NO310631B1 - Anordning og fremgangsmåte for fresing av brönnforingsrör - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for fresing av foringsrøret i en brønnboring, der anordningen omfatter en borestreng som går ned i brønnboringen; innretninger for å rotere borestrengen i en første rotasjonsretning fra et punkt utvendig av brønnboringen; og en brønnhull-enhet koplet til borestrengen, samt en fremgangsmåte ved desintegrering av et brønnforingsrør omfattende nedkjøring i brønnens foringsrør på en borestreng, en brønnhull-enhet omfattende en motor med en utgangsaksel og et freseverktøy forbundet til utgangsakselen fra motoren.

Det er godt kjent innenfor boreindustrien, og særlig innenfor olje- og gassboreindustrien, å beskytte borehuller med en stålforing som er kjent som et "casing"

(foringsrør). Fra tid til annen er det nødvendig å erstatte alle eller deler av slike foringsrør. Mens det av og til kan være mulig å fjerne store foringsrørseksjoner intakt, innses det at under visse omstendigheter kan foringsrøret kun fjernes ved fresing. Fresing blir utført ved å kjøre et verktøy med passende frese-tildanninger ned i foringsrøret på en rørstreng, og rotere strengen for å rotere verktøyet og dermed frese bort materialet av foringsrøret.

Typiske freseverktøy er vist i US-A-4717290; EP-A-231989, EP-A-266484 og EP-A-385673.

Et godt kjent problem som opptrer under freseoperasjoner av denne type er at metallsponet dannet ved det utfreste foringsrørmaterialet innbefatter lange strenger som ikke lett kan renses fra freseverktøyet med vanlige slamskyllingsteknikker. Disse lange strenger er tilbøyelig til å danne "fuglereir" som kan hemme virksomheten til freseverktøyet og, i ekstreme tilfeller, forårsake forkiling av freseverktøyet og resten av freseenheten.

Med tanke på å redusere så mye som mulig den uønskede fuglereir-effekt referert til ovenfor, er det erkjent å være en ønskelig karakteristikk under freseoperasjoner for sponet som dannes å være i form av korte strenger eller spon. For å fremme dannelsen av korte strenger og spon har betraktelig arbeid blitt brukt for å utforme eller konstruere freseutforminger som har en iboende tendens til å frembringe korte strenger med spon. I tillegg er det erkjent at som en hovedregel tenderer størrelsen på de produserte spon å bli redusert etterhvert som rotasjonshastigheten på freseverktøyet øker for en gitt belastning (vekt) på verktøyet. Således, med tanke på å holde sponstørrelsen til et minimum er det erkjent at freseverktøyet skal utformes til å produsere små spon ved en optimal høy driftshastighet og at verktøyet skal roteres ved denne høye driftshastighet. Uheldigvis garanterer ikke rotasjon av den øvre ende av en lang rørstreng ved en konstant og forholdsvis høy hastighet ikke at et freseverktøy, som kan befinne seg flere tusen meter fra rotasjonsbordet som roterer rørstrengen, vil rotere ved en jevn høy rotasjonshastighet. Nærmere bestemt vil variasjoner i matningsgraden og karakteristikker for foringsrøret som blir frest frembringe en variabel motstand på freseverktøyet. Dersom f.eks. freseverktøyet blir utsatt for en brå økning i matebelastningen eller brått påstøter en diskontinuitet i foringsrørmaterialet, kan fresebladene tendere til å grave inn og frembringe en brå økning i motstanden i freseverktøyet for rotasjon. Dette vil sakke ned rotasjonshastigheten for freseverktøyet og den fortsatte rotasjon av rotasjonsbordet vil deretter tendere til å vri borestrengen inntil det resulterende økende vridningsmoment påført freseverktøyet gjør at verktøyet kan overvinne den økede motstand. Borestrengen vil deretter tendere til å vikle seg ut hurtig for å avlaste den oppbygde vridning som skyldes en brå økning i rotasjonshastigheten på boreverktøyet. Denne situasjon er gjort verre ved det faktum at freseverktøyet vanligvis vil være satt sammen med stabilisatorer og andre komponenter som tenderer til å slepe mot foringsrøret og vil således bidra til en variabel motstand mot rotasjon. Denne situasjon er gjort enda verre ved det faktum at et forsøk på å rotere rørstrengen ved en høy hastighet for å frembringe den nødvendige høye driftshastighet for freseverktøyet vil øke friksjonsmotstanden indusert ved inngrep av produksjonsrøret og brønnenheten med foringsrøret og dermed ytterligere bidra til variasjoner i det faktiske freseverktøys rotasjonshastighet.

Selv om en borestreng har blitt rotert ved en nominelt, konstant hastighet med rotasjonsbordet på en borerigg, kan således rotasjonshastigheten på et freseverktøy, forbundet til strengen variere fra ingenting og opptil en hastighet som er flere ganger hurtigere enn den nominelle rotasjonshastighet for strengen. Selv om et freseverktøy er virksomt til å frembringe små spon når det kjøres ved en optimal hastighet, kan som resultat samme verktøy intermitterende frembringe lange spon under bruk som skyldes de uunngåelige variasjoner i den faktiske fresehastighet.

Oppfinnelsen angår således en anordning og fremgangsmåte for fresing av brønnforingsrør som angitt innledningsvis, og som har til hensikt å avhjelpe manglene ved den kjente teknikk.

Dette oppnås ved trekkene angitt i karakteristikken til de selvstendige patentkravene 1 og 10.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkravene.

I samsvar med en side ved den foreliggende oppfinnelse minskes eller avhjelpes problemet ovenfor ved å innarbeide innenfor en brønnenhet som innbefatter et freseverktøy og er forbundet til en borestreng, en motor som befinner seg nær inntil freseverktøyet og som er effektiv til å rotere freseverktøyet i forhold til borestrengen i rotasjonsretningen av strengen.

Følgelig vil den faktiske rotasjonshastighet på freseverktøyet være lik med summen av rotasjonshastigheten for strengen straks opp i hullet fra motoren, og rotasjonshastigheten for motoren. Fordi motoren befinner seg forholdsvis nær inntil freseverktøyet er det svært liten variasjon mellom rotasjonshastigheten til freseverktøyet og rotasjonshastigheten til utgangsakselen fra motoren - dvs. det er svært liten mulighet for de intervenerende komponenter å absorbere relativ rotasjon ved torsjonsmessig forskyvning. Selvom rotasjonshastigheten til borestrengen straks opp i hullet fra motoren varierer som et resultat f.eks. av varierende motstand mot rotasjon av borestrengen når strengen roterer, vil således freseverktøyet bli rotert ved en hastighet minst lik med rotasjonshastigheten for motoren til enhver tid, og enhver variasjon i rotasjonshastigheten på freseverktøyet på grunn av variasjoner i borestrengens rotasjonshastighet nær inntil brønnhullenheten vil være i størrelsesorden en forholdsvis liten prosentandel av hastighetsvariasjonen lagt oppå den stort sett konstante rotasjon frembragt av motoren.

Fortrinnsvis er motoren en fluidmotor som kjøres ved fluid pumpet gjennom borestrengen. F.eks. kan motoren være en slammotor med positiv fortrengning drevet av slam pumpet gjennom borestrengen. Slammet, etter at det utgår fra motoren, blir rettet mot å fjerne og rense spon fra fresen og transportere sponet opp ringrommet til overflaten for uttak og fjerning.

En typisk brønnenhet for bruk i en utførelse av den foreliggende oppfinnelse omfatter (fra bunnen til toppen): spissfres, stabilisator (er), foringsrørfres, stabilisator, tverrstykke, slammotor, stabilisator, stråle-rørstykke, borevektrør, boreslager, borevektrør, tverrstykke, tunge borerør, borerør.

Det skal imidlertid forstås at den eksakte oppbygning av brønnhull-enheten kan varieres i samsvar med de bestemte krav for boreoperasjonen.

Stråle-rørstykket er ønskelig siden det tillater en høyere grad av slamstrøm enn den motoren kan nytte fullt bruke og hjelper til ved tilbakestrømning (løfting) av borkaks til overflaten.

I en typisk installasjon kan en borerigg bli benyttet for å rotere en borestreng ved en nominell 70 rpm og med en slamstrømningsgrad som er tilstrekkelig til å kjøre en brønnhull-slammotor og sørge for effektiv rensing av spon. Under disse omstendigheter kan en slammotor som danner del av brønnenheten ha en utgangsaksel som roterer ved 235 rpm i forhold til motorens hus. Ettersom selve huset vil rotere ved en middelverdi på 70 rpm (hastigheten) på rotasjonen til rotasjonsbordet), den totale rotasjonshastighet for utgangsakselen fra motoren, og således rotasjonshastigheten på freseverktøyet, vil ha en middelverdi på 305 rpm. Selvom noe variasjon i denne hastighet vil forekomme som et resultat av varierende motstand på borestrengen når den roterer, bør rotasjonshastigheten for freseverktøyet aldri være mindre enn rotasjonshastigheten til motoren - dvs. aldri mindre enn 235 rpm. Rotasjonshastigheten som angis bør anses som kun typiske for en installasjon. Om ønsket kan høyere eller lavere rotasjonshastigheter utføres ved å variere den nominelle rotasjonshastighet på strengen eller hastigheten på motoren ved passende valg av drivkomponenter.

Selvom ingen støt-rørstykke er inkludert i den foreslåtte enhet, kan en slik rørstuss inngå. Det er imidlertid antatt at lagerenheten og utformingen av motoren kompenserer for støt-rørstykket og oppfører seg på en lignende måte.

Dersom et foringsrør som blir freset er sementert i stilling, utsettes fresingen av

foringsrøret for sement og når fresingen fremskrider vil en sementsøyle bli etterlatt som står over freseverktøyet. Vanligvis blir denne sementsøyle fjernet periodisk for å fjerne den fare at søylen kan falle på toppen av freseenheten og dermed innfange freseenheten i hullet. Vanligvis blir sement fjernet ved en separat kjøring ved bruk av en hull-åpner, krone eller annet verktøy.

En spesiell fordel med den foreliggende oppfinnelse er at et passende sementfjerningsverktøy kan innarbeides i brønnenheten i noe avstand over fresen. F.eks. kan et passende verktøy befinne seg omlag 60 m over fresen. De angitte variasjoner i rotasjonshastigheten for borestrengen ved dette punkt vil ikke ufordelaktig påvirke driften av et typisk sementfjerningsverktøy. Sementborkaks fjernet på denne måte vil sirkuleres ut av hullet med boreslammet og penetreringsgraden vil ikke bli påvirket. Følgelig er behovet for et separat løp for å fjerne sementfoirngsrøret borte.

I en spesielt foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse innbefatter brønnenheten en thruster (varemerke). Dette er et hydraulisk mateverktøy som oppnår en konstant vekt på freseverktøyet og gir således jevn kjøring og optimal penetrering.

Oppfinnelsen vil bedre forstås fra den følgende beskrivelse av en foretrukken utførelse av denne gitt kun som et eksempel, der referanse gis til den vedlagte tegning hvor den enkelte figur viser skjematisk en foretrukken utførelse av en brønnhull-enhet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

o

Det vises til tegningen hvor den illustrerte brønn-enhet 1 ville ved bruk monteres på bunnen av borestrengen. Borestrengen ville, ved bruk bli rotert på vanlig måte for en passende borerigg.

Den øvre komponent av den illustrerte enhet er en boreslager 2 som er forbundet med en eller flere vektrør 3 til et strålerørstykke 4. Som forklart ovenfor tillater stråle-rørstykket 4 at en del av slamstrømmen gjennom borestrengen blir avledet inn i ringrommet som omgir enheten og dermed hjelper til å løfte borkaks og annet rusk og rask til overflaten. Stråle-rørstykket 4 er koplet til en stabilisator 5 med undermål som i sin tur er koplet til en slammotor 6. Slammotoren 6 kan være av enhver egnet konstruksjon og blir drevet med slam levert gjennom borestrengen fra overflaten.

Utgangsakselen fra motoren 6 er koplet med et tverrstykke 7 til en stabilisator 8 som i sin tur er koplet til en foringsrørfres 9. Foringsrørfresen 9 er konstruert til å virke ved en forholdsvis høy rotasjonshastighet for å desintegrere foringsrøret til spon eller korte strenger. Den optimale rotasjonshastighet for foringsrørfresen 9 vil vanligvis være lik med summen av den nominelle rotasjonshastighet for borestrengen og driftshastigheten på motoren 6. Det skal imidlertid forstås at under visse omstendigheter kan det være ønskelig for den optimale rotasjonshastighet for foringsrørfresen 9 å være noe forskjellig fra summen av borestrengshastigheten og motorens driftshastighet.

Fresen 9 er koplet ved stabilisatorer 10 til en spissfres 11 som danner bunnen av enheten.

Med tanke på å minimalisere variasjoner i motstand mot freseverktøyet 9 frembragt av variable matningshastigheter kan enheten, om ønsket, innbefatte et hydraulisk mateverktøy som frembringer en konstant vekt mot freseverktøyet ved bruk av enheten.

Claims (10)

1. Anordning for fresing av foringsrøret i en brønnboring, der anordningen omfatter en borestreng som går ned i brønnboringen; innretninger for å rotere borestrengen i en første rotasjonsretning fra et punkt utvendig av brønnboringen; og en brønnhull-enhet koplet til borestrengen; karakterisert ved atbrønnhull-enheten omfatter en motor med et hus forbundet til borestrengen og en utgående aksel som, under drift av motoren, blir rotert i forhold til huset i den første rotasjonsretning, og et freseverktøy koplet til utgangsakselen fra motoren for fresing av foringsrøret.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter en spissfres som befinner seg i den distale ende av brønnhull-enheten.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter minst en stabilisator montert mellom spissfresen og freseverktøyet for å gjøre inngrep med innsiden av foringsrøret som skal freses.

4. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at den innbefatter minst en stabilisator som befinner seg mellom freseverktøyet og motoren.

5. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at den innbefatter minst en stabilisator som befinner seg mellom motoren og borestrengen.

6. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at den innbefatter minst en stråle-rørstuss montert mellom motoren og borestrengen.

7. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at brønnhull-enheten innbefatter minst et sementfjerningsverktøy som befinner seg over motoren.

8. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at motoren er en slammotor.

9. Anordning ifølge et av de foranstående krav, karakterisert v e d at brønnhull-enheten innbefatter innretninger for å påsette en stort sett konstant vekt på freseverktøyet.

10. Fremgangsmåte ved desintegrering av et brønnforingsrør omfattende nedkjøring i brønnens foringsrør på en borestreng, en brønnhull-enhet omfattende en motor med en utgangsaksel og et freseverktøy forbundet til utgangsakselen fra motoren, karakterisert ved at borestrengen roteres i en første rotasjonsretning for å rotere huset til motoren og samtidig betjene motoren for å rotere utgangsakselen fra motoren i den første rotasjonsretning og dermed rotere freseverktøyet ved en rotasjonshastighet hurtigere enn borestrengens rotasjonshastighet.