NO312250B1 - Anordning og fremgangsmåte for orientering og anbringelse av et hydraulisk drevet verktöy i et borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt fremgangsmåter og anordninger for orientering av et verktøy i et borehull og, når det er hensiktsmessig orientert, anbringelse av verktøyet i en fiksert stilling. Oppfinnelsen angår nærmere bestemt bruk av et MWD-verktøy for ,hensiktsmessig å orientere et sideboringssystem som består av en ledekile og en forankringspakning, og for å frese et vindu i borehull-foringsrøret under en enkelt-tur av borestrengen. Videre angår oppfinnelsen bruk av en omløpsventil som, når den er åpen, tillater boreslam å sirkulere i borestrengen med volumstrømninger som av MWD-verktøyet kreves for å orientere sideboringssystemet og, når den er lukket, anbringer forankringspakningen og leder boreslammet til skjæreenheten som brukes til å skjære foringsrør-vinduet.

I industrien tilknyttet boring av olje- og gassbrønner har det lenge vært brukt hydraulisk drevne verktøy så som paknings- eller forankringsenheter for å støtte andre verktøy i borehullet. En ledekile er ett slikt verktøy brukt i sammenheng med forankringer eller pakninger. En ledekile innbefatter en skrå endeflate og brukes typisk til å rette en borkrone eller skjæreanordning i en retning som avviker fra det eksisterende borehull. Kombinasjonen ledekile og forankring (eller pakning) betegnes vanligvis et sideboringssystem. Sideboringssystemer har tradisjo-nelt vært brukt til å frese et vindu i brønn-foringsrøret, og til deretter å bore igjen-nom foringsrør-vinduet og danne det nye borehull.

Opprinnelig krevde en slik sideboringsoperasjon to turer av borestrengen. Den første turen ble brukt til å nedføre og anbringe forankringen eller pakningsan-ordningen ved den hensiktsmessige høyde i borehullet. Med forankringen eller pakningen i stilling ble borestrengen deretter fjernet fra brønnen og det ble gjort en inspeksjon for å fastslå orienteringen av en kile på den øvre ende av forankringspakningen. Med denne orientering kjent, ble deretter ledekilen konfigurert på overflaten slik at ledekilen, når den ble brakt til anlegg mot forankringspakningen i borehullet, ville bli hensiktsmessig orientert. Med slik konfigurering ble deretter ledekilen, sammen med en tilkoplet skjæreanordning, nedsenket i borehullet på borestrengen og festet til forankringspakningen. Når den var forbundet med og støttet av pakningen, rettet ledekilen skjæreanordningen slik at et vindu ville bli frest i borehullets foringsrør ved den ønskede høyde og i den forutvalgte orientering. Det er åpenbart at denne operasjon med to turer for å anbringe forankringspakningen og deretter nedsenke ledekilen og skjæreanordningen er tidkrevende og kostbar, særlig ved svært dype brønnoperasjoner.

For å eliminere kostnaden i forbindelse med to turer av borestrengen, ble det utviklet et forbedret sideboringssystem som kun krevde en enkelt-tur. Et slikt system erf.eks. beskrevet i U.S. patentene nr. 4397355 og 4765404 og innbefatter en ledekile med en forankringspakning tilkoplet ved dets nedre ende, og en skjæreenhet løsbart tilkoplet ved dets øvre ende. Under bruk av et slikt system blir ledekilen orientert ved først å nedsenke anordningen i det forede borehull på en borestreng. Et vaier-inspeksjonsinstrument blir deretter nedført gjennom borestrengen for å undersøke om den opphengte ledekile har hensiktsmessig orientering. I stort sett vertikale borehull kan vaier-verktøyet typisk nedsenkes i boreslammet kun vha. tyngden. Ved tyngre boreslam eller i borehull som avviker i betydelig grad fra vertikal, er det imidlertid ofte nødvendig å sirkulere boreslammet gjennom borestrengen for å pumpe vaier-verktøyet fra overflaten til ledekilen.

For å muliggjøre sirkulasjonen som kreves for å transportere vaier-føler-anordningen ned til ledekilen, har systemer ifølge kjent teknikk innbefattet en om-løpsventil som ville tillate boreslam å sirkulere med forholdsvis lave volumstrøm-mer (typisk mindre enn 100 g.p.m. (379 l/min)) gjennom borestrengen uten å anbringe den hydraulikk-påvirkede forankringspakning. Når vaier-føleren er trans-portert av det sirkulerende boreslam til stedet som er nødvendig for å detektere orienteringen til ledekilen, og etter at ledekilen er hensiktsmessig orientert i borehullet, kunne så omløpsventilen lukkes og borestrengen trykksettes for derved å påvirke forankringspakningen. Med forankringspakningen anbrakt, blir deretter borestrengen nedsenket hvilket bevirker at skjæreenheten koples fra ledekilen. Etter hvert som skjæreanordningen nedsenkes ytterligere, bringer ledekilens skråflate den roterende skjæreanordning til kam-anlegg mot brønn-foringsrøret, hvilket bevirker at skjæreanordningen freser et vindu i foringsrøret ved den forutbestemte orientering og høyde.

Selv om den ovenfor beskrevne fremgangsmåte og anordning for enkelt-tur er en forbedring i forhold til det tidligere totrinnssystem, har det likevel betydelige ulemper. Som ovenfor nevnt er det mange ganger vanskelig å transportere vaier-føleren til den nødvendige stilling for detektering av borestrengens orientering under boring med tunge boreslam. Det er likeledes funnet å være ganske vanskelig å transportere vaier-føleren og bringe den til hensiktsmessig anlegg mot ledekile-enheten i borehull som avviker betydelig fra vertikal. Fordi i dagens boreindustri, der styrbare systemer ofte anvendes til å bore hull horisontalt eller i vinkler som sogar overskrider horisontal, skal det bemerkes at denne manglende evne til hensiktsmessig å lande eller tilkople en vaier-anordning er en svært betydelig ulempe ved bruk av teknikken som for tiden er tilgjengelig.

I motsetning til vaier-anordninger, finnes det i dag flere systemer som er i stand til å samle inn og overføre data fra en posisjon nær borkronen mens boring pågår. Slike systemer med måling under boring ("MWD") er typisk opptatt i et vektrør ved nedre ende av borestrengen. I tillegg til å brukes til å detektere formasjonsdata, så som ledningsevne, porøsitet og gammastråling, som alle er anvendbare for boreoperatøren for å bestemme typen formasjon som omgir borehullet, er MWD-verktøy også anvendbare til inspeksjonsformål, så som f.eks. be-stemmelse av borkronens retning og helning. Dagens MWD-systemer anvender typisk følere eller transdusere som, mens boring pågår, kontinuerlig eller periodisk samler inn de ønskede boreparametre og formasjonsdata og overfører informasjonen til overflatedetektorer vha. en form for telemetri, mest typisk et boreslam-pulssystem. Boreslam-pulssystemet skaper akustiske signaler i boreslammet som sirkuleres gjennom borestrengen under boreoperasjoner. Informasjonen som samles inn av MWD-følerne overføres ved hensiktsmessig tidsstyring av dannel-sen av trykkpulser i boreslam-strømmen. Trykkpulsene mottas ved overflaten vha. trykkfølere som omdanner de akustiske signaler til elektriske pulser som deretter dekodes av en datamaskin.

Det eksisterer i dag MWD-verktøy som kan detektere orienteringen av borestrengen uten de ovenfor beskrevne vanskeligheter og ulemper som følger med bruk av vaier-følere. Det ville følgelig umiddelbart synes fordelaktig å bruke slike MWD-verktøy i et sideboringssystem for å orientere en ledekile og anbringe en pakning, eller for å påvirke en hvilken som helst annen type hydraulisk drevet brønnmekanisme der det er viktig å oppnå en spesiell orientering. Kjente MWD-verktøy krever dessverre borefluid-volumstrømmer på omtrent 250 gallon pr. minutt (946 l/min) for å starte verktøyet, og 350 til 400 gallon pr. minutt (1325 til 1514 l/min) for å samle inn de nødvendige data og overføre dem til overflaten via boreslam-pulstelemetrisystemet. De vanlige omløpsventiler som brukes i dagens sideboringssystemer for å sirkulere borefluid og transportere en vaier-føler til ledekilen har en tendens til å lukke, for derved å påvirke forankringspakningen, ved volumstrømmer på omtrent 100 gallon pr. minutt (379 l/min), eller enda mindre. Selv om det kunne vært ønskelig å kombinere MWD-følere i et sideboringssystem, hvis boreslam ble sirkulert gjennom borestrengen med den volumstrøm som MWD-verktøyet krever for å detektere og kommunisere ledekilens orientering til boreoperatøren, ville følgelig likevel omløpsventilen lukke og forankringspakningen ville bli anbrakt for tidlig, før ledekilen var hensiktsmessig orientert. Til tross for det teoretiske fortrinn som et MWD-verktøy kunne gi ved orientering og anbringelse av en hydraulisk drevet mekanisme, eksisterer det derfor ikke i dag et system for å trekke fordel av den nytte et MWD-verktøy kunne gi.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning som tillater bruk av dagens MWD-verktøy for å detektere orienteringen til en ledekile og forankringspakning, eller et hvilket som helst annet hydraulisk drevet brønnverktøy, og for å begynne boring etter at borestrengen er blitt hensiktsmessig orientert under en enkelt-tur av borestrengen. Dette formål opp-nås ifølge oppfinnelsen, ved en anordning og fremgangsmåte som angitt i de et-terfølgende krav.

Omløpsventilen innbefatter stort sett en ventil-hoveddel, en stempelhylse-enhet i ventil-hoveddelen og et rørformet stempel opptatt i stempelhylsen og innrettet for frem- og tilbakebevegelse mellom en fullt ut åpen og en fullt ut lukket stilling. Stempelet er fiksert i hylsen i den opprinnelig fullt ut åpne stilling vha. bruddstifter. Langsgående, med innbyrdes avstand anordnede radielle porter dannet i stempelhylsen er åpne når stempelet er i den opprinnelige stilling slik at borefluid som pumpes gjennom borestrengen ledes ut av borestrengen gjennom de radielle porter i stempelhylsen og gjennom boreslam-innløpsportene i ventil-hoveddelen. Bruddstiftene er dimensjonert slik at de, når borefluid pumpes gjennom borestrengen med en volumstrøm innenfor MWD-enhetens driftsområde, f.eks. med 250-350 gallon pr. minutt (946-1325 l/min), vil holde stempelet i dets opprinnelige stilling. Bruddstiftene er dimensjonert for å løsgjøre stempelet når borefluid-volumstrømmen økes til en høyere volumstrøm som kreves for å anbringe det hydraulisk drevne verktøy. Når bruddstiftene løsgjør stempelet, begynner det å bevege seg mot den fullt ut lukkede stilling og dekker og tetter først et første antall av de radielle porter i stempelhylsen, hvilket bevirker at borefluidet nå ledes ut av omløpsventilen kun gjennom de gjenværende udekkede radielle porter. Etter hvert som stempelet fortsetter å bevege seg mot den lukkede stilling, dannes en fluidlomme mellom hylseenheten og et parti av stempelet med redusert diameter for derved å dempe og senke hastigheten til stempelets forflytning. Etter hvert som stempelet når den fullt ut lukkede stilling, dekker og tetter det de gjenværende radielle porter hvilket bevirker at fluidtrykket i omløpsventilen og det hydraulisk drevne verktøy øker inntil det når trykket som kreves for å anbringe verk-tøyet. Når den er anbrakt, blir nedføringsenheten, som innbefatter MWD-enheten, omløpsventilen og skjæreanordningen, nedsenket og dreiet slik at den blir koplet fra det hydraulisk drevne verktøy slik at boring kan begynne.

Fremgangsmåten som her er fremstilt innbefatter trinnet for føling av orienteringen til nedføringsenheten og det hydraulikk-påvirkbare verktøy ved bruk av MWD-enheten, orientering av borestrengen til ønsket orientering, anbringelse av det hydraulisk drevne verktøy og deretter fråkopling av nedføringsenheten for derved å begynne boreoperasjoner.

Foreliggende oppfinnelse omfatter følgelig en kombinasjon av særtrekk og fortrinn som gjør den i stand til å bringe boreteknologien betydelig videre ved å tilveiebringe anordninger og fremgangsmåter for å bruke vanlige MWD-verktøy, som er lett tilgjengelige og typisk tilstede på et borested, til å orientere brønnverk-tøyet, anbringe verktøyet og begynne boring, som alt utføres med en enkelt-tur av borestrengen. Foreliggende oppfinnelse eliminerer svakhetene ved kjente sideboringssystemer, f.eks. der vaier-verktøy ofte var vanskelig å bruke til å orientere det hydraulisk drevne brønnverktøy. Foreliggende oppfinnelse kan brukes med borefluider av alle typer og alle tyngder, og den kan anvendes i hull som avviker betydelig fra vertikal. Disse og forskjellige andre karakteristika og fortrinn ved foreliggende oppfinnelse vil lett fremtre for en fagmann på området ved å lese den detal-jerte beskrivelse av den foretrukne utføringsform med henvisning til de tilhørende tegninger.

For å gi en detaljert beskrivelse av den foretrukne utføringsform av oppfinnelsen, henvises det nå til de tilhørende tegninger, der:

Figur 1 er et sideriss, delvis i snitt, av et borehull hvor anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er opphengt, idet Figur 1A viser øvre parti og Figur 1B viser nedre parti av anordningen. Figur 2 er et riss lik Figur 1B, og viser ledekilen ved den forutbestemte høy-de og orientering og med forankringspakningen anbrakt. Figur 3 er et riss lik Figur 2, og viser startfresen atskilt fra ledekilen og kam-avledet fra ledekilen for derved å frese et vindu i brønn-foringsrøret. Figur 4 er et skjematisk riss av MWD-enheten i Figur 1 A, som viser boreslam-pulstelemetrisystemet brukt ved utøvelse av oppfinnelsen.

Figur 5 er et snitt av omløpsventilen vist i Figur 1 A.

Figur 6 er et snitt i større målestokk av et parti av omløpsventilen vist i Figur 5, med ventilen vist i sin opprinnelige, fullt ut åpne stilling. Figurene 7 og 8 er snitt lik Figur 6, men viser ventilen ved mellomstillinger mellom den fullt ut åpne og den fullt ut lukkede stilling. Figur 9 er et annet snitt lik Figur 6m, men viser ventilen i fullt ut lukket stilling. Figur 10 er et skjematisk riss i større målestokk av nedføringsverktøyet og startfresen som viser den innbyrdes forbindelse mellom startfresen og ledekilen.

I den foretrukne utføringsform omfatter oppfinnelsen et sideboringssystem 10 anvendbart til å bore en sidebrønn ved å rette en borkrone eller skjæreanordning i en vinkel fra det eksisterende borehull. Som en fagmann på området vil forstå, kan imidlertid prinsippene ved oppfinnelsen anvendes til å orientere og fik-sere andre hydraulisk drevne brønnverktøy under en enkelt-tur av borestrengen. Idet det derfor skal forstås at sideboringssystemet 10 kun er den foretrukne utfø-ringsform for utøvelse av søkerens oppfinnelse, vil den foretrukne utføringsform nå bli beskrevet i nærmere detalj.

I Figurene 1A og 1B er sideboringssystemet 10 vist festet ved nedre ende av en borestreng 8 som er nedført i et borehull 6. Borehullet 6 er typisk foret med et brønn-foringsrør 7, men oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til bruk i et foret borehull, men er like anvendbar til åpne, uforede borehull. Derfor skal be-tegnelsen "borehull" i hele denne fremstilling henvise både til forede hull og åpne hull. Borestrengen 8 er bygget opp av en rekke med forbundne seksjoner av borerør 9 og det ønskede antall vektrør 20, som vist i Figur 1A. Sideboringssystemet 10 innbefatter generelt en nedføringsenhet 12, en ledekile 14 og en forankringspakning-enhet 16. Forankringspakningen 16 er en hydraulisk drevet enhet som, ved påvirkning, fester seg til borehull-foringsrøret ved en forutbestemt høyde slik at den avtetter partiet av borehullet nedenfor forankringspakningen fra partiet ovenfor den, og slik at den danner en plattform- eller støtteinnretning for andre anordninger, i dette tilfelle ledekilen 14 og nedføringsenheten 12. Det skal forstås at borehullet ikke trenger å være avtettet for å drive sideboringssystemet 10, og følgelig kan ganske enkelt en forankringsmekanisme, i stedet for en forankringspakning, anvendes ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse. Derfor vil beteg-nelsen "forankringspakning", brukt i hele denne fremstilling, henvise til både en forankring, og til en kombinert forankring og pakningsenhet.

Med henvisning til Figurene 1A, 1B og 10, er nedføringsenheten 12 forbundet med det nederste vektrør 20 vha. en seksjon av borerør 22 av høy kvalitet. Ledekilen 14 er opphengt fra nedføringsenhetens 12 startfres 32. Forankrings-paknings-enheten 16 er forbundet med ledekilen 14 vha. et forbindelses-rørstykke 18. Forankringspakningen 16 er et hydraulisk drevet brønnverktøy som, ved levering av et trykksatt fluid ved et forutbestemt trykk gjennom et indre rørsystem 17, blir anbrakt i foringsrøret 7 slik at den støtter ledekilen 14. Forankringspakningen 16 kan f.eks. være en pakningsenhet så som den som er vist og beskrevet i U.S. patent nr. 4765404 eller U.S. patent nr. 4397355, idet det herved henvises til hele fremstillingene i slike patenter. Forankringspakningen 16 innbefatter et sett med øvre holdekiler 50 og nedre holdekiler 52 som, ved påvirkning av forankringspakningen 16, rager utad og bringes til anlegg mot foringsrørets 7 indre overflate. Pakningstetningen 54, plassert mellom øvre og nedre holdekiler 50, 52 bringes til tettende anlegg mot foringsrøret 7 ved påvirkning av forankringspakningen 16.

Ledekilen 14, som best er vist i Figur 1B, omfatter et langstrakt, stort sett rørformet element med skråflate 40 som, når den er hensiktsmessig orientert i borehullet, brukes til å bringe startfresen 32 til kam-anlegg mot foringsrøret 7. Det indre av ledekilen 14 innbefatter et rørsystem 15 beregnet for å lede hydraulikkflu-id mellom nedføringsenheten 12 og forankringspakningens 16 rørsystem 17.

Nedføringsenheten 12 vises best i Figurene 1A og 10 og omfatter stort sett en MWD-enhet 24, en omløpsventil 28, et nedføringsverktøy 30 og en startfres 32. MWD-enheten 24 er ved sin øvre ende forbundet med borerøret 22 av høy kvalitet. Nedenfor MWD-rørstykket 24 er tilkoplet et overgangsstykke 26 og om-løpsventilen 28. Nedføringsverktøyet 30 er forbundet mellom omløpsventilen 28 og startfresen 32. Som det best vises i Figur 10, innbefatter startfresen 32 en av-kortet kjegleforlengelse 34 og en videre forløpende forbindelsesarm 36 som er forbundet med en blokk 38 på ledekilen 14 vha. en bruddstift 44. Den avkortede kjegleforlengelse 34 innbefatter en sentral, langsgående boring 33 og en sam-menbindende fluidkanal 35. En lengde av røret 42 forbinder innbyrdes fluidkana-len 35 i forlengelsen 34 med ledekilens 14 fluidfylte rørsystem 15.

For å gi boreoperatøren ved overflaten av borehullet 6 forståelig informasjon som gjengir orienteringen til sideboringssystemet 10, og for å tilveiebringe flere andre brønnmålinger og -data, innbefatter MWD-rørstykket 24 et vanlig boreslam-pulstelemetrisystem, av hvilket hovedkomponentene er vist skjematisk i Figur 4. Boreslam-pulstelemetrisystemet er kjent for en fagmann på området, følgelig er kun en kort beskrivelse av systemet gitt her. Med henvisning til Figur 4, blir boreslam vha. boreslampumper 5 beliggende ved overflaten sirkulert inn i den øvre borestreng 8. Boreslammet ledes gjennom borestrengen 8 inn i MWD-rørstykket 24 hvor det føres gjennom en boreslam-pulsanordning som innbefatter en pulsventil 60 av sirenetypen som gjentatte ganger avbryter boreslam-strømmen for i det sirkulerende boreslam å frembringe en strøm av trykkpulser som kan de-tekteres av trykktransdusere 70 ved overflaten. Transduserne 70 er anbrakt i rør-systemet som innbyrdes forbinder boreslampumpene 5 med borestrengen 8.

Etter at boreslammet føres gjennom pulsventilen 60 i MWD-rørstykket 24, strømmer det gjennom en turbin 64 som driver en generator 63 som gir elektrisk kraft til MWD-komponentene. Alternativt kan det brukes batterier for å tilveiebringe den nødvendige kraft. Idet boreslammet kommer ut av MWD-rørstykket 24, føres det gjennom overgangsstykket 26 og inn i omløpsventilen 28. Som det i nærmere detalj er beskrevet nedenfor, føres boreslammet deretter inn i ringrommet 4 dannet mellom borestrengen 8 og borehull-foringsrøret 7, idet boreslammet ledes enten direkte fra omløpsventilen 28 inn i ringrommet 4 eller, avhengig av omløpsventilens 28 stilling, gjennom nedføringsverktøyet 30 og startfresen 32.

I MWD-rørstykket 24 er opptatt et antall følere 68 som kun er vist skjematisk i Figur 4. MWD-føleme 68 er typisk opptatt i veggen til MWD-rørstykket 24, borte fra strømmen av boreslam. Slike MWD-følere 68 innbefatter et tre-akset akselerometer som måler jordens tyngdevektor i forhold til verktøyaksen og et punkt langs verkøyets omkrets kalt en risslinje (ikke vist), fra hvilket boreoperatø-ren kan bestemme helningen til MWD-rørstykket 24 og "verktøyflate". Helningen er målet på borehullets avvik fra vertikal. "Verktøyflate" er et mål på vinkelen mellom risslinjen i forhold til den høye side av borehullet. Dessuten innbefatter føler-ne 68 et tre-akset magnetometer som måler komponentene til jordens magnetfelt i forhold til verktøy-aksene. Vha. denne måling og akselerometermålingene kan boreoperatøren bestemme asimut. Asimut er borehullets retningsorientering i forhold til nord.

Pulsventilens 60 rotasjonshastighet moduleres vha. en elektronisk styring 62 som reaksjon på et signaltog mottatt fra en elektronikkpakke 66. Målingene og dataene fra de forskjellige MWD-følere 68, som er innbyrdes elektrisk forbundet med den elektronikkpakken 66, danner diskrete partier av signal-styretoget som av elektronikkpakken 66 sendes til styringen 62. Trykkpulsene som av transduserne 70 mottas ved overflaten gjengir følgelig retningsmålingene og andre data detektert nede i hullet vha. MWD-følerne 68. Disse signaler analyseres deretter av datamaskinen 72 kontinuerlig for å bestemme helningen, asimut og annen re-levant informasjon som vha. en monitor 74 vises for en operatør og som spilles inn av en opptaker 76.

Omløpsventilen 28 forstås best med henvisning til Figurene 5-9. med henvisning til Figurene 5 og 6, innbefatter omløpsventilen 28 generelt en ventil-hoveddel 80, en stempelhylse 82 og et rørformet stempel 84. Ventil-hoveddelen 80 er et stort sett sylindrisk element med en vegg 98 og en sentral, langsgående fluidkanal 92 forløpende mellom en øvre ende 94 og en nedre ende 96. En koblingsmuffe 100 er anordnet ved den øvre og nedre ende 94, 96. Hoveddelen 80 innbefatter dessuten tre boreslam-innløpsporter 102 (én synlig i Figur 5) for å tillate at borefluid ledes gjennom veggen 98, som beskrevet i nærmere detalj nedenfor. Hver innløpsport 102 innbefatter en filter-ringenhet 104 som holdes i stilling i innløpsporten 102 vha. en holdering 105. Veggens 98 indre overflate innbefatter en ringformet utsparing 106 utformet langs et segment av dens lengde og en nedre skulder 108 beregnet for å støtte stempelhylsen 82.

Med henvisning til Figur 6, innbefatter stempelhylsen 82 generelt et rørele-ment 110, en øvre tetningsholder 112, en nedre tetningsholder 114 og et endelokk 116. Rørelementet 110 innbefatter en øvre tetningsgland 118 og en nedre tetningsgland 122 beregnet for å holde o-ring-tetningene henholdsvis 120, 124, som er i tetningsanlegg mot den indre overflate av ventil-hoveddelens vegg 98 over og under den ringformede utsparing 106. Rørelementets 110 ytre overflate innbefatter tilstøtende segmenter med redusert diameter 126, 128 som er utformet på rø-relementet 110 i tilstøtning til den ringformede utsparing 106 for derved å danne to ringformede forbindelseskamre 130, 132 mellom rørelementet 110 og ventil-hoveddelens vegg 98.

Stempelhylsen 82 innbefatter en sentral fluidkanal 111 innrettet koaksialt med hoveddelens 80 langsgående fluidkanal 92. Hylsen 82 innbefatter dessuten en rekke fluidporter utformet for å tillate borefluid å føres mellom den sentrale kanal 111 og nedre ringformede kammer 132. Nærmere bestemt innbefatter hylsen 82, i den foretrukne utføringsform av oppfinnelsen, fire øvre radielle porter 136 og fire nedre radielle porter 138 som er anordnet i avstand i lengderetningen fra de øvre porter 136.

Hylsens 82 rørelement 110 innbefatter dessuten en forsenkning 140 utformet i dets øvre ende og ender ved en skulder 142. Mellom skulderen 142 og den øvre tetningsgland 118 er det utformet fluidporter 144 med liten diameter som tillater borefluid å ledes mellom det øvre ringformede kammer 130 og et ringrom 87 som er dannet mellom stempelhylsen 82 og stempelet 84. I den foretrukne utfø-ringsform innbefatter rørelementet 110 to radielle porter 144. Den nedre ende av rørelementet 110 innbefatter to forsenkninger 150, 152 for opptak av øvre tetningsholder 112, nedre tetningsholder 114 og endelokket 116. Nedre forsenkning 152 innbefatter et gjenget område 154 for inngrep med et motsvarende gjenge-segment av endelokket 116.

Øvre tetningsholder 112 er et rørelement med en stort sett sylindrisk vegg 160 med en øvre ende 162 og en nedre ende 164 og en innvendig, ringformet skulder 168. Den øvre ende 162 ligger an mot rørelementets 110 skulder 156 og den nedre ende 164 ligger an mot den nedre tetningsholder 114. Stempelhylsens 82 nedre radielle porter 138 er utformet gjennom veggen 160 til øvre tetningsholder 112 i området 169 som strekker seg mellom den ringformede skulder 168 og nedre ende 164. En tetningsgland 170 er utformet mellom øvre ende 162 og skulderen 156 hos rørelementet 110 for å holde en T-tetning 172. Likeledes er en tetningsgland 174 utformet mellom nedre ende 164 av øvre tetningsholder 112 og nedre tetningsholder 114 for å holde en T-tetning 176. Øvre tetningsholder 112 innbefatter dessuten en tetningsgland 178 som holderen O-ring-tetning 180 som tetter mellom rørelementets 110 indre overflate og forsenkningen 150.

Den nedre tetningsholder 114 er et ring-aktig element og innbefatter en tetningsgland 182 beregnet for å holde en O-ring-tetning 184 som likeledes tetter

mellom rørelementet 110 og forsenkningen 150. Som forklart ovenfor, holder den nedre tetningsholder 114, i samvirkning med øvre tetningsholder 112, T-tetningen 176 mellom seg. På en liknende måte innbefatter nedre tetningsholder 114 en T-tetningsgland 186 som, i samvirkning med endelokket 116, holderen T-tetning

188 mellom seg. Under montering av omløpsventilen 28, anordnes øvre og nedre tetningsholdere 112, 114 i rørelementets 110 forsenkning 150. Deretter blir endelokket 116, som innbefatter et gjenget segment 190 og en flens 192, skrudd inn i rørelementet 110 inntil flensen 192 ligger an mot den nederste ende av rørele-mentet 110 slik at T-tetningene 172, 176 og 186 innelukkes i sine respektive tet-ningsglander. Endelokkets 116 flens 192 hviler mot skulderen 108 i ventil-hoveddelen 80. Stempelhylsen 82 holdes i hoveddelen 80 nær dens øvre ende vha. en holdering 200 som er anordnet i et spor utformet i ventil-hoveddelens 80 vegg 98.

Med henvisning til Figur 6, er stempelet 84 et stort sett rørformet element med en sentral fluidkanal 202 innrettet koaksialt med ventil-hoveddelens 80 kanal 92. Stempelets 84 øvre ende 204 innbefatter en forsenkning 206 som opptar en stuss 208. En holdering 210 holder stussen 208 anordnet mot en skulder 212 i forsenkningen 206. En tetningsgland 214 er utformet i forsenkningens 206 overflate for å holde en O-ring-tetning 216 som tetter mellom stussen 208 og forsenkningens 206 overflate. Oppfinnelsen gir mulighet for utskiftbare stusser slik at en ved å bytte ut en stuss med en annen kan endre omløpsventilens 28 lukkekarak-teristika for derved å ta hensyn til varierende boreslam-vekt. I den foretrukne utfø-ringsform er brukt en stuss 208 på 1 1/8 tomme (28,6 mm) for alle boreslam med en vekt på 12 pund pr. gallon (1439 g/l) eller mindre, mens en stuss på 1 1/4 tomme (31,8 mm) anvendes ved boreslam med høyere vekt.

Det rørformede stempel 84 er vist i Figurene 5 og 6 i en fiksert, opprinnelig stilling i stempelhylsen 82. Med stempelet 84 i denne stilling er omløpsventilen 28 fullt ut åpen. I den opprinnelige stilling er stempelet 84 stiftet til stempelhylsen 82 vha. to bruddstifter 220 anordnet gjennom på linje innrettede hull i den øvre ende av stempelet 84 og hylsen 82. Som beskrevet nedenfor, vil stempelet 84, når bruddstiftene 220 er kløyvd, tillates å bevege seg frem og tilbake i stempelhylsen 82 mellom den opprinnelige stilling vist i Figurene 5 og 6 og den endelige eller fullt ut lukkede stilling vist i Figur 9, idet stempelet 84 føres mellom et antall mellomstillinger mellom disse, så som f.eks. de som er vist i Figurene 7 og 8. Volumstrøm-men som omløpsventilen 28 vil lukke ved (og følgelig volumstrømmen som forankringspakningen 16 vil bli anbrakt ved) kan endres ved selektivt å velge bruddstifter 220 med hensiktsmessig dimensjon og fasthet. Dette særtrekk, sammen med muligheten for å ha utskiftbare stusser, muliggjør at den samme omløpsventil 28 kan brukes ved et bredt utvalg av anvendelser uten å kreve betydelig omdanning. Omløpsventilen 28 som er slik beskrevet kan f.eks. brukes ved borefluider med vekt opptil 17 pund pr. gallon (2039 g/l) og ved MWD-verktøy som krever volum-strømmer på opptil 400 gallon pr. minutt (1514 l/min) for å virke. En holdering 222 anordnet i et spor i stempelhylsens 82 øvre ende danner øvre grense for stempelets 84 forflytning. Stempelets 84 øvre ende 204 innbefatter en tetningsgland 224 som holder en tetning 226 med lav friksjon, så som en teflonimpregnert tetning, for tetningsanlegg mot stempelhylsens 82 indre overflate ved et sted ovenfor skulderen 230.

Stempelet 84 innbefatter dessuten et sentralt parti 228 med redusert ytter-diameter slik at det dannes en øvre, ringformet skulder 230 som stort sett vender mot den ringformede skulder 142 utformet på hylsen 82. En fjær 83 er anordnet mellom skuldrene 230 og 142 i ringrommet 87 og gir en forspenningskraft som er nødvendig for å tilbakeføre stempelet 84 til den opprinnelige stilling vist i Figurene 5 og 6 når forspenningskraften overskrider den motsatte kraft skapt av fluidtrykket fra boreslammet som sirkuleres gjennom omløpsventilen 28.

Stempelets 84 nedre parti innbefatter en ringformet skulder 234 som danner et segment 236 med redusert diameter. Som nedenfor beskrevet, danner skulderen 234, i samvirkning med skulderen 168 på øvre tetningsholder 112, i kombinasjon en stopper for å hindre ytterligere nedadbevegelse av stempelet 84 når det har nådd sin laveste eller fullt ut lukkede stilling, vist i Figur 9. Segmentet 236 med redusert diameter er dimensjonert slik at det er forskyvbart opptatt i de sentrale boringer i øvre og nedre tetningsholdere 112, 114 i svært stramt pas-ningsforhold. Nærmere bestemt er det små toleranser mellom stempelets 84 segment 236 med redusert diameter og området 169 av veggen 160 til tetningsholder. Av årsaker som er beskrevet nedenfor, foretrekkes at stempelsegmentet 236 og sylinderflaten til området 169 er dimensjonert slik at den diametrale klaring mellom segmentet 236 og flaten 169 er mellom 0,003 og 0,007 tommer (0,076 og 0,178 mm), selv om en diametral klaring i området 0,001 til 0,010 tommer (0,025 til 0,254 mm) også vil kunne anvendes.

I Figur 10 er vist et nedføringsverktøy 30 tilkoplet mellom omløpsventilen 28 og startfresen 32. Nedføringsverktøyet 30 og startfresen 32 som her er vist repre-senterer kjent teknikk. Følgelig er indre deler av nedføringsverktøyet og startfresen, som er i vanlig bruk og som er kjent, sløyfet i Figur 10 av hensyn til tydelig-het.

Nedføringsverktøyet 30 innbefatter stort sett en langstrakt hoveddel 240 med en i lengderetningen gjennomgående boring 241 som består av øvre og nedre segmenter henholdsvis 242, 244. Nedføringsverktøyet 30 innbefatter dessuten et flytende stempel 248 anordnet i boringen 241. Boringens 241 nedre segment 244 har større diameter enn segmentet 242, og skjærer segmentet 242 ved en ringformet skulder 246. Stempelet 248 innbefatter tetninger (ikke vist) som er i tetningsanlegg mot boringens 241 indre overflate for å hindre at fluider på én side av stempelet 248 blandes med fluider på den andre side.

Bruken av sideboringssystemet 10 til å danne et vindu i et foret borehull, for derved å muliggjøre danning av et avvikende borehull, begynner med montering av systemet 10. Under montering stiftes omløpsventilens 28 rørformede stempel 84 vha. bruddstifter 220 i stillingen som er vist i Figurene 5 og 6. Omløpsventilen

28 forbindes med nedføringsverktøyet 30 hvor stempelet 248 opprinnelig anbringes ved posisjonen 249 vist i Figur 10. Partiet av boringen 241 nedenfor den opprinnelige stilling 249, samt boringen 33 og kanalen 35 i startfresen 32, fylles med hydraulisk fluid. Likeledes blir også røret 42, det hydrauliske rørsystem 15 i ledekilen 14 og forankringspakningens 16 rørsystem 17 vist i Figur 1B opprinnelig kilen 14 og forankringspakningens 16 rørsystem 17 vist i Figur 1B opprinnelig fylt med hydraulisk fluid. Forankringspakningen 16 forbindes med ledekilen 14 vha. forbindelses-rørstykket 18, og ledekilen 14 henges opp i startfresens 32 forbindelsesarm 36 vha. bruddstiften 44 (Figur 10). Sideboringssystemet 10 føres deretter ned i borehullet 6 vha. borestrengen 8. Etter hvert som systemet 10 nedføres i borehullet 6, tillates borefluid å komme inn i omløpsventilen 28 og fylle borestrengen via boreslamporter 102 og radielle porter 136, 138, hvilket er best vist i Figur 6.

Når sideboringssystemet 10 når hensiktsmessig høyde i borehullet, som vist i Figurene 1A og 1B, sirkuleres borefluidet gjennom borestrengen 8 og nedfø-ringsenheten 12 med volumstrømmer så høye som 300 gallon pr. minutt (1136 l/min) for å drive MWD-rørstykket 24 og detektere den daværende orientering av sideboringssystemet 10 og ledekilen 14. Med henvisning til Figur 6, blir boreslammet som pumpes gjennom MWD-rørstykket 24 ledet inn i omløpsventilen 28 gjennom den sentrale kanal 92. Strømmen føres deretter gjennom stussen 208 og inn i stempelets 84 fluidkanal 202. Inntil ventilen 28 lukker som nedenfor beskrevet, kommer borefluidet ut av omløpsventilen 28 gjennom øvre og nedre radielle porter 136, 138, det ringformede kammer 132 og boreslamporter 102.

Med den nødvendige volumstrøm av boreslam gjennom MWD-rørstykket 24, blir boreslampulser som gjengir orienteringen av sideboringssystemet 10 sendt til overflaten for analyse og innspilling. Med denne informasjon gitt, dreier bore-operatøren borestrengen 8 slik at ledekilens 14 skråflate 40 orienteres hensiktsmessig. Dreining av borestrengen utføres ved bruk av vanlig boreutstyr innbefat-tende et boretårn, borevinsj, rotasjonsbord, svivel- og drivrørforbindelse (ikke vist) som alt er kjent for en fagmann på området. Med ledekilen 14 i en slik stilling, anbringes så forankringspakningen. Dette utføres ved å øke volumstrømmen av boreslam til omtrent 500 gallon pr. minutt (1893 l/min). Det økede hydraulikktrykk som virker mot stempelet 84 kløyver bruddstiftene 220 og bevirker at stempelet 84 i begynnelsen beveges svært hurtig fra sin stilling vist i Figur 6 mot den fullt ut lukkede stilling vist i Figur 9.

Etter hvert som stempelet 84 fortsetter å lukke, når det stillingen vist i Figur 7 hvor de øvre radielle porter 136 i stempelhylsen 82 er blokkert og tettet av stempelet. I denne stilling innelukker stempelet 84 borefluid i en fluidlomme 85. Etterhvert som stempelet 84 fortsetter å bevege seg mot sin fullt ut lukkede stilling, kommer fluid ut av fluidlommen 85 mellom enden av stempelet 84 og den tilstøtende, med liten pasning anordnede flate av øvre tetningsholder 112. Pga. de stramme toleranser og det resulterende område med små klaringer som fluidet kan komme ut gjennom fra fluidlommen 85, bremses stempelets 84 videre bevegelse slik at dets bevegelse dempes og derved dempe hastigheten ved lukking av omløpsventilen 28. Med stempelet 84 i stillingen vist i Figur 7, dvs. med halvpar-ten av de radielle porter 136,138 i stempelhylsen 82 nå lukket, vil det dannes en nesten umiddelbar trykkheving i det sirkulerende boreslam. Avhengig av boreslam-vekten, vil boreoperatørens panel (ikke vist) indikere en trykkheving på omtrent 400-500 psi (27,6-34,5 bar). Ved bruk av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, vil boreoperatøren ved dette punkt senke hastigheten til boreslampumpene 5 for å muliggjøre fortsatt bevegelse av stempelet 84 mot lukket stilling, men med en lav og styrt hastighet. Stempelet 84 fortsetter deretter å lukke, idet det beveger seg fra en stilling vist i Figur 7 til stillingen vist i Figur 8 hvor de nedre radielle porter 138 også er lukket av stempelet 84. Stempelet 84 beveger seg endelig til den fullt ut lukkede stilling vist i Figur 9 hvor stempelets 84 skulder 234 ligger an mot stoppskulderen 168 på øvre tetningsholder 112. En reser-vetetning 188 hindrer, sammen med tetningen 176, at fluid kommer ut av om-løpsventilen 28 gjennom de nedre radielle porter 138.

Med henvisning til Figurene 2, 9 og 10, med omløpsventilen 28 fullt ut lukket, vil borefluid-trykket i nedføringsverktøyet 30 heves. Etter hvert som fluidtrykket heves, tvinges stempelet 248 nedad i boringen 241, for derved også å øke trykket i hydraulikkfluidet nedenfor stempelet 248 i nedføringsverktøyet 30, og i de innvendige rørsystemer 15, 17 til henholdsvis ledekilen 14 og forankringspakningen 16. Endelig bevirker det økede fluidtrykk i rørsystemet 17 i forankringspakningen 16 at de hydraulisk drevne holdekiler 50, 52 og paktingstetningen 54 bringes til anlegg mot brønn-foringsrøret 7 for derved å forankre sideboringssystemet 10 i hensiktsmessig orientering i brønn-foringsrøret 7, som vist i Figur 2.

Med henvisning til Figurene 3 og 10, blir borestrengen 8, når ledekilen 14 er orientert og forankret, nedsenket eller hevet slik at bruddstiften 44 kløyves for derved å frakople startfresen 32 fra ledekilen 14 og kløyve røret 42. Med røret 42 kløyvd, kommer hydraulikkfluidet nedenfor stempelet 248 ut i borehullet. Med det økede fluidtrykk over stempelet 248, beveges stempelet 248 i nedføringsverktøyet 30 nedad mot startfresen 32 inntil det kommer inn i det nedre segment 244 av boringen 241 som vist ved posisjon 251. Borefluid tillates deretter å føres rundt stempelet 248 inn i startfresen 32, og borestrengen og den tilkoplede startfres roteres. Etter hvert som startfresen 32 både nedsenkes og roteres, som vist i Figur 3, bringes den til kam-anlegg mot foringsrøret 7 vha. ledekilens 14 skråflate 40, hvilket bevirker at fresingen av foringsrøret 7 begynner. Under denne prosess blir blokk-enheten 38 frest bort fra ledekilen 14. Etter at vinduet med gunstig resultat er utformet i foringsrøret 7, fjernes borestrengen 8 fra borehullet. Ifølge kjent teknikk blir deretter en vindusfres nedført i hullet og benyttet til å bore det nye borehull gjennom foringsrør-vinduet som er skåret av startfresen.

Claims (6)

1. Anordning for anbringelse av et hydraulisk aktivert brønnverktøy-anker (16) i et borehull, karakterisert ved at den omfatter: en borestreng (22) som det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16) er koplet til; en MWD-enhet (24) som er festet til borestrengen og omfatter et magnetometer (68) for detektering av borestrengens orientering i borehullet når borefluid sirkulerer i borestrengen med en volumstrøm som ligger innenfor et volumstrøm-driftsområde som er nødvendig for drift av MWD-enheten; et rotasjonsbord som er forbundet med borestrengen (22) for omdreining av borestrengen til en ønsket orientering i borehullet; en til borestrengen festet skjæreenhet; en omløpsventil (28) i borestrengen for styring av hydraulikktrykket som virker på det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16) og for styring av borefluid-strømmen til skjæreenheten, idet omløpsventilen (28) lukker og aktiverer brønnverktøy-ankeret (16) ved en borefluid-volumstrøm som overskrider nevnte volumstrøm-driftsområde for MWD-enheten.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at omløpsventilen omfatter: et i et ventilhus (82) og et i ventilhuset anordnet stempel (84) som er innrettet for frem- og tilbakebevegelse mellom en fullt ut åpen stilling og en fullt ut lukket stilling samt en mellomstilling mellom den fullt ut åpne og fullt ut lukkede stilling; minst én bruddpinne (220) beregnet for å holde stempelet (84) i den fullt ut åpne stilling inntil borefluidet har sirkulert gjennom ventilen med volumstrøm som overskrider nevnte volumstrøm-driftsområde; en innsnevret åpning for å bringe stempelet (84) til å bevege seg fra den fullt ut åpne stilling mot den fullt ut lukkede stilling med en første bevegelseshastighet etter at bruddpinnen(e) (220) har frigjort stempelet; og en fluidlomme (85) beregnet for å endre stempelets bevegelseshastighet etter at stempelet har flyttet seg fra den fullt ut åpne stilling til mellomstillingen.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at fluidlommen (85) er innrettet til å dempe stempelets bevegelse fra mellomstillingen til den fullt ut lukkede stilling.

4. Fremgangsmåte for å anbringe et hydraulisk aktivert brønnverktøy-anker (16) og begynne boring i løpet av en enkelt-tur av en borestreng, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: montering av en borestreng (22) med en MWD-enhet (24) som er i stand til å detektere brønnparametere og å formidle de detekterte data til borehullets overflate, en omløpsventil (28) beregnet for å rette borefluid-strømmen gjennom borestrengen (22), en skjæreenhet og det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16); nedføring av den monterte borestreng (22) i borehullet og anbringelse av det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16) ved et forutbestemt sted; føling av borestrengens (22) orientering ved bruk av MWD-enheten (24); orientering av borestrengen (22) i den ønskede orientering; påtrykking av et fluidtrykk gjennom borestrengen for å anbringe det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16); nedsenking og omdreining av borestrengen (22) for å løsgjøre skjæreenheten fra det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16) og for å begynne boring.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at trinnet for føling av borestrengens orientering omfatter følgende trinn: pumping av borefluid gjennom MWD-enheten (24) og omløpsventilen (28) med en volumstrøm som kreves for å drive MWD-enheten (24) og samle inn de nødvendige brønndata, og med en volumstrøm mindre enn den som kreves for å anbringe det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at trinnet for å anbringe det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16) omfatter følgende trinn: økning av volumstrømmen av borefluid til den volumstrøm som kreves for å anbringe det hydraulisk aktiverte brønnverktøy-anker (16).