DE60125972T2 - Vorrichtung und verfahren zum trennen und verbinden von röhren in bohrlöchern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum trennen und verbinden von röhren in bohrlöchern

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DE60125972T2
DE60125972T2 DE2001625972 DE60125972T DE60125972T2 DE 60125972 T2 DE60125972 T2 DE 60125972T2 DE 2001625972 DE2001625972 DE 2001625972 DE 60125972 T DE60125972 T DE 60125972T DE 60125972 T2 DE60125972 T2 DE 60125972T2
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    • E21B33/14Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices, or the like for cementing casings into boreholes
    • E21B33/146Stage cementing, i.e. discharging cement from casing at different levels

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtung zum Trennen und Verbinden von Rohren in einem Bohrloch; insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Schneiden eines Rohrs in einem Bohrloch mithilfe von Rotations- und Radialkräften, die gegen eine Rohrwand angewandt werden.
  • Bei der Fertigstellung und beim Betrieb von Kohlenwasserstoffbohrlöchern ist es häufig erforderlich, ein Stück eines Bohrlochrohrs von einem anderen Stück in einem Bohrloch zu trennen. In den meisten Fällen ist Zurückbringen des Rohrs an die Oberfläche für einen Schneidvorgang unmöglich und in allen Fällen ist es in Bezug auf Zeit und Geld, effizienter die Stücke im Bohrloch zu trennen. Die Notwendigkeit Rohre in einem Bohrloch zu trennen entsteht auf verschiedene Weise. Zum Beispiel werden, während Bohrarbeiten und Fertigstellung eines Ölbohrlochs, Rohre und daran befestigte Bohrlochwerkzeuge routinemäßig in das Bohrloch eingeschoben und aus diesem entfernt. In einigen Fällen bleiben Werkzeuge oder Rohrstränge im Bohrloch stecken, was zu einem "Fischvorgang" führt, um das festsitzende Teilstück der Vorrichtung ausfindig zu machen und zu entfernen. In diesen Fällen ist es häufig notwendig die Rohre im Bohrloch zu schneiden, um den eingefahrenen Strang zu entfernen und anschließend das Werkzeug selbst durch Fräsen oder andere Mittel zu entfernen. In einem weiteren Beispiel wird ein Bohrlochwerkzeug wie beispielsweise ein Packer in ein Bohrloch an einem Einschubrohrstrang eingefahren. Das Packelement schließt einen Rohrabschnitt oder ein "Tailpipe" ein, das von seinem untersten Teil herabhängt und es ist vorteilhaft dieses „Tailpipe"-Stück im Bohrloch zu entfernen, nach dem der Packer betätigt worden ist. In Fällen wo Wiederaufwältigung für ein Bohrloch erforderlich ist, das sich verlangsamt hat oder Produktion eingestellt hat, müssen Bohrlochrohre routinemäßig entfernt werden, um sie mit neuen oder verschiedenen Rohren oder Vorrichtungen zu ersetzen. Zum Beispiel könnte nicht zementierte Bohrlochverschalung aus dem Bohrloch entfernt werden, um die Verschalung erneut zu verwenden oder sie in einem produzierenden Bohrloch aus dem Weg zu räumen.
  • In noch einem weiteren Beispiel erfordern Plug- und Aufgabeverfahren, dass Rohre in einem Bohrloch wie beispielsweise in einem Unterwasserbohrloch geschnitten werden, um das Bohrloch abzudichten und um die Regeln und Vorschriften zu erfüllen, die mit dem Betrieb eines Offshore-Bohrlochs verbunden sind. Weil die Innenseite eines Rohrs typisch einen Weg bereitstellt, der frei von Hindernissen ist und, weil jeglicher ringförmige Raum um ein Rohr herum begrenzt ist, arbeiten dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtungen für Rohrschneiden im Bohrloch typisch innerhalb des Rohrinnenraums und schneiden die Rohrwand von der Innenseite in Richtung der Außenseite.
  • Ein Beispiel des Stands der Technik einer Vorrichtung, die konstruiert ist, ein Rohr auf diese Art zu schneiden, schließt einen Fräser ein, der an einem Einschubstrang in das Innere eines Rohrs eingefahren wurde. Wenn das Werkzeug einen vorbestimmten Bereich des Bohrlochs erreicht, wo das Rohr getrennt werden wird, werden Schneidelemente im Schneidwerkzeug hydraulisch betätigt und schwenken von einem Drehpunkt am Körper des Werkzeugs nach außen. Wenn die Schneidelemente betätigt werden, wird der Einschubstrang mit dem darunter befindlichen Werkzeug rotiert und die Rohrinnenfläche wird durch die Rotation der Schneidelemente geschnitten. Die vorgenannte Vorrichtung weist einige Nachteile auf. Zum Beispiel sind die Messer konstruiert von einem Drehpunkt am Körper des Schneidwerkzeugs aus nach außen zu schwenken und in gewissen Fällen, können sich die Messer zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Inneren dem zu schneidenden Rohr verklemmen. In anderen Fällen können sich die Schneidelemente auf eine Weise verklemmen, die sie daran hindert sich zurückzuziehen, sobald der Schneidvorgang abgeschlossen ist. In noch anderen Beispielen können sich die schwenkenden Schneidelemente mit dem unteren Teilstück des Rohrs verklemmen, nach dem dieses von seinem oberen Teilstück getrennt worden ist. Außerdem schafft diese Art von Fräser Späne, die schwer zu entfernen sind und anschließend Probleme für andere Bohrlochwerkzeuge verursachen.
  • Ein zusätzliches, mit konventionellen Bohrlochschneidwerkzeugen verbundenes, Problem schließt die Kosten und Zeit ein, die mit dem Transport eines Einschubrohrstrangs verbunden sind, wo ein Bohrlochrohr zu schneiden ist. Einschubstränge für die Schneidwerkzeuge sind kostspielig, müssen lang genug sein den Abschnitt dem zu trennenden Bohrlochrohr zu erreichen und erfordern irgendeine Art von Gestell, um das Schneidwerkzeug zu transportieren, dessen Gewicht zu tragen und es im Bohrloch zu rotieren. Weil die Ölquellen, die diese Dienstleistungen erfordern, häufig fern liegen, ist das Transportieren dieser Menge von Ausrüstung zu einem fern liegenden Ort kostspielig und zeitraubend. Obwohl Rohrwendel als ein Einschubstrang für Bohrlochfräser verwendet worden ist, besteht immer noch eine Notwendigkeit für den Transport der sperrigen Rohrwendelhaspel zum Bohrlochstandort, bevor der Trenn- bzw. Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
  • Andere konventionelle Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Rohren in einem Bohrloch verlassen sich auf „Wireline", um das Schneidwerk in das Bohrloch zu transportieren. Jedoch wird, in diesen Fällen die tatsächliche Trennung des Bohrlochrohrs durch Sprengstoffe oder Chemikalien, nicht durch ein rotierendes Schneidelement, durchgeführt. Obwohl die Verwendung von „Wireline" bei diesen Verfahren mit Einschubrohrsträngen oder Rohrwendel verbundene Zeit und Kosten vermeidet, sind Chemikalien und Sprengstoffe gefährlich, schwierig zu transportieren und das Ergebnis ihres Einsatzes in einer Bohrlochumgebung ist immer unsicher.
  • Daher besteht eine Notwendigkeit für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von im Bohrloch befindlichen Rohren, die effektiver und zuverlässiger als konventionelle Bohrlochfräser sind. Es besteht noch eine weitere Notwendigkeit für ein effektives Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Rohren im Bohrloch, die sich nicht auf einen Einschubrohrstrang oder Rohrwendel verlässt, um das Schneidelement in das Bohrloch zu transportieren. Es besteht noch eine weitere Notwendigkeit für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Rohren im Bohrloch, die sich nicht auf Sprengstoffe oder Chemikalien verlässt. Es besteht noch eine weitere Notwendigkeit für Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Rohrs mit einem zweiten Rohr im Bohrloch, während eine feste Verbindung dazwischen sichergestellt wird.
  • Die US 1.739.932 offenbart ein Verschalungsschneidwerkzeug, das Luft oder Wasser verwendet, einen Tauchkolben und ein keilförmiges Teilstück axial abwärts durch das Werkzeug zu treiben, das seinerseits Fräser radial nach außen schiebt, um die Verschalung in Eingriff zu bringen und zu schneiden. Die US 4.389.765 offenbart Vorrichtung zum Trennen und Entfernen von Pfahlabschnitten von Offshore-Bohrplattformen.
  • In Übereinstimmung mit einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schneiden eines Rohrs bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein rotierbares Schneidwerkzeug umfasst, das Folgendes aufweist: einen Körper mit mindestens einer Öffnung, die in einer Wand davon gebildet ist; und mindestens eine radial ausfahrbare Fräserbaugruppe, wobei die oder jede Baugruppe innerhalb einer jeweiligen Öffnung des Körpers angeordnet ist und einen Träger und einen Fräser umfasst, der mindestens teilweise innerhalb des Trägers montiert ist; und dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Fräser eingerichtet ist aus seiner jeweiligen Öffnung auszufahren, um die Innenwand der Rohrinnenfläche, aufgrund des in radialer Richtung auf den Träger wirkenden Hydraulikdrucks, zu kontaktieren.
  • Die Vorrichtung könnte umfassen: ein Gehäuse, das über dem Schneidwerkzeug angeordnet ist, wobei das Gehäuse aufweist: eine hydraulisch zu betätigende Gleitbaugruppe, die darin angeordnet ist und Gleitelemente aufweist, die radial vom Gehäuse ausfahren, um die Wand einer Rohrinnenfläche zu kontaktieren; mindestens eine Pumpe darin zum Betätigen der Gleitbaugruppe und des Schneidwerkzeugs; mindestens eine Quelle unter Druck setzbarer Flüssigkeit in Kommunikation mit dem Schneidwerkzeug, der Gleitbaugruppe und der mindestens einen Pumpe; mindestens einen Elektromotor zum Betreiben der mindestens einen Pumpe und zum Bereitstellen von Rotation für das Schneidwerkzeug.
  • Der oder jeder Träger könnte ein Kolbenteil und ein Trägerteil umfassen, wobei der Fräser mindestens teilweise mittels des Trägerteils innerhalb des Trägers montiert ist. Das oder jedes Kolbenteil könnte innerhalb seiner jeweiligen Öffnung gleitbar abgedichtet sein, wobei eine innere Oberfläche des Kolbenteils in Betrieb dem Hydraulikflüssigkeitsdruck ausgesetzt wird. Der oder jeder Fräser könnte rotierbar mindestens teilweise innerhalb seines jeweiligen Trägers angeordnet sein. Der oder jeder Fräser könnte eine Rolle umfassen, die ein daran angeformtes erhabenes Umfangsteilstück aufweist.
  • In Übereinstimmung mit einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen eines Rohrs in einem Bohrloch bereitgestellt, das umfasst: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die einen Körper mit mindestens einer Öffnung aufweist, die in einer Wand davon gebildet ist; und mindestens eine radial ausfahrbare Fräserbaugruppe, wobei die oder jede Baugruppe innerhalb einer jeweiligen Öffnung des Körpers angeordnet ist und einen Träger und einer Fräser umfasst, der mindestens teilweise innerhalb des Trägers montiert ist; Ausfahren mindestens eines Fräsers aus seiner jeweiligen Öffnung, um die Innenwand des Rohres zu kontaktieren; und Rotieren des mindestens einen Fräsers, um das Rohr zu trennen; dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Fräser eingerichtet ist, aus seiner jeweiligen Öffnung, aufgrund des Hydraulikflüssigkeitsdrucks, der in radialer Richtung auf den Träger wirkt, auszufahren und weiter gekennzeichnet durch Bereitstellen von Hydraulikflüssigkeitsdruck auf den Träger in einer radialen Richtung beim ausfahrenden Schritt, um den oder jeden Fräser aus seiner jeweiligen Öffnung auszufahren, damit er die Innenwand der Rohrinnenfläche kontaktiert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Rohren in einem Bohrloch bereit. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Schneidwerkzeug mit radial angeordneten Rollelementfräsern zum Einscheiben ein Bohrloch auf eine vorbestimmte Tiefe vorgesehen, wo eine Rohrinnenfläche zu einem oberen und einem unteren Teilstück getrennt wird. Das Schneidwerkzeug ist für Rotation konstruiert und angeordnet, wogegen die betätigten Fräser eine Kraft auf die Innenwand des Rohrs ausüben und dadurch die Rohrinnenfläche abtrennen. In einer Ausführungsform wird die Vorrichtung an „Wireline" in das Bohrloch eingefahren, die fähig ist das Gewicht der Vorrichtung zu tragen, während eine Quelle elektrische Leistung zu mindestens einem Motor im Bohrloch geliefert wird, der mindestens eine hydraulische Pumpe betreibt. Die Hydraulikpumpe betätigt eine Gleitbaugruppe zum Fixieren der Bohrlochvorrichtung im Bohrloch, bevor das Schneidwerkzeug betätigt wird. Danach betätigt die Pumpe einen Motor im Bohrloch, um das Schneidwerkzeug zu rotieren, während die Fräser in Betrieb sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Schneidwerkzeug an einem Einschubrohrstrang in das Bohrloch eingefahren. Hydraulische Leistung wird dem Fräser von der Oberfläche des Bohrlochs bereitgestellt und Rotation des Werkzeugs wird ebenso von der Oberfläche durch den Rohrstrang bereitgestellt. In einer weiteren Ausführungsform wird das Schneidwerkzeug an mit Druck beaufschlagbarer Rohrwendel in das Bohrloch eingefahren, um die erforderlichen Kräfte zur Betätigung der Schneidelemente und eines Motors im Bohrloch bereitzustellen, der die Rotation zum Schneidwerkzeug liefert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Schneidwerkzeug mit hydraulisch betätigten Schneidelementen, ein mit Flüssigkeit gefülltes Druckausgleichsgehäuse, einen Drehmomentankerabschnitt mit hydraulisch eingesetzten Rohrklemmkeilen, einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Quelle elektrischer Leistung von der Oberfläche und einen Reduktionsgetriebekasten zur Untersetzung der Motordrehzahl und zur Erhöhung des Drehmoments zum Schneidwerkzeug sowie eine oder mehrere Hydraulikpumpen, um Betätigungsdruck für die Rohrklemmkeile und das Schneidwerkzeug bereitzustellen. In Betrieb aktiviert sich der Anker vor den Rollelementfräsern, wodurch dem Werkzeug erlaubt wird, sich selbst gegen die Innenseite des zu schneidenden Rohrs zu verankern, bevor Rotation des Schneidwerkzeugs einsetzt. Hydraulikflüssigkeit zum Betreiben der Vorrichtung wird von einem Reservoir mit Druckausgleich bereitgestellt. Wenn Öl in die betätigten Teilstücke der Vorrichtung gepumpt wird, bewegt sich der Ausgleichskolben nach unten, um den Raum des verwendeten Öls einzunehmen.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden sowohl ein Spreizwerkzeug als auch ein Schneidwerkzeug benutzt einen Rohrstrang in einem Bohrloch zu fixieren. In dieser Ausführungsform wird ein Futterrohr in ein Bohrloch eingefahren und wird von einem Lager an einem Einschubrohrstrang gestützt. Auf dem Einschubstrang, innerhalb eines oberen Teilstücks des Futterrohrs, ist ein Schneidwerkzeug und darunter ein Spreizwerkzeug angeordnet. Wenn die Vorrichtung eine vorbestimmte Stelle des Bohrlochs erreicht, wird der Expander hydraulisch betätigt und die Futterrohrteilstückinnenfläche wird in Kontakt mit der Verschalungsinnenfläche expandiert. Danach wird, wenn das Gewicht des Futterrohrs vom Einschubstrang auf die neu gebildete Verbindung zwischen dem Futterrohr und der Verschalung übertragen worden ist, der Expander deaktiviert und der darüber befindliche Fräser auf dem Einschubstrang betätigt. Der Fräser trennt das Futterrohr, durch axiale und rotierende Kräfte, in ein oberes und unteres Teilstück. Danach wird der Fräser deaktiviert und der darunter befindliche Expander wird reaktiviert. Das Spreizwerkzeug expandiert jenes Teilstück des Futterrohrs, das darüber verbleibt, und wird dann deaktivier. Nach Beendigung der Trenn- und Expandiervorgänge wird der Einschubstrang, einschließlich der Fräser und Expander, aus dem Bohrloch entfernt. Das Futterrohr wird mit einer Verbindung zwischen dem Futterrohr und der Verschalungsinnenfläche im Bohrloch zurückgelassen, die ausreichend ist das Futterrohr im Bohrloch zu fixieren.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung Vorrichtung und Verfahren bereit Rohre in einem Bohrloch zu verbinden, was eine Verbindung dazwischen mit erhöhter Stärke bereitstellt, die die Expansion eines Rohrs in ein anderes Rohr erleichtert.
  • Damit die Weise, auf die die oben aufgeführten Merkmale, Vorteile und Aufgaben der der vorliegenden Erfindung erzielt sind und im Detail verstanden werden, könnte eine speziellere Beschreibung der Erfindung, die oben kurz zusammengefasst ist, durch Bezugnahme auf deren Ausführungsformen erzielt werden, die in den zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht sind.
  • Es ist aber zur Kenntnis zu nehmen, dass die zugehörigen Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen und daher nicht als ihren Umfang begrenzend zu erachten sind, denn die Erfindung könnte andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen zulassen. In den Zeichnungen:
  • 1 ist eine Perspektivansicht des Schneidwerkzeugs der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Endansicht in Schnittdarstellung davon.
  • 3 ist eine auseinander gezogene Darstellung des Schneidwerkzeugs.
  • 4 ist eine Schnittansicht des in einem Bohrloch angeordneten Schneidwerkzeugs am Ende eines Einschubstrangs und mit einer Rohrinnenfläche.
  • 5 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung der 4, wobei Fräser gegen die Innenwand der Rohrinnenfläche betätigt sind.
  • 6 ist eine Ansicht eines Bohrlochs, teilweise in Schnittansicht, die ein Schneidwerkzeug und einen Schlammmotor veranschaulicht, die an Rohrwendel angeordnet sind.
  • 7 ist eine Schnittansicht eines Bohrlochs, die ein Schneidwerkzeug, einen Schlammmotor und einen Traktor veranschaulicht, die an Rohrwendel angeordnet sind.
  • 8 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung, die ein Schneidwerkzeug, Motor/Pumpe und eine Gleitbaugruppe aufweist, die an einer „Wireline" angeordnet sind.
  • 9 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung der 6, wobei das Schneidwerkzeug und eine Gleitbaugruppe gegen die Innenwand einer Rohrinnenfläche betätigt sind.
  • 10 ist eine Schnittansicht einer Futterrohrhängevorrichtung, die ein Futterrohrteilstück und einen Einschubstrang mit einem Schneidwerkzeug und ein daran angeordnetes Spreizwerkzeug umfasst.
  • 11 ist eine auseinander gezogene Darstellung des Spreizwerkzeugs.
  • 12 ist eine Schnittansicht der Futterrohrhängevorrichtung der 8, die einen Abschnitt des Futterrohrs veranschaulicht, der vom Spreizwerkzeug in die Verschalungsinnenfläche expandiert worden ist.
  • 13 ist eine Schnittansicht der Futterrohrhängevorrichtung mit betätigtem Schneidwerkzeug, um die Futterrohrinnenfläche in ein oberes und unteres Teilstück zu trennen.
  • 14 ist eine Schnittansicht der Futterrohrhängevorrichtung, wobei ein zusätzlicher Teilstück des Futterrohrs durch das Spreizwerkzeug expandiert ist.
  • 15 ist eine Perspektivansicht eines Rohrs zur Expansion in und zur Verbindung mit einem weiteren Rohr.
  • 16 ist das Rohr der 15 teilweise in Kontakt mit einem äußeren Rohr expandiert.
  • 17 ist das Rohr der 16 voll in das äußere Rohr mit einer Dichtung dazwischen expandiert.
  • 18 ist eine alternative Ausführungsform eines Rohrs zur Expansion in und zur Verbindung mit einem weiteren Rohr.
  • 19 ist eine Schnittansicht des Rohrs der 18 mit einem Teilstück davon in eine Rohrinnenfläche größeren Durchmessers expandiert und illustriert einen Flüssigkeitsweg von Flüssigkeit durch einen Ringraumbereich.
  • 20 ist eine Schnittansicht des Rohrs der 18 völlig in die Rohrinnenfläche größeren Durchmessers expandiert.
  • Die 1 und 2 sind Perspektivansichten des Schneidwerkzeugs 100 der vorliegenden Erfindung. Die 3 ist eine auseinander gezogene Ansicht davon. Das Werkzeug 100 hat einen Körper 102, der hohl und allgemein rohrförmig ist mit konventionellen Gewindeendverbindungsstücken 104 und 106 zum Anschluss an andere Komponenten (nicht gezeigt) einer Bohrlochbaugruppe. Die Endverbindungsstücke 104 und 106 sind eines reduzierten Durchmessers (verglichen mit dem Außendurchmesser des in Längsrichtung mittigen Körperteils 108 des Werkzeugs 100) und erlauben, zusammen mit drei Längsrillen 110 am mittigen Körperteil 108, den Durchlauf von Flüssigkeiten zwischen der Außenseite des Werkzeugs 100 und der Innenseite einer Rohrinnenfläche (nicht gezeigt). Der mittige Körperteil 108 hat drei Stege 112, die zwischen den drei Rillen 110 definiert sind, wobei jeder Steg 112 mit einer jeweiligen Aussparung 114 gebildet ist, um eine jeweilige Rolle 116 zu halten. Jede der Aussparungen 114 hat parallele Seiten und erstreckt sich radial vom radial perforierten Rohrkern 115 des Werkzeugs 100 zur Außenseite des jeweiligen Stegs 112. Jede der gegenseitig identischen Rollen 116 ist nahezu zylindrisch und leicht gewölbt mit einem angeformten Fräser 105. Jede der Rollen 116 ist mittels eines Lagers 118 (3) an jedem Ende der jeweiligen Rolle zwecks Rotation um eine jeweilige Rotationsachse montiert, die parallel zur Längsachse des Werkszeugs 100 und radial davon mit 120 Grad gegenseitiger Umfangstrennung um den mittigen Körper 108 herum versetzt ist. Die Lager 118 sind als integrale Endelemente radial verschiebbarer Kolben 120 gebildet, wobei ein Kolben 120 verschiebbar innerhalb jeder radial verlängerten Aussparung 114 abgedichtet wird. Das innere Ende jedes Kolbens 120 (2) ist dem Druck von Flüssigkeit innerhalb des hohlen Kerns des Werkzeugs 100 über die radialen Perforationen im Rohrkern 115 ausgesetzt.
  • Durch geeignete Druckbeaufschlagung des Kerns 115 des Werkzeugs 100 können die Kolben 120 mit einer steuerbaren Kraft radial nach außen getrieben werden, die proportional zur Druckbeaufschlagung ist und daher können die Rollen 116 und Fräser 105 gegen die Innenwand eines Rohr auf eine nachstehend beschriebene Art forciert werden. Umgekehrt dürfen sich, wenn die Druckbeaufschlagung des Kerns 115 des Werkzeugs 100 unter das reduziert wird, was auch immer der Umgebungsdruck unmittelbar außerhalb des Werkzeugs 100 ist, die Kolben 120 (zusammen mit den kolbenmontierten Rollen 116) radial wieder in ihre jeweiligen Aussparungen 114 zurückziehen.
  • Die 4 ist eine Schnittansicht des Schneidwerkzeugs 100, das am Ende eines rohrförmigen Einschubstrangs 101 im Innern eines Rohrs 150 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das Rohr 150 ein Futterrohrteilstück, dessen Funktion ist, ein Bohrloch auszukleiden. Aber es wird verstanden werden, dass das Schneidwerkzeug 100 dazu verwendet werden könnte, jeden Rohrtyp in einem Bohrloch abzutrennen und die Erfindung ist nicht auf den Einsatz mit einem rohrförmigen Futter der Bohrung in einem Bohrloch begrenzt. Der Einschubstrang 101 ist an ein erstes Endverbindungsstück 106 des Schneidwerkzeugs 100 befestigt und das Werkzeug befindet sich an einer vorbestimmten Stelle im Rohr 150. Wenn das Schneidwerkzeug 100 im Rohr 150 positioniert ist, wird eine vorbestimmte Menge Flüssigkeitsdruck durch den Einschubstrang 101 zugeführt. Der Druck ist angemessen, die Kolben 120 und die Rollen 116 mit ihren Fräsern 105 gegen die Innenseite des Rohrs zu forcieren. Bei angewandter angemessener Kraft werden der Einschubstrang 101 und das Schneidwerkzeug 100 im Rohr rotiert, damit die Bildung einer Nut ständig zunehmender Tiefe um die Innenseite des Rohrs 150 bewirkt wird. Die 5 ist eine Schnittansicht der Abbildung, wobei die Rollen 116 mit ihren jeweiligen Fräsern 105 gegen die innere Oberfläche des Rohrs 150 betätigt sind. Bei angemessenem Druck und angemessener Rotation wird das Rohr in ein oberes Teilstück 150a und ein unteres Teilstück 150b getrennt. Danach werden, bei einer Abnahme an Flüssigkeitsdruck, die Rollen 116 zurückgezogen und der Einschubstrang 101 und das Schneidwerkzeug 100 können aus dem Bohrloch entfernt werden.
  • Die 6 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung und schließt ein Schneidwerkzeug 100 ein, das in einem Bohrloch 160 an einem Einschubstrang 165 von Rohrwendel angeordnet ist. Ein Schlammmotor 170 ist zwischen dem unteren Ende des Rohrwendelstrangs 165 und dem Schneidwerkzeug 100 angeordnet und stellt dem Werkzeug 100 Rotationskraft bereit. In dieser Ausführungsform wird Druck beaufschlagte Flüssigkeit, die angemessen ist die Rollen 116 mit ihren Fräsern 105 zu betätigen, im Rohrwendelstrang 165 bereitgestellt. Der Schlammmotor 170 wird ebenso durch Flüssigkeit im Rohrwendelstrang 165 betrieben und eine Abtriebswelle des Schlammmotors ist an eine Antriebswelle des Schneidwerkzeugs 100 gekoppelt, um dem Schneidwerkzeug 100 Rotation bereitzustellen. Außerdem ist in der 6 eine Rohrwendelhaspel 166 veranschaulicht, die den Schlauch liefert, der durch eine konventionelle Bohrlochkopfbaugruppe 168 in das Bohrloch 160 eingeschoben wird. Bei Verwendung geeigneter, bekannter druckfester Vorrichtungen lässt sich das Schneidwerkzeug 100 in einem aktiven Bohrloch benutzen.
  • Die 7 ist eine Schnittansicht, die ein Schneidwerkzeug 100 veranschaulicht, das auf Rohrwendel 165 in einem Bohrloch 160 angeordnet, wobei ein Schlammmotor 170 und ein Traktor darüber 175 angeordnet sind. Wie in der Ausführungsform der 6 empfängt das Schneidwerkzeug 100 eine Quelle druckbeaufschlagter Flüssigkeit zur Aktivierung vom darüber befindlichen Rohrwendelstrang 165. Der Schlammmotor 170 stellt Rotationskraft für den Fräser bereit. Außerdem stellt der Traktor 175 axiale Bewegung bereit, die notwendig ist die Schneidwerkzeugbaugruppe im Bohrloch bewegen. Der Traktor ist besonders nützlich, wenn Schwerkraft allein nicht die erforderliche Bewegung des Schneidwerkzeugs 100 im Bohrloch 160 bewirken würde. Axiale Bewegung kann erforderlich sein, um das Schneidwerkzeug 100 in einem nicht vertikalen Bohrloch, wie einem horizontalen Bohrloch, richtig zu positionieren. Der Traktor 175 schließt, wie das Schneidwerkzeug, eine Reihe radial betätigbarer Rollen 176 ein, die sich nach außen erstrecken, um die Innenwand einer Rohrinnenfläche 150 zu kontaktieren. Die spiralförmige Anordnung der Rollen 176 am Körper 177 des Traktors 175 treiben den Traktor axial, wenn Rotationskraft auf den Traktorkörper 177 angewandt wird.
  • Die 8 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 200, die das Schneidwerkzeug 100 umfasst, das in einem Rohr 150 an „Wireline" 205 angeordnet ist. In Gebrauch wird die Vorrichtung 200 an „Wireline", die sich von der Oberfläche des Bohrlochs erstreckt (nicht gezeigt), in ein Bohrloch eingefahren. Die „Wireline" 205 dient dazu, das Gewicht der Vorrichtung 200 zu halten und außerdem dazu den Komponenten der Vorrichtung eine Quelle elektrischer Leistung bereitzustellen. Die Vorrichtung 200 ist konzipiert auf eine vorbestimmte Tiefe in ein Bohrloch herabgelassen zu werden, wo eine Rohrinnenfläche 150 getrennt werden soll. Inbegriffen in der Vorrichtung 200 ist ein Gehäuse 210 mit einem Flüssigkeitsreservoir 215 mit einem Druckausgleichskolben (nicht gezeigt), eine hydraulisch betätigte Gleitbaugruppe 220 und ein Schneidwerkzeug 100, das unterhalb des Gehäuses 210 angeordnet ist. Der Druckausgleichskolben 215 ermöglicht der Flüssigkeit im Reservoir 215 sich mit Druckänderungen auszudehnen und zusammenzuziehen und isoliert die Flüssigkeit in der Reservoirflüssigkeit von Bohrlochinnenflächenflüssigkeit. Angeordnet zwischen der Gleitbaugruppe 220 und dem Schneidwerkzeug 100 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor 225, der zwei hydraulische Kolbenpumpen 230, 235 antreibt und dem Schneidwerkzeug 100 Rotationsbewegung bereitstellt. Jede Pumpe ist in Flüssigkeitskommunikation mit dem Reservoir 215. Die obere Pumpe 230 ist konstruiert und angeordnet der Gleitbaugruppe 220 druckbeaufschlagte Flüssigkeit bereitzustellen, um zu bewirken, dass sich die Rohrklemmkeile nach außen erstrecken und die Rohrinnenfläche 150 kontaktieren. Die untere Pumpe 235 ist konstruiert und angeordnet dem Schneidwerkzeug 100 druckbeaufschlagte Flüssigkeit bereitzustellen, um die Rollen 116 und Fräser 105 zu betätigen und sie zu zwingen die Rohrinnenfläche 150 zu kontaktieren. Ein Getriebekasten 240 wird vorzugsweise zwischen der Abtriebswelle des Motors und der Rotationswelle des Schneidwerkzeugs angeordnet. Der Getriebekasten 240 hat die Funktion dem Schneidwerkzeug 100 erhöhtes Drehmoment bereitzustellen. Die Pumpen 230, 235 sind vorzugsweise Pumpen des Typs mit axialen Kolben und Taumelscheibe, wobei die Pumpen axial montierte Kolben aufweisen, die neben der Taumelscheibe angeordnet sind. Die Pumpen sind konzipiert die Kolben abwechselnd mit der rotierenden Taumelscheibe zu betätigen und stellen den Komponenten dadurch Flüssigkeitsdruck bereit. Jedoch könnten beide Pumpen 230, 235 ebenso eine einfache Kolbenpumpe, Zahnradrotor- oder Stirnradpumpe sein. Die obere, über dem Motor 225 angeordnete Pumpe läuft vorzugsweise mit einer höheren Drehzahl, als die untere Pumpe was sicherstellt, dass die Gleitbaugruppe 220 betätigt werden wird und die Vorrichtung 200 in einer fixierten Position relativ zum Rohr 150 halten wird, bevor die Fräser 105 die Innenwand des Rohrs kontaktieren. Die Vorrichtung 200 wird sich dadurch selbst gegen die Innenseite des Rohrs 150 verankern, um Rotationsbewegung des darunter befindlichen Schneidwerkzeugs 100 zuzulassen.
  • Hydraulikflüssigkeit zum Betreiben sowohl der oberen 230 als auch der unteren 235 Pumpen wird vom Reservoir 215 mit Druckausgleich bereitgestellt. Wenn die Flüssigkeit hinter ein Paar Gleitelemente 245a, 245b gepumpt wird, die sich an der Gleitbaugruppe 220 befinden, wird sich der Ausgleichskolben bewegen, um Raum der Flüssigkeit einzunehmen, während diese genutzt wird. Ebenso arbeiten die Rollen 116 des Schneidwerkzeugs 100 mit druckbeaufschlagter Flüssigkeit aus dem Reservoir 215.
  • Die Gleitelemente 245a, 245b und die radial verschiebbaren Kolben 120, in denen die Rollen 116 und Fräser 105 untergebracht sind, haben vorzugsweise Rückholfedern, die dahinter eingebaut sind, welche die Kolben 245a, 245b, 120 veranlassen werden sich in eine Rückkehrposition bzw. eine geschlossene Position zu bewegen, wenn die Kraft entfernt wird und die Pumpen 230, 235 den Betrieb eingestellt haben. Restdruck im System wird mittels einer Regelöffnung oder Ventilen in der Zufuhrleitung (nicht gezeigt) zu den Kolben 245a, 245b, 120 der Gleitbaugruppe und dem Schneidwerkzeug 100 entlastet. Die Ventile oder geregelten Öffnungen sind vorzugsweise eingestellt um Öl mit einer viel niedrigeren Geschwindigkeit als die gepumpte Ausgangsleistung abzulassen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in ein Bohrloch auf eine vorbestimmte Position eingefahren und dann betätigt werden, indem einfach Leistung von der Oberfläche über eine „Wireline" 205 zugeführt wird, um die Vorrichtung 200 im Bohrloch zu fixieren und das Rohr zu trennen. Abschließend werden, nach dem das Rohr 150 abgetrennt und Leistung zum Motor 225 weggenommen worden ist, die Rohrklemmkeile 246a, 246b und Fräser 105 deaktiviert, wobei die Rohrklemmkeile 246a, 246b und die Fräser 105 in ihre jeweiligen Gehäuse zurückkehren, was erlaubt die Vorrichtung 200 aus dem Bohrloch zu entfernen.
  • Die 9 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung 200 der 9 mit betätigter Gleitbaugruppe 220 und dem Schneidwerkzeug 100, das seine Fräsflächen 105 mit der Innenwand des Rohrs 150 in Kontakt hat. In Betrieb wird die Vorrichtung 200 an einer "Wireline" 206 in das Bohrloch eingefahren. Wenn die Vorrichtung eine vorbestimmte Stelle im Bohrloch oder innerhalb eines darin befindlichen abzutrennenden Rohrs erreicht, wird Leistung durch die „Wireline" 205 zum bürstenlosen Gleichstrommotor 225 geliefert. Die obere Pumpe 230, die mit einer höheren Drehzahl als die untere Pumpe 235 läuft, betätigt die Gleitbaugruppe 220 was bewirkt, dass die Rohrklemmkeile 246a, 246b tätig werden und die Innenfläche des Rohrs 150 greifen. Danach bewirkt die untere hydraulische Pumpe 235, dass die Fräser 105 an dem Punkt gegen das Rohr 150 bewegt werden, wo das Rohr abzutrennen ist und das Schneidwerkzeug 100 beginnt, zu rotieren. Durch Rotation des Schneidwerkzeugs 100 und radialen Druck der Fräser 105 gegen die Innenwand des Rohrs 150 kann das Rohr teilweise oder ganz abgetrennt und ein oberes Teilstück 150a des Rohrs von einem unteren Teilstück 150b davon getrennt werden. Bei Beendigung des Vorgangs wird Leistung zur Vorrichtung 200 abgeschaltet und durch ein Federvorspannmittel werden die Fräser 105 in den Körper des Schneidwerkzeugs 100 zurückgezogen und die Rohrklemmkeile 246a, 246b ziehen sich in das Gehäuse der Gleitbaugruppe 220 zurück. Die Vorrichtung 200 kann dann aus dem Bohrloch entfernt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann bewirkt werden, dass die Gleitbaugruppe 220 aktiviert bleibt, wodurch das obere Teilstück 150a des getrennten Rohrs 150 mit der Vorrichtung 200 aus dem Bohrloch getragen wird.
  • Die 10 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. In dieser Ausführungsform wird eine Vorrichtung 300 zum Verbinden im Bohrloch befindlicher Rohre und danach Abtrennen eines Rohrs oberhalb der Verbindung bereitgestellt. Die Vorrichtung 300 ist besonders beim Fixieren oder Hängen eines Rohrs in ein Bohrloch nützlich und verwendet eine kleinere ringförmige Fläche als für einen Vorgang dieser Art typisch erforderlich ist. Die Vorrichtung 300 umfasst ein Einschubrohr 305 mit einem Schneidwerkzeug 100 und einem daran angeordneten Spreizwerkzeug 400.
  • Die 11 ist eine auseinander gezogene Darstellung des Spreizwerkzeugs. Das Spreizwerkzeug 400, wie das Schneidwerkzeug 100, hat einen Körper 402, der hohl und allgemein rohrförmig ist, mit Verbindungsstücken 404 und 406 zum Anschluss an andere Komponenten (nicht gezeigt) einer Bohrlochbaugruppe. Die Endverbindungsstücke 404 und 406 sind eines reduzierten Durchmessers (verglichen mit dem Außendurchmesser des der Länge nach mittigen Körpers 402 des Werkzeugs 400) und erlauben, zusammen mit drei Längsrillen 410 am mittigen Körper 402, den Durchlauf von Flüssigkeiten zwischen der Außenseite des Werkzeugs 400 und der Innenseite einer Rohrinnenfläche (nicht gezeigt). Der Körper 402 hat drei Stege 412, die zwischen den drei Rillen 410 definiert sind, wobei jeder Steg 412 mit einer jeweiligen Aussparung 414 gebildet ist, um eine jeweilige Rolle 416 zu halten. Jede der Aussparungen 414 hat parallele Seiten und erstreckt sich radial vom radial perforierten Rohrkern 415 des Werkzeugs 400 zur Außenseite des jeweiligen Stegs 412. Jede der gegenseitig identischen Rollen 416 ist nahezu zylindrisch und leicht gewölbt. Jede der Rollen 416 ist mittels eines Lagers 418 an jedem Ende der jeweiligen Rolle zwecks Rotation um eine jeweilige Rotationsachse montiert, die parallel zur Längsachse des Werkszeugs 400 und radial davon mit 120 Grad gegenseitiger Umfangstrennung um den mittigen Körper 408 herum versetzt ist. Die Lager 418 sind als integrale Endelemente radial verschiebbarer Kolben 420 gebildet, wobei ein Kolben 420 verschiebbar innerhalb jeder radial verlängerten Aussparung 414 abgedichtet wird. Das innere Ende jedes Kolbens 420 ist dem Druck von Flüssigkeit innerhalb des hohlen Kerns des Werkzeugs 400 über die radialen Perforationen im Rohrkern 415 (10) ausgesetzt.
  • Wiederum auf die 10 Bezug nehmend, ist außerdem ein Futterrohrteilstück 315 auf dem Einschubstrang angeordnet und darauf von einem Lagerelement 310 getragen, das zusammen mit der Vorrichtung 300 in ein Bohrloch zwecks Einbau darin herabgelassen wird. In der Ausführungsform der 10 trägt das Lagerelement 310 das Gewicht des Futterrohrteilstücks 315 und lässt Rotation des Einschubstrangs unabhängig vom Futterrohrteilstück 315 zu. Das Futterrohr 315 besteht aus Rohr mit einem ersten Teilstück 315a größeren Durchmessers, das das Schneidwerkzeug 100 und Spreizwerkzeug 400 beherbergt und einem Rohr eines zweiten, kleineren Durchmessers 315b darunter. Eine Verwendung der Vorrichtung 300 ist das Fixieren des Futterrohrs 315 in vorhandener Verschalung 320 durch Expandieren des Futterrohrs in Kontakt mit der Verschalung und danach Abtrennen des Futterrohrs an einer Stelle oberhalb der neu gebildeten Verbindung zwischen dem Futterrohr 315 und der Verschalung 320.
  • Die 12 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung 300 und veranschaulicht ein Teilstück des Rohrs 315a des größeren Durchmessers, nach dem es durch das Spreizwerkzeug 400 in die Verschalung 320 expandiert worden ist. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist das Spreizwerkzeug 400 betätigt und hat, durch Radialkraft und axiale Bewegung, einen gegebenen Abschnitt der Innenfläche des Rohrs 315a vergrößert. Sobald das Rohr 315 in die Verschalung 325 expandiert ist, wird das Gewicht des Futterrohrs 315 von der Innenfläche der Verschalung 325 getragen und der Einschubstrang 305 mit dem Spreizwerkzeug 400 und Fräsern 105 kann sich unabhängig axial im Bohrloch bewegen. Vorzugsweise werden das Rohr 315 und die Verschalung 325 zuerst nur an gewissen Stellen und nicht umlaufend verbunden. Demzufolge verbleibt ein Flüssigkeitsweg zwischen dem Futterrohr und der Verschalung und irgendwelcher Zement, der im ringförmigen Bereich zwischen der Verschalung 325 und dem Außendurchmesser des Futterrohrs 315 zu zirkulieren ist, kann in das Bohrloch 330 eingeführt werden.
  • Die 13 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung 300, durch die das Schneidwerkzeug 100 am Einschubstrang 305 oberhalb des Spreizwerkzeugs 400 und oberhalb des Teilstücks des Futterrohrs befindet, das expandiert worden ist, betätigt und die Fräser 105 trennen, durch Rotations- und Radialkraft, das Futterrohr in ein oberes und ein unteres Teilstück. Dieser Schritt wird typisch durchgeführt, bevor sich zirkulierter Zement im ringförmigen Bereich zwischen dem Futterrohr 315 und der Verschalung 320 abgebunden hat. Abschließend zeigt die 14 die Vorrichtung 300 der vorliegenden Erfindung im Bohrloch, nach dem das Futterrohr 315 teilweise expandiert, abgetrennt und in ein oberes und unteres Teilstück getrennt worden ist und das obere Teilstück des expandierten Futterrohrs 315 „ausgerollt" worden ist, um dem neuen Futterrohr und der Verbindung zwischen dem Futterrohr und der Verschalung eine einheitliche Qualität zu geben. Am Ende dieses Schritts werden das Schneidwerkzeug 100 und das Spreizwerkzeug 400 deaktiviert und die daran befindlichen Kolbenflächen werden in die jeweiligen Körper zurückgezogen. Der Einschubstrang wird dann hochgehoben, um das Lager 310 in Kontakt mit dem Schulterelement am oberen Ende des Futterrohrs 315 zu platzieren. Die Vorrichtung 300 kann danach, zusammen mit dem Einschubstrang 305, aus dem Bohrloch entfernt werden, was das Futterohr in der Bohrlochverschalung installiert zurücklässt.
  • Wie das Vorgenannte demonstriert, stellt die vorliegende Erfindung eine leichte, effiziente Weise zum Trennen von Rohren in einem Bohrloch ohne die Verwendung eines starren Einschubstrangs bereit. Als andere Möglichkeit stellt die Erfindung ein Fahrt sparendes Einsetzverfahren eines Strangs von Rohren in ein Bohrloch bereit. Außerdem wird ein Platz sparendes Mittel des Einsetzens eines Futterrohrs in ein Bohrloch durch Expandieren eines ersten Rohrabschnitts in einen größeren Abschnitt von Rohrinnenfläche bereitgestellt.
  • Wie durch das Vorgenannte veranschaulicht, ist es möglich eine mechanische Verbindung zwischen zwei Rohren herzustellen, indem das kleinere Rohr in die Innenfläche des größeren Rohrs expandiert wird und man sich auf die Reibung dazwischen zum Befestigen der Rohre aneinander verlässt. Auf diese Weise lässt sich ein kleinerer Rohrstrang von einem größeren Rohrstrang in einem Bohrloch hängen. In einigen Fällen ist es erforderlich, dass das Rohr kleineren Durchmessers im Bereich der Verbindung eine relativ dicke Stärke hat, um zusätzliche Festigkeit wie erforderlich bereitzustellen, um das Gewicht eines darunter befindlichen Rohrstrangs zu tragen, der über 1.000 Fuß lang sein könnte. In diesen Fällen kann die Expansion des Rohrs durch übergroße Dicke der Rohrwand behindert werden. Zum Beispiel haben Tests gezeigt, dass, wenn die Dicke einer Rohrwand zunimmt, die Außenfläche des Rohrs eine Zugbeanspruchung annehmen kann, wenn die Innenfläche der Wand einer kompressiven Radialkraft ausgesetzt wird, die zur Expansion erforderlich ist. Bei Verwendung des Spreizwerkzeugs der vorliegenden Erfindung, um eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Innenwand eines damit zusammenhängenden dicken Rohrs auszuüben, setzt das Spreizwerkzeug, mit seinen betätigten Rollen, die Innenfläche des Rohrs unter Druck. Obwohl die Innenseite der Wand unter Druck ist, wird sich die Druckkraft in der Wand einem Wert von null nähern und anschließend an der Außenseite der Wand eine Zugbeanspruchung annehmen. Wegen der Zugbeanspruchung könnten die auf die Innenfläche des Rohrs angewandten Radialkräfte unzureichend sein, die Außenwand über ihre elastischen Grenzwerte hinaus effizient zu expandieren.
  • Um die Expansion von Rohren zu erleichtern, speziell jener, die eine relativ dicke Wand im zu expandierenden Bereich erfordern, werden an der Außenfläche des Rohrs, wie in der 15 gezeigt, Formationen geschaffen. Die 15 ist eine Perspektivansicht eines Rohrs 500, das an einem ersten Ende mit Gewinden versehen ist, um Installation an einem oberen Ende eines Rohrstrangs (nicht gezeigt) zuzulassen. Das Rohr umfasst im Wesentlichen Längsformationen 502, die auf einer Außenfläche davon gebildet sind. Die Formationen 502 haben den Effekt, die Wanddicke des Rohrs 500 im Bereich des Rohrs zu erhöhen, der in Kontakt mit einem äußeren Rohr zu expandieren ist. Diese selektive Zunahme an Wanddicke reduziert die Zugkräfte, die sich an der Außenfläche der Rohrwand entwickeln und erlaubt, dass sich das Rohr kleineren Durchmessers leichter in das Rohr größeren Durchmessers expandieren lässt. In dem in der 15 gezeigten Beispiel sind die Formationen 502 und Nuten 504, die an der Außenfläche des Rohrs 500 dazwischen gebildet sind, nicht völlig longitudinal sondern spiralförmig in ihrer Platzierung entlang der Rohrwand. Die Spiralform der Nuten und Formationen erleichtert den Fluss von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Zement und erleichtert außerdem die Expansion der Rohrwand, wenn ein Spreizwerkzeug auf sie einwirkt. Außerdem sind an der Außenfläche der Formationen 502 Rohrklemmzähne 506 gebildet, die speziell konzipiert sind, die innere Oberfläche einer Rohrinnenfläche zu kontaktieren, was den Friktionswiderstand gegen axiale Abwärtsbewegung erhöht. Auf diese Weise kann das Rohr im Bereich der Formationen 502 expandiert werden und die Formationen mit ihren Zähnen 506 werden als Rohrklemmen wirken, um axiale Abwärtsbewegung des Rohrstrangs vor dem Zementieren des Rohrstrangs im Bohrloch zu verhindern. Auf der Außenfläche des Rohrs 500 befinden sich oberhalb der Formationen 502 drei Umfangsnuten 508, die mit Dichtungsringen (nicht gezeigt) verwendet werden, um die zwischen dem expandierten Innenrohr 500 und einem äußeren Rohr geschaffene Verbindung abzudichten.
  • Die 16 ist eine Schnittansicht des Rohrs 500 mit dem Teilstück, das Formationen 502 einschließt, expandiert in Kontakt mit der Rohrinnenfläche 550 größeren Durchmessers. Wie in der 16 veranschaulicht, wurde das Teilstück des Rohrs einschließlich der Formationen mittels eines Spreizwerkzeugs (nicht gezeigt) nach außen expandiert, um die an den Formationen 502 gebildeten Zähne 506 in Reibkontakt mit der Innenfläche des größeren Rohrs 550 zu platzieren. Speziell wurde ein Spreizwerkzeug, das von einer Quelle mit Druck beaufschlagter Flüssigkeit betrieben wird, in das Rohr 500 eingeschoben und hat durch selektiven Betrieb ein Teilstück des Rohrs 500 expandiert. Die Spiralform der Formationen 502 hat zu einer glatteren expandierten Oberfläche des inneren Rohrs geführt, da sich die Rollen des Spreizwerkzeugs über die Innenseite des Rohrs mit einem Winkel bewegt haben, der bewirkt, dass die Rollen den Winkel der Formationen schneiden, die der Innenwand des Rohrs 500 gegenüberliegen. In dem in der 16 veranschaulichten Zustand wird das Gewicht des Rohrs 500 kleineren Durchmessers (und irgendeines daran befestigten Rohrstrangs) vom Rohr 550 größeren Durchmessers getragen. Doch erlauben die Nuten 504, die zwischen den Formationen 502 definiert sind, dass Flüssigkeit, wie Zement, durch den expandierten Bereich zwischen den Rohren 500, 550 zirkulieren kann.
  • Die 17 ist eine Schnittansicht des Rohrs 500 der 16, wobei das obere Teilstück des Rohrs 500 ebenso in die Innenfläche des Rohrs 550 größeren Durchmessers expandiert worden ist, um eine Dichtung dazwischen zu bewirken. Wie veranschaulicht ist das kleinere Rohr jetzt mechanisch und abdichtend an das äußere Rohr durch Expansion der Formationen 502 und des oberen Teilstücks des kleineren Rohrs 550 mit seinen Umfangsnuten 508 befestigt. Wie in der 16 zu sehen ist, schließen die Nuten 508 Ringe 522 ein, die aus einem Elastomermaterial hergestellt sind, das dazu dient den Ringbereich zwischen den Rohren 500, 550 abzudichten, wenn diese in Kontakt miteinander expandiert werden. Typisch wird dieser Schritt durchgeführt nach dem Zement um den Verbindungspunkt zirkuliert worden ist, aber bevor sich der Zement abgebunden hat.
  • In Gebrauch würde die Verbindung wie folgt geschaffen werden: Ein Rohrstrang 500 mit den in der 15 veranschaulichten Merkmalen wird in ein Bohrloch auf eine Position abgesenkt, wodurch die Formationen 502 neben dem inneren Teilstück eines äußeren Rohrs 550 liegen, wo eine physikalische Verbindung zwischen den Rohren herzustellen ist. Danach wird, unter Verwendung eines Spreizwerkzeugs des hierin offenbarten Typs, das, die Formationen tragende, Teilstück des Rohrs in das äußere Rohr 550 expandiert, wodurch die Formationen 502 und irgendwelche darauf gebildeten Zähne in Reibkontakt mit der Innenfläche des Rohrs 550 platziert werden. Danach werden, wenn das Rohr kleineren Durchmessers in Bezug auf das äußere Rohr 550 größeren Durchmessers in Position befestigt worden ist, irgendwelche Flüssigkeiten, einschließlich Zement, durch einen ringförmigen Bereich zirkuliert, der zwischen den Rohren 500, 550 oder dem Rohr 500 und einer Bohrlochinnenfläche geschaffen worden ist. Die zwischen den Formationen 502 des Rohrs 500 definierten Nuten 504 erlauben den Durchfluss von Flüssigkeit durch diese, selbst nach dem die Formationen durch Expansion in Kontakt mit dem äußeren Rohr 550 gedrängt worden sind. Nach dem Zement durch die Verbindung zirkuliert worden ist und bevor sich der Zement abgebunden ha, kann die Verbindung zwischen den inneren und äußeren Rohren abgedichtet werden. Unter Einsatz des hierin beschriebenen Spreizwerkzeugs wird das Teilstück des Rohrs, das die Umfangsnuten 508 darum mit Ringen 522 aus elastomerem Material darin aufweist, in Kontakt mit dem äußeren Rohr 550 expandiert. Dadurch wird ein redundantes Dichtmittel über die drei Nuten 508 bereitgestellt.
  • In einem weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Verfahren und Vorrichtung zum Expandieren eines ersten Rohrs in ein zweites Rohr und danach Zirkulieren von Flüssigkeit zwischen den Rohren durch einen Flüssigkeitsweg bereit, der vom expandierten Bereich des kleineren Rohrs unabhängig ist. Die 18 ist eine Schnittansicht eines ersten Rohrs 600 kleineren Durchmessers, das koaxial in einem äußeren Rohr 650 größeren Durchmessers angeordnet ist. Wie veranschaulicht, schließt das obere Teilstück des Rohrs kleineren Durchmessers einen Umfangsbereich 602 ein, der Zähne 606 aufweist, die an einer Außenfläche davon gebildet sind, die den Gebrauch der Umfangsfläche 602 als ein Hängeteilstück erleichtern, um das Rohr 600 kleineren Durchmessers stationär im Rohr 650 größeren Durchmessers zu befestigen. In der gezeigten Veranschaulichung verstärkt die Geometrie der, an der Außenfläche der Formationen 602 gebildeten Zähne 606 den Reibwiderstand einer Verbindung zwischen den Rohren 600, 650 gegen eine abwärts wirkende Kraft. Unterhalb des Umfangsbereichs 602 befinden sich zwei Öffnungen 610, die in einer Wand des Rohrs 600 kleineren Durchmessers gebildet sind. Der Zweck der Öffnungen 610 ist, zu erlauben, dass Flüssigkeit von der Außenseite des Rohrs 600 kleineren Durchmessers zu dessen Innenseite passieren kann, wie es hierin erläutert werden wird. Unterhalb der Öffnungen 610 befinden sich drei Umfangsnuten 620, die in der Wand des Rohrs 600 kleineren Durchmessers gebildet sind. Diese Nuten 620 helfen eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen den Rohren 600, 650 kleineren und größeren Durchmessers zu bilden. Die Nuten 620 würden typisch Ringe 622 aus elastomerem Material beherbergen, um eine abdichtende Beziehung mit einer umgebenden Fläche zu erleichtern. Als andere Möglichkeit könnten die Ringe irgendein geschmeidiges Material sein, um eine Dichtung zu bewirken. In der 18 ist außerdem ein Konusteilstück 629 am unteren Ende eines Rohrstrangs 601 installiert, das aus dem Rohr 600 herausragt. Das Konusteilstück 629 erleichtert das Einschieben des Rohrs 601 in das Bohrloch.
  • Die 19 ist eine Schnittansicht der 18 der Rohre 600 und 650 kleineren bzw. größeren Durchmessers, nach dem das Rohr 600 kleineren Durchmessers im Umfangsbereich 602 expandiert worden ist. Wie in der 19 veranschaulicht, wurde der Bereich 602 mit Zähnen 606 in Reibkontakt mit der Innenfläche des größeren Rohrs 650 platziert. An diesem Punkt wird das Rohr 600 kleineren Durchmessers und jeder darunter befestigte Rohrstrang 601 vom äußeren Rohr 650 getragen. Jedoch verbleibt ein freier Weg für das Zirkulieren von Flüssigkeit in einem zwischen den zwei Rohren gebildet ringförmigen Bereich, wie er durch die Pfeile 630 veranschaulicht ist. Die Pfeile 630 zeigen einen Flüssigkeitsweg vom Boden des Rohrstrangs 601 aufwärts in einen Ringraum, der zwischen den zwei Rohren gebildet ist und durch Öffnungen 610, die im Rohr 600 kleineren Durchmessers gebildet sind. In der Praxis würde Zement über eine Leitung (nicht gezeigt) in das Rohr 610 zu einem Punkt unterhalb der Öffnungen 610 geliefert werden. Ein Dichtmechanismus um die Leitung herum (nicht gezeigt) würde Flüssigkeit drängen durch Öffnungen 610 in Richtung des oberen Teilstücks des Bohrlochs zurückzukehren.
  • Die 20 ist eine Schnittansicht der Rohre 600 und 650 kleineren bzw. größeren Durchmessers. Wie in der 20 veranschaulicht wurden jenes Teilstück des Rohrs 600 kleineren Durchmessers, einschließlich der Dichtungsnuten 620 mit ihren Ringen 622 aus elastomerem Material in das Rohr 650 größeren Durchmessers expandiert. Das Ergebnis ist ein Rohr 600 kleineren Durchmessers, das durch Expansion mit der Innenfläche eines Rohrs 650 größeren Durchmessers mit einer abgedichteten Verbindung dazwischen verbunden ist. Obwohl die Rohre 600, 650 mittels Nuten und eleastomeren Ringen in der gezeigten Ausführungsform abgedichtet sind, könnte irgendein Material zwischen den Rohren verwendet werden, um Abdichtung zu erleichtern. Eigentlich könnten die zwei Rohre einfach zusammenexpandiert werden, um eine flüssigkeitsdichte Dichtung zu bewirken.
  • In Betrieb würde ein Rohrstrang, der die in der 18 gezeigten Merkmale am oberen Ende davon aufweist, wie folgt verwendet werden: Der Rohrstrang 601 würde in ein Bohrloch abgesenkt werden, bis sich der Umfangsbereich 602 eines oberen Teilstücks 600 davon neben dem Bereich befindet, wo das Rohr 600 kleineren Durchmessers in eine Innenfläche des Rohrs 650 größeren Durchmessers zu expandieren ist. Danach wird, mithilfe eines Spreizwerkzeugs wie hierin beschrieben, jenes Teilstück des Rohrs 600 kleineren Durchmessers einschließlich des Bereichs 602 in Reibkontakt mit der Innenfläche des Rohrs 650 expandiert. Indem das Gewicht des Rohrstrangs 601 vom äußeren Rohr 650 getragen wird, kann jegliche Flüssigkeit durch einen ringförmigen Bereich, der zwischen den Rohren 600, 650 oder zwischen der Außenseite des Rohrs kleineren Durchmessers und der Innenfläche eines Bohrlochs definiert ist, zirkuliert werden. Wenn Flüssigkeit durch den ringförmigen Bereich fließt, ist Zirkulation, aufgrund der Öffnungen 610 in der Wand des Rohrs 600 kleineren Durchmessers möglich. Sobald die Zirkulation von Zement abgeschlossen ist, aber bevor der Zement abbindet, wird jenes Teilstück des Rohrs 600 kleineren Durchmessers, das die Umfangsnuten 620 mit den elastomeren Dichtringen 622 trägt, expandiert. Auf diese Weise wird ein Hängemittel zwischen einem ersten Rohr 600 kleineren Durchmessers und einem zweiten Rohr 650 größeren Durchmessers geschaffen, wodurch Zement oder irgendeine andere Flüssigkeit leicht durch den Verbindungsbereich zirkuliert werden kann, nach dem das Rohr kleineren Durchmessers vom äußeren Rohr größeren Durchmessers getragen wird, aber bevor eine Dichtung dazwischen hergestellt ist. Danach ist die Verbindung zwischen den zwei Rohren abgedichtet und abgeschlossen.
  • Obwohl das Vorgenannte auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, könnten andere und weitere Ausführungsformen ersonnen werden, ohne von ihrem grundlegenden Umfang abzuweichen und der Umfang davon wird durch die folgenden Patentansprüche bestimmt.

Claims (28)

  1. Vorrichtung zum Trennen eines Rohrs, wobei die Vorrichtung ein rotierbares Schneidwerkzeug mit Folgendem umfasst: einem Körper (102) mit mindestens einer Öffnung (114), die in dessen Wand (112) gebildet ist; und mindestens eine radial ausfahrbare Fräserbaugruppe (105, 116, 118, 120), wobei die oder jede Baugruppe (105, 116, 118, 120) innerhalb einer jeweiligen Öffnung (114) des Körpers (102) angeordnet ist und einen Träger (118, 120) und einen Fräser (105, 116) umfasst, der mindestens teilweise innerhalb des Trägers (118, 120) montiert ist; und dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Fräser (105, 116) eingerichtet ist aus seiner jeweiligen Öffnung (114) auszufahren, um die Innenwand der Rohrinnenfläche, aufgrund des in radialer Richtung auf den Träger (118, 120) wirkenden Hydraulikdrucks, zu kontaktieren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die mindestens zwei Fräser umfasst, die im Wesentlichen abstandsgleich um den Körper der Vorrichtung herum verteilt sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der oder jeder Fräser frei um eine Achse rotierbar ist, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Körpers der Vorrichtung ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorrichtung um eine Achse rotiert, die im Wesentlichen mit der Längsachse der Rohrinnenfläche übereinstimmt.
  5. Vorrichtung nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, wobei der Hydraulikflüssigkeitsdruck durch Flüssigkeit in einem eingeschobenen Rohrstrang bereitgestellt wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei Rotation der Vorrichtung durch einen Rohrstrang bereitgestellt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei Rotation der Vorrichtung durch einen Schlammmotor bereitgestellt wird, der nahe der Vorrichtung in einem Bohrloch angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, wobei der Hydraulikflüssigkeitsdruck durch Flüssigkeit in einem Rohrwendelstrang bereitgestellt wird.
  9. Vorrichtung nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, umfassend: ein Gehäuse, das über dem Schneidwerkzeug angeordnet ist, wobei das Gehäuse aufweist: eine hydraulisch zu betätigende Gleitbaugruppe, die darin angeordnet ist und Gleitelemente hat, die radial vom Gehäuse ausfahren, um die Wand einer Rohrinnenfläche zu kontakieren; mindestens eine Pumpe darin zum Betätigen der Gleitbaugruppe und des Schneidwerkzeugs; mindestens eine Quelle unter Druck setzbarer Flüssigkeit in Kommunikation mit dem Schneidwerkzeug, der Gleitbaugruppe und der mindestens einen Pumpe; und mindestens einen Elektromotor zum Betreiben der mindestens einen Pumpe und zum Bereitstellen von Rotation für das Schneidwerkzeug.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung in einem Bohrloch von einem Drahtseil getragen wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Elektromotor durch eine, sich von der Vorrichtung bis zur Bohrlochoberfläche erstreckende, Drahtleitung mit Leistung versorgt wird.
  12. Vorrichtung nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, wobei der oder jeder Träger (118, 120) ein Kolbenteil (120) und ein Trägerteil (118) umfasst, wobei der Fräser (105, 116) mindestens teilweise, mittels des Trägerteils (118) innerhalb des Trägers (118, 120) montiert ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das oder jedes Kolbenteil (120) innerhalb seiner jeweiligen Öffnung (114) gleitbar abgedichtet ist, wobei eine innere Oberfläche des Kolbenteils (120) in Betrieb dem Hydraulikflüssigkeitsdruck ausgesetzt wird.
  14. Vorrichtung nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, wobei der oder jeder Fräser rotierbar mindestens teilweise innerhalb seines jeweiligen Trägers montiert ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der oder jeder Fräser eine Rolle mit einem daran angeformten erhabenen Umfangsteil aufweist.
  16. Verfahren zum Trennen eines Rohrs in einem Bohrloch, umfassend: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die einen Körper (102) mit mindestens einer Öffnung (114) aufweist, die in einer Wand (112) davon gebildet ist; und mindestens eine radial ausfahrbare Fräserbaugruppe (105, 116, 118, 120), wobei die oder jede Baugruppe (105, 116, 118, 120) innerhalb einer jeweiligen Öffnung (114) des Körpers (102) angeordnet ist und einen Träger (118, 120) und einen Fräser (105, 116) umfasst, der mindestens teilweise innerhalb des Trägers (118, 120) montiert ist; Ausfahren mindestens eines Fräsers (105, 116) aus seiner jeweiligen Öffnung (114), um die Innenwand der Rohrinnenfläche zu kontaktieren; and Rotieren des mindestens einen Fräsers (105, 116), um das Rohr zu trennen; dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Fräser (105, 116) eingerichtet ist aus seiner jeweiligen Öffnung (114), aufgrund des Hydraulikflüssigkeitsdrucks, der in einer radialen Richtung auf den Träger (118, 120) wirkt, auszufahren und weiter gekennzeichnet duruch Bereitstellen von Hydraulikflüssigkeitsdruck auf den Träger (118, 120) in einer radialen Richtung im ausfahrenden Schritt, um den oder jeden Fräser (105, 116) aus seiner jeweiligen Öffnung (114) auszufahren, damit er die Innenwand der Rohrinnenfläche kontaktiert.
  17. Verfahren des Anspruchs 16, wobei der oder jeder Fräser um eine Achse frei rotierbar ist, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Trennvorrichtung ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der oder jeder Fräser eine Rolle mit einem daran angeformten erhabenen Umfangsteil aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei die Trennvorrichtung weiter ein Stellglied zum Aus- oder Einfahren des mindestens einen Fräsers umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bereitstellen von Hydraulikflüssigkeitsdruck zum Ausfahren des mindestens einen Fräsers, um ihn mit dem Rohr in Kontakt zu bringen, die Lieferung von Flüssigkeitsdruck zum Betreiben des Stellglieds umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, das Lieferung von Flüssigkeitsdruck durch eine Rohrleitung zu einem Innenteil der Trennvorrichtung umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Stellglied mindestens einen radial bewegbaren Kolben umfasst.
  23. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 16 bis 22, das weiter die Aufweitung des Rohrs umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Rohr an einem nicht ausgeweiteten Abschnitt des Rohrs getrennt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei Aufweiten des Rohrs und Trennen des Rohrs bei einer einzigen Einfahrt in das Bohrloch ausgeführt wird.
  26. Verfahren nach Ansprüchen 23, 24 oder 25, das die Anordnung mindestens eines Abschnitts des Rohrs in einem Rohr größeren Durchmessers umfasst und wobei das Rohr zwecks Kontakt mit dem Rohr größeren Durchmessers aufgeweitet wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Rohr an dem Abschnitt des Rohrs getrennt wird, der im Rohr größeren Durchmessers angeordnet ist.
  28. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 23 bis 27, wobei das Rohr nahe dem aufgeweiteten Abschnitt getrennt wird.
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