DE69717289T2

DE69717289T2 - Vorrichtung und verfahren zum schneiden eines rohres in einem bohrloch

Info

Publication number: DE69717289T2
Application number: DE69717289T
Authority: DE
Inventors: Stephen Beeman
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: EP0925422A1; NO313016B1; WO1998005846A1; DE69717289D1; NO990386D0; NO990386L; AU3777697A; US5732770A; AU719900B2; EP0925422B1; CA2262635A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch.
Vor der vorliegenden Erfindung bestand eine Vorrichtung für das Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch aus Bohrmessern, die radial nach außen von einem Mantelrohr ausgebreitet werden könnten, das am Ende beispielsweise des gewundenen Rohres abgesenkt wurde. Der Schneidvorgang führte jedoch oftmals zu Schnitten mit schlechter Qualität, einer ungleichmäßigen Abnutzung der Bohrmesser und einem langsamen Schneiden.
Das US-A-5253714 offenbart ein Bohrlochwartungswerkzeug mit einer Reihe von Bohrmessern, die um ein Mantelrohr herum angeordnet sind und radial von dort ausgezogen werden können, und einer Stabilisierungseinrichtung, die ebenfalls radial vom Mantelrohr ausgezogen werden kann, und die sich mit dem Mantelrohr dreht. Die Stabilisierungseinrichtung und die Bohrmesser werden zusammen so ausgezogen, daß die Messer mit einem Futterrohr in Kontakt kommen können, und das Schneiden kann danach beginnen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für das Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Mantelrohr; ein Bohrmesser; eine Einrichtung für das Bewegen des Bohrmessers radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr; eine Stabilisierungseinrichtung; und eine Einrichtung für das Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr, wobei die Stabilisierungseinrichtung über dem Bohrmesser angeordnet ist, wobei bei der Benutzung das Bohrmesser und die Stabilisierungseinrichtung so angeordnet sind, daß sie sich mit der Vorrichtung drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Stabilisierungseinrichtung angeordnet ist, um die Stabilisierungseinrichtung in ihre ausgezogene Position zu bewegen, bevor die Einrichtung zum Bewegen des Bohrmessers das Bohrmesser in seine vollständig ausgezogene Position ausgezogen hat.
Vorzugsweise weist die Stabilisierungeinrichtung drei oder vier Stabilisierungsarme auf, die beabstandet um das Mantelrohr herum in Intervallen von 120º oder bzw. 90º angeordnet sind.
Vorteilhafterweise weist die Einrichtung für das Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen ein Ausstoßelement auf. Das Ausstoßelement weist vorzugsweise ein Profil auf, das senkrecht zur horizontalen Achse des Mantelrohres verläuft, kann aber irgendein geeignetes Profil oder eine Neigung aufweisen.
Vorzugsweise ist die Stabilisierungseinrichtung an einem äußeren Körper montiert, der längs des Mantelrohres verschiebbar ist.
Vorteilhafterweise ist das Ausstoßelement am Mantelrohr so befestigt, daß bei Benutzung die relative Bewegung zwischen dem Mantelrohr und dem äußeren Körper die Stabilisierungseinrichtung radial nach außen bewegt.
Vorzugsweise ist die Stabilisierungseinrichtung um einen Bolzen herum beweglich. Der Bolzen wird vorzugsweise im äußeren Körper gehalten.
Vorteilhafterweise ist der äußere Körper längs des Mantelrohres gegen eine Feder verschiebbar.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung außerdem einen hydraulischen Kolben auf, der zwischen dem äußeren Körper und dem Mantelrohr wirkt, um die relative Bewegung dazwischen zu begünstigen.
Vorteilhafterweise wirkt der Kolben gegen die Feder.
Vorzugsweise ist die Stabilisierungseinrichtung im wesentlichen innerhalb des äußeren Körpers zu finden, wenn sie sich in der zurückgezogenen Position befindet.
Vorteilhafterweise ist die Stabilisierungseinrichtung zurückziehbar. Am meisten wird bevorzugt, daß die Stabilisierungseinrichtung und/oder das Bohrmesser durch Zurückziehen des Kolbens zurückziehbar sind, am vorteilhaftesten durch Entlasten des hydraulischen Druckes vom Kolben. Schließlich versagt das Zurückziehen des Bohrmessers oder der Stabilisierungseinrichtung oder wird behindert, wobei das Ziehen am Kolben nach oben (der in einem Aspekt mit dem gewundenen Rohr verbunden ist, das sich zur Erdoberfläche erstreckt) die Feder unterstützt oder allein das Zurückziehen der Stabilisierungseinrichtung und des Messers bewirkt.
Vorzugsweise wird der äußere Körper an einer radialen Bewegung mit Bezugnahme auf das Mantelrohr durch eine Stellschraube in einem Längskanal im Mantelrohr gehindert, so daß sich die Stabilisierungseinrichtungen mit dem. Mantelrohr und den Bohrmessern bei der Inbetriebnahme eines Bohrlochsohlenmotors oder bei Inbetriebnahme eines Rotarytisches drehen. Vorzugsweise ist die Stabilisierungseinrichtung mit einem Lagermaterial, wie beispielsweise Messing, an deren Enden versehen, um der Reibung zwischen der Stabilisierungseinrichtung und dem zu schneidenden Rohr entgegenzuwirken. Die Enden können alternativ hart beschichtet werden.
Bei einer Ausführung weist die Vorrichtung einen Außendurchmesser in einer zurückgezogenen Position von 9,5 cm (3,75 in.) oder weniger für eine Verwendung durch das Rohr auf.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung außerdem mindestens eine Spülöffnung auf, die unterhalb des Bohrmessers angeordnet ist.
Die Bohrmesser können mittels eines Bohrlochsohlenspülmotors angetrieben werden.
Die Bohrmesser können vollständig oder teilweise mit irgendeinem bekannten Matrizenfräsmaterial, einer Hartbeschichtung oder Einsätzen versehen werden, mit oder ohne einer oder mehreren Ausbrechvertiefungen oder Ausbrechvertiefungsflächen.
Die Stabilisierungseinrichtung(en) kann im wesentlichen an der gleichen Längsstelle an der Vorrichtung vorhanden sein, oder sie kann sich auf unterschiedlichen Niveaus befinden.
Die Bohrmesser können im wesentlichen an der gleichen Längsstelle an der Vorrichtung vorhanden sein, oder sie können sich auf verschiedenen Niveaus befinden.
Es wird ebenfalls ein Verfahren zum Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch bei Verwendung einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Absenken der Vorrichtung in ein Bohrloch; Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr, bevor sich das Bohrmesser radial nach außen in die ausgezogene Position bewegt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung beziehen wir uns jetzt als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen, die zeigen:
Fig. 1 eine Seitenschnittdarstellung einer Ausführung einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenschnittdarstellung eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenschnittdarstellung eines weiteren Teils der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 4 eine Seitenschnittdarstellung eines weiteren Teils der Vorrichtung aus Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab;
Fig. 5 eine Seitenschnittdarstellung eines weiteren Teils der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 6 eine Draufsicht eines alternativen Bohrmessers für eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung;
Fig. 7 eine Seitenansicht des Messers aus Fig. 6; und
Fig. 8 eine Seitenansicht einer Stabilisierungseinrichtung der Vorrichtung aus Fig. 1.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 wird eine Vorrichtung für das Schneiden eines Rohres gezeigt. Die Vorrichtung, die im allgemeinen mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet wird, weist einen äußeren Körper 16 auf, der dort hindurch eine Bohrung 30 aufweist. Das obere Ende des äußeren Körpers 16 ist mittels Gewindegängen 46, 78 verschraubbar mit einer oberen Kappe 12 verbunden. Eine Dichtung 70 ist zwischen dem äußeren Körper 16 und der oberen Kappe 12 über dem Gewindegängen 46, 78 vorhanden. Ein Mantelrohr 14 ist mit Gewindegängen 74 an dessen oberen Ende versehen, die mit Gewindegängen 76 einer oberen Teilsohle 18 in Eingriff kommen. Eine Dichtung 68 ist zwischen dem Mantelrohr 14 und der oberen Teilsohle 18 über den Gewindegängen 74, 76 vorhanden.
Die obere Kappe 12 ist verschiebbar auf dem Mantelrohr 14 angeordnet. Eine Dichtung 64 ist zwischen der oberen Kappe 12 und dem Mantelrohr 14 vorhanden. Eine Feder 20, die gegen einen Vorsprung 48 am Mantelrohr 14 und einen Vorsprung 34 am äußeren Körper 16 vorgespannt wird, drückt den äußeren Körper 16 mit Bezugnahme auf das Mantelrohr 14 nach unten.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Dehnungsausgleicher 25, der in einem Strang 29 zwischen der Vorrichtung 10 und einem Bohrlochsohlenmotor 27 positioniert ist, der in einem Aspekt verwendet wird, um die Vorrichtung 10 zu drehen.
Drei Stabilisierungseinrichtungen 22 sind beabstandet um den äußeren Körper 16 herum in Intervallen von 120º angeordnet, und sie sind jeweils drehbar mit dem äußeren Körper 16 durch einen Bolzen verbunden, der sich durch ein Loch 84 in der Stabilisierungseinrichtung 22 und ein Loch 36 im äußeren Körper 16 erstreckt. Ein weiterer Bolzen kann durch ein Loch in den Drehbolzen eingesetzt werden, um sie an Ort und Stelle zu sichern, oder durch halbmondförmige Aussparungen im Drehbolzen. Die Stabilisierungseinrichtungen 22 befinden sich vollständig (oder im wesentlichen) innerhalb der Aussparungen 40 im äußeren Körper 16, und sie stehen vorzugsweise nicht heraus oder erstrecken sich aus diesen, wenn sie sich in einer zurückgezogenen Position befinden. Bei Arbeitsgängen durch das Rohr erleichtert das das Einsetzen des Werkzeuges durch Rohre mit relativ kleinem Innendurchmesser (beispielsweise in bestimmten Aspekten bis zu nur 4,5 cm (1,8 in.) bei einem Außendurchmesser des Werkzeuges mit zurückgezogenen Stabilisierungseinrichtungen 22 von etwa 4,4 cm (1,75 in.) oder einem Werkzeug mit einem Außendurchmesser von 5,4 cm (2,125 in.) in einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 5,7 cm (2,25 in.)).
Drei Bohrmesser 24 sind beabstandet um den äußeren Körper 16 in Intervallen von 120º unter den Stabilisierungseinrichtungen 22 angeordnet und drehbar mit dem äußeren Körper 16 durch Drehbolzen 96 verbunden, die sich durch ein Loch 97 in jedem Bohrmesser 24 und ein Loch 38 im äußeren Körper 16 erstrecken. Die Bohrmesser 24 befinden sich vollständig (oder im wesentlichen) innerhalb der Aussparungen 42 im äußeren Körper 16.
Drei Stellschrauben 66, die um den äußeren Körper 16 herum in Intervallen von 120º über den Stabilisierungseinrichtungen 22 beabstandet sind, sind in entsprechenden Löchern 98 im äußeren Körper 16 angeordnet und ragen in die Längskanäle 13 auf dem Mantelrohr 14 hinein, um eine Drehung des Mantelrohres 14 mit Bezugnahme auf den äußeren Körper 16 zu verhindern.
Bei der Anwendung wird Fluid unter Druck in die Vorrichtung 10 von der Erdoberfläche aus durch einen Rohrstrang 29 (schematisch gezeigt) (beispielsweise ein Bohrrohr, ein gewundenes Rohr, ein Rohr oder Futterrohr), durch die Bohrung 26 der oberen Teilsohle 18, durch eine Bohrung 28 des Mantelrohres 14, durch eine Kolbenöffnung 99 und in eine Kammer 52 hinein eingeführt, die durch die Wände des Mantelrohres 14 und des äußeren Körpers 16 und ein unteres Ende der oberen Kappe 12 definiert wird. Dichtungen 72 sind zwischen dem Mantelrohr 14 und dem äußeren Körper 16 unterhalb der Kammer 52 vorhanden. Dichtungen 62 sind ebenfalls zwischen dem Mantelrohr 14 und dem äußeren Körper 16 am Boden des Werkzeuges zwischen einem unteren Ende 58 des Mantelrohres 14 und einem unteren Ende 44 des äußeren Körpers 16 vorhanden.
Ein Fluid unter Druck, das beispielsweise durch ein Pumpensystem auf der Erdoberfläche bereitgestellt wird, gelangt in die Kammer 52, was die obere Kappe 12 und den äußeren Körper 16 nach oben gegen die Kraft der Feder 20 drückt. Während sich der äußere Körper 16 mit Bezugnahme auf das Mantelrohr 14 nach oben bewegt, berührt jede Stabilisierungseinrichtung ein Ausstoßelement 54 und wird nach außen von der Vorrichtung 10 gedreht. Das Ausstoßelement 54 ist mit einem geradlinigen Profil versehen, das senkrecht zur Längsachse des Mantelrohres 14 verläuft. Während sich der äußere Körper 16 mit Bezugnahme auf das Mantelrohr 14 nach oben bewegt, berührt jedes Bohrmesser 24 ein Ausstoßelement 56 und dreht sich von der Vorrichtung 10 nach außen. Infolge der Differenz hinsichtlich des Längsabstandes zwischen den Ausstoßelementen 54 und den Stabilisierungseinrichtungen 22 und den Ausstoßelementen 56 und den Bohrmessern 24 und der Differenz bei der Neigung der Ausstoßelemente 54, 56 mit Bezugnahme auf das Mantelrohr. 14 erfolgt ein vollständiges Ausziehen der Stabilisierungseinrichtungen 22 vor dem Ausziehen der Bohrmesser 24.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, werden die Stabilisierungseinrichtungen 22 vollständig ausgezogen, während sich die Bohrmesser 24, die sich auf der schwachen Neigung der Ausstoßelemente 56 bewegen, noch ausziehen. Kurz nach der Position aus Fig. 1 werden die Bohrmesser 24 ebenfalls vollständig ausgezogen (horizontal mit Bezugnahme auf den äußeren Körper 16).
Eine oder mehrere Fluidspülöffnungen 17 gestatten, daß das Fluid unter Druck von innerhalb des Mantelrohres 14 die Bohrmesser 24 spült, während sie schneiden. 'Vorzugsweise ist zumindestens eine Spülöffnung mit jedem und angrenzend an jedes Bohrmesser 24 verbunden. Das untere Ende 19 der oberen Teilsohle 18 liefert einen Anschlag, um die Aufwärtsbewegung der oberen Kappe 12 und des äußeren Körpers 16 zu begrenzen.
Fig. 6 und 7 zeigen ein Bohrmesser 90 für eine Verwendung als ein alternatives Bohrmesser 24 in der Vorrichtung 10. Das Bohrmesser 90 weist einen Körper 93 mit einem Montageloch 92 und einem Schneideinsatz 94 auf, der entweder am Messer 90 angeschraubt oder daran angeschweißt ist. Ein oder mehrere Schneideinsätze können verwendet werden.
Fig. 8 zeigt eine der Stabilisierungseinrichtungen 22 mit einem gebogenen Abschnitt 88, einem abgefasten oberen Rand 82 und einem äußeren Ende 80 (beispielsweise mit Messing ausgerüstet).
In einem Aspekt weist eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, einen Außendurchmesser mit Stabilisierungseinrichtungen und Bohrmessern innerhalb des Werkzeugkörpers (nicht ausgezogen) auf: von nicht mehr als 9,5 cm (3,750 in.); etwa 9,5 cm (3,75 in.); oder etwa 5,2 cm (2,06 in.). Bei einer Ausführung mit einem Außendurchmesser von etwa 5,2 cm (2,06 in.) erfolgt ein Ausziehen der Bohrmesser über maximal etwa 9,5 cm (3,75 in.) vom äußeren Körper 16, wenn sie mit Bezugnahme auf den äußeren Körper 16 horizontal sind.

Claims

1. Vorrichtung für das Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Mantelrohr (14); ein Bohrmesser (24); eine Einrichtung (56) für das Bewegen des Bohrmessers radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr (14); eine Stabilisierungseinrichtung (22); und eine Einrichtung (54) für das Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr (14), wobei die Stabilisierungseinrichtung über dem Bohrmesser angeordnet ist, wobei bei der Benutzung das Bohrmesser (24) und die Stabilisierungseinrichtung (22) so angeordnet sind, daß sie sich mit der Vorrichtung drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) zum Bewegen der Stabilisierungseinrichtung angeordnet ist, um die Stabilisierungseinrichtung (22) in ihre ausgezogene Position zu bewegen, bevor die Einrichtung (56) zum Bewegen des Bohrmessers das Bohrmesser (24) in seine vollständig ausgezogene Position ausgezogen hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stabilisierungseinrichtung drei oder vier Stabilisierungsarme (22) aufweist, die beabstandet um das Mantelrohr in Intervallen von 120º oder bzw. 90º angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung für das Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen ein Ausstoßelement (54) aufweist.

4. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Stabilisierungseinrichtung (22) an einem äußeren Körper (16) montiert ist, der längs des Mantelrohres (14) verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, bei der das Ausstoßelement (54) am Mantelrohr (14) befestigt ist, so daß bei Benutzung die relative Bewegung zwischen dem Mantelrohr (14) und dem äußeren Körper (16) die Stabilisierungseinrichtung (22) radial nach außen bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Stabilisierungseinrichtung (22) um einen Bolzen herum beweglich ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der der äußere Körper (16) längs des Mantelrohres (14) gegen eine Feder (20) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, die außerdem einen hydraulischen Kolben (12, 14, 16, 52, 99) aufweist, der zwischen dem äußeren Körper (16) und dem Mantelrohr (14) wirkt.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, bei der der Kolben (12, 14, 16, 52, 99) gegen die Feder (20) wirkt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der die Stabilisierungseinrichtung (22) im wesentlichen innerhalb des äußeren Körpers (16) in der zurückgezogenen Position zu finden ist.

11. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Stabilisierungseinrichtung (22) zurückziehbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei der der äußere Körper (16) an einer radialen Bewegung mit Bezugnahme auf das Mantelrohr (14) mittels einer Stellschraube (66) in einem Längskanal (13) im Mantelrohr (14) gehindert wird.

13. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, die einen Außendurchmesser in einer zurückgezogenen Position von 9,5 cm (3, 75 in.) oder weniger für eine Verwendung durch das Rohr aufweist.

14. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, die außerdem mindestens eine Spülöffnung (17) aufweist, die unterhalb des Bohrmessers (24) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, und einen Bohrlochsohlenspühlmotor für das Drehen der Vorrichtung.

16. Verfahren zum Schneiden eines Rohres in einem Bohrloch bei Verwendung der Vorrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, das die folgenden Schritte aufweist: Absenken der Vorrichtung in ein Bohrloch; Bewegen der Stabilisierungseinrichtung radial nach außen aus einer zurückgezogenen Position in eine ausgezogene Position mit Bezugnahme auf das Mantelrohr, bevor sich das Bohrmesser radial nach außen in die ausgezogene Position bewegt.