Standardutstyr i øvre komplettering

Åpne bilde i et nytt vindu

CC BY-SA

Bilde: Baker Hughes Inc

Produksjonspakningen skrus sammen med produksjonsrør og skal plasseres nederst i øvre komplettering. Den skal hindre væske og gass fra å strømme på utsiden av produksjonsrøret og ankre produksjonsrøret til casingen. Pakningen skal plasseres i et område med godkjent sement bak casingen, det betyr at den står ganske langt ned i brønnen, alt fra 1500 meter til flere tusen meter under havbunnen.

Festemekanismen i produksjonspakningene er kiler (slips) som klemmes inn mellom produksjons- og fôringsrør. På utsiden av pakningen er det et gummielement som er formet som en smultring. Når pakningen settes i casingen, skvises gummielementet, slik at det tetter mellom casingen og utsiden av pakningen. Gummielementet skal hindre olje, vann og gass fra reservoaret fra å migrere på utsiden av produksjonsrøret.

Produksjonspakningene er en viktig del av barrierene i produksjons- og injeksjonsbrønner. Pakningen skal holde helt tett mellom produksjonsrøret og ringrommet, og den skal isolere ringrommet fra trykket i reservoaret.

Trykket mellom produksjonsrøret og ringrommet vil variere ved ulike brønnoperasjoner. Produksjonspakningen skal tåle trykkforskjeller mellom oversiden av gummielementet og undersiden av gummielementet.

Alle produksjonspakninger skal være testet og godkjent i henhold til ISO 14310 sitt krav V1, men de fleste er faktisk kvalifisert til enda strengere krav, V0.

Permanente og uttrekkbare pakninger

Det finnes to hovedtyper av produksjonspakninger: permanente og uttrekkbare. Begge typene er festet i produksjonsrøret, og begge kjøres inn i brønnen når kompletteringen skal settes. Forskjellen er at de permanente pakningene har kiler som låser i begge retninger, mens de uttrekkbare låser bare i én retning. Dette har betydning når pakningene skal trekkes for å skifte ut eller fjerne øvre komplettering.

For å trekke et produksjonsrør med permanent pakning må pakningen og slipsene freses bort ved hjelp av et freseverktøy som kjøres inn i brønnen. De uttrekkbare pakningene kan trekkes ut ved å frigjøre festemekanismen.

Dersom kompletteringen skal være monobore må det lages en overgang mellom nedre og øvre komplettering. Under produksjonspakningen monteres en tailpipe eller et anker. En tailpipe er et rørstykke som kan stikkes inn i nedre komplettering. Noen ganger har tailpipe en seal stack, det vil si flere tetningsringer som passer innvendig i toppen av nedre komplettering. Tailpipen kan stikkes inn i nedre komplettering, og deretter kan øvre komplettering trekkes opp til settedypet for produksjonspakningen.

Et anker kan også stikkes inn i toppen av nedre komplettering, men når det entrer i profilen i packertoppen i nedre komplettering, kan det ikke trekkes ut igjen. Da må hele øvre komplettering roteres for å skru ankeret ut igjen. Dette regnes som nærmest umulig, og derfor er anker sjeldnere i bruk.

Produksjonsrør utgjør hoveddelen av øvre komplettering og er skrudd sammen av mange enkeltrør. Rørene finnes i mange stålkvaliteter, dimensjoner og lengder. Standardlengdene er 11–12 meter.

De vanligste ytre dimensjonene som brukes på norsk sokkel er 5 ½ " og 7". Noen brønner er også komplettert med 9 ⅝” produksjonsrør. Indre diameter i produksjonsrøret er avhengig av tykkelsen på rørene. Tykkelsen velges ut fra hvilken belastning rørene vil bli utsatt for i brønnen.

Indre diameter på røret bestemmer den maksimale produksjonsraten som kan gå gjennom røret. Det er derfor av stor betydning å velge rett dimensjon. Underdimensjonering av produksjonsrøret gjør at brønnen produserer mindre olje og gass enn forutsatt. Underdimensjonering kan dermed være den mest kostbare feilen som gjøres i forbindelse med utformingen av en brønn.

Stålkvaliteten og stållegeringene velges ut fra miljøet og de belastninger som produksjonsrøret kan bli utsatt for i brønnen. Belastningene kommer fra brønnvæsker, trykk, temperatur, strekk, vridning, erosjon, korrosjon, lengdeforandring og bøyekrefter.

Koblingen mellom produksjonsrørene og kompletteringsutstyret må være trykktette, og koblingene må ha en styrke som er høyere enn utstyret de skrur sammen. Det finnes mange ulike gjengetyper som er godkjent til dette.

Alt utstyret som skal plasseres i øvre komplettering, skal stå på et planlagt dyp. For å treffe riktig brukes kortere produksjonsrørlengder innimellom. De kalles pup joint.

Spesialutstyr som skal plasseres innimellom produksjonsrørene, kan ha andre gjengetyper enn produksjonsrørene. Da brukes gjengeoverganger imellom. Disse kalles crossover eller crossover joint.

For å kunne plassere innvendige plugger på et fast sted monteres et rørstykke som kalles nipple joint i produksjonsrørstrengen. En nipple joint er et kort rørstykke som har en innvendig landings- eller låseprofil og et område som er polert indre overflate som kan brukes til tetningsflate. Nipple joint er inkludert i de fleste kompletteringer og står på dyp der det kan være aktuelt å plassere plugger, strupeventiler eller pakninger senere.

For at det skal være mulig å sette midlertidige plugger og annet utstyr i brønnen under brønnvedlikehold, settes det inn nipple jointer mange steder i brønnen.

Med flere nipple jointer i en brønn må den med minst ID stå nederst, slik at utstyr som skal plasseres i de større ID-ene kommer fram til den riktige nipple-profilen.

Der det er innsnevringer i indre diameter, for eksempel i en nipple joint, ventil eller sliding sleeve i produksjonsstrengen (production tubing), kan det skape turbulent strømning i brønnstrømmen. Turbulent strømning kan erodere godset i produksjonsrøret. Det installeres derfor rørstykker med ekstra tykk rørvegg over og under slike innsnevringer i kompletteringen. Disse kalles flow coupling.

Flow coupling har samme ID som produksjonsrørene, men ytre diameter er som koblingene på produksjonsrørene. Selv om det oppstår erosjon i området rundt innsnevringen, vil levetiden for kompletteringen forlenges ettersom det er mer godstykkelse å erodere på.

En polished bore receptacle (PBR) monteres ofte like over produksjonspakningen. PBR brukes som et frigjøringsledd dersom øvre komplettering skal trekkes ut av brønnen, og den kan også ta opp lengde-endringer i produksjonsrøret.PBR består av en hunndel, som er en glattpolert indre overflate, og en hanndel, som er en seal stack som passer til den indre diameteren i hunndelen. Disse to delene er festet sammen med skjærpinner, de er da pinnet. I øvre og nedre ende av den sammenskrudde PBR, er det gjenger som passer til produksjonsrøret eller til crossovere til produksjonsrøret.

Dersom øvre komplettering skal skiftes ut på et tidspunkt, er det mulig å skjære disse pinnene med trykk eller drakraft, slik at rørene i øvre komplettering frigjøres og kan trekkes ut av brønnen. Deretter kan produksjonspakningen trekkes eller milles ut av brønnen.

PBR kan brukes til flere løsninger, de kan også være montert i nedre komplettering. Dersom det er flere PBR i en produksjonsstreng, må det planlegges nøyaktig hvordan disse skal pinnes til ulik skjærverdi.

Over produksjonspakningen har kompletteringen ofte en sirkulasjonsport – sliding sleeve. Denne brukes til å sirkulere væsker fra ringrommet til innsiden av produksjonsrøret, eller motsatt vei. Sliding sleeve kan også monteres i nedre komplettering, og brukes da til å åpne og stenge for produksjon fra ulike soner i reservoaret.

Sirkulasjonsporten består av et indre og et ytre rør. Begge rørene har huller i rørveggen. Over og under hullene i sirkulasjonsporten er det pakninger som forsegler porten både på oversiden og undersiden av hullene.

Sirkulasjonsporten er utformet slik at hullene i indre og ytre rør kan stå overfor hverandre. Da er porten åpen til utsiden. Når sirkulasjonsporten skal stenges, kan det indre røret roteres eller skyves oppe eller ned, slik at hullene i det indre røret ikke har kontakt med hullene i det ytre røret.

Sirkulasjonsporten kan styres ved hjelp av brønnintervensjon på wireline, eller med hydraulisk trykk, fiberoptisk- eller elektrisk signal i en kontrollinje.

Sirkulasjonsporten i øvre komplettering brukes til flere oppgaver:

• Når det skal gjøres brønnvedlikehold, kan det være nødvendig å sirkulere drepevæske inn i brønnen.
• Ved oppstart av en brønn kan det være nødvendig å sirkulere inn lett kompletteringsvæske eller gass (nitrogen).

Forlengelsesrøret (seal bore extension) monteres i produksjonsrørstrengen (production tubing) og kan kompensere for lengdeforandring på grunn av temperaturendringer i brønnen. Det består av et rør som glir inn og ut i et annet. Det innvendige røret er utstyrt med pakningsringer (seal stack) på utsiden som passer til den glattpolerte indre diameteren i det ytre røret. Pakningene hindrer lekkasje ved forlengelsesrøret mellom ringrom og produksjonsløpet.

Når temperaturen i brønnen endres, for eksempel når brønnen stenges eller når den behandles med syre, skjer det lengdeendringer i hele produksjonsrøret. Lengdeendringene kan være på flere meter. For å hindre at lengdeendringene skyver og drar på produksjonspakningen og produksjonsrørhengeren, monteres forlengelsesrøret i produksjonsstrengen.

Slaglengden (stroke) kan være flere meter. Under innkjøring er delene pinnet sammen på samme måte som en PBR, men i forbindelse med installasjon skjæres skruene, slik at delene kan bevege seg fritt i hverandre.

En sidelomme består av et stort rør som er montert mellom to mindre rør. De små rørene er i samme dimensjon som produksjonsrøret. Det store røret monteres ut av senter i forhold til de små, slik at det blir plass til utstyr i siden av røret, mens produksjonsstrømmen og brønnintervensjon kan gå uhindret i produksjonsstrengen.

Åpne bilde i et nytt vindu

CC BY-SA

Bilde: Baker Hughes Inc

I sidelommen kan det settes en gassløftventil, måleutstyr for trykk og temperatur, eller kjemikalieinjeksjonsventil.

I rørveggen til sidelommen er det et hull ut til ringrommet. Hullet brukes direkte for gassløft, men kobles til kontrollinjer eller injeksjonslinjer for de andre løsningene. Når kontrollinjer kobles til sidelommen, må de være trykktette, slik at ikke signalene tapes.

Kontrollinjer er forbindelsen mellom utstyr i brønnen og kontrollrommet på overflaten. De brukes til å styre ventiler (DHSV, ASV, CIV, SS) og overvåke trykk og temperatur i brønnen. Hydraulikkvæske går i kobber-rør, og data eller fiberoptiske kabler føres i plastrør. Kontrollinjer brukes til å overføre datasignal, elektriske signaler eller hydraulisk trykk til utstyr nede i brønnen for å operere dette utstyret og for å overføre data fra målere til overflaten.

Størrelsen på en kontrollinje er normalt 1/4". De festes på utsiden av produksjonsrøret med spesiallagde klemmer som sørger for at linjene ligger inntil produksjonsrørene. For at ikke kontrollinjene skal overbelastes med strekk-krefter, vikles kontrollinjene flere ganger rundt rørene med jevne mellomrom. Det gir fleksibilitet i lengden på kontrollinjen dersom produksjonsrøret utvider seg på grunn av varme fra reservoaret.

Kontrollinjer må gå gjennom ringromspakningene. Disse pakningene er derfor laget med gjennomføringer for kontrollinjer i godset (packer body). I gjennomføringen kobles kontrollinjen over og under pakningen (termineres), slik at det holdes sammenhengende, trykktette forbindelser i kontrollinjen fra utstyret nede i brønnen og opp til kontrollrommet på overflaten.

Kontrollinjer fra nedre komplettering føres også gjennom produksjonspakningen.

Nedihulls sikringsventil (Downhole Safety valve, DHSV) er en sikkerhetsventil (barriere) som monteres i produksjonsstrengen minimum 50 meter under brønnhodet. Det er pålagt å ha DHSV i alle brønner på norsk sokkel. DHSV skal alltid stå øverst av det utstyr som brukes kontrollinjer i brønnen, slik at kontrollinjen til DHSV ikke må føres gjennom ringsomspakninger

DHSV er vanligvis en klaffventil (flapper valve), men kan også være en kuleventil. Ventilen er åpen når klaffen er presset inn mot produksjonsrørveggen og stenges når klaffen lukkes mot et sete i rørets indre diameter. Klaffen stenger mot brønnstrømmen nedenfra. Klaffen holdes åpen ved at et hydraulisk trykkstyrt stempel presser en fjær sammen. Forsvinner det hydrauliske trykket, vil fjæren presse ventilen til lukket posisjon.

Ventilen stenges og åpnes fra overflaten gjennom en eller to hydrauliske kontrollinjer som går på utsiden langs produksjonsrøret fra ventilen og opp til kontrollpanelet på riggen.

Trykket i kontrollinjen holder ventilen åpen for produksjon av olje og gass. Dersom trykket i kontrollinjen faller under åpningstrykket, skyver fjæren stempelet tilbake, slik at klaffen lukkes i ventilen. Det betyr at dersom trykket i kontrollinjen kommer under grenseverdien, lukkes klaffen automatisk. Det betyr at DHSV er en «fail-safe-close» ventil. DHSV skal alltid stå over ringromspakningen ( ASV), slik at kontrollinjen til DHSV ikke må føres gjennom ringsomspakningen

Kabelmontert brønnsikringsventil

I noen tilfeller brukes en kabelmontert sikringsventil ( wireline retrievable). Da settes ventilen i en kabeloperasjon innvendig i en nipple joint, slik at den blir plassert på korrekt dybde i forhold til kontrollinjen. Ventilen har pakninger over og under inngangen fra kontrollinjene, slik at ventilen kan styres fra overflaten på samme måte som en rørmontert ventil. Den indre diameteren i kabelsatte ventiler er mindre enn diameteren i produksjonsrøret.

Test av sikringsventilen

Tetningen i DHSV testes med jevne mellomrom. Da stenges ventilen, og trykket over ventilen tappes ned til et trykk som er lavere enn brønntrykket på dette dypet. Dersom trykket over ventilen ikke endrer seg etter 10–20 minutter, er ventilen tett. Ventilen kan åpnes etter at trykket over og under ventilen er utlignet.

Dersom en ventil ikke fungerer, vil den måtte skiftes ut. For en kabelsatt ventil skiftes hele ventilen i én kabeloperasjon. Den rørmonterte ventilen kan skiftes ved å trekke øvre komplettering, men dette er en stor operasjon og utføres som oftest bare når øvre komplettering skal skiftes av andre grunner. Som regel settes det ned en ny sikkerhetsventil i en kabeloperasjon innvendig i en profil i den gamle ventilen. Indre diameter blir da redusert i dette området.

Alle innsnevringer i kompletteringsutstyr begrenser oljeproduksjonen noe. Når det skal velges hvilken type DHSV som skal brukes i en brønn, er det viktig å vurdere hvilke konsekvenser en kabelsatt DHSV med en redusert ID vil ha på produksjonen. Dette må vurderes opp mot enklere vedlikehold eller utskifting av ventilen.

Øverst i øvre komplettering monteres produksjonsrørhengeren (tubing hanger). Den brukes til å feste (ankre) kompletteringsstrengen i brønnhodet eller ventiltreet. Produksjonsrørhengeren forsegler ringrommet og danner en tett kobling til ventiltreet.

I produksjonsrørhengeren er det boret hull gjennom godset i lengderetningen, slik at kontrollinjene kan kobles over og under og ha kommunikasjon gjennom kanalene i hengeren.

Kontrollinjene vikles rundt produksjonsrøret under tubing hanger og kuttes. Den ekstra lengden gir spillerom for feil under monteringen og hindrer strekk i kontrollinjen i ettertid. Enden av kontrollinjene kobles til gjennomføringer i produksjonsrørhengeren. På oversiden av hengeren kobles kontrollinjene til gjennomføringen og videreføres til styringspanelet.