DE60014613T2

DE60014613T2 - Verfahren zur selektiven plastischen ausdehnung von teilen eines bohrrohrs

Info

Publication number: DE60014613T2
Application number: DE60014613T
Authority: DE
Inventors: Joe Robert COON; John Timothy FRANK; Christianus Wilhelmus LOHBECK; Richard Gregory NAZZAL
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: NO20014899L; CA2365960A1; US6419025B1; CA2365960C; EP1169541B1; NO326530B1; WO2000061908A1; EP1169541A1; DK1169541T3; AU4746800A; DE60014613D1; NO20014899D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das selektive plastische Expandieren von Bohrrohren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das selektive Expandieren eines Stahlrohres zur Erzeugung von Ausnehmungen in dem Bohrrohr durch Aufbringen einer Radialkraft auf das Innere des Rohres.
Zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen sind zum Expandieren von Bohrrohren bekannt.
Die europäische Patentbeschreibung 643794 offenbart ein Verfahren zum Expandieren einer Auskleidung gegen die Wand eines Untergrundbohrloches, bei welchem die Auskleidung aus einem streckbaren Material besteht, das vorzugsweise zu einer plastischen Verformung von zumindest 10% einachsiger Beanspruchung fähig ist, und die Auskleidung durch einen Expansionsdorn expandiert werden kann, der durch die Auskleidung gepumpt, gezogen oder gedrückt wird.
Andere Expansionsverfahren und -vorrichtungen sind in der deutschen Patentschrift Nr. 1583992 und in den US-Patenten Nrn. 3,203,483; 3,162,245; 3,167,122; 3,326,293; 3,785,193; 3,499,220; 5,014,779; 5,031,699; 5,083,608 und 5,366,012 offenbart.
Viele der bekannten Expansionsverfahren wenden ein anfänglich gewelltes Rohr an, und der letzte Stand der Technik bezieht sich auf die Anwendung eines geschlitzten Rohres, das im Bohrloch durch einen Expansionsdorn expandiert wird.
Die Verwendung von gewellten oder geschlitzten Rohren bei den bekannten Verfahren dient dazu, die Expansionskräfte zu reduzieren, die erforderlich sind, um die erwünschte Expansion des Rohres zu bewirken.
Die US-3720262-A offenbart ein Bohrloch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Bohrloch zu schaffen, das mit einem Bohrrohr ausgestattet ist, das unter Anwendung des Verfahrens zum selektiven Expandieren eines zumindest teilweise festen, d.h. nicht geschlitzten Bohrrohres expandiert worden ist, welches die Anwendung einer Kraft erfordert, um das Bohrrohr zu expandieren und welches ein Bohrrohr schafft, das einen oder mehrere Abschnitte größeren Durchmessers hat und möglicherweise höherer Festigkeit als das nicht expandierte Bohrrohr, und welches mit einem Bohrrohr ausgeführt werden kann, das vor der Expansion rohrförmige Gestalt haben kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum selektiven plastischen Expandieren von Abschnitten eines Bohrrohres zur Erzeugung einer oder mehrerer Ausnehmungen (Hohlraumauswölbungen) in dem Bohrrohr mit einem größeren Durchmesser als jenem des Originalrohres, wobei das Bohrrohr radialsymmetrisch oder asymmetrisch an einer oder mehrerer Stellen durch Aufbringen einer Radialkraft auf das Innere des Bohrrohres expandiert wird, wodurch eine plastische radiale Verformung des Bohrrohres induziert wird, und Aufheben der Radialkraft von dem Inneren des Bohrrohres.
Die Radialkraft auf das Innere des Bohrrohres wird vorzugsweise mittels eines expandierbaren Werkzeuges ausgeübt, welches durch das Bohrrohr zu dem Abschnitt bewegt worden ist, der expandiert werden muß. Das expandierbare Werkzeug ist zweckmäßig ein expandierbarer Dorn, d.h. ein Konus- oder Rollensystem, welches an der beabsichtigten Stelle expandiert werden kann, es kann aber auch eine expandierbare hydraulische Dichtung oder ein stahlverstärkter Balgen sein, der unter Anwendung von Hydraulikdruck expandiert werden kann.
Das expandierbare Werkzeug kann vorzugsweise bei einem Innendruck von zumindest 200 bar betrieben werden. Die selektive plastische Expansion gemäß der Erfindung kann auch durch eine lokalisierte Explosion erreicht werden.
Das Bohrrohr ist zweckmäßig ein Bohrlochrohr und die unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzeugten Ausnehmungen werden vorzugsweise dazu verwendet, zumindest eine Bohrlochvorrichtung aufzunehmen. Eine solche Vorrichtung ist vorzugsweise ein Gasliftdorn oder ein Fühler. Das Bohrlochrohr ist zweckmäßig innerhalb eines Komplettierungsfutters oder einer Förderauskleidung angeordnet und wird selektiv expandiert ohne den gesamten ID des Rohres zu beschränken.
Das Rohr kann aus nahezu jeder Art von Stahl hergestellt werden, besteht aber vorzugsweise aus einer hochfesten Stahlqualität, die formbar ist und ein Streckfestigkeits-Zugfestigkeitsverhältnis von kleiner als 0,8 und eine Streckfestigkeit von zumindest 274 mPa hat. Sofern in dieser Beschreibung hochfester Stahl verwendet wird, bedeutet dies einen Stahl mit einer Streckfestigkeit von zumindest 275 mPa.
Es wird auch bevorzugt, daß das Rohr aus einer formbaren Stahlqualität mit einem Streckspannungs-/Zugspannungsverhältnis zwischen 0,6 und 0,7 verwendet wird.
Hochfeste niedrig-legierte Zweiphasen (DP)-Stähle (HSLA) haben keine definierbare Fließgrenze, welche die Luders-Band-Formation während der Rohrexpansion eliminiert, was ein gutes Oberflächenfinish des expandierten Rohres sicherstellt.
Geeignete HSLA Zweiphasen-(DP)-Stähle zur Verwendung bei dem Verfahren gemäß der Erfindung sind Qualitäten DP55 und DP60, entwickelt von Sollac mit einer Zugfestigkeit von zumindest 550 mPa und Qualitäten SAFH 540 D und SAFH 590 D, entwickelt von der Nippon Steel Corporation mit einer Zugfestigkeit von zumindest 540 mPa.
Andere geeignete Stähle sind folgende formbare Hochfestigkeitsstahlqualitäten:

– ein ASTM A106 hochfestes niedrig-legiertes (HSLA) nahtloses Rohr;
– ein ASTM A312 austenitisches rostfreies Stahlrohr, Qualität TP 304 L;
– ein ASTM 312 austenitisches rostfreies Stahlrohr, Qualität TP 316 L; und
– ein hochfester austenitischer heißgewalzter Stahl (niedriglegierter TRIP Stahl), wie die Qualitäten SAFH 590 E, SAFH 690 E und SAFH 780 E, entwickelt von der Nippon Steel Corporation.

Die vorstehende DP und andere geeignete Stähle haben jeweils einen Kornhärtungsexponenten n von zumindest 0,16, der eine Expansion des Bohrrohres derart gestattet, daß der Außendurchmesser des expandierten Bohrrohres zumindest 5% größer als der Außendurchmesser des nicht expandierten Bohrrohres ist.
Detaillierte Erklärungen der Ausdrücke Spannungshärtung, Arbeitshärtung und Spannungshärtungsexponent n sind in den Kapiteln 3 und 17 des Handbuches „Metal Forming-Mechanics and Metallurgy", 2. Auflage von Prentice Mail, New Jersey (USA), 1993 gegeben.
Zweckmäßig wird das Bohrrohr selektiv expandiert, derart, daß der Außendurchmesser des selektiv expandierten Bohrrohres ge ringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Auskleidung oder des Futter ist, das in dem Bohrloch vorhanden ist, und jegliche Fluide, die in dem Bohrloch und in dem Bohrrohr stromaufwärts des Expansionswerkzeuges vorhanden sind, zur Oberfläche über den Ringraum abgeleitet werden, der um das Bohrrohr nach/während des selektiven Expansionsvorganges offen bleibt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Bohrloch, das mit einem Bohrrohr ausgestattet ist, das selektiv expandiert worden ist unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Claims

Ein Bohrloch mit einem Bohrrohr, das selektiv expandiert worden ist, unter Anwendung des Verfahrens der selektiven plastischen Expandierens von Abschnitten des Bohrrohres zur Erzeugung einer oder mehrerer Ausnehmungen in dem Bohrrohr mit einem größeren Durchmesser als jenem des Originalrohres, bei welchem das Bohrrohr radialsymetrisch oder asymmetrisch an einer oder mehrerer Stellen durch Aufbringen einer Radialkraft auf das Innere des Bohrrohres expandiert wird, wodurch eine plastische radiale Verformung des Bohrrohres induziert wird, und Aufheben der Radialkraft von dem Inneren des Bohrrohres, wobei das Bohrrohr ein Bohrlochrohr ist, wobei die erzeugten Ausnehmungen dazu verwendet wird, zumindest eine Bohrlochvorrichtung aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlochvorrichtung ein Gasliftdorn oder ein Fühler ist.
Bohrloch nach Anspruch 1, bei welchem die Radialkraft auf das Innere des Bohrrohres mittels eines Expandierwerkzeuges ausgeübt wird.
Bohrloch nach Anspruch 2, bei welchem das expandierbare Werkzeug ein expandierbares Dorn- oder Rollensystem ist, eine expandierbare hydraulische Dichtung oder ein stahlverstärktes Balgensystem, oder das selektive plastische Expandieren durch eine lokalisierte Explosion oder mittels eines Hydraulikdruckes zwischen zwei temporären Abdichtungen erzeugt wird.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das expandierbare Werkzeug bei einem Innendruck von zumindest 200 bar betrieben werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr innerhalb einer Komplettierungsauskleidung oder einer Förderauskleidung angeordnet ist und selektiv expandiert wird, ohne das ID des Rohres zu beschränken.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr aus einer formbaren Stahlqualität mit einem Streckfestigkeits-Zugfestigkeitsverhältnis besteht, welches kleiner als 0,8 ist, und einer Streckfestigkeit von zumindest 275 MPa.
Bohrloch nach Anspruch 6, bei welchem das Bohrrohr aus einem Stahl besteht, das ein Streckfestigkeits-Zugfestigkeitsverhältnis von zumindest 0,6 und 0,7 hat.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr aus einem hochfesten niedrig-legierten Zweiphasen (DP)-Stahl (HSLA) besteht.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr selektiv expandiert wird, derart, daß der Außendurchmesser des selektiv expandierten Bohrrohres zumindest 5% größer als der Außendurchmesser des nicht expandierten Bohrrohres ist, und bei welchem der Kornhärtungsexponent n des formbaren Stahles des Bohrrohres zumindest 0,16 beträgt.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr selektiv innerhalb eines Untergrundbohrloches expandiert wird, derart, daß der Außendurchmesser des selektiv expandierten Bohrrohres geringfügig kleiner als der Innendurchmesser einer in dem Bohrloch vorhandenen Auskleidung ist, und jegliche Fluide, die in dem Bohrloch vorhanden sind, in dem Bohrrohr stromaufwärts des Expansi onswerkzeuges zur Oberfläche über den Ringraum abgeleitet werden, der um das Bohrrohr nach dem selektiven Expansionsvorgang offen bleibt.
Bohrloch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Bohrrohr in ein Untergrundbohrloch abgesenkt wird, nachdem es von einer Wickeltrommel abgewickelt worden ist.