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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Bohren und Herstellen eines lateralen Bohrloches
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, das Bohren und Herstellen
von multilateralen Bohrlöchern
von einem einzelnen Hauptbohrloch aus.
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Die Forderung nach einem multilateralen Bohren
wird stärker,
da mehr horizontale Bohrlöcher bei
Produktionsbohrungen zur Anwendung gebracht werden, um die Untergrundspeicherentleerung
und die Produktivität
zu verbessern. Das Bohren von multilateralen Bohrlöchern bringt
den Vorteil, daß die Produktivität oder Rückgewinnung
von Kohlenwasserstoffen aus einer Formation verbessert werden kann,
indem eine Anzahl von Abzweigbohrlöchern gebohrt wird, die alle
ein Hauptbohrloch versorgen. Das Bohren von multilateralen Bohrlöchern kann ebenfalls
die Bohrplattformkosten verringern, indem die Anzahl der Schlitze
verringert wird, die erforderlich ist, um eine bestimmte Kohlenwasserstoffformation
auszubeuten.
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Um ein multilaterales Bohrloch zu
bohren, ist es bekannt, daß ein
Fenster in das Futterrohr des Hauptbohrloches gefräst und das
Bohrwerkzeug durch das Fenster abgelenkt wird, um das laterale Bohrloch
zu bohren, indem ein Ablenkwerkzeug verwendet wird, das im allgemeinen
als ein „Ablenkkeil" bekannt ist.
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Durch Anwenden dieser konventionellen Verfahrensweise
können
laterale Bohrlöcher „unverrohrt" komplettiert werden
(d. h., es wird kein Linerrohr verwendet, um das laterale Bohrloch
zu verrohren). Unverrohrte Komplettierungen sind nur zufriedenstellend,
wo die gebohrten Formationen für
eine derartige Komplettierung geeignet sind (wie beispielsweise
eine Kalksteinformation).
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Wo man in der abbauwürdigen Zone
der Formation Sand begegnet, was sehr üblich ist, muß das Bohrloch
verrohrt und perforiert werden, um zu gestatten, daß die Förderung
der Kohlenwasserstoffe ohne ein „Versanden" oder Zusammensacken des lateralen Bohrloches
erfolgt. Außerdem
werden viele Bohrlöcher
geologisch unter Druck gesetzt, was erfordert, daß das Bohrloch
verrohrt wird, und daß eine Druckdichtung
an der Verbindung des lateralen Bohrlochliners und des Hauptbohrlochfutterrohres
bewirkt wird. Konventionell wird Zement verwendet, um die Druckdichtung
an der Verbindung zu bewirken. Zementdichtungen können jedoch
relativ unzuverlässig sein
oder eine relativ niederdruckbeständige Dichtung bilden.
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Um ein Futterrohr in das laterale
Bohrloch einzusetzen, sind mehrere Verfahrensweisen bekannt. Beispielsweise
ist bekannt, daß man
ein Futterrohr mit einem Abschnitt der Seitenwand vorliegen hat,
das ein Austrittsrohr enthält,
und das drehbar mit dem Futterrohr mittels eines Gelenkmechanismus gekoppelt
ist. Der drehbare Abschnitt ist aus einer ersten Position, in der
die äußere Fläche des
Futterrohres zylindrisch ist und die innere Bohrung des Futterrohres
im wesentlichen durch das Austrittsrohr verengt wird, und einer
zweiten Position beweglich, in der die innere Bohrung des Futterrohres
zylindrisch ist und das Austrittsrohr aus dem Futterrohr vorsteht.
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Diese Art von Anordnung zeigt jedoch
den Nachteil, daß der
Durchmesser des lateralen Bohrloches mit Bezugnahme auf den Durchmesser
des Hauptbohrloches infolge der drehbaren Austrittsrohranordnung
begrenzt ist, da es innerhalb des Hauptfutterrohres während der
Installation aufgenommen werden muß.
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Ein weiterer Nachteil beim Bohren
von lateralen Bohrlöchern
von einem Hauptbohrloch aus ist der, daß die maximale Biegung für konventionelle Bohrbaugruppen
etwa 15 Grad pro 100 ft. (1 ft. = 0,3048 m) beträgt. Daher ist der anfängliche
(maximale) Abweichungswinkel eines lateralen Bohrloches vom Hauptbohrloch
auf annähernd
4° bis 5° begrenzt.
Diese Winkelbegrenzung erfordert daher ein großes Fenster in der Seite des
Futterrohres, durch das die Bohrbaugruppe das Futterrohr verlassen wird,
und dieses Fenster kann typischerweise 3,66 m (12 ft.) lang sein.
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In Übereinstimmung mit einem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bohren
eines zweiten Bohrloches von einem ersten Bohrloch aus bereitgestellt,
die einen ersten Futterrohrabschnitt und einen zweiten Futterrohrabschnitt
aufweist, wobei der erste und der zweite Futterrohrabschnitt mittels
einer drehbaren Verbindung miteinander drehbar gekoppelt sind, so
daß der
erste und der zweite Futterrohrabschnitt um eine Verbindung herum
aus einer ersten Position, in der die Längsachsen des ersten und des
zweiten Futterrohrabschnittes im wesentlichen übereinstimmend sind, in eine
zweite Position gedreht werden können,
in der die Längsachsen
des ersten und des zweiten Futterrohrabschnittes unter einem zueinander
schiefen Winkel zu finden sind, und so, daß die Längsachse des einen der Futterrohrabschnitte
sich durch eine Öffnung
im anderen Futterrohrabschnitt erstreckt, wenn die Futterrohrabschnitte
in der zweiten Position sind.
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Vorzugsweise verläuft die Ebene der drehbaren
Verbindung unter einem schiefen Winkel zur Längsachse des Futterrohrstranges
angrenzend an die Verbindung.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Bohren
eines zweiten Bohrloches von einem ersten Bohrloch aus die folgenden
Schritte auf Einsetzen eines Futterrohrstranges, der einen ersten Futterrohrabschnitt
und einen zweiten Futterrohrabschnitt aufweist, in das erste Bohrloch,
wobei die Längsachsen
des ersten und des zweiten Futterrohrabschnittes im wesentlichen übereinstimmen;
Drehen des ersten und des zweiten Futterrohrabschnittes relativ
zueinander, um den zweiten Futterrohrabschnitt in eine Position
zu bewegen, in der die Längsachse
des zweiten Futterrohrabschnittes unter einem schiefen Winkel zur
Längsachse
des ersten Futterrohrabschnittes verläuft; Einsetzen einer Bohrvorrichtung
in den ersten Futterrohrabschnitt und Bewirken, daß sie in
den zweiten Futterrohrabschnitt gelangt; und Bohren des zweiten
Bohrloches vom zweiten Futterrohrabschnitt aus.
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Ein Liner kann anschließend in
das zweite Bohrloch eingesetzt und mit dem zweiten Futterrohrabschnitt
gekoppelt werden.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung
außerdem
einen dritten Futterrohrabschnitt auf, der so ausgeführt ist,
daß er
durch den einen Futterrohrabschnitt in den anderen Futterrohrabschnitt
eingesetzt werden kann und aus dem anderen Futterrohrabschnitt durch
die Öffnung
im anderen Futterrohrabschnitt austritt, wenn die Futterrohrabschnitte
in der zweiten Position sind. Vorzugsweise wird der dritte Futterrohrabschnitt
eingesetzt, bevor das zweite Bohrloch gebohrt wurde, typischerweise
nach der Installation des ersten und zweiten Futterrohrabschnittes.
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Typischerweise kann die Öffnung im
zweiten Futterrohrabschnitt und/oder die Öffnung im dritten Futterrohrabschnitt
(wenn vorhanden) mit einer Dichtungseinrichtung versehen werden.
Die Dichtungseinrichtung kann durch eine elastomere Dichtung, eine
Metall-auf-Metall-Dichtung oder eine Dichtung bereitgestellt werden,
die wirksam wird, wenn der Liner in das zweite Bohrloch eingesetzt
wird.
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Vorzugsweise umfaßt das Verfahren außerdem den
anfänglichen
Schritt des Nachschneidens eines Abschnittes des ersten Bohrloches,
in dem die Vorrichtung angeordnet werden soll, vor dem Einsetzen
der Vorrichtung in das erste Bohrloch.
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Vorzugsweise wird die Bohrvorrichtung
in den zweiten Futterrohrabschnitt mittels einer Ablenkvorrichtung
abgelenkt, wie beispielsweise mittels eines Ablenkkeils, der sich
im dritten Futterrohrabschnitt befindet. Typischerweise ist die
Ablenkvorrichtung aus dem dritten Futterrohrabschnitt entfernbar,
nachdem das zweite Bohrloch gebohrt wurde.
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Beispiele für die Vorrichtung für und ein
Verfahren zum Bohren und Auskleidens eines zweiten Bohrloches von
einem ersten Bohrloch aus werden jetzt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des ersten und zweiten Futterrohrabschnittes,
die drehbar miteinander in einer ersten Position gekoppelt sind;
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2 eine
Seitenansicht der Futterrohrabschnitte aus 1 in einer zweiten Position;
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3 eine
Vorderansicht eines dritten Futterrohrabschnittes für eine Verwendung
mit den in 1 und 2 gezeigten Futterrohrabschnitten;
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4 eine
Seitenansicht des in 3 gezeigten
dritten Futterrohrabschnittes;
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5 eine
Seitenansicht des ersten und zweiten Futterrohrabschnittes in der
in 2 gezeigten Position,
wobei der in 3 und 4 gezeigte dritte Futterrohrabschnitt
in und durch den ersten und zweiten Futterrohrabschnitt eingesetzt
ist;
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6 eine
Schnittdarstellung durch ein erstes Bohrloch, das mit einem Futterrohr
ausgekleidet ist;
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7 das
erste Bohrloch mit einem Abschnitt des Futterrohres, der ausgefräst ist;
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8 das
erste Bohrloch mit einem Abschnitt des Bohrloches angrenzend an
das gefräste Futterrohr,
der nachgeschnitten ist;
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9 das
erste Bohrloch aus 8 mit
einer Abdichthülse,
die unterhalb des nachgeschnittenen Abschnittes des Bohrloches eingesetzt
ist;
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10 die
Vorrichtung aus 1, die
im ersten Bohrloch in der in 1 gezeigten
Position positioniert ist;
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11 die
Vorrichtung aus 1 und 2, die in das erste Bohrloch
eingesetzt ist, wobei der zweite Futterrohrabschnitt in die in 2 gezeigte Position gedreht
ist;
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12 die
in 11 gezeigte Vorrichtung, wobei
der dritte Futterrohrabschnitt, der einen Ablenkkeil enthält, in und
durch den ersten und zweiten Futterrohrabschnitt eingesetzt wird;
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13 das
erste Bohrloch und die Vorrichtung aus 12, wobei ein zweites Bohrloch vom zweiten
Futterrohrabschnitt aus gebohrt ist;
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14 die
Bohrlöcher
aus 13, wobei ein Liner
in das zweite Bohrloch eingesetzt und mit dem zweiten Futterrohrabschnitt
gekoppelt ist; und
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15 die
Bohrlöcher
aus 14, wobei der Ablenkkeil
im dritten Futterrohrabschnitt entfernt ist.
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1 zeigt
den ersten Futterrohrabschnitt 1, der mittels einer drehbaren
Verbindung 3 mit einem zweiten Futterrohrabschnitt 2 drehbar
gekoppelt ist. Die Ebene der drehbaren Verbindung 3 verläuft unter einem
schiefen Winkel zu den Längsachsen 16, 17 der
Futterrohrabschnitte 1, 2. Wenn der erste Futterrohrabschnitt 1 stationär am zweiten
Futterrohrabschnitt 2 gehalten wird, der um 180° relativ
zum ersten Futterrohrabschnitt 1 gedreht ist, bewegt sich
daher der zweite Futterrohrabschnitt in die in 2 gezeigte Position. Der zweite Futterrohrabschnitt 2 weist
eine Öffnung 4 darin
auf. Wenn die Futterrohrabschnitte 1, 2 in der
in 2 gezeigten Position sind,
erstreckt sich daher die Längsachse 16 des
ersten Futterrohrabschnittes 1 durch die Öffnung 4.
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Wenn der erste und der zweite Futterrohrabschnitt 1, 2 in
der in 2 gezeigten zweiten
Position sind, verläuft
die Längsachse 17 des
zweiten Futterrohrabschnittes unter einem Winkel 2α zur mittleren Längsachse 16 des
ersten Futterrohrabschnittes. Wenn die Ebene der drehbaren Verbindung
3 unter einem Winkel θ zur
mittleren Längsachse 16 verläuft, dann
ist der Winkel α =
90° – θ und 2α = 2(90° – θ). Typischerweise
wird der Winkel θ so
ausgewählt,
daß 2α annähernd 4° bis 5° beträgt. Daher
beträgt
der Winkel θ annähernd 87,5° bis 88°.
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3 und 4 zeigen einen dritten Futterrohrabschnitt 5,
der eine Öffnung 6 in
der Seitenwand des Futterrohrabschnittes 5 umfaßt. Der
Außendurchmesser
des dritten Futterrohrabschnittes 5 ist kleiner als der
Innendurchmesser des ersten Futterrohrabschnittes 1. Daher
kann der dritte Futterrohrabschnitt 5 durch den ersten
Futterrohrabschnitt 1 eingesetzt werden, um sich durch
die Öffnung 4 im
zweiten Futterrohrabschnitt 2 zu erstrecken, wie in 5 gezeigt wird. In dieser
Position liefert die Öffnung 6 im
dritten Futterrohrabschnitt 5 eine Öffnung in den zweiten Futterrohrabschnitt 2.
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Typischerweise sind die Flächen der Öffnungen 4, 6 mit
einer Abdichteinrichtung (nicht gezeigt) versehen, so daß, wenn
sie sich in der in 5 gezeigten
Position befinden, die Öffnung 6 gegen
die Innenseite des zweiten Futterrohrabschnittes 2 und die Öffnung 4 gegen
die Außenseite
des dritten Futterrohrabschnittes 5 abdichtet.
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In einer multilateralen Installation
oder einer einzelnen lateralen Installation wird ein erstes Bohrloch 10 (siehe 6) mit einem Futterrohr 11 ausgekleidet.
Wie in 7 gezeigt wird,
wird ein Abschnitt des Futterrohres 11 ausgefräst, wobei
ein geeignetes Bohrwerkzeug verwendet wird, um die Formation 12 freizulegen.
Die Formation 12 wird dann nachgeschnitten, wie es in 8 gezeigt wird, um einen nachgeschnittenen
Abschnitt 14 innerhalb des Bohrloches 10 zu bilden.
Eine Abdichthülse 15 wird
danach eingesetzt und am Futterrohr 11 unterhalb des nachgeschnittenen
Abschnittes 14 des Bohrloches 10 gesichert (siehe 9).
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Der erste und zweite Futterrohrabschnitt 1, 2 werden
danach in das Bohrloch 10 in der in 1 gezeigten Position eingesetzt, und der
erste Futterrohrabschnitt 1 wird am Futterrohr 11 verriegelt,
wie in 10 gezeigt wird.
In 10 wird die Öffnung 4 der Deutlichkeit
halber schematisch in Phantomdarstellung gezeigt. Nachdem der Futterrohrabschnitt 1 am Futterrohr 11 verriegelt
wurde, wird der zweite Futterrohrabschnitt 2 um 180° relativ
zum ersten Futterrohrabschnitt 1 in die in 11 gezeigte Position gedreht. Der Winkel
(90° – α) der Ebene
der drehbaren Verbindung 3 relativ zur mittleren Längsachse 16 wird
so ausgewählt,
daß, wenn
der Futterrohrabschnitt 2 in die in 2 und 11 gezeigte
Position gedreht wird, die Längsachse 17 des
Futterrohrabschnittes unter einem Winkel von annähernd 4° bis 5° von der Längsachse 16 verläuft. Es
sollte bemerkt werden, daß die
Längsachse 16 des
ersten Futterrohrabschnittes 1 im wesentlichen mit der
Längsachse
des Bohrloches 10 übereinstimmt,
und daß,
wenn sich der zweite Futterrohrabschnitt 2 in der in 2 und 11 gezeigten Position befindet, sich
die mittlere Längsachse 16 des
ersten Futterrohrabschnittes 1 durch die Öffnung 4 erstreckt,
wie in 11 gezeigt wird.
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Der dritte Futterrohrabschnitt 5 wird
danach in den ersten Futterrohrabschnitt 1 eingesetzt,
um sich durch die Öffnung 4 zu
erstrecken, wie in 5 und 12 gezeigt wird. Das untere
Ende des dritten Futterrohrabschnittes 5 wird durch die
Abdichthülse 15 gestützt, und
das obere Ende wird durch ein Halteelement 18 gestützt, das
am oberen Ende des dritten Futterrohrabschnittes 5 befestigt
ist, das am oberen Rand des ersten Futterrohrabschnittes 1 in
Eingriff kommt. Der dritte Futterrohrabschnitt 5 wird in
den ersten Futterrohrabschnitt 1 und durch die Öffnung 4 mit
einem Ablenkkeil 19 eingesetzt, der innerhalb des dritten
Futterrohrabschnittes 5 vorinstalliert ist.
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Mit dem Ablenkkeil 19 in
Position im dritten Futterrohrabschnitt 5 kann ein Bohrgestänge in das obere
Ende des Futterrohres 11 und daher in den ersten Futterrohrabschnitt 1 eingesetzt
werden. Der Ablenkkeil 19 verhindert, daß das Bohrgestänge in den
dritten Futterrohrabschnitt 5 eintritt, und zwingt das
Bohrgestänge,
sich durch die Öffnung 6 im
dritten Futterrohrabschnitt 5 zu biegen und in den zweiten
Futterrohrabschnitt 2 einzutreten, um ein zweites Bohrloch 20 zu
bohren, wie in 13 gezeigt
wird. Nachdem das zweite Bohrloch 20 gebohrt wurde, wird
ein Liner 21 in das Bohrloch 20 durch den ersten und
zweiten Futterrohrabschnitt 1, 2 eingesetzt und mit
dem zweiten Futterrohrabschnitt durch eine Abdichtvorrichtung 22 gekoppelt,
wie in 14 gezeigt wird.
Der Ablenkkeil 19 kann danach aus dem dritten Futterrohrabschnitt 5 entfernt
werden, um einen Zugang zum Bohrloch 10 unterhalb des dritten
Futterrohrabschnittes 5 oder einen Zugang in das zweite Bohrloch 20 (wie
in 15 gezeigt wird)
zu gestatten.
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Eine Anzahl weiterer lateraler Bohrlöcher, gleich
dem zweiten Bohrloch 20, kann über dem lateralen Bohrloch 20 und
nachgeschnittenem Abschnitt 14 gebildet werden, indem ein
gleicher Vorgang durchgeführt
wird, wie er vorangehend für
diese weiteren lateralen Bohrlöcher
beschrieben wird.
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Außerdem kann die Vorrichtung
für Wiedereintrittsanwendungen
verwendet werden, wo ein laterales Bohrloch oder eine Anzahl von
lateralen Bohrlöchern
von einem vorhandenen Bohrloch aus gebohrt wird, um die Förderung
aus dem vorhandenen Bohrloch zu stimulieren oder zu steigern.
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Außerdem können der erste und zweite Futterrohrabschnitt
am Ende des Hauptfutterrohrstranges befestigt betätigt werden,
um ein laterales Bohrloch vom Ende des Hauptbohrloches aus zu bohren.
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Vorteile der Erfindung sind, daß der Durchmesser
des zweiten Bohrloches (oder lateralen Bohrloches) gleich dem Durchmesser
des ersten Bohrloches (oder Hauptbohrloches) sein kann; eine Hochdruckdichtung
kann zwischen der Verbindung des zweiten Bohrlochliners und des
ersten Bohrlochfutterrohres bewirkt werden; und die Vorrichtung
ist relativ leicht und schnell zu installieren.
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Abwandlungen und Verbesserungen können eingebaut
werden, ohne daß man
vom Bereich der Erfindung abweicht, wie er durch die als Anhang
beigefügten
Patentansprüche
definiert wird.