NO312421B1 - Anordning for å lage en sliss i en undergrunnsformasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for å lage en sliss tilstøtende en brønn som går gjennom en undergrunnsformasjon.

Innen teknikken for komplettering av brønner for produksjon av olje og gass er det ofte nødvendig å perforere formasjonen og/eller brønnfoirngsrøret og omkringliggende sementringrom for å gjøre det mulig for fluid å strømme fra formasjonen inn i borehullet.

Det er vanlig praksis å lage slike perforeringer ved hjelp av formede ladningsperforeringspistoler som fyrer av en strøm av metallpartikler med høy hastighet gjennom foringsrøret og sementkappen inn i den omkringliggende formasjon.

Mange forsøk er blitt gjort på å frembringe anordninger som er i stand til å kutte slisser som støter til et undergrunnsborehull, og som ikke forringer eller komprimerer den omkringliggende formasjon i samme grad som med perforerings-pistoler.

I US-patentpublikasjon nr. 3225824 beskrives en nede-i-borehullskutte-anordning som omfatter et sirkulært slisskuttehjul. Ved anvendelse av denne kjente anordning roterer kuttehjulet samtidig som det beveges delvis på utsiden av sitt hus for å kutte en sliss i det omgivende borehull eller foringsrør, hvoretter kuttehjulet trekkes inn igjen i huset og anordningen trekkes ut av brønnen. Andre anordninger gjør bruk av et sirkulært slisskuttehjul og finnes beskrevet i US-patentpublikasjoner nr. 4106561 og 4220201.

En ulempe med disse kjente kuttehjulanordninger er at dybden av slissen som gjøres i undergrunns formasjonen er relativt liten ettersom den maksimale rekke-vidde til kuttehjulet er mindre enn 50 % av diameteren av borehullet.

I patentpublikasjonene UK 842549, US 1406351 og US 2178554 beskrives kjedesagbrønnslissanordninger som omfatter komplekse mekanismer for å hengsle sagarmen mellom sin langsgående og tversgående posisjon.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning som gjør det mulig å øke området og dybden av slissen som grenser til en brønn som går gjennom en undergrunnsformasjon, slik at kommunikasjonen mellom borehullet og den omkringliggende formasjon forbedres.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en sagarm som er forbundet med hengsling til et hus slik at sagarmen kan hengsles mellom en første posisjon hvor sagarmen i det vesentlige strekker seg parallelt med en lengdeakse til huset og en andre posisjon hvor sagarmen strekker seg i en retning vekk fra lengdeaksen til huset. Sagarmen er utstyrt med et endeløst kjede hvorpå et antall kutteelementer er montert og drivanordninger er til stede for å bevirke at kjedet roterer rundt sagarmen.

Videre omfatter drivanordningen en hydraulisk motor som er plassert slik at den kan forskyves inne i huset slik at motoren som svar på tilført hydraulisk trykk på motoren forskyves langs huset sammen med en hengslemekanisme som derved bevirker at sagarmen hengsler mot den andre posisjon, og anordningen omfatter videre en fjærmekanisme som bevirker at sagarmen hengsler tilbake mot den første posisjon ved fravær av et hydraulisk trykk over motoren.

Sagarmen er fortrinnsvis formet som et avlangt blad, og drivanordningen for å bevirke at det endeløse kjede roterer rundt sagarmen omfatter en drivaksel som drives av en hydraulisk positiv fortrengningsmotor av Moineau-typen.

Hengslemekanismen omfatter fortrinnsvis et sylindrisk tannhjul som er fast til den opplagrede ende av sagarmen, og en stempelsammenstilling som bærer motoren og en tannstang med tenner som samarbeider med det sylindriske tannhjul.

Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse har utforming og særpreg slik det fremgår av krav 1.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert ved hjelp av et eksempel med henvisning til de tilhørende tegninger, hvor Figur 1 viser skjematisk, og ikke i skala, et delvis tverrsnitt av en vertikal brønn hvor kutteanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er plassert; og Figur 2 viser skjematisk et delvis tverrsnitt av kutteanordningen, tegnet i en skala som er ulik skalaen i Figur 1.

Henvisning gjøres nå til Figur 1 som viser en brønn 1 som går gjennom en undergrunnsformasjon 2. Brønnen 1 omfatter et borehull 3 hvor et foringsrør 5 er blitt installert. Ringrommet mellom foringsrøret 5 og veggen i borehullet 3 er fylt med sement 7.

Kutteanordningen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et hus 11 og en sagarm 15 som er forbundet med hengsler til huset 11. Sagarmen 15 er omgitt av et endeløst kjede 24 utstyrt med kutteelementer 25. Kutteanordningen 10 inkluderer videre en anordning 17 for å hengsle sagarmen 15 relativt til huset 11, en motor (ikke vist) og et transmisjonssystem 20 for å bevirke at det endeløse kjede 24 roterer rundt sagarmen 15.

Kutteanordningen 10 er opphengt inne i brønnen 1 ved den nedre ende av et rør 21. Under nedsenking av kutteanordningen 10 i brønnen 1 holdes sagarmen 15 i en første posisjon hvor sagarmen 15 strekker seg parallelt med husets 11 langsgående akse I. Når kutteanordningen har ankommet stedet hvor en sliss skal kuttes i forings-røret 5 og den omkringliggende formasjon 2, aktiveres motoren for å drive det ende-løse kjede 24. Samtidig hengsles sagarmen 15 gradvis mot en andre posisjon hvor sagarmen 15 strekker seg i en retning vekk fra husets 11 langsgående akse 1.1 den andre posisjon strekker sagarmen 15 seg vinkelrett ut fra husets 11 langsgående akse I, som vist i Figur 1. Deretter forskyves kutteanordningen 11 oppover gjennom brønnen 1, og kutteelementene 25 på det endeløse kjede 24 kutter en langstrakt sliss 23 gjennom foringsrøret 5, sementringrommet 7 og den omkringliggende formasjon 2. Når den langstrakte slissen 23 har nådd sin tilsiktede lengde, hengsles sagarmen 15 tilbake til den første posisjon, og kutteanordningen 10 trekkes ut fra brønnen 1. Overflatearealet på hver flate til den langstrakte sliss 23 er lengden av den langstrakte sliss 23 ganger dybden av slissen 23, hvilken er dimensjonen av slissen vinkelrett til brønnen 1.

Lengden av sagarmen 15 velges slik at dybden til den langstrakte sliss 23 er mellom 0,25 og 3,0 ganger eller større enn diameteren til borehullet 2, og hensiktsmessig mellom 0,5 og 1,50 ganger diameteren til borehullet 2.

Kutteanordningen 10 vist i Figur 1 vil bli beskrevet mer detaljert med henvisning til Figur 2. Kutteanordningen 10 omfatter et hus 11 og en sagarm 15 som er forbundet med hengsling til huset 11. Sagarmen 15 kan roteres mellom en første posisjon hvor sagarmen 15 strekker seg parallelt med husets 11 langsgående akse og en andre posisjon hvor sagarmen 15 strekker seg i en retning vekk fra husets 11 langsgående akse, som vist i Figur 2.

Kutteanordningen inkluderer videre en anordning 17 for å hengsle sagarmen 15 relativt til huset 11, og en motor 27 forsynt med en teleskopisk utgangsstjerneaksel 28 og et transmisjonssystem 20 for å bevirke at et endeløst kjede 24 utstyrt med kutteelementer 25 roterer rundt sagarmen 15.

Det endeløse kjede 24 passerer over en trinse eller et hylsehjul 29 som er plassert ved den opplagrede ende av sagarmen 15. Trinsen eller hylsehjulet 29 er koblet til en drivaksel 30 som er forbundet slik at den kan rotere med huset 11 med en lagersammenstilling (ikke vist). Retningen av drivakselen 30 er vinkelrett til husets 11 langsgående akse I, og sagarmen 15 er forbundet med hengsling til drivakselen 30.

Drivakselen 30 drives i sin tur av transmisjonssystemet 20. Transmisjonssystemet omfatter et rett eller konisk drev med et drevet hjul 31 som er koblet til drivakselen 30 og et drivhjul 32 som er forbundet med den nedre ende av den teleskopiske utgangsaksel 28 fra motoren 27. Den teleskopiske utgangsaksel 28 er opplagret nær drivhjulet 32 ved hjelp av en lagring (ikke vist) som forhindrer aksiell og sideveis forskyvning av enden av den teleskopiske utgangsaksel 28.

Anordningen 17 for å hengsle sagarmen 15 inkluderer en anordning 35 som medfører at en stang 37 forskyver seg i den langsgående retning av huset 11, og en anordning 39 som omdanner forskyvningen av stangen 37 til rotasjon av sagarmen 15. Anordningen 39 omfatter et sylindrisk tannhjul 40 som virker sammen med tenner

41 på stangen 37. Det sylindriske tannhjul 40 er utstyrt med en arm 42 som er for bundet med sagarmen 15 for å overføre rotasjonen av det sylindriske tannhjul 40 til sagarmen 15.

Anordningen 35 som medfører at stangen 37 forskyves i den langsgående retning av huset 11, omfatter et stempel 45 forsynt med en åpning 46 og en rørformet drivsammenstilling 48, hvilken rørformet drivsammenstilling 48 omfatter et ytre rør 49 og et indre rør 50. Den øvre ende av det ytre rør 49 er forbundet med stemplet 45, og stangen 37 er forbundet med den nedre ende av det indre rør 50.

Huset 11 er utstyrt med en innadstående ring 52, og det ytre rør 49 er utstyrt med en skulder 53 slik at bevegelsen av anordningen 35 er begrenset mellom den første posisjon hvor skulderen 53 er i kontakt med den innadstående ring 52 og den andre posisjon hvor stemplet 45 er i kontakt med den innadstående ring 52. Tannstangen 37 og det sylindriske tannhjul 40 er utformet slik at i den første posisjon er sagarmen 15 i lengderetningen av huset 11 og i den andre posisjon stikker sagarmen 15 vinkelrett ut fra huset 11.

Huset er videre utstyrt med en innadstående støttering 55, og det indre rør 50 er utstyrt med en utadstående ring 56.1 ringrommet 60 mellom det indre rør 50 og huset 11 er to fjærer plassert: en returfjær 62 plassert mellom den innadstående støttering 55 og den utadstående ring 56, og en kompresjonsfjær 64 plassert mellom den utadstående ring 56 og den nedre ende av det ytre rør 49. De to fjærer 62 og 64 skal gi en lett flytende opplagring av kjedesagarmen 15 som gjør det mulig for kjedesagarmen å respondere på harde områder i foringsrøret og/eller den omkringliggende sementkappe og formasjon.

Motoren 27 er festet til det indre rør 50 ved hjelp av opplagringer 67 og 68, og den teleskopiske utgangsaksel 28 fra motoren 27 strekker seg gjennom slissen 70 i platen 71.

Motoren 27 er en hydraulisk positiv fortrengningsmotor av Moineau-typen. Motoren 27 er plassert koaksialt med den langsgående akse I av huset 11. Den øvre opplagring 67 er en ring som forhindrer at fluidet for drift av motoren 27 lekker ut.

Ved normal drift senkes kutteanordningen 10 inn i brønnen 1 (se Figur 1) ved den nedre ende av røret 21. Under nedsenkingen av kutteanordningen 10 er sagarmen 15 i den første, koaksiale posisjon i forhold til den langsgående akse I. Deretter aktiveres motoren 27 ved å la et driftsfluid passerer gjennom røret 21 og dette fluidet passerer via sliss 46 inn i den positive fortrengningsmotor 27. Den teleskopiske utgangsaksel 28 til motoren 27 driver det endeløse kjedet 24 med kutteelementene 25 via transmisjonssystemet 20.

Fluidet som tilføres gjennom røret 21 virker også på stemplet 45 og følgelig også på anordningen 35 hvilket derved medfører at stangen 37 beveges nedad og at sagarmen 15 gradvis vil hengsle mot en posisjon vekk fra den langsgående akse I av huset 11. Når sagarmen 15 er rotert kutter kutteelementene 25 gjennom foringsrøret 5 (se Figur 1), sementlaget 7 og undergrunnsformasjonen 2. Når sagarmen 15 strekker seg i den tilsiktede tversgående retning i forhold til den langsgående akse I, trekkes kutteanordningen 10 oppover for å danne den avlange sliss 23 i undergrunnsformasjonen 2.

Når den avlange sliss 23 har fått sin ønskede lengde, avbrytes tilførselen av fluid og returfjæren 62 tvinger anordningen 35, og derved også stangen 37, til å rotere oppad slik at sagarmen 15 returnerer til sin første, koaksiale posisjon. Deretter kan kutteanordningen 10 fjernes fra brønnen 1.

Lengden av sagarmen 15 er ikke begrenset av diameteren til huset eller av borehullet, derfor kan dybden av slissen gjøres langt større enn ved de kjente kutteanordninger som gjør bruk av en sirkulær kutteskive. Videre har den avlange sliss ifølge den foreliggende oppfinnelse flate vegger, derfor vil anvendelse av en slik sliss resultere i en produksjonsøkning på minst 25 % sammenlignet med konvensjonelle perforeringer med den samme dybde som har blitt dannet ved hjelp av en perforeringspistol. De avlange slisser som er laget med fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse forbedrer også enhver videre behandling av brønnen, slik som gruspakking, hydraulisk oppsprekking og andre stimuleringer. Når slisser ifølge oppfinnelsen anvendes sammen med gruspakking kan vesentlig høyere utbytter (opp til 300 %) forventes på grunn av fravær av en knust sone med fine partikler som har tendens til å plugge grusfilterperforeringstunnelene som er laget med konvensjonelle perforeringsteknikker.

Kutteanordningen kan utstyres med et kanalsystem og med dyser som fordeler fluid anvendt for å drive motoren til kutteelementene for å rengjøre disse.

Ved å velge en hensiktsmessig tetthet av fluidet i brønnen kan fiuid-trykket nær sagarmen styres. Trykket kan være større enn formasjonstrykket for å bevirke kutting av formasjonen. Alternativt kan trykket være mindre enn formasjonstrykket, og fluid vil flyte fra formasjonen inn i brønnen og dette fluidet vil rengjøre kutteelementene.

Motoren på anordningen som er beskrevet med henvisning til Figur 2 er en hydraulisk, positiv fortrengningsmotor, men motoren kan isteden være en hydraulisk turbin eller en elektrisk motor. I tilfelle motoren drives av et fluid, vil kutteanordningen kobles til den nedre ende av et rør, slik som et borerør eller et kveilerør. I tilfelle motoren er en elektrisk motor, vil kutteanordningen kobles til den nedre ende av en elektrisk ledning eller et kveilerør som innvendig er utstyrt med en elektrisk ledning. Alternativt kan kutteanordningen være utstyrt med et transmisjonssystem som overfører rotasjon av røret på hvilket anordningen senkes ned i brønnen, til det endeløse kjede.

Stangen 37 kan erstattes av en roterbar spindel drevet av en elektromotor, hvilken spindel virker sammen med det sylindriske tannhjul.

Kutteanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan utstyres med flere enn én sagarm, for eksempel med to symmetriske sagarmer. I et slikt tilfelle kan den andre sagarm (ikke vist) hengsles rundt drivakselen 30 og kan bevirkes å hengsle ved hjelp av et sylindrisk tannhjul som drives av en tannstang. En slik tannstang og et slikt sylindrisk tannhjul kan plasseres speilvendt i forhold til det sylindriske tannhjul 40 og tannstangen 37 som er vist i Figur 2.

Som beskrevet med henvisning til Figur 1 kutter kutteelementene gjennom foringsrøret, sementen og formasjonen. Det vil innses at når brønnen er komplettert med en foring, kutter kutteelementene gjennom foringen, og når brønnen er et åpent hull, vil kuttet kun bli laget i formasjonen.

Dersom brønnen inneholder et stålforingsrør eller

-foring, kan anordningen videre bli utstyrt med et sirkulært sagblad som først kutter en sliss i foringsrøret eller foringen, og kjedesagen kan deretter hengsles ut gjennom den således kuttede sliss for å kutte en sliss i sementkappen og den omkringliggende formasjon.

Brønnen som vist i Figur 1 var en vertikal brønn. Imidlertid er anvendelsen av kutteanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til vertikale brønner. Brønnen kan også være en skrånende eller horisontal brønn, i hvilket tilfelle "oppad" betyr "i retning nærmere mot brønnhodet".

Avhengig av motoren og transmisjonssystemet kan det endeløse kjede rotere i to retninger.

Den avlange sliss kan lages under forskyvning oppover (som beskrevet med henvisning til Figur 1) eller nedover.

Kutteelementene 25 er fremstilt av slitebestandige materialer, slik som wolframkarbid, eller naturlig eller syntetisk diamant.

Det vil innses at det er mange muligheter for å lage en hengslemekanisme som gradvis hengsler sagarmen 15 mot den tversstilte posisjon vist i Figur 1, samtidig som det med kutteelementene 25 kuttes en sliss, og som returnerer sagarmen til den langsgående posisjon etter at slissen har blitt kuttet.

Således skal det innses at utførelsesformen av slisskutteanordningen vist på tegningene kun er illustrerende.

Claims (3)

1. Kutteanordning for å lage en sliss tilstøtende en brønn som går gjennom en undergrunnsformasjon, hvilken anordning omfatter en sagarm (15) hvilken er hengslet til et hus (11) slik at sagarmen (15) kan hengsles mellom en første posisjon hvor sagarmen (15) strekker seg i det vesentlige parallelt med en langsgående akse (I) til huset (11) og en andre posisjon hvor sagarmen (15) strekker seg i en retning vekk fra husets (11) langsgående akse (I), et endeløst kjede (24) utstyrt med kutteelementer (25) som omgir sagarmen (15), og en drivanordning for å bevirke rotasjon av kjedet (24) rundt sagarmen (15), karakterisert vedat drivanordningen omfatter en hydraulisk motor (27) som er forskyvbart plassert inne i huset (11) slik at motoren som svar på utøvelse av hydraulisk trykk mot motoren (27) forskyves langs huset (11) sammen med en hengslemekanisme (17) hvilken derved bevirker at sagarmen (15) hengsler mot den andre posisjon, og at anordningen videre omfatter en fjærmekanisme (62, 64) hvilken bevirker at sagarmen (15) hengsler tilbake mot den første posisjon ved fravær av et hydraulisk trykk over motoren (27).

2. Kutteanordning ifølge krav 1, karakterisert vedat motoren (27) er en hydraulisk, positiv fortrengningsmotor plassert i huset (11) i det vesentlige koaksialt med lengdeaksen (I) til huset.

3. Kutteanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat hengslemekanismen (17) omfatter et sylindrisk tannhjul (40) som er festet til den opplagrede ende av sagarmen (15), og en stempelsammenstilling (35) hvilken bærer motoren (27) og en tannstang (37) med tenner som samarbeider med det sylindriske tannhjul (40).