NO20110901A1 - Modifisering av ekspansjonskrefter ved a pafore trykk - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for å utvide et rør i et borehull, røret har øvre og nedre ende, systemet består av a) å påføre en trykkbelastning på den øvre enden av røret, og b) ved å bevege ekspansjonsenheten relativt til røret samtidig som trykkbelastningen opprettholdes. Trinn a) kan innbefatte å la en vekt hvile på den øvre enden av røret eller ved å påføre hydraulisk trykk på den øvre enden av røret. Den nedre enden av røret kan ligge an mot formasjonen før trinn b) eller som et resultat av trinn b).

Description

MODIF1SERJNG AV EKSPANSJONSKREFTER VED TRYKKTILFØRSEL

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse gjelder generelt et system og en fremgangsmåte for å ekspandere et ekspandcrbart foringsror i et borehull. Nærmere bestemt omhandler foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter for å redusere tilførselen av ekspansjonskrefter som kreves for å ekspandere foringsroret.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Når ct borehull er opprettet, er konvensjonelt en rekke av foringsror installert i borehullet for å hindre kollaps av veggen i borehullet og for å hindre uønsket utstrømming av borevæske inn i formasjonen, eller tilførsel av væske fra formasjonen inn i borehullet. Borehullet er boret i intervaller der en kappe som skal installeres i en lavere borehullintervall senkes gjennom et tidligere installert foringsror i ct ovre borehullsintervall. Som en konsekvens av denne prosedyren har foringsroret i nedre intervall vanligvis en mindre diameter enn foringsroret i det ovre intervallet. Foringsrorene er dermed i en innkapslet ordning der foringsrordiameteren er minkende nedover. Sement er vanligvis anordnet mellom de ytre flatene på foringsrorene og borehullsveggen for å forsegle foringsrorene mot borehullsveggen.

Som en konsekvens av dette innkapslede arrangementet, er en relativt stor borehullsdiametcr nødvendig ved ovre del av borehullet. En stor borehullsdiameter innebærer økte kostnader på grunn av tungt foringsrorhåndteringsutstyr. store borekroner og økte volumer av borevæske og borekaks. I tillegg kan foringsrørets diameter som er nødvendig ved bunnen av hullet ikke takle nodvendig forbruk av borevæske. Derfor kun det være onskelig å utvide diameteren på en eller flere strekninger av foringsroret for derved å redusere diameterreduksjonen(e) som ellers ville være nodvendig. Utvidbare foringsror er kjent på området.

Å utvide diameteren av et øvre foringsrørintervall tillater lavere foringsrørintervaller å ha større diameter, siden større deler av røret går gjennom det utvidede øvre foringsrorintervallei. Utvidelse av foringsroret kan ved en teknikk, oppnås ved å sende en dor gjennom foringsroret. Doren har typisk frustokonisk form og har en diameter storrc enn foringsrørets uekspanderte diameter. I en bunn-opp teknikk, er doren

vanligvis plassert i bunnen av foringsrorinlcrvallet før loringsrorintcrvallel er sali inn i borehullet. I noen tilfeller kan det utvidbarc foringsroret bli senket ned i borehullet på doren. Etter at foringsroret og doren er plassert inne i borehullet, trekkes doren oppover gjennom det uekspanderte foringsroret, og dermed utvides foringsroret.

Hvis det utvidbare foringsroret hviler på og støltes av doren, vil påføring av en oppadrettet kraft på doren fore til at foringsroret beveger seg oppover. I andre tilfeller vil foringsroret ikke stoltes på doren, men den tilgjengelige oppadrcttedc kraften på doren er tilstrekkelig til å overvinne ekspansjonskraften som kreves for å sette i gang radial utvidelse av foringsroret. I begge tilfeller er det ønskelig 3 redusere ekspansjonskra<g>en som kreves.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De følgende figurene utgjor en del av den foreliggende beskrivelsen og er tatt med for ytterligere å vise bestemte aspekter ved den foreliggende oppfinnelse, og skal ikke brukes til å begrense eller definere gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse. Følgelig vil det fås en mer komplett forståelse av foreliggende utforelseslbrmer. og ytterligere trekk og fordeler bli forstått ved å henvise til folgcndc beskrivelse sett i sammenheng med de medfølgende tegninger, hvor: FIG. 1 er et skjematisk diagram som viser et system For å utvide el ror ifølge en utførclsesform av den foreliggende oppfinnelse; FIG. 2 er et skjematisk diagram som viser et annet system for ekspansjon av et rør, i folge en andre utførclsesform av oppfinnelsen: FIG. 3 er cl skjematisk diagram som viser enda et nytt system for å utvide et rør, ifølge en tredje utførelsesform av oppfinnelsen; FIG. 4 er ct skjematisk diagram som viser enda et nytt system for å utvide et rør. ifølge til en fjerde utførelsesform av forliggende oppfinnelse, og FIG. 5 er et skjematisk diagram som viser enda el nytt system for å utvide et rør, ifølge en femte utførelsesform av oppfinnelsen.

Det er bør bemerkes at figurene bare viser bestemte utførelsesfonncr av den foreliggende oppfinnelse og derfor ikke må ses på som begrensning av omfanget av den foreliggende oppfinnelsesgjcnstand. Som del fremgår av oppfinnelsesgjenstanden beskrevet i kravsetlet. om fatter oppfinnelsen også andre like effektive utforclsesformcr.

Det må forstås at figurene ikke er i riktig skalering og er ikke ment å illustrere størrelsen eller relative størrelser av elementene. I tillegg er konseptene her illustrert med hensyn til et vertikalt borehull, men er like gjeldene for buede, skrå og ellers ikkc-vertikalc borehull.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORM ER

Med henvisning til FIG. I, er et forste foringsror 124 plassert inne i et borehull 126 i en formasjon 128. Dersom brønnen er offshore, er borehull 126 boret fra en rigg som hviler på havbunnen, en llytende rigg. eller andre fartøy. I så fall. et stigerør 132. bestående av el langt stålror fra havbunnen til et fartøy på overflaten, slik at boreslam kan pumpes inn i borehull 126 og tilbake til overflaten.

Som kjent innen området, første foringsror 124 har en ovre ende 134. som kan være festet til borehullet ved å fylle ringrommet mellom første foringsror 124 og formasjonen 128 med sement. Øvre enden 134 kan være koblet til en blow-out preventer (BOP) 138. som kan bli stengt i tilfelle overskytende formasjonstrykk truer med å blåse ut brønnen. 1 vanlig drift, fortsetter en boringssyklus til ønsket dybde er nådd. hvorpå boret er fjernet og førsle foringsror 124 er senket ned i borehullet. Første foringsror 124 er da utvidet og / eller sementert, hvis ønskelig. Boret blir deretter gjeninnsatt i borehullet 126. gjennom forste foringsror 124. og en andre boringssyklus begynner og fortsetter til neste ønskede dybde er nådd. Boret fjernes igjen, og el andre foringsror 140 settes inn gjennom første foringsror 124 og inn i borehull 126. Den ytre diameteren på andre foringsror 140 er mindre enn innvendig diameter på forste foringsror 124. som gir en klarering ettersom andre foringsror 140 er gåtl gjennom første foringsror 124. Foringsror 140 har en ovre ende 144 og en nedre ende 146.

Dersom det er ønskelig, kan andre foringsror 140 utvides, og boringsyklusen kan fortsette gjennom første foringsror 124 og andre foringsror 140. Vanligvis vil en eller flere intervaller av innfatninger allerede være plassert i borehull 126 for andre foringsror 140 er plassert i borehull 126.

Utvidelse av foringsror 140 kan utfores ved å trekke en ekspansjonskon 102 oppover gjennom foringsror 140. Alternativt, kan utvidelsen skje ved å sette inn en hydraulisk ekspansjonsenhet som gir en radial ekspansjonkraft og blir flyttet trinnvis giennom foringsror 140. Uansett hvordan utvidelsen er gjennomført, er det nodvendig å overvinne flytegrense på røret for å deformere del til sin utvidede diameter.

Ekspansjonskon eller dor 102 inkluderer fordelaktig en smal del 104 som kan passe i foringsror 140 og en bred del 106 som har en større diameter enn 140 foringsror Den brede delen 106 har fordelaktig en diameter som er mindre enn den innvendige diameter til første foringsror 124. slik at dor 102 kan bli fjernet fra innfatningen og trukket opp til overflaten etter utvidelsen av foringsror 140.

Dor 102 er fortrinnsvis suspendert fra en borestreng 154 eller annen slyringsstreng. som er kjent på området, som går gjennom foringsror 124 og foringsror 140. Ved passering gjennom foringsror 140. vil dor 102 plastisk deformert foringsror 140 radielt utover, og dermed øke den indre diameteren (og. som regel, den ytre diameteren) av foringsror 140.

I folge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, er en trykkmekanisme 114 på fort foringsror 140 for å forenkle utvidelsen av foringsror 140. For eksempel, i utførelses formen vist i FIG. 1. kan et ballaslrør 120 inkluderes i den øvre enden av andre foringsror 140. Ballaslrør 120 forblir fordelaktig i første foringsror 124 når andre foringsror 140 er senket til ønsket dybde. Vekten av ballast ror 120 påfører en nedadgående Irykkkraft på den øvre enden av foringsror 140. Vekten av ballast ror 120 og vekten pa foringsror 140 i seg selv resulterer i en kombinert aksiell kompresjonsbelastning ved bunnen av foringsror 140.

Det er funnet at påføring av aksiell kompresjonsbelastning til et utvidbart rør reduserer radial ekspansjonskraft som er nodvendig for å plastisk deformert røret. Derved vil bruk av et ballastror 120 i den øvre enden av foringsror 140 resulterer i en reduksjon av den nødvendige ekspansjonskraften. Når foringsror 140 hviler på dor 102. vil den ekstra vekten av ballaslrør 120 også resulterer i en okt ekspansjonskraft fra ekspansjonskonet til foringsroret 140. Derfor, hvis nodvendig blir ekspansjonskraften redusert og påført ekspansjonskraft okcs til de to blir like, anvendelse av en ballast ror eller annet belastningsutstyr til den ovre enden av foringsror 140 kan brukes til å initiere radial utvidelse av foringsror 140. Selv om foringsror 140 ikke hviler på dor 102, for eksempel i tilfeller der foringsror 140 hviler på borchullbunncn. vil den ekstra vekten av ballastror 120 fortsatt resulterer i en reduksjon av den nødvendige ekspansjonskraften. Dermed er bruken av el ballastror eller annet belastningsutsyr fordelaktig uavhengig av om foringsror 140 er støttet på ckspansjonsutstyret og uavhengig av om ekspansjonsutstyret beveger seg oppover eller nedover gjennom foringsror 140.

Under ekspansjon, vil foringsror 140 ha en utvidet del 156 og en ikke-utvidet del 158. Ettersom dor 102 fortsetter å bli trukket oppover fra den nedre enden 146 mot ovre enden 144. vil ekspansjonsdel 156 forlenges til del ikke er noe igjen av uekspanderte del 158. Dor 102 er fortrinnsvis tilstrekkelig smal til å passere gjennom forste foringsror 124 og hentes fra overflaten når den trekkes oppover av et rørstreng eller annet utstyr 154.

Det bor bemerkes at dor 102 ikke trenger bevege seg oppover relativt til andre foringsror 140; nedadgående bevegelse forventes også. På samme måte. og som omtalt nedenfor, kan foringsror 140 bli skjovct nedover utenpå dor 102. eller begge elementer kan bevege seg samtidig i forhold til borehullet. Dessuten kan radial ekspansjonskraft påføres foringsror 140 ulen bruk av en dor. for eksempel gjennom bruk av hydraulisk trykk eller mekanisk kra fl. Om ønskelig, kan også eksplosiver eller hoylrykks-kjemiske reaksjoner alternativt brukes til å flytte dor 102 gjennom roret.

FIG. 2 er en skjematisk diagram som viser el annet system for å utvide et ror, og inkluderer minst ett aspekt av denne oppfinnelsen. De ulike elementene vist i FIG. 2 er liklallhenvisnigene til elementene i FIG. 1. Allikevel, som vist i systemet i FIG. 2. kan ballasten som er vist som en separat enhet 120 i FIG. 1 i stedet utgjore en del av foringsror 140. For eksempel vil foringsror 140 skyves hell gjennom første foringsror 124 til en ønsket del 142 er under foringsror 124. Andelen 143 av foringsror 140 som ligger innenfor foringsror 124 fungerer som en veki som hviler på den nedre delen 142 av foringsror 140. Som beskrevet ovenfor, vil vekten av øvre del 143 øke trykkkraft. redusere nodvendig ekspansjonskraft, og kan øke påført ekspansjonskraft i nedre del 142. I denne utførelses formen, er det foretrukket å fremskaffe midler, som er kjent på området, for skille den delen av roret som fungerer som ballast fra resten av røret, slik at ballasten kan fjernes fra borehullet.

Det vil bli forstått at flere andre mekanismer for å gi vekt eller ballastror kan brukes. For eksempel kan ballastrorel ha en diameter som er ulik diameteren på foringsror 140. med del resultat at ballastrøret ikke kan hvile direkte på foringsror 140. I slike tilfeller, kan vekten av ballastrøret overføres til foringsror 140 ved egnet vektoverforings-mekanisme ved grenseflaten mellom ballastrorel og foringsror 140. Enheter for å koble ballastrøret eller vekt til foringsror 140 innbefatter, men er ikke begrenset til. kroker, knagger, tenner, seler, eller lignende, noe som kan forbinde korresponderende grop. spor. furer eller lignende, eller på annen måte fester foringsror 140. Vekten av ballastror 120 er altså fortrinnsvis støttet til dor 102 har gått hell gjennom den ulvidbare delen 142. hvorpå vekten av ballastror 120 er overført til dor 102 for fjerning fra borehullet.

Selvfølgelig, hvis foringsror 140 er støttet på ekspansjonsutsyret. er del foretrukket al den totale nedadgående kraften ved bunnen av andre foringsror 140 for ikke å være så slor at den overvinner ekspansjonskraften for tidlig, ellers ville foringsror 140 gli ned over doren 102 før den ble senket til ønsket posisjon. Dermed kan ballast enten brukes på den øvre enden av foringsror 140 etter at foringsror 140 har blilt plassert på ønsket aksial posisjon i borehullet, eller ballast kan brukes når foringsror 140 ikke hviler på ckspansjonsenhetcn. I det første tilfellet, vil det bli foretrukket å fremskaffe midler for å hindre det ekspanderte foringsrøeret 140 fra å falle nedover i borehullet, for eksempel ved å sikre al del utvidede foringsroret 140 festes til veggen i borehullet. Alternativt, kan nedre del på den utvidbare delen bli støttet av noe annet enn dor 102. for eksempel kan den utvidbare delen enten hvile på borehullsbunnen eller den nedre delen på utvidbar del har blitt utvidet (ved hjelp av en jekk) og er "satt" mot borehullsveggen. 1 dette tilfellet, gjor den ekstra kompresjonen alene det enklere å ekspandere den utvidbare delen.

Dor 102 kan ha en startvinkel som gir en relativt stor aksial kompresjon og et relativt liten radial ekspansjon til den nedre delen 146 av foringsror 140 idet dor 102 går inn i foringsror 140. Dor 102 kan oeså ha en utvidelsesvinkel som er mer konisk enn startvinkelen. og som gir en relativt liten aksial kompresjon og relativt større radial ekspansjon enn startvinkelen ettersom dor 102 beveger seg gjennom andre foringsror 140. En omvendt situasjon er også mulig: dor 102 kan ha en startvinkel som er svært konisk, og som gir en relativt stor radial ekspansjon og bare en relativt liten aksial kompresjon lii foringsror 140. Dor 102 kan også ha en ekspansjonsvinkel som er gir mer aksial kompresjon og mindre radial ekspansjon enn startvinkelen Dorer med mer enn to vinkler er også vurdert.

Ballastrørl20 kan omfatte ethvert egnet materiale, og trenger ikke være utvidbart. Enhver veki eller annen måle å gi en aksial kompresjon, kraft eller trykk på andre foringsror 140 kan brukes som ballast ror 120. Foringsror 140 er fortrinnsvis fabrikkert av el utvidbart materiale. Dermed bærer dor 102 enkelt ballaslrør 120 ul av borehullet når dor 102 er trukket ut fra brønnen.

FIG. 3 viser et skjematisk diagram med enda cl nytt system for å utvide et rør. De ulike elementene visl i FIG. 3 er lik som tallhenvisningene i FIG. 1 og FIG. 2. Men. som vist i systemet i FIG. 3. kan ballastror 120 erstattes av andre midler for å gi aksial kompresjon på foringsror 140. Om ønskelig, kan for eksempel, en trykkmekanismc 114 som inkluderer en skål formel gjenstand 122 (eller el griperedskap, eller en kile) ved siden av øvre enden 144 av foringsror 140. Påførselen av fluidlrykk bak (over) den skål formede gjenstanden 122 vil medføre at den skål formede gjenstanden 122 omformes mol innsiden av foringsror 124, og danner en forsegling. Yllerligere trykk vil fore den skal fonnet gjenstanden 122 til å hvile på ovre enden 144 av foringsror 140. På denne måten kan den skål formel gjenstanden 122 tilfore en irykkkrafl til overleppen 144 av foringsror 140. og dermed resultere i de samme fordelene som ballastdel 120. Stasjonært mens et oppadrettct trykk eller kraft er påføres underdelen 146 av andre foringsror 140.

Med henvisning til FIG. 4 trykkmekanisme 114 inkluderer en alternativ mekanisme for å gi aksialkompresjon til foringsror 140. I denne utførelsesformen. inkluderer trykkmekanisme 114 første membran 148. som kan være koblet til første foringsrør 124. og en andre membran 150. som kan være koblet til øvre del av 144 av andre foringsror 140. Forste membran 148 er fortrinnsvis ikke koplet til streng 154. En hydraulisk overføringslinje 152 gir rluidtilgang til rommet 159 mellom en forste og andre membran 148. 150. Pumping av fluid gjennom overføringslinje 152 til rommet 159 resulterer i på foring av kompresjonskraft til den ovre enden 144 av foringsror 140. I motsetning til utførelsesform visl i FIG. 3, krever ikke utførelsesformen visl i FIG. 4 al hele volumet av foringsror 124 fylles opp med trykksatt fluid. Hydraulisk overforingslinje 152 kan omfatte en slange eller et annen egnet utstyr, som er kjent på området.

Med henvisning til FIG. 5. trykkmekanismen 114 kan altemativl inneholde en øvre membran 148 som er koblet til dor 102. istedenfor til første foringsror 124. Hydraulisk ovcrføringslinc 152 tilforer fluidlrykk til rommet 159 mellom ovre membran 148 og nedre membran 150. I denne utførelsesformen. vil fluidtrykket presse nedre membran 150 nedover fra førsle membran 148. samtidig som øvre membran presser 148 oppover, og dermed trekker dor 102 oppover gjennom foringsror 140. Øvre membran 148 og nedre membran 150 samarbeider for å tilføre en aksial kompresjonskraft til andre foringsror 140.

I utførelsesform vist på FIG. 4 og til FIG. 5. vil bruk av hydrauliskIrykk fore til økt trykkraft på foringsror 140.

I en implementering, vil den nedadgående trykkraften som påføres foringsror 140 være omtrent lik den oppadgående aksialkraflen som er påført av doren. Følgelig vil den oppadgående aksialkraflen påført av doren og trykkraft i den andre aksiale retningen gi en netto null aksialkraft. slik al den eneste nettokraft på roret er radiell utover. I en annen implementering, vil trykkraften som er påført i andre aksial retning bli vesentlig større enn den oppadgående aksialkraft en som er påført av doren. I dette tilfellet, hvis foringsroret ikke hviler på noe (for eksempel borehullsbunnen). kan nedadgående kraft være tilstrekkelig til å (lytte roret forbi doren. 1 en annen implementering, kontaktes bunnen av roret veggen i borehullet slik at veggen påfører en nedadgående kraft i motsetning til den oppadgående kraften fra doren. I dette tilfellet, letter påført kompresjon utvidelsen ved å redusere den nødvendige ekspansjonskraften. 1 en annen, mindre ønskelig implementering, fører den oppoverrettede aksialkraften som er påført av doren til at doren å bevege seg oppover gjennom roret, samtidig som roret utvides.

I noen utforelsesformer. kan en jekk brukes til å initiere deformasjon (dvs. bevegelse av doren i forhold til roret). Trykkmekanismen bidrar til å oke kompresjonsraften på røret ved ekspansjonspunktet. og dermed redusere ekspansjons(jekke)kraften.

Flere implementeringer og utforelsesformer har med dette blitt beskrevet. Det må allikevel forstås at også andre implementeringer og ulførelscsformer innenfor rammen av denne oppfinnelsen kan benyttes. For eksempel kan doren erstattes med en elektromekanisk enhet (for eksempel en motor) som kan bruke en radialkrafi som er storre enn trykket i borcstrengen, og også større enn vekten av fluidet i brønnen. Den elektromekaniske enheten kan også inkludere en sensor som kan oppdage sprekker eller andre strukturelle problemer i roret, og kan være i stand til å justere en størrelsesorden av radialkraft i samsvar med rørets evne til å opprettholde den radiale kraften uten å skade.

Dermed, selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med referanse til Uere eksemplariske ulførclseslbrmer. må det forstås at ordene som er brukt er ord for å beskrive og illustrere, snarere enn ord for begrensning. Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med referanse til bestemte midler, materialer og utforelsesformer. er oppfinnelsen ikke ment å være begrenset til opplysningene i fremleggelsen, heller, omfatter oppfinnelsen alle funksjonelt tilsvarende strukturer, fremgangsmåter, og anvendelser som er innenfor rammen av vedlagte krav.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å utvide et ror i et borehull hvor. røret har øvre og nedre ende og en ekspansjonsinnrelning plassert under den ovre enden,karakterisert vedat fremgangsmåten om fatter: a) å påføre en trykkbelastning på den ovre enden av røret, og b) ekspandere roret ved å bevege ekspansjonsenheten mot den øvre enden av røret samtidig som nevnte trykkbelastning opprettholdes.

2. Fremgangsmåte i følge krav I. hvor trinn a) innbefatter å la en vekt hvile på den ovre enden av røret.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1. hvor trinn a) innbefatter å påforc hydraulisk trykk på den ovre enden av roret.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3. hvor trinn a) innbefatter dannelse en bevegelig fluidforsegling over den øvre enden av røret og påførscl av lluidtrykk over forseglingen slik at forseglingen hviler på den øvre enden av røret.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3. hvor trinn a) innbefatter dannelse av et hydraulisk kammer over den øvre enden av røret og påforsel av lluidtrykk i kammeret, slik at kammeret hviler på den øvre enden av røret.

6. Fremgangsmåten ifolge krav 5. hvor ekspansjonsenheten er en dor og påforsel av et fluidtrykk til kammeret også medfører at doren beveger seg relativt i forhold til røret.

7. Fremgangsmåten ifolge krav 1. innbefatter videre trinnet å la formasjonen ligge an mot den nedre enden av roret før trinn b).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7. hvor den nedre enden av roret ikke ligger an mot formasjonen for trinn b).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8. hvor den nedre enden av røret ligger an mot formasjonen som folge av trinn b).

10. Fremgangsmåten ifolge krav 7. innbefatter videre trinnet å hvile roret på bunnen av borehullet lør trinn b).