NO312112B1 - Styreanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår det tekniske felt som omfatter service i borehull som er blitt boret med sidegren i form av en sekundær, avgrenet brønnvei, noen ganger omtalt som en sidegren (lateral), fra et primært borehull. Mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse et apparat og en fremgangsmåte for å betjene en ønsket sidegren i borehullet med et sammensatt borings-, kompletterings- eller overhalingsverktøy, vanligvis benevnt en verktøysstreng, i et borehull eller en brønn som kan være forsynt med flere avgrenede sidebrønner.

Hensikten med å bore flere sidegrener av et borehull er å øke den totale drenering av reservoaret uten å påføre kostnader med boringsrør helt fra overflaten, forberedelser ved overflaten og ytterligere utgifter tilknyttet boring av nye borehull som forløper helt opp til jordoverflaten. Boring av slike flerveis sidegrener er tidligere kjent. Den enkelte av slike mange sidegrener frembringes ved å la boret komme inn i det primære borehullet på ny og presse seg sideveis. Det primære borehullet kan enten være et foret eller ufåret borehull. En sidegren blir vanligvis boret slik at den forløper nesten vinkelrett på det primære borehull. Sidegrenen fortsettes inntil den har fått et tilstrekkelig horisontalt forløp slik at den ønskede tilleggsdrenering i målereservoaret oppnås. I borehull eller brønner med flere sidegrener vil det primære borehullet og de siderettede lateralkanaler forbli åpne etter at de er boret. De plugges ikke igjen eller stenges på annen måte, selv ikke ved de deler av det primære borehull hvor sidegrenene påbegynnes, kjent som knekkpunktet (kick-off-point) .

Det er velkjent innenfor dette tekniske område å orientere en verktøystreng for brønnboring eller komplettering slik at den entrer en spesiell sidegren i et borehull som omfatter flere sidegrener. Borerør og rør for overhaling av borehullet blir vanligvis benyttet for å lede bore- eller kompletteringsverktøyet slik at det kan orienteres riktig for entring av den ønskede sidegren. Rotasjonsmessige torsjons-krefter tilføres borerøret eller produksjonsrøret ved overflaten for å vende verktøystrengen i riktig retning for entring av den ønskede sidegren, og et bøyet hus som typisk plasseres nær bunnen av verktøystrengen, assisterer med å styre verktøystrengen inn i sidegrenen. Det er imidlertid en del ulemper med å benytte bøyede hus for å styre bore- og kompletteringsverktøy inn i en ønsket sidegren. Det kan være vanskelig å få plass til et tilstrekkelig stort bøyet, rør-bend i huset for på pålitelig måte å styre verktøystrengen inn i sidegrenen, og det kan være vanskelig å passere gjennom det primære borehullet fordi den effektive diameter til verktøystrengen økes betydelig på grunn av den aksielle bevegelsen langs bendet.

Borerør og produksjonsrør kan også benyttes for å lede en verktøystreng tilknyttet en elektrisk forbindelse, slik som loggeinstrumenter for produksjonen eller perforerings-kanoner, men styring ved hjelp av borerør eller produksjons-rør av slikt verktøy med ledningsforbindelse, er tidkrevende og kostbar. Borerøret eller produksjonsrøret må være sammensatt til en kontinuerlig lengde ved hjelp av gjengede over-ganger av seksjoner hvis lengde normalt er 10 til 3 0 meter.

For enkle borehull uten sidegrener blir føringsmetoder ved hjelp av vaierforbindelser eller kveilerør brukt i stor utstrekning og med en høy grad av suksess for drift av kabel-overvåkning, evaluering og kompletteringsverktøy. "World Oils Coiled Tubing Handbook", utgitt av Gulf Publishing Co., Houston, Texas 1993, gir detaljerte beskrivelser av bruken av kveilerør for å styre elektriske verktøy ned i et enkelt borehull. Med verktøy som styres av kabler eller kveilerør er det imidlertid ikke mulig å tilføre rotasjonskrefter til verktøystrengen fra overflaten. Av denne grunn er det vanskelig å orientere en verktøystreng, ved hjelp av vaieren eller kveilerøret alene.

Ytterligere eksempler på kjent teknikk fremgår av de amerikanske patentskriftene US 3.82 8.853 og US 4.03 9.03 6.

Foreliggende oppfinnelse angår i en utførelse et apparat for styring av en verktøystreng inn i en sidegren av et borehull som gjennomtrenger en grunnformasjon. Denne styring kan oppnås ved å benytte et hovedsakelig avrundet frontstykke med en avtagende ytre diameter. Dette frontstykket er fleksibelt festet til den nedre ende av verktøystrengen. Sentraliseringsanordninger forskyver frontstykket aksielt i retning av sidegrenen, og gjør det derved mulig for frontstykket å gå klar av skilleveggen mellom det primære borehull og sidegrenen, og styrer dermed verktøystrengen inn i sidegrenen.

Ved en utførelse av foreliggende oppfinnelse kan sentraliserings-anordningen være anbrakt ved den nedre ende av et langstrakt hus. Huset er fleksibelt festet til den nedre ende av verktøystrengen. Når huset når knekkpunktet i borehullet, lokaliserer sentraliserings-anordningen den sentrale akse til huset langs den forskjøvne akse til hullet, i retning mot sidegrenen. Frontstykket som er plassert nederst på huset, gjør det mulig for huset å bevege seg fritt forbi punktet hvor skilleveggen mellom det primære borehull og sidegrenen befinner seg, og dermed beveger den seg inn i sidegrenen.

Ved en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse kan frontstykket være festet til et hengsel som er montert ved bunnen av et langstrakt hus. Huset er roterbart montert til bunnen av verktøystrengen. Den roterbare montasje tillater en bevegelse av huset omkring sin akse, men huset og verktøystrengen forblir likevel på linje med hverandre aksielt. Hengselet muliggjør en forskyvning av frontstykket bort fra aksiell sammenfallende retning med huset når en vippeanordning, anbrakt inne i huset påvirkes. En anordning for å måle orienteringen av huset og dermed også orienteringen av det aksielt forskjøvne frontstykket i forhold til kompassretningen for sidegrenen, er anbrakt inne i huset. Anordningen for å måle orienteringen overfører målingen av orienteringen til overflaten for fremvisning. En anordning for å dreie huset i forhold til verktøystrengen befinner seg også inne i huset. Huset roteres inntil den viste orientering av frontstykket passer sammen med den ønskede retning på sidegrenen. Deretter senkes huset inn i sidegrenen og frontstykket rettes ut til det på ny kommer på linje, aksielt sett, med huset. Verktøystrengen senkes deretter til den ønsket dybde i sidegrenen.

De fordeler og formål som er nevnt ovenfor, fåes ved hjelp av et apparat og en fremgangsmåte i henhold til de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av oppfinnelsen, vises til nedenstående beskrivelse av noen utførelseseksempler, samt til de ledsagende figurer, hvor: Fig. 1 viser et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Apparatet føres ved hjelp av en kabel

ned i et borehull forsynt med en sidegren,

fig. 2 viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse idet den befinner seg like ovenfor knekkpunktet eller avgreningen, med sentraliseringsanordningen til-baketrukket ,

fig. 3 viser en første utførelse av oppfinnelsen med sentraliseringsanordningen ekspandert, og avbøyet i

retning av sidegrenen,

fig. 4 viser den første utførelse av oppfinnelsen helt

innført i sidegrenen,

fig. 5 viser en alternativ utførelse av oppfinnelsen, hvor frontstykket er avbøyet slik at det ligger på linje med inngangen til sidegrenen.

I fig. 1 er det vist et borehull B forsynt med en sidegren, eller en lateral kanal S. En verktøystreng T som kan omfatte boreverktøy, kompletteringsverktøy eller kabelstyrt verktøy, senkes av et kveilerør C ned i borehullet B. Kveilerøret senkes ned i borehullet ved hjelp av vinsj W. Kveilerøret C har en koaksielt forløpende kabel X som strek-ker seg gjennom kveilerøret C festet til verktøystrengen T. Kabelen X benyttes for transmisjon av elektrisk kraft og for signalering mellom styringspanelet P som befinner seg på overflaten, og verktøystrengen T. Slik som det er klarere vist i fig. 2 og 3, blir et hus 4, som er svingbart montert til den nederste del av verktøystrengen T, styrt inn mot sidegrenen S av en sentraliserings-anordning 2 hvis ytre diameter ved styring fra et kontrollpanel på overflaten får en utvidet ytre diameter, noe som muliggjør at verktøystreng-en T vandrer videre inn i sidegrenen S i stedet for å fort-sette langs det primære borehull B.

Fig. 2 viser i en annen målestokk et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse nedsenket i borehullet B like over avgreningspunktet 5 hvor hovedløpet B og sidegrenen S atskilles. Huset 4 er fleksibelt festet til den nederste del av verktøystrengen T ved hjelp av en leddskjøt 3. Leddskjøten 3 muliggjør bevegelse av aksen til huset 4 i forhold til aksen til verktøystrengen T, men tillater også anvendelse av aksiell trykkraft på huset 4 . Denne trykkraft forårsakes av vekten av kveilerøret (vist som C i figur 1) ovenfor verktøy-strengen.

En sentraliserings-anordning 2 i form av bladfjærer som i den viste utførelse kan omfatte tre elementer, er montert eksternt til huset 4. Disse sentraliserings-anordninger er tidligere kjent innenfor dette fagområdet. Sentraliserings-anordningen 2 er montert til huset 4 ved hjelp av to omkrans-ende krager, en øvre krage 2b og en nedre krage 2a. Den øvre krage 2b er forbundet med en ende av alle fjærelementene, og den nedre krage 2a er forbundet med den andre ende av fjærelementene. Den nedre monteringskrage 2a til sentraliserings-anordningen 2 er montert i fast posisjon ved hjelp av sett-skruer, til den ytre del av huset 4. Den øvre festekrage 2b er montert til huset 4 på en måte som tillater glidende bevegelse av den øvre festekrage 2b langs utsiden av huset. Når den øvre festekrage 2b glir langs huset, forandres den ytre diameter til sentraliserings-anordningen 2. Området som diameteren til sentraliserings-anordning 2 kan varieres innenfor, kan velges ved å benytte bladfjærelementer med forskjellige bøyeradier i upåkjent tilstand. Diameterområdene skal i det minste velges lik 0,9 ganger den nominelle diameter til borehullet B til et maksimum på ca 1,5 ganger den nominelle diameter til borehullet B. Den øvre festekrage 2b beveges av en hydraulisk sylinder og en forbindelse 2c som befinner seg inne i huset 4. På kommando fra styringspanelet P vil den hydrauliske sylinder 2c utvide seg og bevege den øvre festekrage 2b nedover, noe som øker den ytre diameter til sentraliserings-anordningen 2 til sin maksimale verdi.

En styringsdel i form av et frontstykke 1 er festet til nedre del av huset 4. Frontstykket 1 har generelt en avrundet form og har en avsmalnende ytre diameter slik at diameteren blir mindre ved den nedre ende av frontstykket, noe som gjør det mulig for frontstykket 1 å passere punkt 6 ved hvilket veggene til borehullet B og sidegrenen S utskeielse fullsten-dig. Verktøystrengen T senkes ned i borehullet B. Som avbild-et på fig. 3 vil, når dybden til avgreningspunktet 5 er nådd, operatøren sender en kommando for å åpne sentraliserings-anordningen 2 fra styringspanelet P. Den hydrauliske sylinder 2c utvides dermed og forårsaker at sentraliserings-anordningen 2 øker til en maksimal diameter og opptar hullet med forstørret diameter som dannes som et resultat av at den fjerne veggen til sidegrenen S fjerner seg fra borehullet B ved avgreningspunktet 5. På grunn av denne veggseparasjonen forstørres hullet ved avgreningen, men sentralaksen til hullet ved avgreningspunktet 5 forskyves i retning av sidegrenen. S. Når sentraliserings-anordningen 2 er blitt for-størret, vil derfor den sentraliserende kraft forårsake at aksen til huset 4 dreies til den befinner seg på linje med den forskøvne akse til det forstørrede hull ved avgreningspunktet 5. Leddskjøten 3 muliggjør en større aksiel forskyvning av huset 4 fordi massen og lengden som skal flyttes av sentraliseringsanordningen 2 er betydelig redusert i forhold til det som ville ha vært tilfelle ved en fulstendig stiv verktøystreng. Den aksielle forskyvning av huset 4 gjør det mulig for frontstykket 1 å entre sideløpet S når verktøy-strengen senkes ytterligere. Verktøystrengen T senkes ned i sidegrenen S inntil sentraliserings-anordningen 2 begynner å følge veggdelingen ved avgreningspunktet 6. Teknikken for å bestemme når det er sikret at sidegrenen vil bli fulgt, er kjent innenfor dette tekniske felt og involverer generelt sett en observasjon av strekkbelastningen på kveilerøret. Operatøren sender deretter en komando fra styringspanelet P for å trekke sammen den hydrauliske sylinderen 2c, noe som beveger den øvre festekrage 2a tilbake til dens hvilestilling og dermed reduseres den ytre diameter til sentraliserings-anordningen 2 tilbake til sin minimumsverdi. Dette muliggjør en fortsatt passasje av verktøystrengen T inn i sideløpet S. Fig. 4 viser verktøysrengen T i sideløpet S og illustrerer derved hvordan verktøystrengen T kan passere inn i sideløpet S etter at. sentraliserings-anordningen 2 er blitt trukket sammen igjen. Etter at sentraliserings-anordningen 2 har trukket seg sammen til sin minste, ytre diameter, senkes verktøystrengen T ned i sidegrenen S og dette pågår videre inntil den ønskede dybde er nådd.

I fig. 5 er det vist en alternativ løsning med et hus 10 som er roterbart montert nederst på verktøystrengen T ved hjelp av en kobling M slik at rotasjon tillates omkring aksen til huset 10. Rotasjon av huset 10 kan utføres ved hjelp av en motor og en tannhjulsoverføring 15 som befinner seg inne i huset 10. Huset 10 og verktøystrengen T forblir langs samme akse.

En lokaliseringsfrontstykke 11, med en lignende oppbyg-ning som av frontstykket i henhold til den første utførelse, er montert til et hengsel 17 som i sin tur er festet til nedre del av huset 10. Hengselet 17 muliggjør en bevegelse av frontstykkets sentralakse lia slik at denne vippes bort fra retningen som er gitt av aksen til huset 10, men tillater ikke dreining av frontstykket 11 i forhold til huset 10. Den aksielle bevegelse av frontdelen 11 utføres av en hydraulisk sylinder 13 og en forbindelse 12 som befinner seg inne i huset 10. En utvidelse av sylinderen 13, skyver forbindelsen 12 utover slik at det dreier frontstykket 11 omkring hengselet 17.

En orienteringsanordning 16, som i denne utførelsen f.eks. kan være et gradert gyroskop, er anbragt inne i huset 10. Gyroskopet 16 måler orienteringen til huset, og dermed også orienteringen til den avbøyde akse til frontstykket lia, sett i forhold til kompassretningen til sidegrenen S. Det graderte gyroskopet overfører målingen av orienteringen til overflaten for fremvisning der. Kompassretningen til sidegrenen bestemmes av retningsundersøkelser som ble foretatt da sidegrenen S ble boret.

Sylinderen 13 blir aktivert på kommando fra styringspanel P for å avbøye frontstykket 11 aksielt når verktøy-strengen T befinner seg ved avgreningspunktet 5. Motoren og tannhjulanordningen 15 blir også betjent ved styringsignaler fra styringspanel P inntil gyroskopet 16 indikerer at den aksielle orientering til frontstykket 11 stemmer overens med retningen til sidegren S. Verktøystrengen T senkes deretter ned i sidegrenen S. Frontstykket 11 har generelt en avrundet form som muliggjør bevegelse av frontstykket forbi vegg-delingspunktet 6 i borehullet. Når frontstykket 11 og huset 10 har entret sidegrenen S, trekkes sylinderen 13 sammen igjen på kommando fra styringspanelet P, hvorved frontstykket 11 rettes opp slik at det kommer på linje med aksen til huset 10. Verktøystrengen T senkes deretter videre ned i sidegrenen S til ønsket dybde.

Utførelsene som er beskrevet her er ikke de eneste måter hvorpå den ønskede drift av apparatet kan oppnås. For eks-empel kan den hydrauliske sylinder som forårsaker den aksielle forskyvning av det retningstyrende frontstykke i den alternative utførelse, erstattes av en elektrisk solenoide eller en elektrisk motor med giroverføring. Motoren som benyttes for å dreie huset, kan på enkel måte anbringes i den nedre del av verktøystrengen i steden for i selve huset. Således kan foreliggende oppfinnelse omfatte alle typer leddede frontstykker som kan bøyes ved styring fra overflaten for å entre en ønsket sidegren i et borehull.

Claims (9)

1. Apparat for styring av en verktøystreng (T) inn i en sidegren (S) av et borehull (B) som gjennomtrenger en grunn-formas jon, karakterisert ved at apparatet omfatter: et frontstykke (1,11), hvor frontstykket (1,11) er avsmalnende eller tilspisset slik at bredden til frontstykket (1,11) er mindre nederst enn øverst, og et langstrakt hus (4) som er forbundet med frontstykket (1,11) og innrettet for kobling av frontstykket (1,11) til nedre ende av verktøystrengen (T), en hydraulisk aktiverbar sentraliseringsanordning (2;12,13,16) for aksiell avbøyning av frontstykket, som er hengslet slik at lengdeaksen til frontstykket (1,11) kan bringes på linje med aksen til sidegrenen (S) for derved å muliggjøre at verktøystrengen (T) følger banen til sidegrenen (S) når verktøystrengen (T) senkes videre ned i borehullet (B) .

2. Apparat for styring av en verktøystreng (T) inn i en sidegren (S) av et borehull (B) som gjennomtrenger en grunn-formas jon, karakterisert ved at apparatet omfatter: et frontstykke (1,11), og et langstrakt hus (4,10) som er forbundet med frontstykket (1,11) og innrettet for kobling av frontstykket (1,11) til nedre ende av verktøystrengen (T), et hengsel (17) som forbinder den nedre ende av huset (10) med den øvre ende av frontstykket (11), koblingsanordninger (M) for å montere toppen av det langstrakte hus (4,10) til verktøystrengen (T) på roterbar måte, måleinnretninger (16) for å måle orienteringen av huset, drivinnretninger (13) for hydraulisk aktivert rotasjon av frontstykket (1,11) omkring hengselet (17), og fortrinnsvis fjernstyrte dreieinnretninger (15) for å dreie huset (4,10) som reaksjon på en måling av orienteringen til huset, slik at frontstykket bringes på linje med retningen til sidegrenen (S) idet en vipping av frontstykket (1,11) omkring hengselet (17) vil forårsake at frontstykket entrer sidegrenen (S) idet verktøystrengen (T) senkes ned i borehullet (B) og verktøystrengen (T) dermed styres til å følge banen til sidegrenen.

3. Apparat ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at dreieinnretningen (15) for å dreie huset (10) omfatter en elektrisk motor (15) og et tannhjulsystem montert inne i huset (10).

4. Apparat ifølge krav et av de foregående krav, karakterisert ved at måleinnretningen (16) for å måle orienteringen av huset (10) omfatter et gradert gyroskop.

5. Apparat ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at innretningen (13) for på reverserbar måte å dreie frontstykket (11) omfatter en hydraulisk styrt sylinder (13).

6. Apparat for styring av en verktøystreng (T) inn i en sidegren (S) av et borehull (B) som gjennomtrenger en grunn-formas jon, karakterisert ved at apparatet omfatter: et frontstykke (1,11), og et langstrakt hus (4,10) som er forbundet med frontstykket (1,11) og innrettet for kobling av frontstykket (1,11) til nedre ende av verktøystrengen (T) , et hengsel (17) som forbinder den nedre ende av huset (10) med den øvre ende av frontstykket (11) , og en hydraulisk aktiverbar, selektivt betjenbar sentraliseringsanordning (2 ,-12,13,16) for aksiell avbøyning av huset (4) relativt til verktøystrengen (T), hvor den hydraulisk aktiverbare sentraliseringsanordningen omfatter en roterbar kobling (M) anordninger (2) for sentralisering av den nedre ende av huset (4,10) med borehullet (B), hvorved betjeningen av sentraliseringsanordningen (2) på det sted hvor sidegrenen (S) avgrenes fra borehullet (B) og diameteren til borehullet (B) derfor blir forstørret, ved samarbeid med den dreibare kobling (M) bevirker en avbøyning av huset (11) inntil det aksielt sett ligger på linje med sidegrenen (S) .

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at innretningen (2) for sentralisering av huset (4) omfatter minst tre bueformede fjærelementer som er glidbart montert til den ytre del av huset (4) ved en første ende (2b) av bladfjærene og dessuten omfatter betjeningsinnretninger (2c) for lineært å forskyve denne første ende (2b) av fjærelementene langsetter huset (4) for å forandre den ytre diameter til de bueformede fjærer.

8. Fremgangsmåte for styring av en verktøystreng (T) inn i en sidegren (S) i et borehull (B) som gjennomborer en grunnformasjon, hvor verktøystrengen (T) omfatter et hus (4,10) som er dreibart festet til den nedre ende av verktøystrengen (T) og hvor huset (4,10) har et frontstykke (1,11) anbrakt på den nedre ende av huset, og en selektivt betjenbar hydraulisk aktiverbar anordning (2; 12,13,16) for aksial avbøyning av huset (4,10) relativt til verktøystrengen (T) , karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: senking av verktøystrengen (T) til en posisjon i borehullet (B) hvor sidegrenen (S) avgrenes fra borehullet (B) , betjening av den hydraulisk aktiverbare anordning (2;

12,13,16) for aksiell avbøyning av huset (4,10), senking av verktøystrengen (T) inntil frontstykket (1,11) entrer sidegrenen (S), reversering av betjeningen av den hydraulisk aktiverbare anordning (2; 12,13,16) for aksiell avbøyning av huset (4,10), og senking av verktøystrengen (T) til en forutbestemt dybde inn i sidegrenen (S).

9. Fremgangsmåte for styring av en verktøystreng (T) inn i en sidegren (S) i et borehull (B), hvor verktøystrengen (T) omfatter et hus (4,10) som er roterbart festet til den nedre ende av verktøystrengen (T), minst en måleinnretning (16) for å måle orienteringen av huset (4,10), og hvor huset (4,10) har et frontstykke (1,11) roterbart festet til den nedre ende av huset (4,10), og en selektivt betjenbar innretning for aksiell avbøyning av frontstykket (1,11) relativt til huset (4,10), karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: senking av verktøystrengen (T) til en posisjon i borehullet (B) hvor sidegrenen (S) avgrenes fra borehullet (B), måling av orienteringen av huset (4,10), rotasjon av innretningen for aksiell avbøyning (2;

12,13,16) til orienteringen av huset (4,10) i det vesentlige sammenfaller med orienteringen av sidegrenen (S), betjening av innretningen for aksiell avbøyning (2;

12,13,16) av huset (4,10), reversering av betjeningen av innretningen for aksiell avbøyning (2; 12,13,16) av huset (4,10), og senking av verktøystrengen (T) til en forutbestemt dybde i borehullet (B).