NTNUasheim/Introkurs/Bronnbygging.docx · Web viewKonstruksjon, boring, drift og vedlikehold av...

Brønnbygging

1 Funksjonskrav og generell oppbygging

En produksjonsbrønn skal sikre:

1) Strømningskanal mellom reservoar og overflate2) Tetning mot lekkasje og utslipp3) Tilknytning til prosessanlegget på overflaten4) Tilknytning til reservoaret

Konstruksjon, boring, drift og vedlikehold av brønner følger gjerne industristandarder, for eksempel: NORSOK D-010: Well integrity in drilling and well operations. Denne, og andre viktige standarder finnes på: https://www.standard.no/en/sectors/energi-og-klima/petroleum/norsok-standard-categories/d-drilling/ Strømningskanalen vil i nesten alle tilfeller være et stålrøyr, skrudd sammen av seksjoner. Røyret dimensjoneres for å få lite trykktap og erosjon, men likevel tilstrekkelig strømningsfart til å løfte ut produsert sand og vann. I en oljebrønn vil strømningsfarten sjelden være over 3 m/s, for ikkje å få for stort trykktap, og sjelden under 0.5 m/s for å hindre sedimentering. I strømningskanalen, produksjonsrøyret, kan det være satt inn ymse utstyr: seter for å sette fast plugger, ventiler, ekspansjonsledd og annet.

Tabell 1 Illustrerer tradisjonell API-klassifikasjon av karbonstål for produksjonsrøyr. Ulikheter i styrke skyldes ulik herding og annen varmebehandling. Høgere flytegrense betyr da gjerne større sprøhet, spesielt i H2S-holdig miljø.

Tabell 1: API-klassifikasjon av karbonstål

Tabell 2 illustrerer tradisjonell API-standard for røyrdimensjoner opp til 4.5 tommer.

Tabell 2 API-standard for røyrdimensjoner

For brønner som kan produsere av egen energi, har de fleste land påbud om nedihulls sikkerhetsventil. Denne er vanligvis plasser noen hundre meter nedi produksjonsrøyret og blir holdt åpen med hydraulisk trykk levert fra overflaten. Dersom operatøren eller sikkerhetssystemet slår av det hydrauliske trykket, eller hydraulikkrøyret blir brutt, vil sikkerhetsventilen klappe igjen.

Produksjonsrøyret henger inni et foringsrøyr. Utenfor dette foringsrøyret kan der være fleire større foringsrøyr, satt under boringen, for å støtte opp brønnveggen. Produksjonsrøyret henger fra brønnhodet i en konet produksjonsrøyrhenger. Denne har også tetningselementer. Ned i brønnen er ringrommet, mellom produksjons- og foringsrøyr lukket med en produksjonspakning. Ringrommet er vanligvis fylt med tung kompletteringsvæske. Figur 1 illustrerer produksjonsrøyret fra en brønn på Albuskjell-feltet, med tilknytning til reservoaret

Tetning mot lekkasje og utslipp er vanligvis ut fra prinsippet om at det alltid skal finnes minst 2, uavhengige, barrierer. Om det for eksempel tæres hull i produksjonsrøyret, skal foringsrøyret og produksjonsrøyrhengeren være dimensjonert for å stå imot og hindre

utslipp. For at det alltid skal være 2 barrierer, må også finnes anordninger for å overvåke at alle barrierene er intakte.

Figur 1 : Produksjonsbrønn, med primærbarrierer indikert i blått og sekundærbarrierer i rødt (Langley /2006/)

Figur 2 Produksjonsbrønn på Albuskjell

Tilknytning til prosessanlegget er gjennom et ventiltre, festet til brønnhodet.Dette har ventiler for å kunne stenge brønnen, og vanligvis også for å regulere produksjonsmengden. I tillegg må ventiltreet gi mulighet til å sluse utstyr inn i brønnen. Figur 3 viser et gammeldags ventiltre, satt sammen av standardkomponenter.

Figur 3 Brønnhode og ventiltre, tradisjonell oppbygging

Figur 4 viser et nyere, høgtrykks ventiltre, konstruert for sur gass. Dette har bare et utløp for produksjon, med regulerbar dyse; et produksjonsrøyr og ingen fastmontert sluse. Ellers er det funksjonelt temmelig likt treet ovenfor. Ventiltreet vist i figur 4 har imidlertid færre mulige lekkasjepunkter. Tetningselementene er også langt bedre beskyttet mot brann, eller mekanisk skade.

Figur 4 Ventiltre (Grey), konstruert for høgt trykk og sur gass

Tilknytning til reservoaret: De fleste reservoarer krever avstøtting for å hindre at berget brønnen raser sammen, eller begynner å produsere sand. Et vanlig opplegg er å sementere

foringsrøyr (eller liner) gjennom reservoarlagene og perforere de antatt produktive sonene. Vannførende lag blir da lukket bak sement og stål. Figur 5 nedenfor viser en eldre Gullfaksbrønn, perforert i to soner. Perforeringene er gruspakket og innløpet til produksjonsrøyret er utstyrt med sandfilter.

Figur 5 : Kompletteringen av en Gullfaksbrønn

Figur 6 viser en horisontal fleirgreinsbrønn for Åsgardfeltet. Lainerne gjennom de produktive sonene er ikkje sementert, men utstyrt med svellepakninger, sandfiltre og passiv innstrømningskontroll. Hydraulisk styrte ventiler nedi brønnen gjør det mulig å styre produksjonen fra sidegreinene

Figur 6 Horisontal fleirgreinsbrønn (Bunkholt, H./ 2009/)

2. Produksjonsløft og pumping

Mange brønner trenger ekstra løft for å produsere. Løftemetodene som brukes er

a) Nedihulls pumpe b) Gassløft

Nedihulls pumper finnes i ulike konstruksjoner. De vanligste er jekkepumper og elektriske nedihullspumpe (ESP). Jekkepumper har drivverket på overflaten og overfører kraft til pumpa ved ei stang, figur 7. Slike pumper er enkle og robuste, men pumpeverket på overflaten blir stort og tungt i forhold til kapasiteten.

Figur 7 Brønn utstyrt med jekkepumpe (stangpumpe)

Figur 8: Gruvepumpe fra 1500-tallet

Figur 9 illustrerer brønn utstyrt med elektrisk nedihullspumpe. Styringen av pumpa skjer vanligvis med elektrisk frekvensstyring.

Figur 9 Brønn, utstyrt med elektrisk, nedihulls pumpe

Elektiske nedihullspumper er vanligvis dynamiske, med mange løpehjul montert på felles aksling, vist i figur 10. Slike pumper har mye større kapasitet enn jekkepumper av tilsvarende størrelse. Ulempen er at mye roterende utstyr må plasseres nedi i brønnen. Det betyr at det vil være meir utsatt for slitasje og det blir vanskeligere å utbedre skader.

Figur 10 Elektrisk, nedihulls brønnpumpe

Figur 11 viser nedihulls komplettering med sandskjerm og nedihulls brønnpumpe. Kompletteringen er innrettet for å kunne passere utstyr ned i brønnen, forbi pumpa; og for kunne produsere dersom pumpa skulle svikte.

Når produsert vann og olje passerer gjennom pumpa, blir det lett dannet emulsjon. Derfor er det her ordnet for å injisere emulsjonsbryter før pumpa.

Figur 11 Komplettering med brønnpumpe (Gannet-feltet)

Gassløft innebærer at gass injiseres i produksjonsrøyret, for å redusere tettheten av fluidbandingen der, slik at brønntrykket reduseres. Gassløft er mest aktuelt der reservoaret har høgt trykk, inneholder lite gass, eller der brønnene produserer mye vann. Figur 12 illustrerer anlegget på overflaten for å injisere i 4 brønner. En brønn vist i større detaljer.

Gassen injiseres vanligvis gjennom ringrommet og inn i produksjonsrøyret, lengst mulig nede. Resten av gassløftventilene mellom ringrom og produksjonsrøyr blir brukt under oppstart og konstruert for å lukke seg under vanlige produksjonsforhold.

Figur 12. Anlegg for gassløft

Referanser

2007 Langley, D.: ATCE Technology PreviewJ. of Petr. Tech., September 2006, p 44

2009 Bunkholt, H..:Presentasjon, StatoilHydro, 2009