NO178938B

NO178938B - Anordning for utvidelse av borehull

Info

Publication number: NO178938B
Application number: NO921718A
Authority: NO
Inventors: Geir Tandberg; Sigbjoern Sangesland; Asbjoern Andersen
Original assignee: Geir Tandberg; Sigbjoern Sangesland; Roedland Arild
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1996-03-25
Also published as: US5368114A; NO178938C; NO921718D0; NO921718L

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for utvidelse av "borehull, særlig til bruk i horisontale eller høyavviks-borehull, bestående av et eller flere utvidelsesverktøy med ekspanderbare skjær koplet i serie med en eller flere stabilisatorer

Når diameteren på en seksjon av et borehull innen petroleums-utvinningen skal økes benyttes en underrømmer. De underrømm-ere som finnes på markedet i dag har rømmingselementer, dvs. kuttere eller knusemidler, festet på utvippbare armer som er hengslet til en hovedkropp. Denne konstruksjon er ugunstig med hensyn til styrke. Armene gir liten plass for kuttere, og dessuten er det vanskelig å få plassert tilhørende dyser for rensing og kjøling av kutterne på en hensiktsmessig måte. Aktiveringen av dagens underrømmere er basert på trykkfall over en dyse eller på bruk av en ball som sendes med slamstrømmen fra boredekk. Muligheten for å sette inn flere underrømmere i serie, slik at utslitte underrømmere kan pasifiseres og nye aktiveres, er således begrenset. Det vil si at utslitt utstyr må trekkes ut av borehullet for å kunne erstattes med et nytt. Dagens underrømmere har dessuten ingen stabilisering på oversiden, hvilket gjør dem lite egnet i høyavviks- og horisontale borehull. Slik stabilisering er nødvendig for å ta opp den sidebelastning utstyret påføres på grunn av sin egen og borestrengens vekt.

Med oppfinnelsen tar man særlig sikte på å tilveiebringe et system hvor vekten av underrømmer og borestreng stabiliseres på oversiden og undersiden av underrømmeren, slik at høyavviks- og horisontale borehull kan underrømmes på en mer effektiv måte.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å muliggjøre at flere sett av underrømmere og stabilisatorer kan monteres i serie og aktiveres uavhengig av hverandre, slik at en utslitt underrømmer kan passiviseres og en ny aktiveres uten at utstyret trekkes ut av borehullet.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å oppnå en ny og robust konstruktiv utførelse som vil gi underrømmeren økt levetid.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å oppnå et utstyr som har begrenset kompleksitet, oppnådd ved at det benyttes samme basiskonstruksjon for ekspansjon både i selve underrømmeren og de varierbare stabilisatorer.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe underrømmer og stabilisator som kan ha felles eller uavhengig aktivering.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å utforme stabilisatoren og underrømmeren som selvstendige enheter som kan skrus inn i borestrengen med en til enhver tid hensiktsmessig avstand imellom og i et hensiktsmessig antall av hver av de to typer enheter.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å unngå bruk av dropping av gjenstander i borestrengen, eller bestemte krav til slamstrømmen over tid for aktivering av de enkelte enheter.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en anordning som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at det er anordnet en stabilisator både foran og bak en underrømmer, hvorav minst den ene stabilisator har ekspanderbare stabilisatorfinner.

Ifølge oppfinnelsen plasseres altså underrømmeren mellom i hvertfall to stabilisatorer. Den eller de stabilisatorene som er plassert på oversiden av underrømmeren er variable, i tilpassing til den diameter som borehullet rømmes opp til. På nedsiden benyttes faste stabilisatorer. Om nødvendig eller ønskelig kan man selvfølgelig også der benytte variable stabilisatorer, opp til en diameter som passer til den hull-dimensjon som det rømmes opp i fra. Det sistnevnte vil også være aktuelt på oversiden for å oppnå stabilitet under ekspansjon av underrømmeren.

Fra US-PS 3.433.313 og 4.842.082 er det kjent innretninger for aktivisering av verktøy såsom en underrømmer, stabilisator eller lignende for innkopling i en borestreng. Spesielt i US-PS 3.433.313 er det vist en innretning for aktivisering av et verktøy, f.eks. en underrømmer, beregnet på innkoples i en borestreng. Innretningen innbefatter et hus med en hoveddel som har et antall åpninger hvori det er opptatt radielt bevegbare elementer, f.eks. skjærelementer. Det forefinnes en glidbar hylse som har et antall over omkretsen fordelte utadvendte skråflater, idet skjærelementene har innadvendte skråflater som samvirker med de førstnevnte skråflater slik at en aksiell bevegelse av hylsen vil bevirke en radiell bevegelse av skjærelementene utad til kontakt med borehullsveggen.

Fra US-PS 1.844.371 er det kjent et rømmingsverktøy hvor det benyttes stabilisatorer.

Særlig fordelaktig kan ifølge oppfinnelsen et felles aktivatorsystem benyttes for de med hensyn på ekspanderingen likt oppbyggede underrømmere og ekspanderbare stabilisatorer.

Særlig fordelaktig kan det for underrømmeren og for de ekspanderbare stabilisatorer benyttes en boreslamdrevet aktivator. En særlig gunstig utførelsesform er en hvor den boreslamdrevne aktivator innbefatter en boreslamdreven dobbeltvirkende hydraulikksylinder med ulikt stempelareal. Særlig fordelaktig kan da det minste stempelareal være påvirkbart av rør-slamtrykket mens det største stempelareal er vekselvist påvirkbart av rør-slamtrykket og ringrom-slamtrykket. Årealforskjellene avstemmes slik at riktig aktiveringskraft oppnås når ringromtrykket virker på det store stempelarealet. Når utstyret skal passifiseres eller stå passivt skal det være rørtrykk på begge sider av stempelet. Det er således kun trykket på den ene siden av stempelet man trenger å manipulere. Denne manipulering begrenser seg til å skifte mellom rør- og ringromstrykk. Ifølge oppfinnelsen kan det i denne forbindelse på enkel måte benyttes en toveis-ventil for valgvis pådrag av rør-slamtrykket og ringrom-slamtrykket, hvilken ventil styres av et elektrisk pådrag som igjen er styrt av en mikroprosessor som handler etter ordre fra boredekk hvorfra det sendes egnede koder. Sendes det pulskoder så kan disse fanges opp av en trykksensor tilkoplet mikroprosessoren eller det sendes koder i form av turtallsvariasjoner som kan fanges opp av et akselerometer tilkoplet mikroprosessoren. Mikroprosessoren vil gjenkjenne den enkelte kode og iverksette den handling som svarer til koden. Aktiveringen av underrømmer og stabilisatorer kan således iverksettes av en felles eller av hver sin bestemte kode. Fordi man kan operere med et ubegrenset antall koder kan man sette flere underrømmere og stabilisatorer i serie og operere disse uavhengig av hverandre. Dersom det på grunn av feil ikke er mulig å manipulere trykket i den hydrauliske sylinder kan passifisering oppnås ved å stoppe sirkulasjonen. Trykket vil da bli likt på begge sider av stempelet.

Hensiktsmessig kan underrømmeren innbefatte en f jaer som pådrar den slamdrevne hydraulikksylinder til deaktiveringsstilling. Særlig hensiktsmessig kan det i denne forbindelse være anordnet en enveis-ventil mellom borehullets ringrom og det kammer i hydraulikksylinderen som har det største stempelareal. Derved hindres hydraulisk låsing, fordi enveis-ventilen vil la slammet strømme inn i kammeret med største stempelareal.

Særlig fordelaktig kan innløpet for ringromslammet utrustes med en sil som hindrer partikler i dette slammet i å komme inn i ventiler og aktiveringssylinder.

Særlig fordelaktig ifølge oppfinnelsen kan de ekspanderbare elementer være i form av klosser eller vinger som har glideanlegg mot en respektiv føring med stigning radielt voksende i aksiell retning.

Konstruksjonen vil være slik at dersom rømmingsklossene eller stabilisatorvingene støter på en kant under uttrekking, vil de krefter som da oppstår bidra positivt til passifisering av utstyret. Denne utformingen utnyttes også ved aktivering fordi den lar kontaktkreftene mellom kutterkloss eller stabilisatorvinge og borehullvegg bidra positivt til at utstyret kommer i aktiv stilling.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det også en innretning for aktivering av et verktøy nede i et borehull, eksempelvis en underrømmer, hvilken innretning er utformet for innkopling i en rørstreng og innbefattende to rørformede legemer som er glidbart sampasset, med det ene rørformede legeme inne i det andre rørformede legeme, hvor det indre rørformede legeme har rundt omkretsen fordelte utadvendte skråflater og det ytre rørformede legeme har rundt omkretsen fordelte åpninger hvori det er plassert elementer som har innadvendte skråflater som samvirker med de førstnevnte skråflater slik at en relativ aksialbevegelse av de to rørformede legemer bevirker en radiell bevegelse av elementene utad til kontakt med borehullsveggen, hvilken innretning ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det indre rørformede legeme er utformet for innkopling i rørstrengen, at det ytre rørformede legeme er utformet som en glidbar del, og at det på det indre rørformede legeme er utformet en omgivende flens hvis radielle endeflater har ulike areal, hvilken flens sammen med det indre rørformede legeme -og det ytre rørformede legeme eller en hylsedel festet til det ytre rørformede legeme avgrenser to trykkammere.

For retting av en rense/kjølemediumstrøm mot rømmingselement-enes kuttesider kan det fordelaktig i det ytre rørlegeme munne ut dyser for retting av en slik mediumstrøm mot kuttesiden. Fordelaktig kan det ytre rørlegemes hulrom være tilordnet en ventil for gjennomslipping av ren borevæske, hvilken ventil påvirkes og holdes åpen av en kam på undersiden av et ekspanderbart element når dette befinner seg i en mellomstilling (mellom helt ute og helt inne).

Særlig fordelaktig kan rømmingselementene være utrustet med skjær eller abrasiver innbakt i en matrix hvor det aktive materiale er industrielt fremstilt diamant, naturlig diamant og/eller et keramisk materiale, eller med andre ord alle typer pr. idag kjente eggmaterialer for avvirkning av berg og sedimenter.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. la, lb,

2a,2b og 2c viser et system for underrømming av horisontale og høyavviks-borehull, på skissen vist som en variabel stabilisator (fig. la), en underrømmer (lb-2c) og en fast stabilisator (fig. lb og 2b) i form av separate enheter, i henholdsvis deaktivert (fig. lb) og og aktivert (fig. 2b)

stilling,

fig. 3 viser et halvsnitt gjennom selve under-rømmeren ifølge oppfinnelsen (som i prinsipp er lik med stabilisatoren med unntak av utformingen av rømmingselementene og tilstedeværelsen av en dysestrøm), i

aktiv stilling,

fig. 4 viser et halvsnitt gjennom utførelsen i

fig. 3 i en mellomstilling,

fig. 5 viser underrømmeren i fig. 3 i en passiv stilling,

fig. 6 viser et perspektivriss av den i fig. 3

viste underrømmer,

fig. 7 viser et tilsvarende perspektivriss av underrømmeren, tilsvarende den i fig. 5

viste stilling,

fig. 8 viser et rørlegeme som inngår i underrøm-meren i fig. 3-7,

fig. 9 viser et perspektivriss av et sylinderhus som inngår som en komponent i underrømmeren

i fig. 3-7,

fig. 10 viser et perspektivriss av et ytre rørlegeme som inngår som en komponent i

underrømmeren i fig. 3-7, og

fig. 11 viser et perspektivriss av et rømmings-element som inngår som en komponent i underrømmeren i fig. 3-7.

I fig. la-2c er den prinsippielle oppbygging av et under-rømmersystem ifølge oppfinnelsen vist rent skjematisk i halvsnitt i et borehull, idet fig. la og lb viser underrøm-meren og stabilisatoren i en passiv stilling i et ennå ikke opprømmet borehull, mens fig. 2a-c viser underrømmeren og stabilisatoren i en aktiv stilling, hvor en del av borehullet er opprømmet.

I fig. la-2b er borehullsveggen betegnet med 1, og i fig. 2b er en opprømmet borehullseksjon betegnet med 2. Gjengeforbindelsen 3' utgjør forbindelsen mellom en variabel stabilisator 6 og underrømmer 7, mens gjengeforbindelsen 3" utgjør forbindelsen mellom underrømmeren 7 og en fast stabilisator 5. Den variable øvre stabilisator 6 og underrømmingsseksjonen

7 har samme prinsippielle oppbygging eller basisoppbygging. Underrømmingsseksjonens utførelse skal forklares nærmere, med særlig hensvisning til fig. 3-11. I den grad intet annet sies, gjelder tilsvarende for den konstruktive oppbygging av den variable stabilisator 6. Det i fig. lb-2c skjematisk viste underrømmersystem er vist som en enhet, men i realiteten er underrømmeren satt sammen av rørseksjoner av den type som er vist i fig. 3-7, idet stabilisatoren 6 som nevnt har samme oppbygging, med unntagelse av selve de ekspanderbare klosser eller vinger, som ikke har skjær eller abrasive elementer i stabilisatoren og betegnes som ekspanderbare stabilisatorvinger 18'. Dysene 20 med tilhørende kanal 21 inngår heller ikke i stabilisatoren.

Den i fig. 6 og 7 i perspektivriss viste underrømmer seks jon har et indre rørformet legeme 8 som vist i fig. 8. Dette legeme er som det fremgår av halvsnittene i fig. 3-5, bygget opp av to sammenskrudde rørdeler 8',8". På rørdelen 8' er det utformet en flens 9 med en øvre radiell ringflate 10 og en større nedre radiell ringflate 11. Denne flens 9 virker som et stempel i en dobbeltvirkende hydraulikksylinder, hvis sylinderhus dannes av et på rørdelen 8' glidbart sylinderhus 12. Dette sylinderhus 12 er skrudd sammen med et ytre rørformet legeme 13 som er glidbart montert på på det indre rørformede legene 8, dvs. både på rørdelen 8' og 8", slik det fremgår av fig. 3-5.

Det indre rørformede legeme 8 er som nevnt vist i perspektivriss i fig. 8, mens sylinderhuset henholdsvis det ytre rør-formede legeme er vist i perspektivriss i henholdsvis fig. 9 og 10.

På legemet 8, nærmere bestemt på rørdelen 8" er det utformet skråflater 14,15. Disse danner føringer eller føringsflater som har stigning radielt voksende i aksiell retning bakover mot borehullets begynnelse. I legemet 13 er det åpninger 16, fremkommet ved sammenkoplingen av legemet 13 med sylinder-husets 12 utvidede koplingsparti 17. I disse åpningene er det plassert rømmingselementerr 18". Disse elementene 18'' glir langs de skråstilte flater 14,15. Som vist har skråflåtene og elementene svalehale-glideforbindelse. Åpningene 16 i det andre rørformede legeme 13 er utført og dimensjonert slik at elementene 18" bare kan bevege seg radielt relativt legemet 13. Ved relativbevegelse mellom legemet 8 og den av sylinderhuset 12 og legemet 13 dannede enhet vil skråflatene 14,15 forskyves relativt de i legemet 13 i aksialretning fastholdte elementer 18", og derved vil elementene beveges radielt inn-over henholdsvis utover, fra en aktiv underrømmingsstilling som vist i fig. 3 og til en passiv stilling som vist i fig. 5 og omvendt.

Elementene 18" har skjær 19 og for kjøling av disse sendes det en strøm av rense/kjølemiddel gjennom dyser 20. Denne mediumstrøm går ut fra dysene 20 bare i den aktive fase, idet tilførselen av medium skjer gjennom radielle kanaler (26) hvortil forbindelsen brytes når legemet 13 beveges nedover til passiv stilling, slik det er vist i fig. 3-5.

Hulrommet i legemet 13 renses i utførelseseksemplet med ren borevæske under aktivering og deaktivering ved at en ventil 22 holdes åpen av en kam 23 på undersiden av elementet når den befinner seg i et område mellom helt inne eller helt ute. Kammen 23 dannes i realiteten av undersiden av elementet, idet det der er utformet et innhakk 23' og en utskjæring 23".

Sylinderhuset 12 påvirkes av en fjær 24, se fig. 1 og 2. Denne fjær er ikke inntegnet i fig. 3,4 og 5. Fjæren 24 virker mot sylinderhuset 12 og bidrar til deaktivering. For å hindre hydraulisk selvlåsing er det kammer i sylinderhuset 12 hvor den største stempelringflate 11 befinner seg, tilordnet en enveis-ventil 25 som lar boreslam strømme inn i kammeret. Kammeret er forøvrig tilordnet en toveis-ventil 26 for boreslam. Denne ventil styres av en elektrisk anordning 27 som igjen er styrt av en mikroprosessor 28. Denne mikroprosessor handler etter ordre fra boredekk hvorfra det eksempelvis kan sendes pulskoder. Styresystemet er vist detaljert bare i fig. 2, hvor 29 er en trykktransduser, 30 er en forsterker, 31 er en batteripakke, 32 er en A/D-konverter og 33 er en forsterker .

I fig. la-2a er rørtrykket betegnet med Pp og ringromtrykket er betegnet med Pa. På den siden av stempelet 9 hvor den mindre stempelringflate befinner seg, pådras den hydrauliske sylinder således med rørtrykk, mens den større stempelringflate llkan pådras med rørtrykk eller ringromtrykk. Akti-ver ingssystemet betjenes således bare ved manipulering av trykket på den større stempelflate 11. En sil for ringrom-. slammet er betegnet med S.

Som nevnt har stabilisatoren 6 samme basisoppbygning som underrømmeren 7 og virker derfor på samme måte når det sendes en pulskode fra boredekk.

Flere underrømmere kan settes i serie, med mulighet for uavhengig operering, fordi man kan operere med et ubegrenset antall koder som gjenkjennes av den respektive mikroprosessor. I en borestreng kan det således benyttes flere sett. Disse sett kan aktiveres og deaktiveres uavhengig av hverandre og innenfor hvert sett kan den enkelte enhet aktiveres og deaktiveres uavhengig av de andre ved at den har sine egne koder, eller alle enhetene kan opereres i fellesskap ved at det benyttes et felles kodesett.

Claims

1. Anordning for utvidelse av borehull, særlig til bruk i horisontale eller høyavviks-borehull, bestående av et eller flere utvidelsesverktøy med ekspanderbare skjær koplet i serie med en eller flere stabilisatorer, karakterisert ved at det er anordnet en stabilisator (5,6) både foran og bak en underrømmer (7), hvorav minst den ene stabilisator har ekspanderbare stabilisatorfinner.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved et felles aktivatorsystem (12,13) for den/de med hensyn på ekspanderingen likt oppbyggede underrømmer (7) og ekspanderbare stabilisator(er) (6).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved en boreslamdrevet aktivator (12,13) for de ekspanderbare elementer (18',18") i underrømmer og de ekspanderbare stabilisatorer.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at den boreslamdrevne aktivator innbefatter en boreslamdreven dobbeltvirkende hydraulikksylinder (9,12) med ulikt stempelareal (10,11).

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det minste stempelareal (10) er påvirkbart av rør-boreslamtrykket (Pp) og det største stempelareal (11) er vekselvist påvirkbart av rør-boreslamtrykket (Pp) og ringrom-boreslamtrykket (Pa).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved en toveis-ventil (26) for valgvis pådrag av rør-boreslamtrykket og ringrom-boreslamtrykket, hvilken ventil styres av et elektrisk pådrag (27) som igjen er styrt av en mikroprosessor (28) som handler etter ordre fra boredekk hvorfra det sendes koder.

7. Anordning ifølge et av kravene 4-6, karakterisert ved en fjær (24) som pådrar den boreslamdrevne hydraulikksylinder (12) til deaktiveringsstilling.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved en enveis-ventil (25) mellom borehullets ringrom og det kammer i hydraulikksylinderen som har det største stempelareal (11).

9. Anordning ifølge krav 3-8, karakterisert ved en sil (5) i innløpet for ringromslammet (Pa).

10. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at de ekspanderbare elementer er i form av klosser/vinger (18',18") som har glideanlegg mot en respektiv føring (14,15) med stigning radielt i aksiell retning.

11. Innretning for aktivering av et verktøy nede i et borehull, eksempelvis en underrømmer, hvilken innretning er utformet for innkopling i en rørstreng og innbefattende to rørformede legemer (8,13) som er glidbart sampasset, med det ene rørformede legeme (8) inne i det andre rørformede legeme (13), hvor det Indre rørformede legeme (8) har rundt omkretsen fordelte utadvendte skråflater (14,15) og det ytre rørformede legeme (13) har rundt omkretsen fordelte åpninger (16) hvori det er plassert elementer (18',18'') som har innadvendte skråflater som samvirker med de førstnevnte skråflater (14,15) slik at en relativ aksialbevegelse av de to rørformede legemer bevirker en radiell bevegelse av elementene (18',18'') utad til kontakt med borehullsveggen, karakterisert ved at det indre rørformede legeme (8) er utformet for innkopling i rørstrengen, at det ytre rørformede legeme (13) er utformet som en glidbar del, og at det på det indre rørformede legeme (8) er utformet en omgivende flens (9) hvis radielle endeflater (10,11) har ulike areal, hvilken flens (9) sammen med det indre rørform- ede legeme (8) og det ytre rørformede legeme (13) eller en hylsedel (12) festet til det ytre rørformede legeme (13) avgrenser to trykkammere.

12. Innretning ifølge krav 11, hvor elementene (18',18'') er skjærelementer (rømmingselementer ), karakterisert ved i det ytre rørlegeme (13) anordnede dyser (20) for retting av en rense/kjølemediumstrøm mot elementenes (18") kuttesider.

13. Innretning ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at det ytre rørlegemes (13) hulrom er tilordnet en ventil (22) for gjennomslipping av ren borevæske, hvilken ventil påvirkes og holdes åpen av en kam (23) på undersiden av et ekspanderbart element når dette befinner seg i en mellomstilling (mellom helt ute og helt inne).

14. Innretning ifølge et av de foregående krav 11-13, hvor elementene er skjærelementer (rømmingselementer), karakterisert ved at elementene (18") er utrustet med skjær (19) eller abrasiver innbakt i en matrix hvor det aktive materiale er industrielt fremstilt diamant, naturlig diamant og/eller et keramisk materiale.