DE3942438C2 - - Google Patents
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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-
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren
einer Neben- oder Ablenkbohrung eines inbesondere verrohrten
Bohrlochs in unterirdischen Gesteins- oder Erdformationen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Erstellen einer Bohrlochablenkung konventioneller
Art aus z. B. der Rohrwandung eines verrohrten Bohrloches
wird in dem Bohrloch zunächst ein Packer gesetzt, eine
eine Keilfläche aufweisende Ablenkkeileinheit in bestimmter
Richtung orientiert und über eine Ankervorrichtung an dem
Packer festgelegt. Die Ablenkkeileinheit wird dabei her
kömmlicherweise über eine Scherbolzenverbindung an einem
Startschneidwerkzeug befestigt und mit dem das Startschneid
werkzeug aufweisenden Bohrstrang in das Bohrloch einge
bracht. Das herkömmlicherweise eingesetzte Startwerkzeug
hat einen vorderen, zur Ablenkkeileinheit hin orientierten
Kegel, der eine mit dem Ablenkkeilstück am oberen Ende
der Ablenkkeileinheit zusammenwirkende Ablenkführung bildet.
Nach Abscheren der Bolzenverbindung ist mit dem Startwerk
zeug während der ablenkenden Abwärtsbewegung des Kegels
in den Rohrwandungsbereich ein Fenster anzufräsen. Ist
der Kegel jedoch an dem Ablenkkeilstück entlanggelaufen,
befindet sich das Startwerkzeug noch mit seiner Stirnfläche
direkt oberhalb der Ablenkkeileinheit und damit in seiner
Schneidendstellung. Der Kegel des Startwerkzeuges verklemmt
sich zwischen Ablenkkeilstück und Rohrwand. Mithin ist
für die weiteren notwendigen Schneidarbeiten zur Erstellung
der Ablenkarbeiten wie Auffräsen, Erweitern und Aufräumen
des Fensters der eingesetzte Bohrstrang mehrfach zu ziehen,
mit neuen Schneidwerkzeugen zu versehen und wieder abzulas
sen. Der damit einhergehende Arbeits- und Montageaufwand
ist erheblich (US 39 08 759).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der mit vermin
dertem Arbeits- und Montageaufwand eine Ablenkbohrung zu
erstellen ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich
wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche
2 bis 11 verwiesen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der den Fenster
ausschneidvorgang unmittelbar bewirkenden, hinter dem
Schneidwerkzeug gelegenen Ablenkführung, ist das Start
schneidwerkzeug nach Einleitung des Ablenkvorganges in
einem Bereich des Bohrlochs gelegen, wo es mit seinen stirn
seitigen bzw. vorderen Schneidflächen nicht mehr an der
Stirnkante der Ablenkkeileinheit zur Anlage kommt. Darüber
hinaus kann ein nicht schneidfähiges Führungselement wie
zum Beispiel ein Konusteil den Fortschritt des Werkzeuges
nicht behindern. Das Startschneidwerkzeug befindet sich
nach dem Startschneid- bzw. fräsvorgang mit seiner Stirn
fläche im Futterrohr und ist voll schneidfähig, ohne daß
eine Zerstörung der Ablenkkeileinheit zu befürchten wäre.
Ein Ziehen des Stranges und Auswechseln des Startschneid
werkzeuges bei Erreichen eines der Länge der Ablenkführung
entsprechenden Bohrfortschritts ist daher nicht erforder
lich. Die damit einhergehende Zeitersparnis ist erheblich.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist
damit die Voraussetzung geschaffen, dem vorauseilenden
Schneidwerkzeug weitere Fräswerkzeuge nachzuordnen, um
mit einer Bohrgarnitur das Fenster auszuschneiden, zu er
weitern, Räumarbeiten durchzuführen und insgesamt die Ab
lenkbohrung so weit herzustellen, bis mit einer üblichen
Bohrgarnitur weitergearbeitet werden kann.
Bevorzugtermaßen umfaßt die Ablenkkeileinheit eine das
Startschneidwerkzeug bzw. das vorauseilende Werkzeug in
der Startposition hintergreifende, mit der Ablenkführung
zusammenwirkende Ablenkrampe, wobei z. B. die Ablenkführung
des Startschneidwerkzeuges durch einen diesem nachge
ordneten, konisch zulaufenden Werkzeughalterbereich gebildet
ist. Hieran können sich dann weitere Schneidwerkzeuge direkt
anschließen, z. B. ein Fräswerkzeug mit gegenüber dem
Schneidwerkzeug größeren Schneiddurchmesser, mit dem das
angeschnittene Bohrlochfenster im Futterrohrbereich zu
erweitern ist. Einem solchen Fräswerkzeug kann sich ein
weiteres Räumschneidwerkzeug mit gegenüber dem ersten nach
geordneten Werkzeug vergrößertem Schneiddurchmesser an
schließen. Gleichfalls besteht die Möglichkeit, diesem
noch weitere Räumschneidwerkzeuge nachzuordnen, falls die
Räumkapazität im jeweiligen Einzelfalle nicht ausreichen
sollte.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung,
in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfin
dung näher veranschaulicht ist. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine abgebrochene schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach
der Erfindung mit Packer, Ablenkkeileinheit
sowie dem Startschneidwerkzeug;
Fig. 2 eine abgebrochene Darstellung des in Fig. 1
veranschaulichten Ausführungsbeispiels der Vor
richtung nach der Erfindung mit Startschneid
werkzeug sowie mit weiteren, diesem nachgeord
neten Schneidwerkzeugen, und
Fig. 3A, 3B, 3C schematische Darstellungen beim Betrieb des
veranschaulichten Ausführungsbeispiels nach
der Erfindung.
Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Vorrichtung
nach der Erfindung umfaßt einen Packer 1 sowie eine Ablenk
keileinheit 2 mit Ablenkkeilfläche 3. Wie insbesondere
auch näher in Fig. 1 veranschaulicht ist, sind Packer 1
und Ablenkkeileinheit 2 als Komplettbaueinheit ausgebildet
und mithin gemeinsam in einem Bohrloch festzulegen. Die
Ablenkkeileinheit 2 bzw. die Ablenkkeilfläche 3 soll in
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel einen Aus- bzw.
Ablenkwinkel von etwa 2° bis 3° haben. Die Ablenkkeilfläche
3 besteht aus einem vergüteten Hochleistungsstahl, so daß
ein Fräswerkzeug an dieser entlang geführt werden kann
unter gleichzeitigem Ausschneiden eines Futterrohrfensters,
ohne Keilflächenzerstörungen befürchten zu müssen. Die
Ablenkkeileinheit 2 ist direkt mit dem Packer 1 verbunden
und hat einen hydraulischen Durchgang 4, um den Packer
1 mitsamt der Ablenkkeileinheit 2 in dem Bohrloch zu setzen.
Im übrigen umfaßt die Ablenkkeileinheit 2 noch eine in
der Darstellung nach Fig. 1 nicht sichtbare rückseitige
Hydraulikleitung, an deren oberem Ende sich ein Schlauch
5 mit einer im einzelnen nicht sichtbaren Schnellkupplung
anschließt. Der Schlauch 5 ist mit dem mit 6 bezifferten
Startschneidwerkzeug zu verbinden und schafft somit eine
direkte Verbindung zur Spülungsversorgung, schließt gleich
zeitig jedoch auch die in der Zeichnung nicht sichtbaren
Spülungsöffnungen des Startschneidwerkzeugs 6.
Im Bereich 8 zwischen den Schneidwerkzeugen 6 und 7 befindet
sich die durch Überlast lösbare Aufhängung der Ablenkkeil
einheit 12 (Fig. 2). Im Werkzeughalterbereich unter dem
nachgeordneten Frässchneidwerkzeug 7 ist die Ablenkführung
9 des vorauseilenden Schneidwerkzeuges 6 in Gestalt eines
konisch nach unten zulaufenden Werkzeughalterbereiches
angebracht, die mithin in Bohrfortschrittsrichtung ebenfalls
dem Schneidwerkzeug 6 nachgeordnet ist.
Die Ablenkkeileinheit 2 umfaßt ihrerseits an ihrem oberen,
den Schwerstangen des allgemein mit 10 bezifferten Bohr
stranges zugewandtem Ende eine das Startschneidwerkzeug
6 hintergreifende Ablenkrampe 11. Im einzelnen nicht sicht
bar ist im Bereich der Ablenkrampe 11 des Startschneidwerk
zeugs 6 über eine Scherbolzenverbindung zum Setzen und
Positionieren der Vorrichtung an der Ablenkkeileinheit
2 und damit auch am Packer 1 festgelegt.
Die Ablenkrampe 11 weist ihrerseits eine Ablenkkeilfläche
13 auf, an der zu Beginn eines Ablenk- bzw. Fensterschneid
vorganges der untere Bereich der Ablenkführung 9 anliegt.
In der Anschneid- bzw. Ablenkstartposition überragt ent
sprechend der Darstellung nach Fig. 2 die Ablenkführung
9 die Keilfläche 13 der Ablenkrampe 11, so daß das Start
schneidwerkzeug 6 über die Ablenkführung 9 und die Ablenk
keilfläche 13 der Ablenkrampe 11 weg von der Bohrlochlängs
achse abgelenkt werden kann, ohne zunächst mit der Ablenk
keilfläche 3 der Ablenkkeileinheit 2 in Berührung zu kommen.
Das dem Startschneidwerkzeug 6 in Bohrfortschrittsrichtung
unmittelbar nachgeordnete Frässchneidwerkzeug 7 hat einen
äußeren Schneiddurchmesser, der zwar größer ausgebildet
ist als der äußere Durchmesser des Startschneidwerkzeuges
6, jedoch noch nicht dem Durchmesser der zu erstellenden
Ablenkbohrung entspricht. Mit dem Frässchneidwerkzeug 7
soll ein angeschnittenes Fenster erweitert werden. Ober
halb des Fräsers 14 des ersten nachgeordneten Schneidwerk
zeuges 7 ist dieses über eine Einschnürung 15 dergestalt
flexibel und damit selbst in gewissem Maße auslenkbar aus
gebildet, so daß beim Ablenken auftretende Materialbe
lastungen infolge Biegemomente gering gehalten werden kön
nen. An das Werkzeug 7 schließt sich ein weiteres Werkzeug
7.2 an, das gleichfalls mit einem Fräser 16 ausgerüstet
ist. Das Werkzeug 7.2 umfaßt gleichfalls eine Einschnürung
17 und ist damit ebenfalls zwecks Verringerung der auftre
tenden Materialbelastungen flexibel ausgebildet. Der Fräser
16 des Werkzeuges 7.2 hat einen Schneidaußendurchmesser,
der im wesentlichen dem Durchmesser der zu erstellenden
fertigen Ablenkbohrung entspricht und bildet somit ein
Räumschneidwerkzeug. Zwischen dem Räumschneidwerkzeug 7.2
und dem Strang 10 können sich weitere Schneidwerkzeuge
bzw. Fräser anschließen, falls im jeweiligen Einzelfall
die vorhandene Räumkapazität nicht ausreichen sollte.
Wie in der Fig. 3 mit den Darstellungen A, B und C näher
veranschaulicht ist, ist die Packer-Ablenkkeil-Komplettein
heit mitsamt den Werkzeugen 6, 7, 7.2 am Bohrturm zu mon
tieren, wobei Ablenkkeileinheit 2 und Fräser 6, 7, 7.2
auszurichten sind. Packer 1, Ablenkkeileinheit 2 sowie
Fräswerkzeuge 6, 7, 7.2 werden dann in das Bohrloch abge
lassen. Ist die angestrebte Teufe erreicht, ist die Ablenk
keileinheit 2 mittels besonderer Werkzeuge auszurichten
und der Packer 1 über die hydraulischen Durchgänge 4 der
Ablenkkeileinheit 2 durch Überdruck zu setzen. Alsdann
sind die Verbindungsbolzen zwischen Startschneidwerkzeug
6 und Ablenkeinheit 2 abzuscheren, wonach die Vorrichtung
bereit ist für den durchzuführenden Ablenk- bzw. Fenster
schneidvorgang. Dazu wird die Schneidwerkzeugeinheit in
Betrieb genommen, wobei zunächst das Startschneidwerkzeug
6 bei Abwärtsbewegung der Ablenkführung 9 entlang der Ab
lenkkeilfläche 13 der Ablenkrampe 11 ein Fenster in der
Bohrlochwand anschneidet, bevor es im Rahmen einer weiteren
Abwärtsbewegung mit der Ablenkkeilfläche 3 der Ablenkkeil
einheit 2 in Berührung kommt (Fig. 3A). Dadurch ist sicher
gestellt, daß über das Startschneidwerkzeug 6 die Ablenk
keileinheit 2 in ihrem oberen Bereich nicht beschädigt
wird, sondern das Startschneidwerkzeug 6 für den Fenster
anschneidvorgang genutzt werden kann. Nachdem die Ablenk
führung 9 vollständig über die Ablenkrampe 11 bewegt ist,
fräst das nachgeordnete Schneidwerkzeug 7 zunächst die
Ablenkrampe 11 bereichsweise weg, erweitert dabei aber
auch schon das vom Startschneidwerkzeug 6 angeschnittene
Fenster in der Bohrlochwandung (Fig. 3B). Dabei übernimmt
die Führung von dem nun an der Ablenkkeilfläche 3 der Ab
lenkkeileinheit 2 anliegende Schneidwerkzeugs 6, das an
der aus vergütetem Hochleistungsstahl bestehende Ablenkkeil
fläche 3 sicher entlanggleiten kann, ohne Schäden zu verur
sachen. Um im übrigen Metallspäne aus der Schneidwerkzeug
spülung aufzufangen, kann es je nach Bedarf zweckmäßig
sein, magnetische Stangen einzusetzen. Je nach Drehmoment
ist die Drehzahl und auch die Last umzustellen. Nach
weiterem Bohrfortschritt hat das Startschneidwerkzeug 6
die Futterrohrwandung direkt unter seinem Zentrum, was
sich durch ein vermindertes Drehmoment bei ebenfalls ab
fallendem Bohrfortschritt bemerkbar macht. Die Last wird
daher zweckmäßigerweise zunächst weiter erhöht, um das
Startschneidwerkzeug 6 aus dieser Lage herauszubringen.
Nachdem das Startschneidwerkzeug 6 die Bohrlochwandung
dann vollständig durchdrungen hat (Fig. 3C), ist mit dem
Fräser 16 bzw. dem weiteren nachgeordneten Schneidwerkzeug
7.2 der Fensterbereich zu erweitern und zu räumen, wobei
das Startschneidwerkzeug 6 weiter in die Formation bohrt,
bis sichergestellt ist, daß das Fräswerkzeug 7.2 den Bohr
wandungsbereich vollständig durchfahren hat. Bevor mit
einer Standardbohrgarnitur durch das Fenster gefahren wird,
ist es zweckmäßig, den Fensterbereich der Bohrlochwandung
zu erweitern bzw. eventuell noch vorstehende Teile zuerst
zu entfernen, was gleichfalls mit der Vorrichtung nach
der Erfindung und den Schneidwerkzeugen 6, 7 und 7.2 voll
zogen werden kann. Nachdem die Fräs- bzw. Schneidarbeiten
im Fenster der Bohrlochwandung abgeschlossen sind, kann
der Bohrstrang gegen eine Standardbohrgarnitur ausgetauscht
werden.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Bohren einer Neben- oder Ablenkboh
rung eines insbesondere verrohrten Bohrlochs in unterir
dischen Gesteins- oder Erdformationen mit einer mittels
eines Packers (1) im Bohrloch festlegbaren Ablenkkeileinheit
(2) sowie mit einem an einem Bohrstrang (10) befestigbaren
Startschneidwerkzeug (6) zum Ausschneiden eines Bohrloch
fensters, welchem eine zur Einleitung eines Ablenkbohrvor
ganges mit der Ablenkkeileinheit (2) in Wirkverbindung
stehende Ablenkführung (9) zugeordnet ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ablenkführung (9) dem Startschneidwerkzeug
(6) in Bohrfortschrittsrichtung nachgeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ablenkkeileinheit (2) eine das Startschneidwerkzeug
(6) hintergreifende, mit der Ablenkführung (9) zusammen
wirkende Ablenkrampe (11) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ablenkführung (9) des Startschneidwerk
zeuges (6) durch einen diesem nachgeordneten, konisch zu
laufenden Werkzeugschaftbereich gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß dem Startschneidwerkzeug (6)
ein erstes, das angeschnittene Bohrlochfenster erweiterndes
Schneidwerkzeug (14) und diesem ein oder mehrere Räum
schneidwerkzeuge (16) nachgeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Startschneidwerkzeug (6) nachgeordnete Schneidwerk
zeuge (14, 16) bereichsweise flexibel ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Startschneidwerkzeug (6) nachgeordnete Schneidwerk
zeuge (14, 16) Auslenkungen zulassende Einschnürungen (15,
17) umfassen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Packer (1) und die Ablenkkeileinheit
(2) als eine gemeinsame, im Bohrloch festlegbare Komplett
baueinheit ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2) zumindest
bereichsweise aus einem vergüteten Hochleistungsstahl be
steht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die das Startschneidwerkzeug (6) hinter
greifende Ablenkrampe (11) zumindest teilweise von einem
dem Startschneidwerkzeug (6) nachgeordneten Schneidwerkzeug
(14) wegfräsbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2), der Packer
(1) und das Startschneidwerkzeug (6) zum Orientieren und
Setzen der Vorrichtung in einem Bohrloch über ein an der
Ablenkführung (9) des Startschneidwerkzeuges (6) angreifende
Bolzenverbindung aneinander festlegbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ablenkkeileinheit (2) einen hydraulischen Durchgang
(4) für einen Packer (1) sowie einen mit dem Startschneid
werkzeug (6) mittels Schnellkupplungen verbindbaren Hydrau
likanschluß umfaßt.
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