycket som utövas på botten av hålet är mindre än formationstrycket. dvs HP < FP

• Balanced – Det hydrostatiska trycket som utövas på botten av hålet är lika med formationstrycket. dvs HP = FP

Sticklingar förändras: form, storlek, mängd, typ

Sticklingar är stenfragment som flisas, skrapas eller krossas bort från en formation av borrkronans verkan . Storleken, formen och mängden av sticklingar beror till stor del på formationstyp, vikt på borrkronan, skärpans skärpa och tryckskillnaden (formation kontra hydrostatiska fluidtryck). Storleken på skäret minskar vanligtvis när borrkronan mattas under borrning om vikten på borrkronan, formationstyp och tryckskillnaden förblir konstant. Men om tryckskillnaden ändras (bildningstrycket ökar), kan även en matt bit skära mer effektivt och storleken, formen och mängden av sticklingar kan öka.

Sparka

Deepwater Horizon utblåsning av borrigg , 21 april 2010

Kick definieras som ett oönskat inflöde av formationsvätska in i borrhålet . Om den lämnas okontrollerad kan en spark utvecklas till en utblåsning (ett okontrollerat inflöde av formationsvätska in i borrhålet). Resultatet av att misslyckas med att kontrollera en spark leder till förlorad drifttid, förlust av brunn och mycket möjligt, förlust av riggen och förlust av personal.

Orsaker

När väl det hydrostatiska trycket är mindre än formationsportrycket kan formationsvätska strömma in i brunnen. Detta kan hända när en eller en kombination av följande inträffar:

• Felaktig fyllning av hål
• Otillräcklig lertäthet
• Svabba/svallande
• Tappad cirkulation
• Onormalt formationstryck
• Gasskuren lera
• Dålig välplanering

Felaktig fyllning av hål

När man snubblar ut ur hålet resulterar volymen av det avlägsnade röret i en motsvarande minskning av borrhålsvätskan. Närhelst vätskenivån i hålet minskar, minskar också det hydrostatiska trycket som det utövar och om minskningen av det hydrostatiska trycket faller under formationsportrycket kan brunnen flyta. Därför måste hålet fyllas för att upprätthålla tillräckligt hydrostatiskt tryck för att kontrollera formationstrycket. Under snubbel kan röret vara torrt eller blött beroende på förhållandena. API7G illustrerar metoden för att beräkna exakt rörförskjutning och ger korrekta diagram och tabeller. Volymen för att fylla brunnen när torrröret löses ut är:

$Barreltofill=pipedisplacement(bbl/ft)*lengthpulled(ft)$

För att beräkna volymen för att fylla brunnen vid utlösning av våtrör ges som;

$Barreltofill=(pipedisplacement(bbls/ft)+pipecapacity(bbls/ft))* lengthpulled(ft)$

I vissa brunnar kan övervakning av fyllnadsvolymer på resor kompliceras av förluster genom perforeringar . Brunnarna kan stå fulla av vätska initialt, men med tiden sipprar vätskan in i reservoaren . I sådana brunnar överstiger påfyllningsvolymen alltid den beräknade eller teoretiska volymen för röret som tas bort från brunnen. I vissa fält har brunnar låga reservoartryck och kommer inte att stödja en hel kolonn av vätska. I dessa brunnar är det i huvudsak omöjligt att fylla hålet med vätska om inte ett slags bryggbildande medel används för att tillfälligt överbrygga zonen med undernormalt tryck. Vanlig praxis är att pumpa den teoretiska påfyllningsvolymen samtidigt som man drar ut ur brunnen.

Otillräcklig lera (vätske) täthet

Slammet i borrhålet måste utöva tillräckligt hydrostatiskt tryck för att vara lika med formationsportrycket. Om vätskans hydrostatiska tryck är lägre än formationstrycket kan brunnen flöda. Den vanligaste orsaken till otillräcklig vätskedensitet är borrning i oväntade onormalt trycksatta formationer. Denna situation uppstår vanligtvis när oförutsedda geologiska förhållanden påträffas. Som att borra över ett fel som plötsligt förändrar formationen som borras. Felhantering av lera vid ytan står för många fall av otillräcklig vätskevikt. Som att öppna fel ventil på pumpens suggrenrör och tillåta att en tank med lätt vätska pumpas; stöta på vattenventilen så att mer tillsätts än vad som är tänkt; tvätta av skifferskakare; eller saneringsåtgärder. Alla dessa kan påverka lervikten.

Svabba/svallande

Svabbar är ett resultat av röret uppåt i en brunn och resulterar i en minskning av trycket i bottenhålet. I vissa fall kan bottenhålets tryckreduktion vara tillräckligt stor för att få brunnen att bli underbalanserad och tillåta formationsvätskor att komma in i borrhålet. Den initiala svabbverkan som förvärras av minskningen av det hydrostatiska trycket (från formationsvätskor som kommer in i brunnen) kan leda till en signifikant minskning av bottenhålets tryck och ett större inflöde av formationsvätskor. Därför är tidig upptäckt av svabbning på resor avgörande för att minimera storleken på en spark. Många borrhålsförhållanden ökar sannolikheten för svabbning på en resa. Svabbande (kolv) verkan förbättras när röret dras för snabbt. Dåliga vätskeegenskaper, såsom hög viskositet och gelstyrka, ökar också chanserna att svabba in en brunn. Dessutom förstärker verktyg med stor ytterdiameter (OD) (packare, skrapor, fiskeverktyg, etc.) kolveffekten. Dessa tillstånd måste erkännas för att minska sannolikheten för att en brunn svabbas in under färdigställande/överarbete. Som tidigare nämnts finns det flera dator- och kalkylatorprogram som kan uppskatta överspännings- och svabbtryck. Svabning detekteras genom att noggrant övervaka hålfyllningsvolymerna under resor. Till exempel, om tre tunnor stål (slang) tas bort från brunnen och det tar bara två tunnor vätska för att fylla hålet, så har troligen en spark med en tunna svabbats in i brunnhålet. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt hålfyllningsvolymer eftersom statistik visar att de flesta sparkar inträffar på resor.

Tappad cirkulation

En annan orsak till kick under färdigställande/workover-operationer är förlorad cirkulation. Förlust av cirkulation leder till att både vätskenivån och det hydrostatiska trycket sjunker i en brunn. Om det hydrostatiska trycket faller under reservoartrycket, sparkar brunnen. Tre huvudorsaker till förlorad cirkulation är:

• För högt tryck överbalans
• Överdrivet övertryck
• Dålig formationsintegritet

Onormalt tryck

Vid borrning av en vildkatt eller undersökningsbrunn (ofta är formationstrycken inte exakt kända) tränger borrkronan plötsligt in i en onormal tryckformation vilket resulterar i att det hydrostatiska trycket av lera blir mindre än formationstrycket och orsakar en spark.

Gasskuren lera

När gasen cirkuleras till ytan expanderar den och minskar det hydrostatiska trycket tillräckligt för att tillåta en kick. Även om slamdensiteten reduceras avsevärt vid ytan, reduceras det hydrostatiska trycket inte nämnvärt eftersom gasexpansionen sker nära ytan och inte vid botten.

Dålig välplanering

Den fjärde orsaken till kick är dålig planering. Programmen för lera och hölje bär på brunnskontroll. Dessa program måste vara tillräckligt flexibla för att tillåta progressivt djupare höljesträngar att ställas in; annars kan en situation uppstå där det inte går att kontrollera sparkar eller förlorad cirkulation.

Metoder

Under borrning dödas sparkar vanligtvis med hjälp av borrarens, ingenjörens eller en hybridmetod som kallas Concurrent, medan de cirkulerar framåt. Valet kommer att bero på:

• mängden och typen av sparkvätskor i brunnen
• riggens utrustningskapacitet
• det lägsta spricktrycket i det öppna hålet
• borrnings- och driftsbolagens policy för brunnkontroll.

För över- eller kompletteringsoperationer används ofta andra metoder. Bullheading är ett vanligt sätt att döda en brunn under omarbetningar och färdigställanden, men det används inte ofta under borrning. Omvänd cirkulation är en annan dödningsmetod som används för workovers som inte används för borrning.

Se även

• Utblåsning (brunnsborrning)
• Utblåsningsskydd
• Oljekälla
• Oljebrunnskontroll