DE69401504T2

DE69401504T2 - Bohr-ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE69401504T2
Application number: DE69401504T
Authority: DE
Inventors: Michael Konopczynski
Original assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: SHELL INT RESEARCH; Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2014-04-30
Also published as: IN184070B; OA10240A; CN1124514A; EP0695390B1; EP0695390A1; NO954278D0; EG20276A; AU6796494A; RU2118440C1; NZ266457A; AU679994B2; DE69401504D1; NO954278L; CA2095306A1; WO1994025721A1; CN1044505C; NO307262B1; CO4180590A1; TR28103A; US5431223A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bohren abgewichener Bohrlochabzweigungen in einer Untergrundformation von einem einzelnen Bohrloch aus. Das einzelne Bohrloch ist im allgemeinen ein vertikales Bohrloch, und um weit auseinanderliegende Ziele zu erreichen, werden ein oder mehrere abgewichene Bohrlochabzweigungen von dem einzelnen Bohrloch aus gebohrt
Bei einer Art des Bohrens eines abgewichenen Bohrlochs wird eine Ablenkvorrichtung in Form eines am Boden des einzelnen Bohrlochs angeordneten Stahl- oder Ablenkkeils verwendet. Bei fortschreitendem Bohren folgt der Bohrer dem Keil, und es wird eine abgewichene Bohrlochabzweigung gebohrt. Nachdem eine kurze Länge der abgewichenen Bohrlochabzweigung gebohrt worden ist, wird der Ablenkkeil entfernt und das Bohren in der abgewichenen Abzweigung fortgesetzt. Eine Beschreibung dieses Verfahrens ist in "The Petroleum Handbook", 6. Ausgabe, Elsevier, 1983, S. 135-136, enthalten.
Wenn es erforderlich ist, zwei gegenüberliegende Bohrlochabzweigungen zu bohren, kann die zweite Bohrlochabzweigung unter Verwendung eines Ablenkkeils gebohrt werden, der in einer der Richtung der ersten Bohrlochabzweigung entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist.
Eine zum Bohren von mehr als einer abgewichenen Bohrlochabzweigung verwendete Ablenkvorrichtung ist in dem US-Patent Nr. 4,573,541 beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse und drei in dem Gehäuse angeordnete Führungsrohre, von denen zwei von der zentralen Längsachse des Gehäuses abbiegend verlaufen. Das Bohren einer abgewichenen Bohrlochabzweigung umfaßt das Anordnen der Vorrichtung im unteren Ende des verrohrten einzelnen Bohrlochs, das Einführen des Bohrers in eine der beiden abbiegend verlaufenden Führungsrohre und das Fortsetzen des Bohrens.
Ein Nachteil dieser Ablenkvorrichtung besteht darin, daß der Durchmesser der Führungsrohre kleiner als der halbe Durchmesser des Gehäuses ist, und folglich haben die abbiegend verlaufenden Bohrlochabzweigungen einen Durchmesser, der viel kleiner als der Durchmesser des ursprünglichen Bohrlochs ist, von dem aus sie gebohrt werden.
In dem US-Patent Nr. 2,693,342, das den Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 darstellt, ist ein Deflektor beschrieben, der in einem mit einem rotierenden oberen Rohrelement verbundenen Werkzeuggehäuse angeordnet ist, wodurch die Rotationsbewegung des oberen Rohrelements über ein Zahnradsystem auf ein Paar seitlicher Bohrrohre übertragen wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ablenkvorrichtung bereitzustellen, die das Bohren eines Paars gegenüberliegender abgewichener Bohrlochabzweigungen ermöglicht.
Die Ablenkvorrichtung zur Unterstützung des Bohrens eines Paars gegenüberliegender abgewichener Bohrlochabzweigungen in einer Untergrundformation von einem einzelnen Bohrloch aus nach vorliegender Erfindung umfaßt zu diesem Zweck ein an seinem oberen Ende mit einem Verbindungsmittel ausgestattetes offenendiges Rohr und ein in dem offenendigen Rohr in der Nähe dessen unteren Endes angeordnetes Führungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Führungselements angeordnete schräge Führungabahnen einschließt und daß das Verbindungsmittel das offenendige Rohr mit einem Verrohrungsstrang verbindet.
Die schrägen Führungsbahnen sind geeigneterweise konkav ausgeführt.
Um das Bohren durch eine Metallwand zu verhindern, weist die Wand des offenendigen Rohrs gegenüber den schrägen Führungsbahnen längliche Öffnungen auf.
Um einen oder mehrere zusätzliche Verrohrungsanschlüsse mit dem unteren Ende des offenendigen Rohrs zu verbinden, kann das offenendige Rohr an seinem unteren Ende auch mit einem Verbindungsmittel ausgestattet sein, um däs offenendige Rohr in dem einzelnen Bohrloch zu zentralisieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine in der erfindungsgemäßen Ablenkvorrichtung herausnehmbar plazierbare Wiedereinführungsvorrichtung, die eine offenendige Auskleidung mit einer länglichen Öffnung in deren Wand und eine in der offenendigen Auskleidung gegenüber der länglichen Öffnung angeordnete schräge Ablenkfläche umfaßt, wobei die Wiedereinführungsvorrichtung so in der Ablenkvorrichtung plaziert werden kann, daß die schräge Ablenkfläche mit einer- der beiden schrägen Führungsbahnen zusammengeführt wird.
Geeigneterweise umfaßt die Wiedereinführungsvorrichtung weiterhin ein im unteren Endteil der offenendigen Auskleidung angeordnetes Zusammenführungselement, das einen Sockel besitzt, um ein Aufliegen des Zusammenführungselements auf dem Führungselement zu ermöglichen, und das ein keilförmiges Teil aufweist, um eine Plazierung des Zusammenführungselements in einer vorbestimmten Position im Verhältnis zu einer der schrägen Führungsbahnen zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben; dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Ablenkvorrichtung nach vorliegender Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 eine Längsansicht entlang der Linie III- III von Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische und nicht maßstabgerechte Ansicht eines Paars gegenüberliegender abgewichener, von einem einzelnen Bohrloch aus gebohrter Bohrlochabzweigungen;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines mit der erfindungsgemäßen Ablenkvorrichtung ausgestatteten Verrohrungsstrangs;
Fig. 6 eine Teilschnittansicht entlang der Linie VI-VI von Fig. 4; und
Fig. 7 eine schematische Ansicht der mit einer erfindungsgemäßen Wiedereinführungsvorrichtung ausgestatteten Ablenkvorrichtung.
Es wird nunmehr Bezug auf die Fig. 1 bis 3 genommen. Die Ablenkvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung umfaßt ein offenendiges Rohr 2, das an seinem oberen Ende mit einem (nicht dargestellten) Verbindungsmittel ausgestattet ist, um das offenendige Rohr mit einem Verrohrungsstrang zu verbinden, sowie ein Führungselement 4, das in dem offenendigen Rohr in der Nähe dessen unteren Endes 5 angeordnet ist.
Das Führungselement 4 schließt zwei schräge Führungsbahnen 6 und 7 ein, die auf gegenüberliegenden Seiten des Führungselements 4 angeordnet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Führungsbahnen 6 und 7 konkav ausgeführt.
Die Wand des offenendigen Rohrs 2 besitzt längliche Öffnungen 9 und 10, die gegenüber den schrägen Führungsbahnen 6 und 7 vorgesehen sind.
Es wird nunmehr Bezug auf die Fig. 4 bis 6 genommen. Fig. 4 zeigt schematisch und nicht maßstabgerecht das Bohren eines Paars gegenüberliegender abgewichener Bohrlochabzweigungen 20 und 21 von einem einzelnen Bohrloch 22 aus, das von einem Bohrgestell 25 aus in einer Untergrundformation 27 gebohrt worden ist. Das einzelne Bohrloch 22 ist mit einem Verrohrungsstrang 28 verrohrt, der an seinem unteren Ende mit der Ablenkvorrichtung 1 nach vorliegender Erfindung ausgestattet ist. Die Einzementierung des Verrohrungsstrangs 28 in dem einzelnen Bohrloch 22 erfolgte auf konventionelle Weise, wobei hier auf den Einzementierungsvorgang nicht näher eingegangen wird.
Das untere Ende des Verrohrungsstrangs 28 ist in den Fig. 5 und 6 detaillierter dargestellt. Die Ablenkvorrichtung 1 ist zwischen dem letzten Abschnitt 30 des Verrohrungsstrangs und einem Endabschnitt 31 angeordnet, und zu diesem Zweck ist das offenendige Rohr 2 an beiden Enden mit Verbindungsmitteln ausgestattet. Der Endabschnitt 31 umfaßt einen Verrohrungsanschluß und dient dazu, die Ablenkvorrichtung 1 in dem einzelnen Bohrloch 22 zu zentralisieren. Die Verbindungen zwischen den Abschnitten sind durch die Bezugsziffern 32 gekennzeichnet. Der Verrohrungsstrang 28 ist außerdem mit Zentralisiermitteln 33 ausgestattet, um den Verrohrungsstrang 28 in dem einzelnen Bohrloch 22 zu zentralisieren (siehe Fig. 4).
Um eine abgewichene Bohrlochabzweigung zu bohren, wird eine Bohrstrangeinheit 50 (siehe Fig. 6) mit einem Bohrer 52 an ihrem unteren Ende in den Verrohrungsstrang 28 herabgelassen. Das Führungselement 4 lenkt den Bohrer 52 ab, und mit dem Drehen des Bohrers 52 beginnt das Bohren einer abgewichenen Bohrlochabzweigung. Die konkave Form der Führungsbahnen 6 und 7 erleichtert die Kontrolle der Richtung des Bohrers 52 und der Bohrstrangeinheit 50 bei fortschreitendem Bohren.
Dies ist auch in Fig. 4 dargestellt, die den Bohrer 52 in der abgewichenen Bohrlochabzweigung 21 zeigt. In Fig. 4 ist unterstellt worden, daß die Abzweigung 20 bereits gebohrt worden ist.
Um das Einführen in eine der abgewichenen Bohrlochabzweigungen zu erleichtern, kann eine Wiedereinführungsvorrichtung in die erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung herabgelassen werden, wobei der Außendurchmesser der Wiedereinführungsvorrichtung kleiner als der Innendurchmesser der Ablenkvorrichtung ist. Die in der Ablenkvorrichtung angeordnete Wiedereinführungsvorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Die Wiedereinführungsvorrichtung, die die Bezugsziffer 60 trägt, ist herausnehmbar in der Ablenkvorrichtung 1 plaziert worden. Die Wiedereinführungsvorrichtung 60 umfaßt eine offenendige Auskleidung 61 mit einer in deren Wand vorgesehenen länglichen Öffnung 62 sowie eine schräge Ablenkfläche 64, die in der offenendigen Auskleidung 61 gegenüber der länglichen Öffnung 62 angeordnet ist. Die Wiedereinführungsvorrichtung 60 ist so in der Ablenkvorrichtung 1 plaziert worden, daß die schräge Ablenkfläche 64 mit der schrägen Führungsbahn 6 zusammengeführt wird, die eine der beiden schrägen Führungsbahnen 6 und 7 darstellt.
Zur Ausrichtung der Wiedereinführungsvorrichtung 60 umfaßt diese weiterhin ein im unteren Endteil der offenendigen Auskleidung 61 angeordnetes Zusammenführungselement 66, das einen Sockel 67 besitzt, um ein Aufliegen des Zusammenführungselements 66 auf dem Führungselement 4 zu ermöglichen, und das ein keilförmiges Teil 68 aufweist, um eine Plazierung des Zusammenführungselements 66 in einer vorbestimmten Position im Verhältnis zu einer der schrägen Führungsbahnen 6 oder 7 zu ermöglichen.
Die Wiedereinführungsvorrichtung 60 wird in den Verrohrungsstrang 28 herabgelassen, beispielsweise am Ende eines (nicht dargestellten) Bohrstrangs, mit dem sie lösbar verbunden ist. Nach erfolgtem Plazieren der Wiedereinführungsvorrichtung 60 wird der Bohrstrang aus dem Bohrloch herausgezogen.
Wenn ein Werkzeug in die Bohrlochabzweigung 20 herabgelassen werden soll (siehe Fig. 4), wird die Wiedereinführungsvorrichtung 60 entsprechend der Darstellung in Fig. 7 in der Ablenkvorrichtung 1 plaziert. Dann wird das (nicht dargestellte) Werkzeug durch den Verrohrungsabschnitt herabgelassen und an der schrägen Ablenkfläche 64 entlang in die Bohrlochabzweigung eingeführt.
Um die Wiedereinführungsvorrichtung 60 in der Ablenkvorrichtung 1 zu sichern, kann die Wiedereinführungsvorrichtung 60 eine (nicht dargestellte) lösbare Verriegelungseinheit enthalten.
Die Wiedereinführungsvorrichtung 60 kann auch benutzt werden, um eine der abgewichenen Bohrlochabzweigungen zu bohren. Zu diesem Zweck wird mit dem Bohren der abgewichenen Bohrlochabzweigung entsprechend der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 begonnen. Wenn etwa 1 m gebohrt worden ist, wird die Bohrstrangeinheit aus dem Bohrloch entfernt, die Wiedereinführungsvorrichtung an der Ablenkvorrichtung befestigt und das Bohren der abgewichenen Bohrlochabzweigung wiederaufgenommen.
Um das anfängliche Bohren einer der abgewichenen Bohrlochabzweigungen zu erleichtern, kann eine Richtungsbohreinheit mit einem Bohrlochmotor und einem Kniestück verwendet werden. Bei wahlweise ausgerichteter Richtungsbohreinheit treibt das Kniestück den durch den Bohrlochmotor angetriebenen Bohrer durch eine ausgewählte der länglichen Öffnungen des offenendigen Rohrs. Zement, der sich aufgrund der Einzementierung des Verrohrungsstrangs im Bohrloch in dieser länglichen Öffnung befindet, wird zunächst herausgebohrt, und anschließend wird das Bohren dieser einen abgewichenen Bohrlochabzweigung in die Untergrundformation hinein fortgesetzt. Das Bohren der anderen abgewichenen Bohrlochabzweigung erfolgt auf ähnliche Weise, wobei die Bohreinheit wahlweise so ausgerichtet wird, daß der Bohrer durch die andere längliche Öffnung des offenendigen Rohrs getrieben wird. Geeigneterweise kann ein gyroskopisches Vermessungswerkzeug zur Unterstützung der Ausrichtung der Bohreinheit in der gewählten Ausrichtung verwendet werden.
Eine unerwünschte Positionsveränderung der Wiedereinführungsvorrichtung aufgrund von Bewegungen von Bohr- oder Betriebsmittelwerkzeugen durch das Bohrloch kann dadurch vermieden werden, daß ein geeignetes Niederhaltewerkzeug oben auf der Wiedereinführungsvorrichtung verwendet wird.

Claims

1. Ablenkvorrichtung zur Unterstützung des Bohrens eines Paars gegenüberliegender abgewichener Bohrlochabzweigungen (20, 21) in einer Untergrundformation von einem einzelnen Bohrloch (22) aus, die ein offenendiges Rohr (2), das an seinem oberen Ende mit einem Verbindungsmittel (32) ausgestattet ist, sowie ein Führungselement (4) umfaßt, das in dem offenendigen Rohr (2) in der Nähe dessen unteren Endes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (4) zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Führungselements (4) angeordnete schräge Führungsbahnen (6, 7) einschließt und daß das Verbindungsmittel (32) das offenendige Rohr (2) mit einem Verrohrungsstrang (28) verbindet.

2. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die schrägen Führungsbahnen (6, 7) konkav ausgeführt sind.

3. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Wand des offenendigen Rohrs (2) längliche Öffnungen (9, 10) gegenüber den schrägen Führungsbahnen (6, 7) besitzt.

4. Wiedereinführungsvorrichtung (60), die herausnehmbar in der Ablenkvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 plaziert werden kann, wobei die Wiedereinführungsvorrichtung eine offenendige Auskleidung (61) mit einer länglichen Öffnung (62) in deren Wand und eine in der offenendigen Auskleidung (61) gegenüber der länglichen Öffnung (62) angeordnete schräge Ablenkfläche (64) besitzt, wobei die Wiedereinführungsvorrichtung (60) so in der Ablenkvorrichtung plaziert werden kann, daß die schräge Ablenkfläche (64) mit einer der beiden schrägen Führungsbahnen (6, 7) zusammengeführt wird.

5. Wiedereinführungsvorrichtung (60) nach Anspruch 4, die weiterhin ein im unteren Endteil der offenendigen Auskleidung (61) angeordnetes Zusammenführungselement (66) umfaßt, das einen Sockel (67) besitzt, um ein Aufliegen des Zusammenführungselements (66) auf dem Führungselement (4) zu ermöglichen, und das ein keilförmiges Teil (68) aufweist, um eine Plazierung des Zusammenführungselements (66) in einer vorbestimmten Position im Verhältnis zu einer der schrägen Führungsbahnen (6, 7) zu ermöglichen.