Borestrengen står fast i brønnen (stuck pipe)

Begrenset bruk

Bilde: NOV – National Oilwell Varco

Fastkjøring av borestrengen (stuck pipe) er et vanlig problem under boring.

Vi sier at borestrengen er fastkjørt når boreren ikke klarer å rotere strengen, eller ikke klarer å bevege den opp eller ned. Årsakene til stuck pipe kan kategoriseres som:

• formasjonsavhengige årsaker
• ikke-formasjonsavhengige årsaker
• differential sticking

Avisartikler som omhandler stuck pipe, kan ha følgende overskrifter:

«Smedvigs boreskip West Navigator har fått problemer under boringen av en brønn utenfor Mauritania. Riggen har måttet forlate brønnen etter at boreutstyret ble sittende fast» ( NA.no)

Noen ganger kjøres borestrengen fast på grunn av formasjonen det bores gjennom. Vi skiller mellom fem ulike formasjonstyper som kan forårsake stuck pipe:

Ukonsolidert formasjon vil si at formasjonen har dårlig lim (binding) mellom partiklene (sandkorn og mineraler) på grunn av manglende herding, dermed er formasjonen løs og kan kollapse inn i hullet og stenge for bevegelse av borestrengen.

Reaktiv formasjon betyr at formasjonen reagerer lett med væsker. Borevæsken vil alltid miste noe av væskefasen inn i formasjonen før filterkaken blir dannet og tetter over porene i formasjonen. Denne væsken kalles filtratet til borevæsken. I vannbasert borevæske er filtratet vann og en reaktiv formasjon kan reagere med dette filtratet, ta til seg vann og begynne å svelle. Formasjonen blir plastisk, som betyr at den kan flyte inn i brønnen. Dette vil minske hulldiameteren slik at det blir problemer med å komme ut igjen med bottom hole assembly (BHA) som vanligvis har større OD enn borestrengen.

Mobil formasjon betyr at formasjonen er plastisk, også kalt elastisk, og vil bli presset inn i brønnen når den får mulighet til det ved at masse blir fjernet ved boring. Den mobile formasjonen er enten leire eller salt.

Frakturert formasjon betyr oppsprukket formasjon. Årsaken til sprekkene kan være fra boringen eller trykket av overliggende masser eller indre trykk i formasjonen. Sprekkene kan medføre at biter av formasjonen brekker av og raser inn i brønnen slik at borestrengen blir klemt og kjører seg fast.

Høytrykksformasjon er en formasjon som står under høyt trykk fra berglagene over. Når man borer inn i en slik formasjon, kan forskjellen mellom trykket i formasjonen og trykket i brønnen være så stor at formasjonen kan sprekke opp og falle inn i brønnen, og forårsake stuck pipe.

Formasjonsuavhengige årsaker for stuck pipe blir ofte kalt mekaniske årsaker siden det er noe som hindrer borestrengen fra å bevege seg.

Nøkkelspor (key seating)

Nøkkelspor er et problem som kan oppstå under boring dersom borestrengen presses inn i brønnveggen. Det kan skje ved boring av brønner med stor vinkeloppbygging eller hvis borestrengen bøyes i brønnen ( buckling). I disse to tilfellene kan borerør som presses mot brønnveggen «grave» seg inn i brønnveggen og lage et spor på grunn av rotasjonen på borestrengen.

Sett ovenfra vil dette se ut som et nøkkelhull, med en stor sirkel som er brønnens diameter og et lite spor ut fra denne som er det som kalles nøkkelspor. Borestrengen blir liggende i det smale sporet, og på vei ut av hullet kan BHA med større diameter, som vektrør og koblinger (tool joint), gå fast i en slik trang passasje.

Undermåler (undergauge)

Under boring blir diameteren på borekronen slitt ned og etter en tid må BHA trekkes ut for å skifte til ny borekrone. Den nye borekronen vil da ha en litt større diameter (full gauge), og når denne kjøres inn i hullet kan den sette seg fast. Vi sier at vi har undergauge i hullet.

Endring i hulldiameter

Det kan oppstå endring av hulldiameter når det er ulike formasjonstyper i hullet eller sekvenser med hard og myk formasjon som kan gjøre at borestrengen settes fast på vei ut.

Dårlig hullrensing

Dårlig hullrensing kan gjøre at borestrengen setter seg fast. Dersom ikke alt borekaks blir transportert opp med borevæsken, kan kaks legge seg oppå borekronen, noe som kan medføre at borekronen blir kilt fast. Dårlig hullrensing i avviksbrønner kan også medføre at kaks legger seg på nedsiden av brønnen (lavsiden). Kakset bygger seg oppover i høyden slik at den indre diameteren i hullet minker, og det kan medføre fastkjøring av BHA.

Mistet noe i hullet (fisk)

Fisk er en betegnelse på objekter som ligger i brønnen som ikke skulle vært der. Det kan være utstyr mistet i hullet fra boredekk eller boreutstyr som er blitt ødelagt eller mistet i brønnen. Eksempel på fisk kan være deler av stabilisator eller tenner av borekrone. En fisk tar plassen som borestrengen skulle hatt og kan medføre at borekronen kommer i klem.

Kollapset casing

En casing kan kollapse dersom trykket på utsiden er for stort i forhold til trykket på innsiden av røret. Når trykkforskjellen blir for stor, presses casingen sammen slik at den indre diameteren i røret reduseres. Dette kan føre til fastkjøring av borestrengen.

Sementering

Sement kan også være med på å skape problemer i hullet. Etter utboring av casing-skoen er det et 5 til 15 meter langt stykke med sement i bunnen av forrige hull. Dersom sementen ikke herder skikkelig eller sementblokker faller inn i brønnen over vektrør, kan borestrengen kile seg fast.

Differential sticking (fastkjøring på grunn av trykk-overbalanse) er et verdensomfattende boreproblem som skjer relativt ofte og kan gi store økonomiske tap med tanke på nedetid. Det er vanskelig og tidkrevende å komme seg løs når dette problemet først har oppstått.

En av primærfunksjonene til borevæsken er at den skal danne en tynn, lavgjennomtrengelig filterkake. Dersom borevæsken ikke har den rette konsentrasjonen av filtertapsmateriale, kan filterkaken bli for tykk.

Problemet kan oppstå når man borer med overbalanse gjennom permeable soner. Trykket i brønnen presser mye mudfiltrat inn i formasjonen slik at filterkaken blir tykk. Dersom borestrengen ligger inn mot brønnveggen (filterkaken) vil kreftene som virker av overtrykket i brønnen bidra til å holde borestrengen inn mot brønnveggen slik at den blir sittende fast i filterkaken. Da klarer ikke boreren (driller) å trekke ut eller rotere borestrengen.

Dersom borestrengen blir stående i ro over tid i denne situasjonen, vil borestrengen feste seg mer og mer i filterkaken og det blir enda vanskeligere å komme seg løs.

Hvordan unngå problemet?

Kraften som holder røret mot brønnveggen er et produkt av differensialtrykket mellom borehullet og reservoaret, og overflatearealet som differensialtrykket virker på. Dette betyr at en forholdsvis lav trykkforskjell som virker på en lang lengde borestreng inntil brønnveggen, kan være et like stort problem som at et høyt differensialtrykk virker på en kortere del av borestrengen. Overtrykk er likevel nødvendig som primærbarriere mot brønnen. Det beste tiltaket for å hindre situasjonen blir derfor å bruke riktige tilsetningsstoff i borevæsken slik at den ikke mister væske inn i formasjonen.

I vannbasert borevæske ønskes en filterkake på mindre enn 1 mm tykkelse. Dette vil som oftest ikke være noe problem med de vannbaserte væskesystemene som anvendes i Nordsjøen i dag. Tilsetningsstoffene som skal regulere filtrattapet må være godt tilpasset formasjonens partikkelstørrelse for å danne en tett filterkake i brønnveggen.

I oljebasert borevæske kan filterkaken være noen millimeter tykk uten at det gjør noe. Den vil smøre så godt at det pleier ikke å være et problem, men det kan hende at det oppstår differensiell fastkjøring dersom forholdene i brønnen samlet sett er ugunstige.

CC BY

Bilde: TastyCakes

Figuren viser hvordan kreftene samlet virker mot hverandre i brønnen. Pilene viser kreftene som virker på borerøret. De små svarte pilene viser kreftene fra brønntrykket (væsketrykket) som virker på borerøret, mens de røde pilene viser at kreftene som virker på borerøret fra formasjonen er mindre. Den store svarte pilen representerer netto kraft som virker på borerøret og som presser det mot formasjonen.