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Diese
Erfindung betrifft Bohrloch-Fräsvorgänge, Fräswerkzeuge
und Ablenkkeile und Anker für
sie und in einem Aspekt eintourige Fräsverfahren und -systeme.
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Fräswerkzeuge
werden verwendet, um Fenster oder Taschen aus einem Rohrabschnitt
auszuschneiden, z. B. zum Richtbohren und Abzweigbohren und zum
Entfernen von Materialien unter Tage in einem Bohrloch, wie beispielsweise
Rohr, Futterrohr, Futterrohrauskleidungen, Verrohrung oder verklemmte
Werkzeuge. Verschiedene Werkzeuge des Standes der Technik haben
Schneidklingen oder -flächen
und werden in das Bohrloch oder Futterrohr abgesenkt und danach
in einem Schneidvorgang gedreht. Bei bestimmten Werkzeugen wird
ein geeignetes Bohrfluid eine Mittelbohrung eines Werkzeugs hinabgepumpt,
zum Austritt unterhalb der Schneidklingen, um das Entfernen von
Abschnitt oder Spänen
aus dem Bohrloch zu unterstützen.
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Fräswerkzeuge
sind verwendet worden, um eine Sektion von vorhandenem Futterrohr
aus einem Bohrloch zu entfernen, um einen Abzweigbohrvorgang beim
Richtbohren zu ermöglichen,
um einen perforierten Förderbereich
auf einem gewünschten
Niveau bereitzustellen, um eine Zementverbindung zwischen einem Futterrohr
mit kleinem Durchmesser und der angrenzenden Formation bereitzustellen
oder um eine lose Länge von
Oberflächenrohr
zu entfernen. Fräswerkzeuge
werden ebenfalls verwendet, um zusammengefallenes Futterrohr zu
fräsen
oder auszuräumen,
um Grate oder andere Fehlstellen von Fenstern im Futterrohrsystem
zu entfernen, um Ablenkkeile beim Richtbohren anzuordnen oder um
das Berichtigen eingebeulter Bereiche von Futterrohr oder dergleichen
zu unterstützen.
Abzweigbohrverfahren des Standes der Technik verwenden Schneidwerkzeuge
der Art, die Schneidklingen haben und eine Ablenkvorrichtung, wie
beispielsweise einen Ablenkkeil, verwenden, um zu bewirken, dass
das Werkzeug seitlich bewegt wird, während es während des Drehens des Werkzeugs
in dem Bohrloch nach unten bewegt wird, um eine Tasche oder ein
Fenster mit länglicher Öffnung in
dem Bohrloch-Futterrohr zu schneiden.
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Bestimmte
Operationen des Standes der Technik, die einen Ablenkkeil einsetzen,
setzen ebenfalls eine Vielzahl von Werkzeugen ein, die in einer
bestimmten Abfolge verwendet werden. Dies erfordert mehrere „Touren" in das Bohrloch.
Zum Beispiel wird eine falsche Basis (z. B. ein Stopfen, ein Brückenstopfen,
ein Dichtungsstück
oder ein Ankerdichtumgsstück)
in einem Futterrohr oder in einen Bohrloch gesetzt, die als eine
Basis dient, auf der ein Ablenkkeil gesetzt werden kann. Bestimmte
Ablenkkeile des Standes der Technik haben einen beweglichen Stößel, der
gegen eine solche falsche Basis wirkt. Bei bestimmten mehrtourigen
Operationen wird ein Dichtungsstück
an einer gewünschten
Position in einem Bohrloch ausgerichtet und gesetzt. Dieses Dichtungsstück wirkt
als ein Anker, an oder gegen den Werkzeuge über ihm gedrückt werden
können,
um unterschiedliche Werkzeugfunktionen zu aktivieren. Das Dichtungsstück hat typischerweise
einen Keil oder ein anderes Ausrichtungsanzeigeelement. Die Ausrichtung
des Dichtungsstücks
wird überprüft durch
Einfahren eines Werkzeugs, wie beispielsweise eines Kreiselanzeigers,
in das Bohrloch. In diesem Fall wird danach ein Ablenkkeil-Fräser-Kombinationswerkzeug
dadurch in das Bohrloch eingefahren, dass zuerst eine Vorschubstange
am Unterteil des Werkzeugs in Bezug auf eine konkave Fläche des
Ablenkkeils des Werkzeugs oder durch die Verwendung eines Bohrmess-Werkzeugs
richtig ausgerichtet wird. Verzahnte Verbindungen zwischen einer
Vorschubstange und dem Werkzeugkörper
erleichtern eine richtige Vorschubstangenausrichtung. Ein Startfräser wird,
z. B. mit einem Stellbolzen und einer Mutter, am Oberteil des Ablenkkeils
befestigt. Danach wird das Werkzeug in das Bohrloch abgesenkt, so
dass das Dichtungsstück
die Vorschubstange in Eingriff nimmt und das Werkzeug ausgerichtet
wird. Rohrklemmkeile erstrecken sich von dem Anker aus und nehmen
die Seite des Bohrlochs in Eingriff, um eine Bewegung des Werkzeugs
im Bohrloch zu verhindern. Ein Ziehen oder Schieben am Werkzeug
schert danach den Stellbolzen ab, was den Startfräser vom
Werkzeug freigibt. Ein Drehen des Strangs mit dem Startfräser dreht
den Fräser.
Der Startfräser
hat einen verjüngten
Abschnitt, der langsam abgesenkt wird, um eine Führungsnase an der konkaven
Fläche
des Ablenkkeils zu berühren.
Dies drückt
den Startfräser
in das Futterrohr, um die Führungsnase
abzufräsen
und ein Anfangsfenster in dem Futterrohr zu schneiden. Danach wird
der Startfräser
aus dem Bohrloch entfernt. Ein Fensterfräser, z. B. an einer flexiblen
Länge Bohrrohr,
wird in das Bohrloch abgesenkt und gedreht, um von dem durch den Startfräser geformten
Anfangsfenster aus nach unten zu fräsen. Typischerweise fräst danach
ein Fensterfräser mit
einem Melonenfräser
die ganze Strecke an der konkaven Fläche des Ablenkkeils hinab und
formt ein gewünschtes
ausgeschnittenes Fenster in dem Futterrohr. Dies kann mehrere Touren
dauern. Danach wird der verwendete Fensterfräser entfernt und ein neuer
Fensterfräser
und Strangfräser
und ein Melonenfräser
werden in das Bohrloch eingefahren, mit einer Schwerstange (der
Steifigkeit wegen) oben an dem Melonenfräser, um das Fenster zu verlängern und
auszurichten und den Übergangsbereich
Fenster-Futterrohr-offenes Loch zu glätten. Danach wird das Werkzeug
aus dem Bohrloch entfernt. Der Stand der Technik offenbart ebenfalls eine
Vielzahl von eintourigen Frässystemen,
deren jedes erfordert, dass ein Dichtungsstück, ein Brückenstopfen, ein Ankerdichtungsstück oder
eine andere Befestigung als eine Basis in einem Rohrabschnitt bereitgestellt wird,
worauf das Fräsen
zu positionieren ist.
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Der
Stand der Technik offenbart ebenfalls eine Vielzahl von eintourigen
Setzsystemen für
Ablenkkeile, üblicherweise
hydraulisch betätigt,
deren jedes ein Umwälzen
nur ermöglicht,
sobald es sich auf Setztiefe befindet, wobei nach dieser Zeit Stifte üblicherweise
abgeschert sind, und jegliches zusätzliche Pumpen nur das System
unter Druck setzen wird, um hydraulische Setzvorrichtungen zu betätigen.
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Die
US-Patentanmeldung Nr. 5 443 129 und die
Britische Patentanmeldung Nr. 2 302 895 offenbaren Fräser/Frässysteme
für eine
Verwendung mit einer Ventilbaugruppe, die den Fluidstrom steuert.
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Es
gibt seit langem einen Bedarf an einem effizienten und wirksamen
eintourigen Ablenkkeil-Setzverfahren,
das ein selektives Unterdrucksetzen oder Umwälzen ermöglicht, während ein Fluid durch den Bohrstrang
gepumpt wird, und ebenfalls selektiv eine Verbindung zwischen der
Innenseite und der Außenseite
des Bohrstrangs bereitstellt oder verhindert, während kein Fluid durch den
Bohrstrang gepumpt wird. Es gibt seit langem einen Bedarf an Systemen
zum Umsetzen eines solchen Verfahrens sowie Werkzeugen, die bei
einem solchen Verfahren verwendet werden können.
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Es
gibt seit langem einen Bedarf an einem effizienten und wirksamen
eintourigen Fräsverfahren
und Systemen zum Umsetzen des Verfahrens. Es gibt seit langem einen
Bedarf an Werkzeugen, die bei einem solchen Verfahren verwendet
werden können.
Es gibt seit langem einen Bedarf an solchen Systemen, die keine Basis
erfordern, auf der das System aufgestellt wird und/oder die eine
selektiv setzbare Ankervorrichtung haben, die nicht das Fallenlassen
einer Kugel, eines Pfeils usw. erfordert.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Frässystem
zum Fräsen
einer Öffnung
in einem Rohrabschnitt in einem Rohrstrang in einem Bohrloch, das
sich von einer Oberfläche
der Erde nach unten erstreckt, bereitgestellt. Das Frässystem
umfasst eine durch Fluid zu betätigende
Ankerbaugruppe, einen mit der Ankerbaugruppe verbundenen Ablenkkeil,
eine lösbar
mit der Ankerbaugruppe verbundene Fräsvorrichtung, wobei die Fräsvorrichtung
in Fluidverbindung mit der Ankerbaugruppe steht; und eine mit der
Fräsvorrichtung
verbundene Ventilbaugruppe zum selektiven Steuern des Fluidstroms
von der Oberfläche
zu der Ankerbaugruppe. Die Ventilbaugruppe umfasst einen hohlen
Körper,
der einen Innenraum definiert, wobei der hohle Körper wenigstens eine Körper-Fluidstromöffnung hat,
die sich von dem Innenraum zum Äußeren des hohlen
Körpers
erstreckt. Die Ventilbaugruppe umfasst ferner eine Kolbenbaugruppe,
die beweglich innerhalb des Innenraumes des hohlen Körpers angebracht
ist. Die Kolbenbaugruppe hat eine sich im Allgemeinen in Vertikalrichtung
erstreckende Kolbenbohrung, dafür
eingerichtet, den Fluidstrom von der Oberfläche durch die Ventilbaugruppe
weiterzuleiten, und wenigstens eine Kolben-Fluidstromöffnung,
die sich im Allgemeinen von der Kolbenbohrung in Radialrichtung
nach außen
erstreckt. Die Kolbenbaugruppe kann zwischen mehreren vorbestimmten
Positionen im Verhältnis
zu dem hohlen Körper
bewegt werden, einschließlich
einer ersten Position, wobei die Kolben-Fluidstromöffnung und die Körper-Fluidstromöffnung ausgerichtet
sind, um so einen Fluidstrom zwischen denselben zu ermöglichen,
und einer zweiten Position, wobei die Kolben-Fluidstromöffnung und
die Körper-Fluidstromöffnung im
Wesentlichen versetzt sind derart, dass ein Fluidstrom zwischen
der Kolben-Fluidstromöffnung und
der Körper-Fluidstromöffnung im
wesentlich eingeschränkt
wird, und dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Kolbenbaugruppe
durch eine Sperrklinkenvorrichtung gesteuert wird, die eine drehbar
um die Kolbenbaugruppe angeordnete Sperrklinkenmuffe und eine nach
innen vorspringende Nase, die an dem hohlen Körper befestigt ist, umfasst,
wobei die Sperrklinkenmuffe in derselben eine Bahn geformt hat,
die einen verzweigten Schlitz definiert, der mit der Nase in Eingriff
gebracht werden kann, um die Bewegung der Kolbenbaugruppe zu leiten.
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Weitere
Aspekte und bevorzugte Merkmale der Erfindung werden in Anspruch
2 et seq. Dargelegt.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung wird nun, als Beispiel, Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Systems, das eine Ausführungsform
der Erfindung verwendet, ist,
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2A eine
Seitenansicht im Querschnitt der Ankerbaugruppe des Systems von 1 ist,
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2B eine
Seitenansicht im Querschnitt der Kolbenbaugruppe der Ankerbaugruppe
von 2A ist,
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3A eine
Seitenansicht im Querschnitt der Ventilbaugruppe von 1 ist,
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3B bis 3L Seitenansichten
im Querschnitt von Teilen der Ventilbaugruppe von 3A sind,
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4 ein
Teil einer Sperrklinkenmuffe der Ventilbaugruppe von 3A zeigt,
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5A bis 5F eine
Betriebsabfolge des Systems von 1 zeigen,
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6A eine
seitliche Querschnittsansicht einer Ventilbaugruppe und eines Fräsen (teilweise)
nach der vorliegenden Erfindung ist,
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6B Nasenpositionen
für die
Ventilbaugruppe von 6A zeigt,
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7 eine
seitliche Querschnittsansicht des Fräsers (ganz) von 6A mit
einem Ablenkkeil (teilweise) ist,
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8 eine
vergrößerte Ansicht
des Fräsers
von 7 ist,
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9A eine
vergrößerte seitliche
Querschnittsansicht einer Setzvorrichtung des Fräsers von 8 ist,
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9B einen
Stopfen der Vorrichtung von 9A zeigt,
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9C eine
seitliche Querschnittsansicht eines alternativen Halters für eine Verwendung
mit der Vorrichtung von 9A ist,
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10A bis 10D Schritte
beim Betrieb der Ventilbaugruppe von 6A zeigen,
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11A eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften
Füll-Untereinheit
ist, 11B eine auseinandergezogene
Ansicht der Füll-Untereinheit
von 11A ist, 11C eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils der Füll-Untereinheit
von 11A ist, 11D eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils der Füll-Untereinheit von 11A ist.
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1 zeigt
ein System 10 nach der vorliegenden Erfindung, mit einer
Ventilbaugruppe 20, einen Fräser 30, einem Ablenkkeil 40 und
einer Ankerbaugruppe 50, verbunden mit einem Rohrstrang,
z. B. Wickelrohr oder einem Bohrstrang DS, aber nicht darauf begrenzt.
Eine Verrohrung 12 leitet ein Fluid unter Druck, das selektiv
von der Oberfläche
und durch die Ventilbaugruppe 20 eingeleitet wird, vom
Fräser 30 zum
Ablenkkeil 40, von dem es strömt, um selektiv die Ankerbaugruppe 50 zu
aktivieren. Das System 10 kann in ein Loch und/oder einen
Strang von Rohrabschnitten (z. B. ein ausgekleidetes Loch) eingefahren
werden, und der Ablenkkeil kann unter Verwendung herkömmlicher
MWD-(measurement-while-drilling – Bohrmess-)Vorrichtungen,
Kreisel-Ausrichtungsvorrichtungen usw. ausgerichtet werden.
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Die
Ankerbaugruppe 50 hat, wie in 2 gezeigt,
einen zylindrischen Körper 501 mit
einem oberen Hals 502, eine Fluidstrombohrung 503 von
einem oberen Ende 504 bis zu einem unteren mit Gewinde
versehenen Ende 505 und einen, zwei (oder mehr) feststehende
Rohrklemmkeile 506, die mit Schrauben 507 am Körper 501 gehalten
werden. Eine Bogenfeder 508 (oder mehrere) hat ein in den
Körper
geschraubtes Ende 509, um den Körper gegenüber dem Inneren eines Rohrabschnitts,
wie beispielsweise eines Futterrohrs, wodurch sich der Körper bewegt,
zu versetzen, um den Verschleiß daran
zu verringern, und in einem Aspekt hat die oder jede Bogenfeder 508,
um einen Verschleiß an
den feststehenden Rohrklemmkeilen zu hemmen oder zu verhindern,
ein Ende 510, dass sich frei in einer Aussparung 511 bewegt,
wenn die Feder zusammengedrückt
oder entlastet wird.
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Eine
hohle Trommelbaugruppe 520, die zylindrisch ist, hat ein
Ende 521, das schraubend mit dem unteren mit Gewinde versehenen
Ende 505 des Körpers 501 verbunden
ist. Eine hohle Ankermuffe 530 ist schraubend in einem
unteren Ende 522 der hohlen Trommelbaugruppe 520 angeschlossen.
Ein Muffenstopfen 531 schließt das untere Ende der hohlen
Ankermuffe 530 für
einen Fluidstrom ab und ist, z. B. durch Schweißen, an der Trommelbaugruppe
befestigt. Eine Kolbenbaugruppe 540 hat ein Kolbenende 541 mit
Fluidstromlöchern 582 (siehe 2B,
die zwei von vier solcher Löcher
zeigt), das für
eine Bewegung innerhalb der hohlen Trommelbaugruppe 520 angebracht
ist, wobei ein unteres Ende 542 anfangs in die hohle Ankermuffe 530 vorspringt.
Anfangs wird eine Bewegung der Kolbenbaugruppe durch eine oder mehrere
Abscherschrauben 532 verhindert, die sich durch die Ankermuffe 530 und
in das untere Ende 542 der Kolbenbaugruppe 540 erstrecken.
In einem Aspekt sind die Abscherschrauben 532 so eingestellt,
dass sie als Reaktion auf eine Kraft von etwa 5 000 Pfund (22 kN)
abscheren.
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Eine
Fluidstrombohrung 543 erstreckt sich von dem einen Ende
bis zu dem anderen durch die Kolbenbaugruppe 540 und ist
in Fluidverbindung mit einem Hohlraum 533, der durch die
untere Fläche
der Kolbenbaugruppe 540, die Innenwand der Ankermuffe 530 und
die obere Fläche
des Muffenstopfens 531 definiert wird. Eine Feder 544,
die um die Kolbenbaugruppe 540 angeordnet ist, hat ein
unteres Ende, das an einen inneren Absatz 523 der hohlen
Trommelbaugruppe 520 und eine untere Fläche 545 des Kolbenendes 541 der Kolbenbaugruppe 540 anstößt. Auf
das Abscheren der Abscherschrauben 532 hin drückt die
Feder 544 die Kolbenbaugruppe 540 nach oben. Ein
unterer Absatz 546 der Kolbenbaugruppe 540 verhindert,
dass sich die Kolbenbaugruppe 540 weiter nach unten bewegt
als in 1 gezeigt wird.
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Ein
Riegel 547 hat ein unteres Ende 548, das an dem
Kolbenende 541 anliegt, und ein oberes Ende 549,
das sich frei in einem Kanal 509 des Körpers 501 bewegen
kann, um einen beweglichen Rohrklemmkeil 550, der beweglich
am Körper 501 angebracht
ist (z. B. mit einer bekannten Verbindung, einer Vierkant-Schwalbenschwanz-Verbindungsanordnung,
einer Schwalbenschwanz-Verbindungsanordnung
oder einer zusammenpassenden Riegel-Schlitz-Konfiguration, z. B.
einer Schiene mit einer T-Form und beweglich in einem Schlitz mit
einer entsprechenden Form, aber nicht darauf begrenzt) zu berühren und
nach oben zu schieben.
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Fluid
unter Druck zum Aktivieren der Ankerbaugruppe 50 wird durch
einen hohlen Schaft 560, der eine Fluidstrombohrung 561 durch
denselben von dem einen Ende zu dem anderen hat, von der Fluidstrombohrung 503 des
Körpers 501 zu
der Fluidstrombohrung 543 der Kolbenbaugruppe 540 geleitet.
Der hohle Schaft 560 hat ein unteres Ende 562,
das schraubend an dem Kolbenende 541 der Kolbenbaugruppe 540 befestigt
ist, und ein oberes Ende 563, das frei und abdichtend in
der Fluidstrombohrung 503 bewegt werden kann.
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Eine
abscherbare Kopfschraube 580 im Körper 501 stellt anfangs
sicher, dass sicht der bewegliche Rohrklemmkeil 550 nicht
bewegt, so dass er über
den Außendurchmesser
des Körpers 501 hinaus
vom Körper 501 nach
außen
vorspringt, während
das System in ein Loch oder einen Rohrabschnitt eingefahren wird.
Um die Ankerbaugruppe zu setzen, ist die Kraft, mit welcher der
Riegel 547 den beweglichen Rohrklemmkeil 550 berührt und
bewegt, ausreichend, um die Kopfschraube 580 abzuscheren,
um zu ermöglichen,
dass sich der bewegliche Rohrklemmkeil 550 zum Setzen der
Ankerbaugruppe herausbewegt. Anfangs bewegt sich die Kopfschraube 580 in
einem entsprechenden Schlitz (nicht gezeigt) in dem beweglichen
Rohrklemmkeil 550. Der Schlitz hat ein Ende, das als Anschlagelement
dient, das an die Kopfschraube 580 anstößt und gegen das die Kopfschraube 580 geschoben
wird, um sie abzuscheren. Ähnlich
hindert eine Kopfschraube 581 den beweglichen Rohrklemmkeil 550 an
einer weiteren Bewegung aus dem Körper 501 heraus, wenn
die Ankerbaugruppe aus einem Bohrloch und/oder einem Rohrelementstrang
entfernt wird. Die Kopfschraube 581 wird in einem Schlitz
in dem beweglichen Rohrklemmkeil 550 gehalten und bewegt
sich darin, und die Kopfschraube 581 hält folglich den beweglichen
Rohrklemmkeil 550. Dies verhindert, dass der bewegliche
Rohrklemmkeil 550 so weit aus dem Körper 501 vorspringt,
dass ein Entfernen der Ankerbaugruppe auf Grund des beweglichen
Rohrklemmkeils 550, und daher die Ankerbaugruppe 50,
gehemmt oder gehindert wird, an einer Struktur hängen zu bleiben oder sich damit
zu überlagern,
an der sie sich vorbeibewegen muss, um aus dem Bohrloch und/oder
dem Rohrelementstrang auszutreten.
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Verschiedene
O-Ringe (z. B. aus Nitril 90 DURO hergestellt) dichten die Grenzflächen wie
folgt ab: der O-Ring 571 Muffenstopfen 531/hohle
Muffe 530, der O-Ring 572 unteres Ende 542/hohle
Ankermuffe 530, der O-Ring 573 Kolbenende 541/unteres
Ende 562, der O-Ring 574 oberes Ende 563/Körper 501,
der O-Ring 575 Riegel 547/Körper 501 und der O-Ring 576 oberer
Hals 502/unteres Ende des Ablenkkeils 40.
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Die
Bestandteile des Systems können
aus einem beliebigen geeigneten Metall (Stahl, rostfreiem Stahl,
weichem unlegiertem Stahl, Inconel, Eisen, Zink, Messing oder Legierungen
derselben) oder Kunststoff hergestellt sein. In einem Aspekt hat
das System zwei feststehende Rohrklemmkeile und einen beweglichen Rohrklemmkeil.
Alle Teile können
angestrichen und/oder mit Zinkphosphat beschichtet und in Öl getaucht
sein.
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Um
die Kolbenbaugruppe in die hohle Trommelbaugruppe zu laden, kann
die Kolbenbaugruppe in den Oberteil der Trommelbaugruppe eingeführt werden,
wobei ein Gewindestab das unterer Ende der Kolbenbaugruppe in Eingriff
nimmt und aus der Ankermuffe heraus vorspringt. Der Gewindestab
wird gezogen oder gedreht, bis Aussparungen an der Kolbenbaugruppe
zum Aufnehmen der Abscherschrauben mit Löchern durch die Trommelbaugruppe
fluchten, durch welche die Abscherschrauben angeordnet werden. Sobald
die Kolbenbaugruppe mit Abscherschrauben an ihren Platz geschraubt
und unbeweglich ist, wird der Gewindestab ausgerückt, und der Muffenstopfen
wird an seinem platz am Ende der Ankermuffe befestigt.
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Das
Fluid unter Druck zum Betätigen
der Ankerbaugruppe kann ein beliebiges pumpbares Fluid sein, einschließlich von
Wasser, Hydraulikfluid, Öl,
Schaum, Luft, Komplettierungsfluid und/oder Bohrschlamm, aber nicht
darauf begrenzt.
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Sobald
der bewegliche Rohrklemmkeil 550 ausreichend an einer Futterrohrwand
verkeilt ist, verhindert die Feder 544, dass sich die Kolbenbaugruppe 540 zu
der in 2A gezeigten Position hinab
bewegt, wodurch eine Bewegung des beweglichen Rohrklemmkeils 550 gehemmt
oder verhindert wird, die zu einer ungewollten Bewegung oder Destabilisierung
des Systems 10 führen
könnte.
Dies macht es ebenfalls möglich, den
Fluiddruck im System 10 zu vermindern oder den Fluiddruck
zu verringern, während
das System 10 in einer gesetzten Position gehalten wird
(wenn z. B. die Verankerung des Systems überprüft wird, wenn z. B. das System
in der Position von 5D ist, wird Gewicht auf das
System 10 niedergesetzt z. B., um eine Anzeige zu erhalten,
dass das Setzen erreicht worden ist, z. B. stellt ein Oberflächen-Gewichtsanzeiger
eine solche Anzeige bereit).
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Der
Ablenkkeil 40 hat einen Körper 401 mit einer
Rundhöhlung 402,
eine Abschernase 403, einen Rückholschlitz 404,
einen Förderring 405 und
ein unteres Ende 406 für
eine Verbindung mit dem oberen Hals 502 der Ankerbaugruppe 50.
Eine Abscherschraube erstreckt/Abscherschrauben 413 erstrecken
sich durch den Ablenkkeilkörper 401 und
den Hals 502 der Ankerbaugruppe 50. Diese Schrauben
können
so eingestellt sein, dass sie, z. B. bei etwa 27 500 Pfund (122
kN) abscheren.
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Die
Verrohrung 12 hat ein unteres Ende 14, das mit
einem Fluidkanal 407 verbunden ist, der sich von einer
Seite des Ablenkkeilkörpers 401 bis
zu einer Aussparung 408 erstreckt, wo er mit einem oberen Ende 409 einer
Verrohrung 410 verbunden ist, die ein unteres Ende 411 hat,
das mit einem Fluidkanal 412 verbunden ist, der seinerseits
in Fluidverbindung mit der Fluidstrombohrung 503 der Ankerbaugruppe 50 steht.
Alternativ dazu kann die Verrohrung 12 unmittelbar mit
der Ankerbaugruppe 50 oder mit dem Fluidkanal 412 verbunden
sein. Eine oder mehrere Abscherschrauben 413 halten die
Ankerbaugruppe 50 lösbar
an dem Ablenkkeil 40. In einem Aspekt werden drei Abscherschrauben 413 verwendet,
die als Reaktion auf eine Kraft von etwa 80 000 Pfund (356 kN) abscheren.
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Der
Fräser 30 ist
mit einem Abscherbolzen 310, der sich durch ein unteres
Ende des Fräsers 30 und in
die Abschernase 403 erstreckt, mit dem Ablenkkeil 40 verbunden.
Der Fräser 30 hat
einen Körper 301,
an dem Fräsklingen 302,
wie sie auf dem Gebiet gut bekannt sind, befestigt sind. Der Fräserkörper 301 hat
eine Fluidstrombohrung 303, die mit Strahlöffnungen 304 mit
Austritten angrenzend an die Klingen 302 verbunden ist.
Ein Unterkanal 305 gewährleistet
eine Fluidverbindung zwischen der Fluidstrombohrung 303 und
der Verrohrung 12. In einem Aspekt ist die Fluidstrombohrung
so bemessen, dass sie einen Stopfen aufnehmen kann, der, wie weiter
unten beschrieben, aus der Ventilbaugruppe 20 ausgerückt ist.
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3A bis 3J zeigen
die Ventilbaugruppe 20 und Teile derselben. Die Ventilbaugruppe 20 hat eine
obere Hülse 201,
die schraubend mit einem Ventilgehäuse 202 verbunden
ist. Eine untere Hülse 230 ist mit
einem unteren Ende des Ventilgehäuses 202 verbunden.
Ein Kolben 203 ist beweglich in einer Bohrung 231 des
Ventilgehäuses 202 angebracht.
Eine Stopfenverlängerung 204 ist
beweglich im Ventilgehäuse 202 angebracht,
wobei ein unteres Ende 232 derselben in und durch die untere
Hülse 230 hindurch
vorspringt, in Bezug auf welche die Stopfenverlängerung 204 nach oben
und nach unten bewegt werden kann. Ein oberes Ende 233 der
Stopfenverlängerung 204 ist
schraubend in einem unteren Ende 234 des Kolbens 203 angeschlossen.
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Eine
Sperrklinkenmuffe 208 ist drehbar um die Stopfenverlängerung 204 angeordnet.
Eine Nase 206 springt durch das Ventilgehäuse 202 hindurch
in einen mehrfach verzweigten Schlitz 235 der Sperrklinkenmuffe 208 hinein
vor. Eine Feder 207 stößt an ein
oberes Ende 236 der unteren Hülse 230 an und drückt (nach oben)
gegen einen Axiallagersatz 238 an einem Unterteil 237 der
Sperrklinkenmuffe 208 (siehe 3C). Ein lösbarer Stopfen 205 verschließt anfangs
das untere Ende 232 der Stopfenverlängerung 204 für einen
Fluidstrom. Ein Axiallagersatz 239 ist zwischen einem Oberteil 240 der
Sperrklinkenmuffe 208 und dem unteren Ende 234 des
Kolbens 203 angeordnet (siehe 3B). Diese
Verwendung von Axiallagern hemmt ein unerwünschtes Aufwickeln der Feder 207 und
erleichtert ein Drehen der Sperrklinkenmuffe 208. Die Axiallagersätze können ein
typisches Axiallager, eingelegt zwischen zwei Druckscheiben, einschließen. Abscherschrauben 215 befestigen
den Stopfen 205 an der Stopfenverlängerung 204. In einem
Aspekt werden zwei Abscherschrauben 215 verwendet, und
sie scheren als Reaktion auf eine Kraft von etwa 4 000 Pfund (18
kN) ab.
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Eine
Kappe 241, die in einer Mulde 242 angebracht und
an dieselbe geschweißt
ist, dient dazu, die Außenwand
eines Kanals 243 zu definieren, der zwischen der Kappe 241 und
dem Äußeren des
Körpers 202 geformt
ist. O-Ringe dichten eine Vielzahl von Grenzflächen ab: ein O-Ring 212 Fräser 30/Stopfenverlängerung 204,
ein O-Ring 213 Stopfen 205/Inneres der Stopfenverlängerung 204,
ein O-Ring 209 Ventilgehäuse 202/untere Hülse 230,
ein O-Ring 211 Stopfenverlängerung 204/Kolben 203,
ein O-Ring 246 Kolben 203/Ventilgehäuse 202,
O-Ringe 245 und 247, Kolben 203/Ventilgehäuse 202,
ein O- Ring 210 Kolben 203/Ventilgehäuse 202,
ein O-Ring 214 Nase 206/Gehäuse 202 und ein O-Ring 244 Ventilgehäuse 202/obere
Hülse 201.
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Das
Ventilgehäuse 202 hat
eine Reihe von Öffnungen 249,
die es ermöglichen,
dass ein Fluid durch das Ventilgehäuse 202 strömt, und Öffnungen 251,
die ebenfalls einen solchen Fluidstrom ermöglichen. Die obere Hülse 201 verhindert
eine weitere Aufwärtsbewegung
des Kolbens 203. 3F zeigt
eine Querschnittsansicht der Mulde 242.
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Der
Kolben 203 hat, wie in 3A, 3H und 3I gezeigt,
eine Reihe von Fluidöffnungen 252, und
der Kolben kann so bewegt werden, dass die Fluidöffnungen 252 für eine Fluidverbindung
mit denselben mit den Ventilgehäuseöffnungen 249 oder 251 fluchten.
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3A, 3J und 3K zeigen
die Sperrklinkenmuffe 208 und den mehrfach verzweigten
Schlitz 235, in dem sich die Nase 206 bewegt.
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3L zeigt
die Stopfenverlängerung 204.
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4 und 5A bis 5F illustrieren
eine Betriebsabfolge des Systems 10 und die entsprechende Bewegung
und die Positionen der Nase 206 und der Sperrklinkenmuffe 208.
-
5A illustriert
das System 10 in einer Situation des "Einfahrens in das Loch". Die Öffnungen 252 und 249 sind
ausgerichtet, so dass ein Fluid von außerhalb des Systems 10 (z.
B. ein Bohrfluid zwischen dem Äußeren des
Systems 10 und dem Inneren des Bohrloch-Futterrohrs, das
nicht gezeigt wird), wie durch die Pfeile angezeigt, durch das System 10 und
hinauf in einen Bohrstrang, mit dem das System 10 verbunden
ist, strömen
kann. Die Nase 206 befindet sich in der „Position
1" in dem mehrfach
verzweigten Schlitz 235.
-
Wie
in 5B gezeigt, wird Fluid unter Druck von der Oberfläche den
Bohrstrang hinab mit ausreichender Kraft in das System 10 gepumpt,
um den Kolben 203 zu der gezeigten Position zu bewegen,
wobei die Öffnungen 251 mit
den Öffnungen 252 ausgerichtet
sind, was ermöglicht,
dass das den Bohrstrang hinabgepumpte Fluid aus dem System 10 herausströmt. Die
Nase 206 bewegt sich zur „Position 2" in der Sperrklinkenmuffe 208.
(Der mehrfach verzweigte Schlitz 235 ist durchgehend um
die Sperrklinkenmuffe 208, so dass die Betriebsabfolge
des Systems, wenn erforderlich, wiederholt werden kann.) In dieser
Position kann das Fluid aus dem System 10 heraus umgewälzt werden,
um das Loch an dem Punkt zu reinigen, an dem gewünscht wird, das System 10 zu
setzen, z. B., um Trümmer
und anderes Material zu entfernen, die ein richtiges Funktionieren
und Positionieren des Systems stören
könnten.
Wenn sich das System 10, wie gezeigt, in der Position von 5C befindet,
wird kein Strom durch die Öffnungen 249, 251 und 252 ermöglicht,
und das Fluid strömt nicht
mehr hinab zur Ankerbaugruppe 30.
-
Wie
in
5D gezeigt, ist der Druck des in das System strömenden Fluids
gesteigert worden, was den Kolben
203 weiter bewegt, so
dass die Öffnungen
252 mit
dem Kanal
243 fluchten. Das Fluid unter Druck strömt aus dem
Kanal
243, vorbei an der Sperrklinkenmuffe
208,
vorbei an der Feder
207, zwischen die Hülse
203 und die Stopfenverlängerung
204,
aus dem Unterkanal
305 des Fräserkörpers
301 in die Verrohrung
12 (siehe
1).
Die Nase
206 bewegt sich, wie gezeigt, in die „Position
4". Das Fluid unter
Druck strömt
durch die Verrohrung
12, durch den Ablenkkeil
40,
durch die Ankerbaugruppe
50 in deren Hohlraum
533,
wo es auf die Kolbenbaugruppe
540 nach oben drückt und
die Abscherschrauben
532 abschert, so dass der Riegel
547 nach
oben bewegt wird, um den/die beweglichen Rohrklemmkeil(e)
550 zu bewegen
und die Ankerbaugruppe
50 zu setzen und dadurch das System
10 an
der gewünschten
Position zu setzen. Sobald die richtige Verankerung erreicht und überprüft worden
ist, wird eine angemessene Belastung (z. B. etwa 30 000 Pfund) auf
den Strang ausgeübt,
mit dem das System
10 und der Fräser
30 verbunden sind,
um den Abscherbolzen
310 abzuscheren, um den Fräser
30 von
dem Ablenkkeil
40 zu trennen. Danach wird, wie in
5E gezeigt,
der Druck gegen den Stopfen
205 gesteigert, der danach
durch Abscheren der Abscherschrauben
215 gelöst wird, wodurch
der Druck verringert wird, der erforderlich war, um den beweglichen
Rohrklemmkeil zu setzen, und die Feder
207 hat nach oben
gedrückt
und die Sperrklinkenmuffe
208 und den Kolben
203 bewegt,
so dass alle Öffnungen
(
249,
251,
252) für einen Fluidstrom verschlossen
sind und sich das Fluid durch die Strahlöffnungen
304 abgeleitet.
Die Nase
206 befindet sich nun in der „Position 5". Nun beginnt das
Fräsen.
Nach dem Vollenden eines gewünschten
Fensters in dem Futterrohr angrenzend an den Fräser
30 kann der Ablenkkeil
40 durch
Verwendung eines Hakens, der in den Rückholschlitz
404 eingesetzt
wird, oder durch Schrauben einer Schneidhülse auf die Außendurchmesser-Gewindegänge (nicht
gezeigt), die am Oberteil des Ablenkkeils
40 bereitgestellt
werden, zurückgeholt
werden. Alternativ dazu wird ein übermäßiger Zug (z. B. etwa 82 500 Pfund
(367 kN)) auf den Ablenkkeil ausgeübt, was die Abscherschrauben
413 abschert
und ein Zurückholen des
Ablenkkeils ermöglicht,
während
die Ankerbaugruppe in dem Loch und/oder dem Rohrelementstrang zurückgelassen
wird. Ein solcher abscherbarer Hals wird in der
US-Patentschrift Nr. 5 727 629 offenbart.
-
Die
Wiederholung des Arbeitszyklus des Systems, wie in 5A bis 5F gezeigt,
oder nur einem Teils des Zyklus ist möglich; z. B., aber ohne darauf
begrenzt zu sein, ist es, wie in 5F gezeigt,
möglich, zu
Position 1 zurückzugehen,
falls es notwendig ist. Auch falls es beim Absetzen von Gewicht
ein Anzeichen gibt, dass die Ankerbaugruppe nicht gesetzt ist wie
gewünscht,
kann die Setzabfolge wiederholt werden. Fluid unter Druck wird wieder
den Bohrstrang hinab und aus dem System 10 hinaus umgewälzt (um
wieder das Loch zu reinigen, falls erwünscht), und der Vorgang von 5A bis 5E wird
wieder begonnen.
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6A zeigt
ein System 600, das dem System von 1 ähnlich ist,
das aber eine Ventilbaugruppe 602 hat, die eine Sperrklinkenmuffe 604 (angeordnet
wie die Sperrklinkenmuffe 208, 3A), aber
mit nur vier Positionen für
eine Nase 605 (siehe 6B) an
Stelle der sechs Positionen der Ventilbaugruppe 20, hat.
Die Sperrklinkenmuffe 604 umschließt den Umfang von 360° des Werkzeugs.
Mit dem System 600 hat ein Bediener an der Oberfläche eine
eindeutige Anzeige, dass das System von einer „Füll"- oder „Ruhe"-Position (Position 1) zu einer „Umwälz"-Position (Position
2) übergegangen
ist. Der Bediener an der Oberfläche überwacht ein
Druckniveau (Fluiddruck an einem Pumpenauslass oder „Standrohrdruck") und überwacht
die Fluidrückflüsse aus
dem Bohrloch; d. h., in der „Umwälz"-Position ist ein Überdruck
erforderlich und wird angezeigt, und der Bediener sieht zur Oberfläche zurückgeführtes Fluid,
welches das System hinabgepumpt wurde.
-
Das
System 600 hat einen Startfräser 610 mit einer
Selbstfüll-Setzvorrichtung 620.
Die Selbstfüll-Setzvorrichtung 620 befindet
sich in einem oberen Teil 621 eines Fräserkörpers 634, der eine
Regelventilhülse 606 der
Ventilbaugruppe 602 in Gewindeeingriff nimmt. Eine Halterbaugruppe 622 hat
einen oberen Absatz 623, der auf einem oberen Ende 624 des
oberen Teils 621 ruht. Ein O-Ring 625 dichtet
die Schnittstelle oberer Teil/Halterbaugruppe ab. Ein O-Ring 626 dichtet
die Schnittstelle zwischen der Halterbaugruppe 622 und
einem Kugelsitz 627 ab, der anfangs durch Abscherschrauben 628 lösbar in
der Halterbaugruppe 622 befestigt ist. Eine Kugel 629,
z. B. hergestellt aus Kunststoff oder Metall (z. B. rostfreiem Stahl)
ist beweglich in einer Strombohrung 630 der Halterbaugruppe 622 angeordnet.
Die Kugel 629 kann bewegt werden, so dass sie an einem
oberen Sitz 631 des Kugelsitzes 627 festsitzt,
um einen Fluiddurchgang durch den Boden des Gehäuses 621 hinaus zu
verhindern. Auf das Abscheren der Abscherschrauben 628 hin
können
die Kugel 629 und der Kugelsitz in einer Bohrung 632 des
Fräsen 610 (siehe 10D) an acht Strahlöffnungen 633 des Fräsers 610 vorbei
nach unten bewegt werden.
-
Der
Startfräser 610 ist
mit einem Ablenkkeil 640 (wie dem Ablenkkeil in 1)
verbunden, der mit einer Ankerbaugruppe, die nicht gezeigt wird,
(wie die von 1) verbunden ist.
-
Ein
Stift 637 verhindert, dass die Kugel 629 aus der
Halterbaugruppe 622 austritt. Der Stift 637 sperrt den
Strom durch die Halterbaugruppe 622 nicht ab. Eine Verriegelung 635 in 9A wird
mit der Buchse der Hülse
von 9A, die einen kürzeren als den standardmäßigen Bohrungsrücken bat,
verwendet und verhindert, dass die Halterbaugruppe 622 aus
dem Oberteil der Vorrichtung 620 austritt. 9C zeigt
eine alternative Verriegelung 636 für eine Verwendung mit einer
Buchse mit einem standardmäßigen Bohrungsrücken, der
länger
ist als der von 9A.
-
9B zeigt
eine Alternative zu der Kugel und dem Sitz des Systems von 9A.
Ein Stopfen 646, der lösbar
durch die Abscherschrauben 628 gehalten wird, kann verwendet
werden, wenn die Kugel und der Sitz entfernt sind.
-
Die
Ventilbaugruppe 602 hat keine Füllöffnungen am Oberteil derselben.
Sie hat Umwälzöffnungen 650.
Die acht Strahlöffnungen 633 des
Fräsers 610 wirken
als Füllöffnungen,
wenn das System in ein Bohrloch eingefahren wird, so dass das Fluid
im Bohrloch in das System 600 eintreten kann.
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10A zeigt eine „Einfahr"-Position für das System 600,
wobei die Umwälzöffnungen 650 geschlossen
sind (d. h., ein oberes Ende 651 eines Kolbens 652 blockiert
den Fluidstrom zu den Öffnungen 650).
In der „Einfahr"-Position von 10A tritt das Fluid im Bohrloch durch die Öffnungen 633 in
das System 600 ein, wobei es die Kugel 629 aus
dem Sitz 631 schiebt. (Alternativ dazu kann, wie in 11A gezeigt und weiter unten beschrieben, oberhalb
oder unterhalb der Ventilbaugruppe 602 an Stelle der Kugel
und des Kugelsitzes von 6A eine
Füll-Untereinheit
mit einem Kugel-Sitz-Mechanismus oder mit einem massiven Stopfen
verwendet werden.)
-
10B zeigt das System in einem Umwälzmodus.
Fluidpumpen an der Oberfläche
pumpen ein Fluid (z. B. Wasser, Sole, Bohrschlamm usw.) hinab in
die Ventilbaugruppe 602, wobei die Kugel 629 an
den Sitz 631 bewegt wird. Es baut sich ein Druck auf, und
auf Grund eines Druckgefälles
zwischen der Fläche
der Verriegelung 635 und der größeren Fläche am Oberteil 651 des
Kolbens bewegt sich der Kolben 652 nach unten, um die Öffnungen 650 zum
Umwälzen
von Fluid in den Bohrloch-Ringspalt aufzudecken. In der in 10A gezeigten Position des Systems wird eine ausreichende
Fluid-Pumpgeschwindigkeit erreicht, um ein MWD-Werkzeug D (in 10B schematisch gezeigt) zu aktivieren, um das
System 600 und den Ablenkkeil 640 auszurichten.
Das System 600 wird richtig ausgerichtet, und die Operationen
gehen weiter. 10C zeigt den Stillstand der
Oberflächenpumpen,
wobei der Fluidstrom angehalten ist. Dies ist eine Zwischenposition des
Systems 600 auf dem Weg zu der Position von 10D.
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10D zeigt das System 600, wobei das Fluid
wieder von der Oberfläche
hinab zum System 600 gepumpt wird. Die Nase 605 bewegt
sich in die „Position
4", und der Kolben 652 bewegt
sich nicht ausreichend nach unten, um die Öffnungen 650 zu öffnen (d.
h., er bewegt sich nicht so weit nach unten, wie er es in „Position
2" (10B) tat). Der Druck steigt innerhalb des Systems 600,
und das Fluid strömt
durch eine Verrohrung 660 zu einer Ankerbaugruppe A (schematisch
in 7 gezeigt) (ähnlich
der Ankerbaugruppe des Systems von 1), um die
Ankerbaugruppe in dem Bohrloch zu setzen. Die Verrohrung 660 ist
angeschlossen an ein Loch 643 und steht in Verbindung mit
demselben und dadurch mit dem Inneren des Oberteils des Fräsers.
-
Nachdem
die Ankerbaugruppe gesetzt ist, wird der Pumpdruck gesteigert (z.
B. um zusätzlich
eintausend Pfund (4 kN)), um die Abscherschrauben 628 abzuscheren,
so dass die Kugel 629 und der Kugelsitz 627 nach
unten in den Unterteil der Bohrung 632 des Fräsers 610 bewegt
werden, wobei die Öffnungen 633 für eine Fluidstrahlwirkung
während
des Fräsen
dem Fluidstrom ausgesetzt werden.
-
Vor
dem Steigern des Fluiddrucks wird/werden, falls nicht gewünscht wird,
den Anker zu setzen, z. B. falls ein weiteres Umwälzen vor
dem Setzen des Ankers gewünscht
wird, die Pumpe(n) angehalten, und das System 600 wird
für ein
weiteres Umwälzen
(z. B., um das Bohrloch zu reinigen) zu „Position 1" (10A) zurückgeführt. Das
System 600 befindet sich entweder in einer „Hochdruck"-Position, der „Position
4", oder in einer „Umwälz"-Position, der „Position
2". Ein Bediener
weiß durch Überwachen
des Fluiddruckniveaus und der zurückgeführten Bohrlochfluids, in welcher
Position sich das System befindet. Folglich wird ein unbeabsichtigtes
Setzen des Ankers vermieden.
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In
einem Aspekt wirkt die Ventilbaugruppe von 6A wie
ein Regelventil, im Wesentlichen als ein Auf-Zu-Kippventil, das
in einem Aspekt für
eine Verwendung mit MWD- (measurement-while-drilling – Bohrmess-)Ausrichtungssystemen
gestaltet ist. Falls es einmal (mit Fluid von Oberflächenpumpen)
nach unten gedrückt
ist, geht der Strom durch das Regelventil zum Ringspalt. Falls es
wieder nach unten gedrückt
wird, werden die Strombahnen blockiert, was ein Unterdrucksetzen
des Strangs (und folglich ein Setzen des Ablenkkeils) ermöglicht,
falls der Unterteil des Strangs durch eine Vorrichtung, wie beispielsweise
die Selbstfüll-Setzvorrichtung
(siehe 6A), blockiert ist. Wenn die
Pumpen wieder angehalten werden, wird der Druck abgelassen, und
die Pumpen werden wieder gestartet, Fluid geht wieder durch die
Umwälzöffnungen
in den Ringspalt hindurch. Dieser Zyklus wird während des Ausrichtens oder
anderer Umwälztätigkeiten
so viele Male, wie es erforderlich ist, wiederholt, bis eine richtige
Ausrichtung erreicht ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Ablenkkeil
durch einfaches Druckerhöhen
bis zu einem voreingestellten Wert gesetzt wird, während sich
das Regelventil in einer „Ankersetz"-Position befandet.
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Die
im Oberteil des Startfräsers 610 angebrachte
Selbstfüll-Setzvorrichtung
kann in Situationen, in denen ein Umwälzen vor dem Ablenkkeilsetzen
nicht erforderlich ist (z. B., wenn mit einem Kreisel ausgerichtet wird),
ohne das Regelventil verwendet werden. Die Selbstfüll-Setzvorrichtung,
wenn sie mit oder ohne Regelventil gefahren wird, ermöglicht,
dass das Bohrlochfluid selbsttätig
den Bohrstrang auffüllt,
wenn er in das Bohrloch eingefahren wird, durch Ermöglichen,
dass die Kugel von ihrem Sitz wegschwimmt. Wenn es notwendig wird,
den Druck im Strang zu erhöhen,
um den Ablenkkeil zu setzen, bleibt die Kugel auf ihrem Sitz, wobei die
Füllöffnung blockiert
wird, um ein Unterdrucksetzen zu ermöglichen. Ein massiver Stopfen
kann die Kugel und den Sitz ersetzen, falls das Selbstfüllmerkmal
nicht gewünscht
wird.
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Es
wird eine Verriegelung verwendet, um die Selbstfüll-Setzvorrichtung daran zu
hindern, sich in der Bohrung des Startfräsers 610 zu bewegen,
wenn der Startfräser
in eine Buchse mit einem Bohrungsrückenrelief geschraubt wird.
Eine geringere Bewegungsfreiheit erleichtert ein richtiges Absetzen
des Verbinders. Die Buchse an der Regelventilhülse hat in einem Aspekt ein
Bohrungsrückenrelief,
das in einigen Fällen
einen Zoll kürzer
ist als ein standardmäßiges Bohrungsrückenrelief
und erfordert daher eine Verriegelung, die einen Zoll kürzer ist
als nach Standard. Bestimmte standardmäßige Verriegelungen haben eine
Länge von
etwa 12 Zoll (30 cm).
-
Das
Regelventil kann unmittelbar auf den Startfräser 610 geschraubt
sein oder nicht. In bestimmten Aspekten zum Platzieren unter einem
hydraulischen Gesichtspunkt ist das Regelventil unterhalb eines MWD-Werkzeugs
platziert, so dass ermöglicht
wird, dass Fluid durch das Regelventil und durch das MWD-Werkzeug
hindurchgeht, wie es zum Ausrichten erforderlich ist.
-
Gute
Feststoff-Regelpraktiken tragen zu einem erfolgreichen Betrieb des
Regelventils bei. In bestimmten Aspekten wälzt der Bediener vor dem Herausziehen
aus dem Loch, um den Ablenkkeil aufzuholen, „Sohlerrückstände" über
ein Schlammschüttelsieb
(in einem Aspekt Siebe von 120 Mesh) um. Das Schlammschüttelsieb
bleibt in Betrieb, bis der Ablenkkeil gesetzt ist (oder bis es nicht
mehr erforderlich ist, dass das Regelventil funktioniert). „Schwemmen" oder „Pillen" mit hohem Feststoffgehalt
beliebiger Art werden vor dem Setzen des Ankers vermieden. Zusätzlich befindet
sich ein Bohrrohrsieb (wie es üblicherweise
durch einen MWD-Vertragsnehmer geliefert wird) an seinem Platz am
Oberteil des Bohrstrangs, während
das Regelventil in Verwendung ist. Richtiges Ventilbetreiben und
Ankersetzen werden erleichtert, falls diesen Vorgehensweisen gefolgt
werden.
-
Bei
einer Arbeitsabfolge einer Ventilbaugruppe (eines Regelventils)
nach der vorliegenden Erfindung leitet ein Bediener vorsichtig das
Umwälzen
ein, wobei er Pumpendruck und Fluidrückführungen beobachtet, um die
Ventilposition zu bestimmen. An der Oberfläche wird die Regelventilposition
auf der Grundlage dessen bestimmt, ob es einen Strom ermöglicht oder
nicht (mit Ausnahme eines geringen „Auslaufen" durch Ausgleichsöffnungen). Auf Tiefe (oder
wann immer während
einer Tour in dem Loch ein Umwälzen
erforderlich ist) werden die pumpen gestartet und die Pumpgeschwindigkeit
wird langsam gesteigert. Ein Druck von eintausend psi (7 MPa) wird
in einem Aspekt nicht überschritten,
um das Umwälzen
einzuleiten. Falls eine Geschwindigkeit von 30 gpm (0,00189 m
3/s) ohne bedeutenden Pumpdruck (d. h., weniger
als 100 psi (689 kPa)) erreicht wird, befindet sich das Regelventil
in einer „Umwälz"-Position. Sobald
die Pumpen angehalten werden, schaltet das Ventil zu einer „Ruhe"-Position um. Um
das Umwälzen
wieder einzuleiten, wird das Regelventil zuerst durch eine „Ankersetz"-Position laufen
gelassen, Die Pumpen werden dann langsam gestartet, um das Regelventil
in die „Ankersetz"-Position umzuschalten. Ein Pumpendruck
von 1 000 psi (7 Mpa) wird nicht überschritten, und der Bediener
stellt sicher, dass der Strang unter Druck gesetzt wird (d. h.,
Druck mit wenig oder ohne Strom). Die Pumpen werden angehalten,
und der Standrohrdruck wird abgelassen, der druck wird durch die Ausgleichsöffnungen
im Regelventil abgelassen. Sobald der Druck abgelassen ist, wird
das Regelventil zu einer „Ruhe"-Position umgeschaltet.
Die Pumpen werden gestartet, und die Geschwindigkeit wird langsam
gesteigert. Wieder wird ein Pumpendruck von 1 000 psi (7 Mpa) nicht überschritten,
um das Umwälzen
einzuleiten. Falls eine Geschwindigkeit von 30 gpm (0,00189 m
3/s) ohne bedeutenden Pumpdruck erreicht
wird, befindet sich das Regelventil in der „Umwälz"-Position. Die Pumpengeschwindigkeit
wird auf eine gewünschte Durchflussgeschwindigkeit
gesteigert, in einem Aspekt liegt die Durchflussgeschwindigkeit
zwischen der minimalen und der maximalen Durchflussgeschwindigkeit,
wie in der Tabelle weiter unten spezifiziert. Diese Geschwindigkeiten
beruhen auf minimalen und maximalen Druckabfällen durch das Regelventil
von 200 psi (1,4 MPa) bzw. 700 psi (4,8 MPa). Auf Grund dieser Durchflussgeschwindigkeiten
wird, auf der Grundlage richtig unterhaltener Schlämme: 1.
die Ventilfeder während
des Umwälzens
vollständig
zusammengedrückt
bleiben, 2. der Anker nicht vorzeitig gesetzt und 3. die Umwälzöffnungen
in dem Regelventil durch den gesamten Fräsvorgang geschlossen bleiben.
| DURCHFLUSSGESCHWINDIGKEITSFENSTER
FÜR GEGEBENES
SCHLAMMGEWICHT (NUR SAUBERER, DÜNNER
SCHLAMM) |
| Schlammgewicht
ppg (kg/l) | Minimale
Durchflussgeschwindigkeit gpm (m3/s) | Maximale
Durchflussgeschwindigkeit gpm (m3/s) |
| 9
(1,08) | 150
(9,4 × 10–3) | 450
(2,8 × 10–2) |
| 10
(1,20) | 140
(8,8 × 10–3) | 425
(2,7 × 10–2) |
| 11
(1,32) | 135
(8,5 × 10–3) | 405
(2,6 × 10–2) |
| 12
(1,44) | 130
(8,2 × 10–3) | 390
(2,5 × 10–2) |
| 13
(1,56) | 125
(7,9 × 10–3) | 375
(2,4 × 10–2) |
| 14
(1,68) | 120
(7,6 × 10–3) | 360
(2,3 × 10–2) |
| 15
(1,80) | 115
(7,2 × 10–3) | 350
(2,2 × 10–2) |
| 16
(1,92) | 110
(6,9 × 10–3) | 340
(2,1 × 10–2) |
| 17
(2,04) | 105
(6,6 × 10–3) | 330
(2,08 × 10–2) |
| 18
(2,16) | 100
(6,3 × 10–3) | 320
(2,01 × 10–2) |
-
Zum
Ausrichten wird Fluid umgewälzt,
wie es erforderlich ist (siehe obiges Umwälzverfahren), um eine Werkzeugfläche auszurichten.
Die Pumpen werden angehalten, sobald die Ausrichtung erreicht worden
ist. Das Regelventil schaltet nach oben zu einer „Ruhe"-Position, mit geschlossenen Öffnungen,
um. Falls zusätzliches
Umwälzen
und/oder Ausrichten erforderlich ist, wird, über das obige Verfahren, das
Umwälzen
wieder vorsichtig eingeleitet.
-
Um
einen Anker zu setzen werden die Pumpen langsam (5 bis 10 gpm (3,15 × 10
–4 bis
6,3 × 10
–4 m
3/s)) gestartet, um das Regelventil auf eine „Ankerset"-Position umzuschalten.
Das Pumpen wird mit einer langsamen Geschwindigkeit fortgesetzt,
während
der Bediener den Druckanstieg beobachtet. Wenn der Druckabfall durch
das Regelventil (in einem Aspekt) 1 620 psi (11 MPa) erreicht (ein
empfohlener Abscherdruck – siehe Tabelle
weiter unten wegen anderer Abscherdrücke), scheren die Abscherschrauben,
welche die Ankerfeder an ihrem Platz halten, ab, was ermöglicht,
dass die Feder den beweglichen Rohrklemmkeil in das Futterrohr drängt. Dieses
Ereignis mag an der Oberfläche
nicht zu beobachten sein.
| ANKERSETZDRÜCKE |
| Zahl
der Abscherschrauben | Abscherwert
psi (MPa) |
| 1 | 90
(0,6) |
| 2 | 600
(4,1) |
| 3 | 1110
(7,6) |
| 4 | 1620
(11,1) |
| 5 | 2
130 (14,7) |
| 6 | 2640
(18,2) |
-
Danach
wird der Pumpendruck auf 2 050 psi (14,1 MPa) (Zwischendruck zwischen
1 620 psi (11,1 MPa) und 2 480 (17,1 MPa)) gesteigert und aufrechterhalten.
Der Bediener nimmt 10 000 Pfund (44 kN) auf den Strang ab, um sicherzustellen,
dass der Anker gesetzt ist, während
der Druck aufrechterhalten wird. Danach wird das Gewicht wieder
verstärkt.
Der Druck wird weiter gesteigert. Wenn der Druck zunimmt, schert
der Kugelsitz oder Stopfen am Unterteil der Selbstfüll-Setzvorrichtung
bei 2 480 psi (17,1 MPa) Druckabfall durch das Werkzeug (ein empfohlener
Abscherdruck – siehe
Tabelle weiter unten wegen anderer Abscherdrücke) heraus. Eine Durchflussgeschwindigkeit
von bis zu 20 gpm (1,26 × 10
–3 m
3/s) kann, auf Grund des Stroms durch die
Ausgleichsöffnungen,
erforderlich sein, um dies zu erreichen. Demzufolge kann der Pumpendruck, auf
Grund minimaler Druckverluste in dem Bohrstrang und dem Ringspalt,
tatsächlich
geringfügig
höher sein als
dieser voreingestellte Wert. Ein plötzlicher Verlust an Pumpdruck
und anschließende
Fluidrückführungen, sobald
der Kugelsitz abschert, werden an der Oberfläche zu beobachten sein.
| SELBSTFÜLL-SETZVORRICHTUNG
ABSCHERDRÜCKE |
| Zahl
der Abscherschrauben | Abscherwert
psi (MPa) |
| 1 | 620
(4,3) |
| 2 | 1240
(8,5) |
| 3 | 1860
(13) |
| 4 | 2480
(17) |
| 5 | 3100
(21,4) |
| 6 | 3
720 (25,6) |
-
Sobald
der Kugelsitz herausgeschert ist, schaltet das Ventil selbsttätig hoch
zur „Ruhe"-Position, wo es
bleibt, bis es aus dem Loch zurückgeholt
ist, und der Strom wird durch den Unterteil des Regelventils und durch
die Startfräseröffnungen
geleitet. Danach setzt der Bediener 25 000 Pfund (111 kn) Gewicht
ab (empfohlener Abscherbolzenwert – andere sind verfügbar), um
den Bolzen abzuscheren, der den Startfräser mit der Rundhöhlung verbindet,
und die Fräsoperationen
werden begonnen.
-
Sobald
ein gewünschtes
Fenster hergestellt worden ist und der Ablenkkeil nicht mehr erforderlich
ist, wird der Ablenkkeil durch Einklinken in einen Rückholschlitz
oder durch Aufschrauben einer Schneidhülse auf Außendurchmesser-Gewindegänge am Oberteil
der Rundhöhlung
zurückgeholt.
Falls sich der Ablenkkeil nicht verschieben lasst, schert ein übermäßiger Zug
von 82 500 Pfund (367 kN), die Schrauben ab, welche die Rundhöhlung am
Anker halten, was ein Zurückholen
der Rundhöhlung
ermöglicht,
während
der Ankerkörper für anschließende Rückholoperationen
im Loch verfügbar zurückgelassen
wird. In einem Aspekt steht ein 9 Zoll (23 cm) langer Fischhals
mit 4 Zoll (10 cm) Außendurchmesser
vom Ankerkörper
nach oben vor.
-
Als
ein alternativer Auffüllmechanismus,
um zu ermöglichen,
dass sich der Strang mit Fluid füllt,
wenn das System hinab in ein Bohrloch eingeführt wird, eine Alternative
zu der Selbstfüllbaugruppe
des Systems von 6A, kann eine Füll-Untereinheit
oberhalb oder unterhalb des Systems von 6A verwendet
werden. In einem Aspekt wird eine Füll-Untereinheit oberhalb der
Ventilbaugruppe des Systems von 6A verwendet.
Alternativ dazu kann eine Füll-Untereinheit
mit dem System von 6A verwendet werden. Alternativ dazu
kann eine Füll-Untereinheit
ohne Schwimmerventil oberhalb der Ventilbaugruppe verwendet werden
und ein Schwimmerventil unterhalb verwendet werden oder umgekehrt.
-
Eine
Füll-Untereinheit 660 (siehe 11A bis 11D)
hat eine obere Untereinheit 662 mit einer Strombohrung 661,
einen Körper
mit einer Strombohrung 665, die mit der Strombohrung 661 der
oberen Untereinheit 662 verbunden ist, eine Kugelventilbaugruppe 670 mit
einer Strombohrung 671 und eine Schwimmerventilbaugruppe 690 mit
einer Strombohrung 691. Eine Abstandsmuffe 663 in
der Strombohrung 665 umschließt einen Teil der Ventilbaugruppe 670 und
stößt an ein
oberes Ende eines Körpers 680 an.
Ein Federsitzelement 666 ist beweglich angeordnet, mit
einem oberen Teil in einem Halter 668 und einem unteren
Teil in einer Strombohrung 673 der Ventilbaugruppe 670.
Der Halter 668 ist in einem oberen Ende eines Körperelements 674 befestigt,
dessen Innenwände
die Bohrung 673 definieren.
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Das
Körperelement 674 hat
einen unteren Sitz 675, an dem eine Kugel 672 sitzt,
um selektiv zu verhindern, dass Fluid durch ein Loch 676,
in einen Raum in einer Rille 677 und durch eine Öffnung 678 strömt. Der
Körper 680 ist
in der Bohrung 665 befestigt. O-Ringe 645 dichten
mehrere Grenzflächen
ab.
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Wenn
die Füll-Untereinheit 660 verwendet
wird, können
in einem Aspekt die Kugel und der Kugelsitz aus dem System von 8 weggelassen
werden, und stattdessen wird der Stopfen von 9B verwendet. Wenn
Fluid mit einem ausreichenden Druck in die Öffnung 678 eintritt,
wird die Kugel 672 nach oben vom Sitz 675 weg
und nach oben an einen Kugelsitz 669 des Federsitzelements 666 geschoben,
der wiederum gegen eine Feder 667 gedrückt wird, was folglich die Öffnung 678,
die Bohrung 673 und das Loch 681 für einen
Strom zum Füllen
des Strangs, wenn er in ein Bohrloch eingeführt wird, öffnet.
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Die
Schwimmerventilbaugruppe 690 bleibt geschlossen, während der
Strang im Bohrloch abgesenkt wird, da eine unterhalb eines Körpers 693 angeschlossene
federgespannte Prallplatte 692 federgespannt offen oder
geschlossen ist. Fluid strömt
durch eine Bohrung 695 eines unteren Körperelements 696,
das sich von dem Körper 693 aus
nach unten erstreckt. Ein wahlweises Abzugsloch 694 durch
die Prallplatte 692 lässt den
Fluiddruckanstieg auf der Unterseite (unterhalb) der Prallplatte 692 abziehen,
wenn das System in ein Bohrloch abgesenkt wird.
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Damit
eine Ladung von sauberem Fluid die Vorrichtung unterhalb des Ablenkkeils 640 (z.
B., aber nicht darauf begrenzt, einen Anker A, siehe 7)
aktiviert, ist eine Berstscheibe in der Bohrung des Startäsers 610 angeordnet,
z. B. so eingestellt, dass sie durch Hinabpumpen von Fluid mit einem
Druck von 3 000 Pfund (13 kN) birst. Die Berstscheibe ist in einem
Aspekt unterhalb der Ventilbaugruppe und zwischen der Füll-Untereinheit 660 und
dem Startfräser 610 angeordnet.
Die Kugel 629 ist aus dem Startfräser 610 weggelassen.
Folglich wird eine Ladung an sauberem Fluid freisetzbar zwischen
der Berstscheibe und dem Schwimmerventil 690 eingefangen.
Falls das wahlweise Abzugsloch 694 verwendet wird, kann
dies den Druckanstieg der Ladung von sauberem Fluid mindern. In
einem Aspekt ist eine Berstscheibe 644 (in punktierter
Linie gezeigt in 8) oberhalb der Öffnungen 633 (8)
und unterhalb des Lochs 643 angeordnet. Folglich ist zwischen
der Füll-Untereinheit
und dem Fräser
freisetzbar eine Ladung von Fluid (in einem Aspekt sauberem Fluid,
frei von Trümmern,
Verschnitt, Grobstoff usw.) zur Verwendung beim Setzen eines Ankers
oder Aktivieren einer anderen Vorrichtung enthalten. In bestimmten
Aspekten enthält
die Verrohrung 660 einen Teil der Fluidladung, die sich
zu dem Anker oder dem anderen Gegenstand oder Werkzeug hinab erstreckt,
und der Fluiddruck von oberhalb schiebt die Ladung zum Aktivieren
des Ankers (oder des anderen Gegenstandes) nach unten. In einem
anderen Aspekt ist eine zweite Berstscheibe, mit einer Berstfestigkeit,
die in einem Aspekt geringer ist als die der Scheibe 644,
in dem Fräser,
in der Füll-Untereinheit
oder in einem unteren Teil 606 der Ventilbaugruppe 602 (oder
in einer anderen röhrenförmigen Bohrung
oberhalb der ersten Berstscheibe) angeordnet.