Boring i reservoar med lavt poretrykk

Open image in new window

CC BY-SA

Image: Sissel Paaske

Når vi borer en brønn, er borevæsken primærbarriere. Borevæsken er tilsatt vektmateriale som gjør den tyngre enn rent vann, så tung at væskesøylen i brønnen fungerer som mottrykk mot poretrykket i formasjonen. Det er vanlig å ha en væskesøyle som er 10–70 bar over poretrykket i formasjonen. Dette er å bore med «overbalanse i brønnen».

Når feltet har vært i produksjon en tid og mye olje er tatt ut av reservoaret, synker poretrykket i reservoarbergarten. Formasjonen får status som depleted, det vil si tappet eller tømt. Det betyr ikke at det er tomt for olje i området, kun at overfloden er sterkt redusert. På norsk sokkel er dette et kjent fenomen, særlig på Statfjord og Gullfaks.

Også formasjonsstyrken svekkes av drenering av formasjonsvæske fra andre brønner i nærområdet. Når forholdene har endret seg slik, er det en utfordring å bruke overbalansetrykk i brønnen. For stort overbalansetrykk i brønnen kan føre til at borevæsken trenger inn i bergarten, oppsprekking (fracking) i bergarten og tap av borevæske. Det betyr tapt brønnkontroll.

For å hindre at disse problemene oppstår må vi balansere brønntrykket mellom formasjonens nedre trykkgrense, men høyere enn poretrykket, for å hindre innstrømning i brønnen. Vi kaller dette mud weight window (MWW).

I denne situasjonen kan man velge mellom to boremetoder som tar hensyn til trykkgrensene i formasjonen; trykkbalansert boring og underbalansert boring.

Trykkbalansert boring heter managed pressure drilling (MPD) på engelsk. Med denne boremetoden er primærbarrieren i brønnen lett vektet boreslam sammen med aktiv struping på returvæsken. Det skaper passe bunnhullstrykk i brønnen.

Trykkbalansert boring bruker et lukket sirkulasjonssystem. En roterende ringromsventil (Rotating Control Device) monteres over BOP. Ventilens gummielement holdes lukket rundt borestrengen og roterer sammen med borestrengen. Borestrengen kan beveges opp og ned gjennom ventilen, og ventilen hindrer ukontrollert væsketap i forbindelse med tripping.

Returen av borevæsken går gjennom en strupeventil. Returstrømmen fra brønnen strupes slik at samlet bunnhullstrykk tilsvarer poretrykket i formasjonen. Med chokeventilen kan friksjonstrykket i ringrommet reguleres for å justere bunnhullstrykket.

Når sirkulasjonen skal stanses, stenges en ventil i returlinjen slik at brønnen blir innestengt. Under sirkulasjonsstans, for eksempel under kobling av borerør, synker trykket i ringrommet på grunn av tapt friksjonstrykk. For å opprettholde trykkbalansen i brønnen brukes en trykkpumpe (back pressure pump) som er koblet på returlinjen. Den styres med trykkovervåkning i ringrommet og starter automatisk når trykket synker til en nedre grense.

Metoden er brukt på flere brønner på Gullfaks C og Kvitebjørn-installasjonene. På Kvitebjørn ble tre brønner boret ved hjelp av verdens mest automatiserte system for trykkbalansert boring.

Fordeler med å bore i trykkbalanse

• Det er mulig å bore problemformasjoner som er depleted.
• Det er mindre fare for formasjonsskade av filterkake og filtratlekkasje.
• Man unngår fastkjøring av borestreng på grunn av trykk-overbalanse.
• Utstyret kan monteres på eksisterende boreinstallasjoner.
• Boremetoden kan øke feltets levetid.

Ulemper med å bore i trykkbalanse

• Utstyr og boremetode krever opplæring av personell.
• Boreoperasjonene krever mer tid, utstyr og personell.
• Økte kostnader.

Underbalansert boring brukes når formasjonen er svak og vanskelig å bore gjennom. Borevæsken som brukes, er en lett oljebasert borevæske, eller vannbasert væske tilsatt nitrogengass. Væskens hydrostatiske trykk holdes ca. 10 bar lavere enn poretrykket i formasjonen. Det som kjennetegner denne boremetoden, er at man tillater litt hydrokarboner å følge med borevæsken til overflaten.

På samme måte som ved trykkbalansert boremetode brukes en roterende annular-ventil (ringromsventil). Pakningen holder tett mot brønntrykk opp til 5000 psi om den står i ro. Dersom den roterer med 100 rpm skal den holde inntil 3000 psi. Den er alltid lukket rundt borerøret slik at trykket kan overvåkes nøye og for å hindre at hydrokarboner kommer til overflaten.

Ventilen tetter rundt borerøret når man kjører borerør inn og ut av brønnen (tripper).

Open image in new window

CC BY-SA

Image: Benny Mason

På retursiden for borevæsken er det en strupeventil. Returstrømmen fra brønnen strupes slik at samlet bunnhullstrykk er like under poretrykket i formasjonen. Når sirkulasjonen skal stanses, stenges returlinjen helt for å hindre utstrømning av hydrokarboner. På den måten kan man sikre at bunntrykket i brønnen er rett under poretrykket, men høyt nok til å unngå at formasjonen raser inn i brønnen.

Siden olje og gass kan følge med borevæsken til overflaten, må det monteres et fullskala brønntesteanlegg i tillegg til vanlig renseutstyr for borevæsken. Hydrokarbonene separeres ut av borevæsken.

På grunn av farene som ligger i prinsippene med boring i underbalanse, vurderes metoden kun når trykkbalansert boring ikke er mulig.

Ulemper med å bore i underbalanse

• Det er mye og tungt utstyr om bord.
• Separering av væsker og kakshåndtering er komplisert.
• Det trengs mye personell, og operasjonskostnadene blir høye.
• Det er risikabelt å føre hydrokarboner til overflaten i borefasen.

Fordeler med å bore i underbalanse

• Det er mulig å bore brønner som tidligere ikke kunne bores.
• Metoden kan forlenge levetiden på feltet.
• Boreraten (ROP) er høyere enn normalt.
• Man unngår fastkjøring av borestreng på grunn av trykk-overbalanse.
• Det er mindre fare for formasjonsskade fra filterkake og filtratlekkasje.