NO313890B1 - Boreverktöy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes spesielt, men ikke utelukkende, i forbindelse med olje- og gassleting. Mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse en boresko for foringsrør som primært anvendes ved boring av oljebrønner.

Ved boring etter olje i underjordiske formasjoner, er det vanlig først å bore en seksjon av hullet med en spesiell diameter og deretter fjerne borkronen fra brønnhullet. Et rørformet legeme med mindre diameter, kjent som et forings-rør, blir plassert i brønnhullet og deretter blir ringrommet mellom det borede hullet og utsiden av foringsrøret fylt med sement. Hensikten med sementen er å isolere enkel-te av de underjordiske sjiktene fra hverandre. Den neste operasjonen er å føre gjennom foringsrøret en borekrone med mindre diameter og bore en ytterligere seksjon videre fra den tidligere oppnådde dybden. Denne sekvensen gjentas så mange ganger det er nødvendig, med mindre og mindre komponenter, inntil man har nådd den endelige dybden til brøn-nen.

Ved enden av hver foringsrørstreng er det en avrundet fø-ringskomponent kjent som en sko. Typiske er den ledende kanten av skoen fremstilt av sement, slik at den er lett å bore gjennom med den neste borkronen.

Kostnadene ved oljeutvinning, spesielt til havs, er ekstremt høye. For eksempel er driftskostnadene for en halvt nedsenkbar boreplattform ofte på mer enn USD 100 000 pr. døgn (juni 1998). Operatøren har derfor interesse av å mi-nimalisere den tiden det tar for å bore en brønn. Ved store dybder kan tiden det tar for å trekke opp en borkrone og erstatte denne med en annen være mange timer. Denne "trip" tiden ansees som uproduktiv og bortkastet, og det kan oppnås en betydelig fordel dersom borkronen ikke trenger å hentes opp fra brønnhullet når den ønskede dybden er nådd. På denne måten kunne en utbyttingsoperasjon utelates.

En foreslått løsning vil kunne være å feste en borkrone på føringskanten til foringsrørstrengen og bore til den ønske-de dybden, for deretter å sementere foringsrøret. Visse fremskritt i de senere år har gjort denne løsningen mer ak-tuell, innbefattende tilveiebringelse av foringrørgjenger av førsteklasses kvalitet som er i stand til å oppta det nødvendige boremomentet, og toppdrevne rotasjonssysterner som er i stand til å overføre momentet direkte til bakenden av en borestreng, noe som har blitt vanlig.

Man har imidlertid ikke løst alle tekniske vanskeligheter, og dette går klart frem av det faktum at industrien hittil ikke har begynt å anvende "boring med foringsrør".

Et gjenstående hovedproblem gjelder selve borkronen. Av ut-forming er borkroner robuste anordninger som er i stand til å motstå de strenge forholdene nede i et borehull. De er generelt fremstilt av harde materialer så som stål eller wolframkarbid matriks. Etter sementering av den innborede foringsrøret vil den etterfølgende borkronen måtte passere gjennom den forutgående før den kommer ut av enden av foringsrørstrengen. Moderne borkroner som er optimalisert for boring i fjell, er ikke i stand til å bore gjennom materialer som de selv er fremstilt av uten å bli utsatt for et skadenivå som vil gjøre oppgaven med å bore den neste seksjonen i fjellformasjonen umulig. Det er mulig å bore gjennom en borkrone med spesielle verktøy kjent som freser (mills), men disse verktøyene er ikke i stand til å trenge gjennom fjellformasjoner på en effektiv måte og vil måtte trekkes opp fra hullet og erstattes med en borkrone. I dette tilfellet vil man miste de besparelsene som kunne oppnås ved boring med foringsrøret.

Det er kjent fra EP 815 342 Bl en foringsrørsko innrettet for boring som er spaltet, slik at den ved hjelp av hydraulisk trykk i foringsrøret kan deformeres og bøyes ned - og utover mot borehullets vegg.

Foringsrørskoen i EP 815 342 Bl er fremstilt i én del, og har ingen spesiell innretning for å tilveiebringe den om-talte deformasjon og bøyning.

Man har ved foreliggende oppfinnelse kommet frem til at det kan oppnås betydelige fordeler ved å tilveiebringe en fo-ringsrørsko som på en effektiv måte er i stand til å bore i fjellformasjoner, men som selv kan bores gjennom av standard borkroner som brukes på oljefelt.

Det har i den senere tid vært tilgjengelig boresko spesielt for festing til foringsrør, men vanligvis for spesielle an-vendelser så som situasjoner hvor de nederste berglagene er ekstremt løse og som etter at borkronen er fjernet kan rase ned i brønnhullet. Dette gjør da prosessen med å plassere foringsrøret i brønnhullet vanskelig eller umulig. Slike foringsrørsko har av og til vært fremstilt av de harde ma-terialene som vanlige borkroner er fremstilt av og kan som sådan ikke bores gjennom.

Systemer med foring under boring har vært og er fremdeles tilgjengelig for industrien. Et slik system medfører å dri-ve en foringsrørstreng og borestreng etter hverandre. Til den fremre kanten av foringsrørstrengen er det festet en borkrone av kjernetypen som er i stand til å skjære ut et skår ("kerf") av formasjonen. Ved den fremre kanten av bores trengen er det plassert en borkrone som er drevet av en hydraulisk motor. Kjerneborkronen og borkronen kan derved sammen bore et hulle med den nødvendige diameter. Før se-menteringsoperasjonen utføres, må imidlertid borkronen fjernes fra brønnhullet og man sparer derved ikke den kost-bare fjerningsoperasjonen.

Det apparatet som sannsynligvis vil komme nærmest til å løse de ovennevnte problemene er kjent som en fresesko

("reamer shoe"). Fresesko har blitt tilgjengelig i de senere år og er anordninger som er i stand til å bore over den ekstreme ytre diameteren til verktøyet, men som har en indre seksjon fremstilt av et materiale som kan bores med borkroner. Hensikten eller anvendeligheten til disse verk-tøyene er imidlertid å hjelpe til med å føre foringsrør-strengen inn i et vanskelig brønnhull og som, når det er plassert og sementert, ikke vil være noen hindring for den etterfølgende borkronen.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en foringsrørboresko anpasset til å festes til en forings-rørstreng, hvor skoen innbefatter en ytre boreseksjon fremstilt av et relativt hardt materiale og en indre seksjon fremstilt av et lett borbart materiale og hvor det er tilveiebrakt organ for kontrollerbar forflytning av den ytre boreseksjonen for å muliggjøre gjennomboring av skoen ved bruk av en standard borkrone og etterfølgende penetrering av en foringsrørstreng eller foring med redusert diameter.

Eventuelt kan den ytre seksjonen være fremstilt av stål og den indre seksjonen kan være fremstilt av aluminium.

Fortrinnsvis er den ytre seksjonen tilveiebrakt med ett eller flere blader som er bevegelige fra en første, eller boreposisjon, til en andre, eller forskjøvet, posisjon. Fortrinnsvis, når bladene er i den første, eller boreposisjo-nen, strekker de seg i en lateral eller radialretning i en slik grad at de muliggjør at det kan utføres boring over hele skoens flate. Dette muliggjør at foringsrørskoen kan bevege seg lenger forbi det lengste punktet som tidligere ble nådd i en spesiell brønn.

Organene for forskyvning av den ytre boreseksjonen kan innbefatte et organ for å gi en nedoverrettet skyvekraft på den indre seksjonen som er tilstrekkelig til å medføre at den indre seksjonen beveger seg i en retning nedover i hullet i forhold til den ytre boreseksjonen. Dette organet kan innbefatte et stoppelegeme for å hindre strømmen av boreslam slik at det kan oppnås et økt trykk over den indre seksjonen, hvilket trykk er anpasset til å gi en nedoverrettet skyvekraft.

Typisk har forskyvningsretningen til den ytre seksjonen en radiell komponent.

I henhold til oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en foringsrørstrengsko anpasset for å festes til et forings-rør streng, hvor skoen innbefatter en ytre boreseksjon fremstilt av et relativt hardt materiale og en indre seksjon fremstilt av et lett borbart materiale, og hvor det er tilveiebrakt organ for kontrollerbar forskyvning av den ytre boreseksjonen til en posisjon hvor den ikke hindrer etter-følgende boring gjennom skoen, for plassering av ytterligere foringsrør eller en foring nede i hullet.

Det vil nå bli beskrevet en utførelsesform av oppfinnelsen ved hjelp av et eksempel, med henvisning til de medfølgende tegninger hvor: Figur 1 viser en foringsrørstrengsko eller verktøy i henhold til oppfinnelsen sett fra enden; Figur 2 viser et snitt av verktøyet i figur 1 festet til enden av en foringsrørstreng; Figur 3 viser verktøyet i sin normale boretilstand, og Figurene 4 og 5 viser verktøyet i respektive ytterligere trinn aktivert og klar for sementering og påfølgende boring .

I figurene 1 og 2 er det først vist en boresko generelt an-gitt med 1. Boreskoen 1 har en ytre boreseksjon 2 med blader 3. Bladene 3 er fremstilt av et hardt materiale så som stål som kan innbefatte en skjærekonstruksjon av f. eks. polykrystallinsk diamant eller wolframkarbid. De kan være av industristandard type og/eller være utformet til å være tilpasset spesielle formasjoner som skal bores med verktøy-et.

I figurene 1 og 2 er den ytre boreseksjonen i borestilling og som sådan kan ikke skoen 1 gjennombores av en standard borkrone.

Verktøyet 1 er videre tilveiebrakt med en indre seksjon 4, som i den viste utførelsesformen innbefatter et generelt

sylindrisk legeme med åpninger 5 i sitt nedre parti slik at boreslam kan passere gjennom til enden eller boreflaten til verktøyet eller skoen 1. Åpningene 5 kommuniserer via mate-kanaler 8 med en enkel, sirkulær åpning 6, hvilken åpning 6 danner en sirkulasjonsbane for boreslam eller smøremiddel.

Verktøyet 1 er også tilveiebrakt med en antirotasjonstapp 14 for å forhindre at den indre seksjonen roterer når den blir boret ut.

Spesielt er åpningen 6 anpasset til å bli innsnevret eller blokkert. For eksempel innbefatter åpningen 6 i det viste utførelseseksempelet et kulesete 7 slik at når en kule, som er dimensjonert til å lande på setet 7, blir åpningen 6 innsnevret eller blokkert slik at en operatør kan bygge opp et trykk bak åpningen. Det vil være innlysende for en fagmann innen området at det kan benyttes andre metoder for å oppnå dette, så som fallende piler og så videre.

Som det fremgår av figur 3, er den indre seksjonen innfang-et mellom bladene 3 til den ytre boreseksjonen og, ved sin øvre ende, en låsering 9.

Under bruk, når verktøyet 1 er i sin borestilling, kan boreslam pumpes ned på innsiden av foringsrøret, gjennom åpningen 6 og deretter gjennom åpningene 5 i den indre seksjonen 4. Slammet, som virker som et smøremiddel, vil også virke til å rengjøre flaten til verktøyet og kan føres til-bake opp gjennom ringrommet mellom foringsrøret og brønn-hullet (ikke vist). I denne prosessen vil det virke en li-ten nedoverrettet skyvekraft på den indre seksjonen 4 på grunn av trykkfallet til slammet som passerer gjennom åpningene 5. Denne skyvekraften vil ikke være tilstrekkelig til å forskyve bladene 3 til den ytre seksjonen 2 i forhold til resten av verktøyet 1.

Når boreprosessen er ferdig, er det imidlertid et trekk ved oppfinnelsen at verktøyet eller skoen kan manipuleres eller aktiveres for å gjøre det borbart. Aktiveringen kan oppnås ved å påføre en relativt stor nedoverrettet skyvekraft mot det indre partiet 4.

I utførelseseksempelet vist i de medfølgende tegninger, er den nedoverrettede skyvekraften resultatet av blokkering av åpningen 6, eller strømningskanalene 8 som mater åpningene 5, ved å anbringe en kule 10 på setet 7 (se figur 4). Kulen 10 kan føres ned fra overflaten eller kan fortrinnsvis fri-gjøres fra en fjernaktivert mekanisme plassert rett over verktøyet 1. Igjen vil metodene for å oppnå fjernaktivering av en kule være kjent for en fagmann innen området og innbefatter f.eks. økning av strømningsmengden av boreslam eller sirkulasjonsfluid til et nivå hvor en understøttelse for kulen i mekanismen frigjøres. Disse og andre frigjø-ringsmekanismer for kuler er kjent innen industrien.

Etter at kulen 10 har dannet anlegg med setet, stiger pum-petrykket og den nedoverrettede skyvekraftbelastningen på den indre seksjonen 4 øker. Denne skyvekraftbelastningen overføres til bladene 3 plassert ved den fremre endekanten til verktøyet 1. Utformingen av bladene 3 er slik at de kan forskyves ved en forutbestemt belastning, godt under det maksimale sikre trykket som foringsrøret kan motstå. Når denne belastningen nås, blir bladene 3 bli forskjøvet utover på samme måte som nedover pekende fingre, mens den indre seksjonen 4 beveger seg nedover inntil dens bevegelse blir stanset av komplementært utformede skulderpartier 11 til den indre og ytre seksjonen 2, 4. I figur 4 er den indre seksjonen 4 fullt ut forskjøvet.

Det bør videre legges merke til at den ytre seksjonen 2 er tilveiebrakt med åpninger 12. I den normale borestillingen, er åpningene 12 stengt av en hylse 13 siden sirkulasjonen muliggjøres via åpningene 5. Som det er vist i figur 4, blir fluidkommunikasjonsåpningene 12 åpnet, det vil si bli uforhindret, når hylsen 13 beveger seg nedover med den indre seksjonen 4 under påvirkning av den nedoverrettede skyvekraften. Dette oppfyller det nødvendige kravet med re-etablering av sirkulasjon ved dette punktet, siden semen-teringsoperasjonen medfører pumping av sementslammet ned på innsiden av foringsrøret og fortrengning av dette inn i ringrommet. En ytterligere fordel ligger i det faktum at operatørene av verktøyet blir gitt et klart signal om at verktøyet er tilstrekkelig aktivert siden trykknivået vil falle i betydelig grad ved åpning av åpningene 12.

I figur 4 kan det sees at komponentene som gjør verktøyet umulig å gjennombore nå har blitt forskjøvet til en posisjon hvor de ikke vil hindre bruk av den neste borkronen.

Sementering av foringsrøret kan deretter utføres og etter at sementen har herdet, kan boringen av den neste hullsek-sjonen starte. Dette vil typisk medføre å føre en borkrone med passende diameter gjennom sentrum av foringsrørstrengen og utføre en utboringsoperasjon av den indre seksjonen 4. Siden den indre seksjonen er fremstilt av et lett borbart materiale, så som aluminium, vil dette ikke representere noen av vanskelighetene som er kjent fra tidligere. I figur 5 er verktøyet vist etter at utboringsoperasjonen er ferdig, og det fremgår klart fra denne figuren at borkronen (som ikke er vist) kun må bevege seg gjennom komponenter som er fremstilt av et borbart materiale.

Ved bruk av dette verktøyet har det blitt vist at det kan

oppnås en betydelig fordel og at det kan oppnås store kost-nadsbesparelser. Spesielt opphever foreliggende oppfinnelse nødvendigheten av å hente opp borestrengen og borkronen før sementering av foringsrøret. Oppfinnelsen opphever eller i det minste reduserer kravet til fresing. Det er viktig at verktøyet innbefatter en mekanisme som når den aktiveres gjør det mulig å bore gjennom verktøyet med en konvensjo-nell borkrone for oljefelt uten å medføre skade på borkronen .

Claims (8)

1. Foringsrørboresko anpasset til å festes til en f oringsrørs treng, karakterisert ved at skoen innbefatter en ytre boreseksjon fremstilt av et relativt hardt materiale og en indre seksjon fremstilt av et lett borbart materiale, og hvor det er tilveiebrakt organ for kontrollerbar forskyvning av den ytre boreseksjonen slik at skoen kan bores gjennom ved bruk av en standard borkrone og deretter penetreres av en foringsrørstreng eller foring med en redusert diameter.

2. Boresko i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ytre seksjonen er fremstilt av stål og den indre seksjonen er fremstilt av aluminium.

3. Boresko i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at den ytre seksjonen er tilveiebrakt med ett eller flere blader, hvilke blader er bevegelige fra en første eller boreposisjon til en andre eller forskjøvet posisjon.

4. Boresko i henhold til krav 3, karakterisert ved at når bladene er i den første eller bo-reposisjonen, strekker de seg i en lateral eller radiell retning i en slik grad at boringen kan utføres over hele skoens flate.

5. Boresko i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at forskyv-ningsorgan for forskyvning av den ytre boreseksjonen innbefatter et skyveorgan for å danne en nedoverrettet skyvekraft på den indre seksjonen som er tilstrekkelig til at den indre seksjonen beveges i en retning nedover i hullet i forhold til den ytre boreseksjonen.

6. Boresko i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at forskyv-ningsorganet innbefatter et stengelegeme for å stenge strømmen av boreslam, slik at det kan oppnås et økt trykk over den indre seksjonen, hvilket trykk er anpasset til å danne en nedoverrettet skyvekraft.

7. Boresko i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at retningen til forskyvningen av den ytre seksjonen har en radiell komponent .

8. Foringsrørboresko anpasset til å festet til en f or ingsrør streng, karakterisert ved at skoen innbefatter en ytre boreseksjon fremstilt av et relativt hardt materiale og en indre seksjon fremstilt av et lett borbart materiale, og hvor det er tilveiebrakt organ for kontrollerbar forskyvning av den ytre boreseksjonen til en posisjon hvor den ikke hindrer etterfølgende gjennomboring av skoen for anbringelse av et ytterligere foringsrør eller en foring nede i hullet.