6 - Beskrivelse – plugging og sikring av brønner

6.1 Teknologi og metode

Plugging og sikring av en brønn foretas ved slutten av brønnens levetid og sikrer at den for fremtiden ikke lekker og representerer en fare for miljøet eller for folks helse og sikkerhet.

Når feltets levetid går mot slutten og det ikke lenger er lønnsomt å produsere, vil permanent plugging av produksjons- og injeksjonsbrønnene være noe av det første som igangsettes forut for nedstengning og fjerning av produksjonsinnretningene. Prosedyren for å plugge en letebrønn er i hovedsak den samme, men generelt mindre kompleks.

Hensikten med pluggingen er å isolere de petroleumsførende reservoarene og andre trykksoner for å hindre fremtidig lekkasje av hydrokarboner til andre soner, spesielt til soner med ferskvann, eller til sjøbunnen og havet omkring. Pluggene må bli værende på plass og være pålitelige for all fremtid. Materiell, slik som foringsrør og brønnhoder skal ifølge Norsok D-010 standarden kuttes på en slik måte at ingen deler stikker opp fra havbunnen og dermed kan være til hinder for marine aktiviteter.

I følge NORSOK D-010 [18] skal en brønnplugg ha følgende karakteristika:

• Gi langsiktig integritet
• Være ugjennomtrengelig
• Ikke skrumpe
• Være i stand til å motstå mekaniske laster og støt
• Være resistent mot kjemikalier som H2S, CO2 og hydrokarboner
• Ha en god heft til stål
• Ikke skade integriteten til stålrør (tubulars)

Portland sement møter ovennevnte krav og er typisk brukt for å etablere en slik permanent barriere inni brønnen. Portland sement har også den fordel at den er lett tilgjengelig og lar seg relativt enkelt pumpe ned og plassere på riktig plass i brønnen. Denne teknologien har ikke endret seg mye over de siste 50 årene.

Generelt vil det bli plassert minst tre plugger i hver brønn, selv om pluggene i noen tilfeller kan bli kombinert i en enkeltplugg. Pluggene er:

• Primary Well Barrier – for å isolere brønnen mot inntrengning av væske eller gass fra reservoaret.
• Secondary Well Barrier – for å tjene som en reserve (back-up) for den primære barrieren.
• Open hole to surface well barrier – for a isolere enhver miljømessig skadelig væske fra å strømme til overflaten etter at foringsrørene er kuttet og fjernet.

I tillegg kan det være et krav om en ‘crossflow’ barriereplugg hvor det kan forekomme strømninger mellom formasjoner.

De enkelte brønnpluggene er vist i figuren nedenfor:

 

Figur 6-1:
Plugging av en typisk produksjonsbrønn

 

I praksis vil brønnene være mer komplekse en vist i figuren over. Det kan være flere produserende formasjoner som må isoleres, eller det kan være multilaterale brønner som fører inn mot et enkelt brønnhull, såkalt grenbrønn. Se figur under.

 

Figur 6-2:
Eksempel på grenbrønn

 

Dette kan bli ytterligere sammensatt ved at problemer kan oppstå – spesielt i gamle produksjonsbrønner – på grunn av korrosjon og skade på produksjonstubing og andre

komplikasjoner som skrot i brønnen, pakninger, pumper, etc. De midlene som trengs for å plugge brønner kan variere fra relativt enkle wireline utstyr til en fullt ut operasjonell borerigg. Valget vil primært bestemmes av de tekniske krav som den enkelte pluggeoperasjonen krever. For rett-frem operasjoner som kun krever å sette sementplugger og trekke produksjonsrør og foringsrør, kan riggløse metoder være tilstrekkelig - slik som kveilerør og hydrauliske workover enheter. For mer kompliserte operasjoner vil det imidlertid kreves en borerigg.

For plattformbrønner hvor det finnes en operasjonell borerigg om bord, vil det være naturlig å benytte denne boreriggen til pluggeoperasjonene, eventuelt supplert med ytterligere riggløst utstyr for å korte ned på tiden for plugging. Havbunnsbrønner vil typisk kreve bruk av enten en jack-up eller en halvt nedsenkbar rigg, eventuelt riggløse metoder med assistanse fra servicefartøyer eller lignende fartøyer som er utstyrt med dynamisk posisjonering. Figuren under viser overhaling av en havbunnsbrønn fra et servicefartøy via kveilerør (coiled tubing) [19].

 

Figur 6-3:
Overhaling av en havbunnsbrønn via kveilerør

 

 

6.2 Nye pluggemetoder

I dag utføres i all hovedsak brønnpluggeoperasjoner fra borerigger, med bruk av sement som tetningsmiddel. Dette betyr at man må bruke ressurskrevende utstyr og mye tid på å klargjøre brønnen først, samt operere brønnplugge-verktøy på borestreng, eventuelt kveilerør, for å muliggjøre pumping av sement. Det er ofte også ønskelig at kappebergarten som ligger over reservoaret blir eksponert. Dette medfører fjerning av fôringsrør, noe som kan være en svært krevende operasjon. Erfaring viser også at plugging av brønner ikke alltid er vellykket. Petroleumstilsynet anslo i 2011 [20] at så mye som 38 % av midlertidig pluggede brønner viste forskjellige grader av barrieresvikt.

Tradisjonell teknologi representerer svært høye brønnpluggekostnader, og industrien satser stort på utvikling av mer kostnadseffektive og sikrere løsninger. Trenden går i retning av å utvikle rigg-løse teknologier og metoder hvor relativt enkelt og kostnadseffektivt plattform- eller fartøysbasert utstyr kan brukes, samt utvikling av ulike pluggematerialer som alternativ til sement.

Ifølge Øksnes [21] er noen av de nye teknologiene som er under utvikling innen brønnplugging som følger:

• Perforate, wash and cement (PWC)
• Alternativer til sementbarriere
• Bruke formasjonen som barriere (e.g. skifer)
• Sandaband (sandslurry) og ThermaSet (ikke-reaktiv polymer)
• Trekke produksjonsstrengen uten bruk av wireline/kveilerør
• Interwell rig-less P&A
• Open Water Coiled Tubing (OWCT)

To av teknologiene er beskrevet noe nærmere i det følgende.

 

6.2.1 PWC®-metoden

PWC®-metoden er utviklet av HydraWell og har vært i operasjon siden 2011. Ved PWC® (perforate, wash and cement)-metoden perforeres veggene i foringsrøret ved hjelp av eksplosive ladninger, ringrommet bak foringsrøret høyttrykkspyles og sement presses ut i ringrommet(-ene) og danner en isolerende plugg. Dermed unngås tids- og kostnadskrevende operasjoner knyttet til kutting og trekking av foringsrør. Figuren under viser PWC® metoden anvendt på en brønn med ett foringsrør. Metoden er anvendt på en rekke brønner, både i Norge og internasjonalt.

 

Figur 6-4:
PWC® metoden anvendt på en brønn med ett foringsrør [22]

 

6.2.2 Interwell rig-less P&A

Selskapet Interwell P&A har under utvikling en pluggemetode som er basert på en kjemisk eksotermisk reaksjon, hvor svært høy temperatur oppnås gjennom tilføring av jernoksid og aluminium (termitt) [23]. Prinsippet går ut på å smelte omkringliggende materiale og etterlate en stivnet plugg som går inn i bergarten omkring. Løsningen vil bruke materialet som allerede er tilstede i brønnen til å lage en barriere som både skal isolere mot et rør eller en kappebergart, og som skal binde seg til omkringliggende formasjon gjennom en metamorfoseprosess. Hensikten er å skape en barriere med egenskaper og en fysisk form som skal tåle påkjenningene og isolere potensielle lekkasjer fra reservoaret. Se figuren under.

 

Figur 6-5:
Illustrasjon av Interwell P&A sammensmeltingsmetode [23]

 

Med denne teknologien skal man kunne utføre en isolering av reservoaret med utstyr som plasseres i brønnen ved hjelp av wireline. Siden metoden ikke krever trekking av produksjonsrør og foringsrør vil kravene til arbeidsrigg være begrenset, og den vil være velegnet til plugging av havbunnsbrønner fra et lettere intervensjonsfartøy. Utprøving av metoden pågår, og produsenten håper at metoden kan bli kvalifisert for kommersiell bruk i løpet av de nærmeste årene.