petroleumsbrønn – Store norske leksikon (original) (raw)

Prinsippskisse av oljebrønner på land og til sjøs. Her vises vertikale brønner, mens ofte vil de begynne å svinge (bygge opp vinkel) etter at en viss dybde er nådd.

En skjematisk skisse av en havbrønn som er komplettert - det vil si klargjort/ferdigstilt for produksjon. Figuren viser foringsrørene (som teleskoprør) som har blitt installert fortløpende under boreoperasjonen for å stabilisere brønnen og hindre strømning av gass og væsker før brønnen er ferdig. Under kompletteringen settes det blant annet ned en produksjonsstreng/rør som det skytes hull i der det er soner med olje eller gass som man ønsker å ta opp – disse hullene er på figuren angitt som tre tagger som går ut i det oljeførende laget. Produksjonspakninger hindrer væske/gass å strømme opp i ringrommet mellom produksjonsrøret og foringsrøret utenfor. Merk at proporsjonene i figuren er kraftig forvrengt, samt at brønnbanen er for enkelhets skyld tegnet vertikal.

Petroleumsbrønn er et borehull som bores ned i bakken på land eller fra bunnen av hav eller sjøer for å lete etter eller produsere petroleum. I begge tilfeller ønsker man normalt å bore brønnen ferdig til ønsket dybde før et produksjonsrør settes ned og oljen eller gassen tas opp gjennom dette.

Faktaboks

Også kjent som

oljebrønn, olje- og gassbrønn

engelsk petroleum well, oil well

Til havs tas funnet opp til en boreplattform som er forbundet med brønnen gjennom et stigningsrør («drilling riser») og nødvendige sikkerhetsmekanismer, mens til lands står gjerne et boretårn med sikkerhetsmekanismene direkte over brønnen.

Historikk

Brønner som har blitt laget med hovedhensikt å hente opp hydrokarboner finner man helt tilbake til år 347 fvt. i Kina, og fra cirka år 600 evt. i Japan. Den første kjente oljebrønnen i Europa stammer fra Frankrike og daterer seg tilbake til 1745. I USA fant man i begynnelsen av 1800-tallet noen ganger olje i brønner som var initiert av andre grunner, mens man regner at den første planlagte oljebrønnen er fra 1859 i Pennsylvania. I denne tidlige fasen ble brønnene lagd ved hjelp av en hammerteknikk, typisk utført av en stempelpumpe. Brønnen i Pennsylvania ble konstruert med en stempelpumpe som var drevet av en dampmaskin.

Rotasjonsboring utviklet seg på slutten av 1800-tallet og gav mulighet til å bore dypere i løse formasjoner. I 1901 kom et gjennombrudd da den nyeste teknikken innen rotasjonsboring resulterte i et relativt stort funn i Texas (Spindletop-feltet). Produksjonen fra Spindletop og andre store funn som etterfulgte som følge den forbedrede boreteknikken, gjorde at olje ble billig nok til å kunne tas i bruk på flere og flere områder.

I Norge startet leting av petroleum på norsk sokkel i 1960-årene, og det første funnet som ble erklært drivverdig var Ekofiskfeltet i 1969. Ekofiskfeltet er fortsatt ett av de største på norsk sokkel. Andre store felt som har blitt funnet senere er Statfjordfeltet i 1974 og Johan Sverdrup-feltet som ble påvist i 2010 og hadde produksjonsstart i 2019.

Hovedtyper

Ved boring på land vil boretårn, brønnhode og boresikringsventil normalt stå direkte over brønnen. Bildet viser her den gamle typen stempelpumpe som i motsetning til roterende boring slår strengen ned ved hjelp av en type hammerteknikk.

I nye felt der man er usikker på hvorvidt det finnes petroleum eller på eventuelle forekomsters omfang eller lokasjon, bores det normalt først en undersøkelsesbrønn (også kalt letebrønn eller villkattbrønn) for å avklare om man har avdekket et nytt olje- eller gassfunn. Hvis en slik brønn fører til funn, kan den bli etterfulgt av én eller flere avgrensningsbrønner som bidrar til å kartlegge forekomsten eller reservoarets utstrekning.

Deretter blir det tatt en vurdering av om et funn er økonomisk drivverdig. Dette vil blant annet være avhengig av kompleksiteten/kostnadene av å bore produksjonsbrønner og å produsere fra dem, samt funnets størrelse og forventet pris på oljen eller gassen.

Hvis funnet er drivverdig bores det produksjonsbrønner. Hvilke bane disse skal følge og hvor dypt de skal gå bestemmes blant annet ut fra vurderinger om hvordan man kan få mest mulig petroleum ut av feltet.

I nye brønner er trykket i bunnen av brønnen så høyt at hydrokarbonene, og eventuelt vann, strømmer til overflaten av seg selv. Etter hvert som produksjonen pågår vil trykket i reservoaret synke. Hvis trykket i brønnen er for lavt til å drive hydrokarbonene til overflaten, kan dette avhjelpes ved å bore injeksjonsbrønner, der vann, boreslam, karbondioksid eller annet pumpes ned i injeksjonsbrønnen under trykk og videre inn i reservoaret for å presse oljen/gassen inn i produksjonsbrønnene. Metoder for å øke produksjonsmengden på denne måten benevnes økt oljeutvinning (engelsk «enhanced oil recovery», ofte forkortet EOR).

• Les mer om petroleumsleting og petroleumsutvinning

Havbrønner

Statfjord ligger på svært dypt vann (150 meter), og feltet er bygget ut med tre fullt integrerte bore-, produksjons- og boligplattformer som hviler på et norskutviklet betongunderstell kalt Condeep. I forgrunnen ses plattformen Statfjord C, i midten Statfjord A, og lengst borte skimtes Statfjord B.

Ved boring og produksjon til havs kan plattformene, på grunne og moderate dyp, stå med ben på bunnen og holdes på plass av sin egen tyngde (dette kalles gravitasjonsplattformer). Ved større dybder blir flytende plattformer eller produksjonsskip benyttet. Disse holdes på plass med fortøyningsliner, stag (strekkstagplattformer/TLP), eller systemer for dynamisk posisjonering. Disse brønnene bores og produseres gjennom et stigerør som går fra havbunnen og opp til boreriggen.

Ved flytende plattformer eller skip vil det kunne være en fare for at posisjoneringsmekanismene ikke klarer å holde flyteren på plass over brønnen, slik at stigerøret kan bli revet av. Det er derfor særdeles viktig at brønnhode og boresikringsventil i slike tilfeller er montert på havbunnen og ikke på toppen av stigerøret. Ulempen med dette er at om gass eller olje har kommet inn i stigerøret så vil ikke stengning av boresikringsventilen kunne hindre at den fortsetter å stige til overflaten og i verste fall kunne gi en utblåsning.

Landbrønner

Boring fra land er mer vanlig i andre land enn i Norge. Her vil boretårn, brønnhode og boresikringsventil normalt stå direkte over brønnen.

Horisontale brønner, retningsbrønner og flergrensbrønner

Det vil ofte være hensiktsmessig/nødvendig å bore i ulike retninger, det vil si ikke kun vertikalt. For landrigger kan dette være nødvendig for å bore under et vann eller en bebyggelse. For havbrønner kan det være økonomisk gunstig å bore til flere reservoar fra én plattform. Dette kan gi brønner med lange horisontale seksjoner samt flergrensbrønner (multilaterale brønner).

I det siste tilfellet bores en hovedbrønn et stykke ned mot reservoaret og deretter bores det grenbrønner til ulike produksjonssoner ved hjelp av såkalt avviksboring.

Boreaktiviteten

Petroleumsboring foregår normalt ved rotasjon av en borekrone festet i en lang hul borestreng. Under den roterende boringen pumpes det borevæske ned gjennom den hule borestrengen, og ut gjennom små dyser i borekronen der borevæsken får stor hastighet. Disse borevæskestrålene er delaktige i boreprosessen ved at de med høy hastighet spyler vekk borekaks som genereres under boringen. Borekronens størrelse, som bestemmer diameteren på borehullet/brønnen vil ha større diameter enn borestrengen. Dermed oppstår det et annulus (ringrom) mellom borestrengen og veggen på borehullet, der borevæsken kan strømme opp og samtidig frakte med seg borekaksen. På denne måten frakter borevæsken med seg borekaksen til overflaten (hullrensning) der den fjernes fra væsken, som så pumpes ned igjen (sirkulasjon).

En annen svært viktig oppgave for borevæsken i ringrommet mellom borestreng og brønnvegg, er å etablere nok trykk i brønnen til at formasjonsvæsker (gass, olje, vann) ikke strømmer inn og opp til overflaten under boring, samt at trykket ikke blir så stort at bergartene i brønnveggen sprekker og/eller borevæske strømmer ut i formasjonen. Det førstnevnte kan skje hvis trykket ved en dybde er lavere enn poretrykket ved denne dybden, og resultatet kan bli et såkalt brønnspark (engelsk kick). I det andre tilfellet, hvis trykket er høyere enn oppsprekkingstrykket (engelsk fracture pressure) ved en dybde, kan man miste store mengder borevæske til formasjonen. Dette kan være skadelig for miljøet, er kostbart, og hvis det skjer i, eller i nærheten av et reservoar kan den framtidige produksjonen derfra bli redusert. I såkalte svake soner kan man også miste borevæske selv om formasjonen ikke sprekker. Da sier vi at trykket har overskredet det kritiske tapstrykket (engelsk critical loss pressure).

Riktig trykk i brønnen sikres først og fremst ved å sørge for at væsken har riktig tetthet, men kan også styres av spesielle teknikker kalt trykkbalansert boring (engelsk managed pressure drilling, MPD).

For lange brønner vil den riktige tettheten på borevæsken endre seg såpass mye nedover langs brønnen (normalt øker den) at det er umulig å finne én tetthet som ikke ligger enten under poretrykket (med fare for brønnspark) i visse områder eller over oppsprekkingstrykket/det kritiske tapstrykket (med tap av borevæske) i andre områder. Dette løses ved at man med visse mellomrom setter ned fôringsrør som isolerer brønnen fra formasjonen.

Sikkerhetsbarrierer

Under boreaktiviteten vil det kunne være fare for at væske og gass under høyt trykk presses opp gjennom brønnen og til overflaten. Dette kan resultere i en ukontrollert utblåsning.

Flere sikkerhetsbarrierer sørger for at utblåsninger ikke skal skje. Primærbarrieren er det hydrostatiske trykket som borevæsken påfører brønnen, mens en boresikringsventil (engelsk «blow out preventer», BOP) sørger for flere ekstra nivå av sikkerhet (barrierer). Boresikringsventilen står på toppen av brønnen og har mulighet til å stenge av ringrommet mellom fôringsrøret og borestrengen, og om nødvendig også å kutte borestrengen for på den måten stenge hele brønnen. Det er viktig at boresikringsventilen er montert på den faste delen av brønnen slik at den ikke rives av og medfører at disse barrierene forsvinner.

Faser i utviklingen av en petroleumsbrønn

Brønndesign

En petroleumsbrønn konstrueres slik at den kan stå imot påkjenningene den blir utsatt for i løpet av levetiden. I åpne hull, det vil si før fôringsrør er installert, vil skjærspenninger i formasjonen kunne få brønnen til å kollapse. Dette motvirkes ved bruk av borevæske med riktig tetthet.

Etter at fôringsrør er installert, vil valg av materiale/styrke og dimensjoner på disse være avgjørende. En annen viktig faktor innen brønndesign er hvor langt ned hvert fôringsrør skal gå, eller med andre ord, hvor langt man skal bore før et nytt foringsrør settes ned. Dette er fordi et langt åpent hull gir større risiko for oppsprekking av brønnen og/eller brønnspark, mens mange fôringsrør gir andre utfordringer: Siden hvert fôringsrør må senkes ned inni det forrige blir diameteren på dem mindre for hvert rør. Ved lange brønner kan dette til slutt gi for liten plass til borestrengen med tilhørende utstyr som borekrone og instrumenter. I tillegg vil produksjonsraten bli lavere hvis hydrokarbonene skal tas opp gjennom et tynt rør, samt at mange foringsrør vil være mer kostbart.

Komplettering

Brønnkomplettering foretas etter at en petroleumsbrønn er boret for å gjøre den klar til produksjon. Brønnen blir fôret med et fôringsrør designet og dimensjonert for produksjon. Dette siste fôringsrøret, sementeres fast i det åpne hullet nedenfor forrige fôringsrør.

I reservoarområdet perforeres fôringsrøret, og man setter inn produksjonsrør, siler og pakninger. På denne måten kan oljen og gassen tas opp til overflaten uten lekkasjer og med et minimum av uønskede tillegg av vann og sand.

Testing

Testing for å finne ut hvor stor petroleumsproduksjon som kan forventes fra en brønn kan utføres på alle stadier i olje- og gassfeltenes levetid; fra leting til utbygging, produksjon og injeksjon. Dette innebærer å foreta målinger mens væske strømmer fra reservoaret, og resultatet kan angi om en formasjon vil produsere, eller fortsette å produsere, hydrokarboner med en hastighet som gir en rimelig avkastning på ytterligere investeringer. Data fra tester kan også angi grensene for reservoaret og brukes til å planlegge de mest effektive metodene for å produsere fra brønnen og feltet.

Produksjonsfasen

Når en brønn er ferdig boret, testet og komplementert kan den gå over i produksjonsfasen. Da lar man væske og/eller gass fra reservoaret strømme inn i produksjonsrøret (gjennom perforeringene i det siste foringsrøret) og opp til overflaten via produksjonsventiltreet. Videre tas brønnstrømmen gjennom et prosessanlegg der vann, gass og olje separeres.

• Les mer om petroleumsutvinning

Injeksjon

Petroleumsproduksjon kan økes ved innsprøytning av vann, gass eller kjemikalier i brønnen. Injeksjonsvæsken pumpes normalt inn i reservoaret gjennom spesielle injeksjonsbrønner som er plassert slik at den injiserte væsken erstatter oljen eller gassen som produseres. På den måten kan reservoartrykket og produksjonstakten opprettholdes for å oppnå økt utvinning fra reservoaret.

Vann brukes vanligvis som injeksjonsvæske, men også gassinjeksjon brukes for å drive ut mer olje av reservoarene og produsere gass.

Overhaling

Overhaling (brønnrehabilitering) vil si utskifting av deler av en petroleumsbrønn på grunn av slitasje og korrosjon. Dette er gjerne nødvendig etter noen års produksjon.

Produksjonsrøret trekkes da opp, og brønntrykket balanseres med tungt boreslam før ny komplettering gjennomføres. Samtidig kan deler av brønnen stenges og åpne nye områder mot reservoaret for å forbedre produktiviteten.

Brønnoverhaling medfører en viss fare for ukontrollert utblåsning. Eksempler på slike hendelser er ulykken på Bravo-plattformen i Nordsjøen i 1977 og Deepwater Horizon-ulykken på Macondofeltet i Mexicogolfen i 2010.

Stimulering

Produksjonsevnen til en petroleumsbrønn kan stimuleres ved å åpne sprekkene i reservoarberget omkring brønnen. Dette kan gjøres på to måter:

• Syrebehandling; å presse en sterk syre som etser bort bergarten inne i sprekkene
• Frakturering; å sette på et høyt overtrykk i brønnen.

Frakturering kan også kombineres med syrebehandling ved at væsken som presses inn i berget inneholder etsende syre.

Dreping

En petroleumsbrønn sies å være levende når den har så stort trykk at petroleum strømmer ut hvis ikke et stengeorgan hindrer det. Brønnen drepes ved at den fylles med så tungt boreslam at vekten av dette balanserer formasjonstrykket. På denne måten kan oljen eller gassen hindres i å strømme ut av en åpen brønn.

Ukontrollert utblåsning blir ofte stanset ved hjelp av brønndreping, se utblåsning (Dreping).

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

• Drilling is Established (Engineering and Technology History Wiki)

Litteratur

• Mitchell, Robert F. & Miska Stefan Z. (2011). Fundamentals of Drilling Engineering (12). Richardson, TX: SPE Textbook Series

Kommentarer