NO314051B1 - Fremgangsmåte for utboring av et vindu i et fôringsrör - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for utboring av et vindu i et foringsrør til en brønnboring i en enkel tur.

En av de verdifulle varer for en brønnoperatør er tid. Jo hurtigere operasjoner i borehullet kan utføres, jo mer tid sparer operatøren. Tidligere fremgangsmåter for boring av et vindu i et foringsrør har involvert plassering, orientering og festing av en ledekile. Tidligere har dette involvert mange trinn. Tradisjonelt ble en pakning ført ned og satt i borehullet. Pakningene hadde et forankringsspor for et ledekile-anker. Etter at pakningen var satt, måtte måling av orienteringen til forankringssporet be-stemmes, generelt i en separat tur ned i brønnen. Etter å ha bestemt orienteringen av forankringsmottakeren i pakningen, ble ledekilen ført inn, generelt med en startfres, og festet på pakningen. Så snart ledekilen var festet, ville startfresen bli enga-sjert for å begynne utfresning av vinduet. Startfresen ville så bli fjernet fra brønnhul-let, og en vindusfres satt inn i et annet trinn for å fullføre utskjæringen av vinduet i foringsrøret.

Senere er et ett-trinns boresystem for et vindu utviklet, og er fullt beskrevet i Jurgens US-patent 5.109.924. Dette systemet eliminerte en ekstra tur for å skifte ut startfresen med en vindusfres. Kombinasjonen av freser, formontert på en ledekile som illustrert i Jurgens-patentet, gjorde det mulig å frese ut vinduet fra begynnelse til slutt etter at ledekilen var riktig orientert og understøttet.

Tidligere konstruksjoner har gjort forsøk på å kombinere pakningen og ledekilen for innsetting i brønnhullet i en enkelt tur. Disse har generelt omfattet hydraulisk innsatte pakninger som har gjort det nødvendig å benytte slanger rundt ledekilen for å få adgang til pakningen. Disse tidligere teknikker ved å kombinere pakning og ledekile, ved bruk av fluida avledet gjennom bunnenheten, har forskjellige mekaniske og driftsmessige vanskeligheter, generelt omfattende vanskeligheter med å føre enheten inn i brønnen og påliteligheten med å sette enheten når man hadde nådd korrekt dybde. Et eksempel på denne teknikken er A-Z International Casing Sidetrack System. Dette systemet har generelt vært bruk med en startfres, som fremdeles gjør det nødvendig med en ekstra tur for å bytte ut startfresen med en vindusfres.

Et mål for den foreliggende oppfinnelse er således å frembringe et virkelig ett-trinns system som tillater korrekt plassering og orientering av en ledekile og pak-ningsenhet, koplet med en konstruksjon som er enkel og pålitelig å bruke og opere-re. Den totale bunnenhet, som benytter teknikken ifølge Jurgens-patentet, er et virkelig ett-trinns system, idet hele bunnenheten blir ført inn i brønnhullet, fulgt av setting av pakningen hvor den fester ledekilde-understøttelsen, fulgt av boring av hele vinduet, alt uten å komme ut av borehullet en eneste gang.

Andre fordeler er å skape en sikker barriere nede i brønnhullet for å møte normale offshore sikkerhetsprosedyrer ved å frembringe en pakningskonstruksjon som virker sammen med ledekilen, og som på en pålitelig måte vil gi en slik sikker tetning. Andre mål er å konstruere pakningen til å aktiveres av tilført trykk i brønnhul-let for å tillate bruk av et større stempel for å sikre god avpakning og å utnytte de hydrostatiske trykk for kontinuerlig å øke tetningstrykket på pakningsenheten. Et annet mål er å gjøre konstruksjonen enkel nok til å bli funksjonskonrollert på overflaten før den føres ned i brønnhullet. Disse og andre fordeler blir tydeligere etter en gjen-nomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelse.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en fremgangsmåte for utboring av et vindu i et foringsrør til en brønnboring i enkel tur, kjennetegnet ved at den omfatter: kjøring av en bunnhullssammenstilling omfattende en ledekilestøtte, en ledekile, et vindusutboringssystem, og et orienteringsverktøy til en ønsket dybde;

en pakning benyttes som nevnte ledekilestøtte;

bestemmelse av den ønskede ledekileorientering med nevnte orienterings-verktøy;

setting av nevnte pakning ved trykksetting av brønnboringen;

utboring av hele vinduet i foringsrøret eller røret, alt uten å komme ut av brønnen.

Det er således beskrevet et ett-trinns ledekile-boresystem som tillater setting av en pakning eller plugg som blir kjørt inn som en del av bunnenheten, sammen

med orienteringsinstrumenter, en ledekile og et ett-trinns boresystem forbundet med ledekilen. Enheten blir ført inn i borehullet sammen og satt inn til ønsket dybde. Med orientering av ledekilen kjent fra instrumentene i borehullet, involverer den foretrukne utførelse tilførsel av trykk i brønnhullet for å aktivere pakningsenheten. Etter at pakningen er satt i korrekt orientering og dybde, begynner fresingen umiddelbart, og fortsetter kontinuerlig til vinduet er helt utfrest, ved hvilket tidspunkt freseutstyret og orienteringsutstyret trekkes ut av brønnhullet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til teg-ningene, hvor:

Fig. 1 er et oppriss i snitt av holdekiler og tetningselementer for pakningsdelen av den foretrukne utførelse, og viser tilstramningskilen mellom hoveddelen og konusen. Fig. 2 er et rotert riss av fig. 1 og viser tilstramningskilen mellom konus og holdekilen. Fig. 3 og 4 tilsvarer figurene henholdsvis 1 og 2, unntatt at pakningen eller pluggen er vist i satt posisjon i motsetning til innsetningsposisjon.

Fig. 5 er et snitt langs linjen 5-5 på fig. 1 og 2.

Fig. 6 er et snitt langs linjen 6-6 på fig. 3 og 4.

Fig. 7a-c er detaljerte oppriss av setting- og nødutløsningsemnene som mellom pakningen og ledekilen, som blir understøttet av toppsubben. Fig. 8 er en skjematisk illustrasjon av bunnenheten som benytter den foreliggende oppfinnelse. Fig. 9a-d er oppriss i snitt av en alternativ utførelse som indikerer en skjæ-ringsskrue-utløsningsmekanisme, så vel som brukavskjæringsskruerforå holde verktøyet i sin utgangsstilling før det settes ved tilført fluidumtrykk i brønnhullet.

Den foretrukne anordning av bunnenheten er illustrert på fig. 8. Bunnenheten er opphengt fra en rørstreng 10 som kan være stivt eller spolet rør. En kjent oriente-ringsanordning 12, så som modell Seeker som tilbys av Baker Huges Inteq eller andre, og er festet på rørstrengen 10. Orienteringsanordningen 12 kan også kjøres gjennom rørstrengen 10 på en vaier som et alternativ. I dette tilfelle blir den ført inn separat fra bunnenheten, og blir etter fresing trykket ut separat. Nedenfor orienteringsanordningen 12 er det en rekke freser for et ett-trinns vindu-fresingssystem, generelt betegnet med 14, som kan være av en type illustrert i Jurgens US-patent 5.109.924. Hvis spolet rør er brukt, kan en motor nede i borehullet benyttes direkte ovenfor vindu-fresesystemet 14. Nedenfor ett-trinns fresesystemet 14 er det en ledekile 16 koplet til pakningen eller annen understøttelse 18. «Pakning» er ment å omfatte alle typer av ledekile-understøttelse, omfattende, men ikke begrenset til, pakninger, plugger eller ankere. De andre figurer i søknaden illustrerer detaljer av pakningen eller annen understøttelse 18 med ledekilen 16 festet på dens øvre ende.

Fig. 1 -6 illustrerer det roterende låsesystem som mellom hoveddelen 20 og konusen 22, så vel som mellom konus 22 og holdekilen 24.

Innkjøringsposisjonen er vist på fig. 1 og 2. På fig. 1 låser en kile 26 ved rota-sjon hoveddelen 20 til konusen 22. Fig. 2 er et rotert riss av fig. 1, og viser kilen 28 som rotasjonslås mellom konusen 22 og holdekilen 24. Innkjøringsposisjonen i tverrsnitt er vist på fig. 5.1 snittet på fig. 5, er konusen 22 en skjult linje, hvor kilene 28 illustrerer rotasjonslåsen mellom konusen 22 og holdekilene 24.

Det henvises igjen til fig. 1 og 2, hvor holdekilene 24 blir holdt av et bånd 30, som gir etter når holdekilene 24 glir opp konusen 22. De som er faglært på området vil forstå at mens i dette tilfelle operasjonen av den øvre holdekile er beskrevet, er operasjonen av den nedre holdekile identisk. De nedre holdekiler 32 er illustrert på plass på fig. 7c, og er plassert på den andre siden av tetningselement-systemet 34, som vist på fig. 1 i tilbaketrukket stilling og på fig. 3 i utplassert stilling. Det presise utlegg av tetningselementsystemet 34 er av en type som er kjent i teknikken, og skal derfor ikke beskrives i detalj her.

Det henvises igjen til fig. 6, hvor snittet i utplassert stilling er illustrert for å vise operasjonen av rotasjonslåsene som dannes av kilene 26 og 28. Rotasjonskrefter kan overføres til holdekilene 24 når ett-trinns vindus-fresesystemet 14 (se fig. 8) iblant gjør kontakt med ledekilen 16 under freseoperasjonen. Siden fresesystemet roterer, kan enhver kontakt med ledekilens avsmalnende overflate resultere i at et dreiemoment tilføres hoveddelen 20, som så blir overført gjennom kilene 26 til konusen 22, og i sin tur gjennom kilen 28 til holdekilene 24, og således forbedrer evnen av pakningen eller annen understøttelse 18 til å motstå tilført dreiemoment og forbli i kontakt med et f6ringsrør C på plass, som vist på fig. 3 og 4. Bemerk at overlapping av kilene 26 og 28 øker i innstilt posisjon, slik at de får et bedre grep for å overføre dreiemoment til holdekilene 24 eller 32.

Det henvises nå til fig. 7, hvor komponentene skal beskrives for å illustrere operasjonen av pakningen 18 i en konfigurasjon som kan brukes i tandem med en ledekile 16.1 alminnelighet kan pakningen eller pakningen 18, som er vist i den foretrukne utførelse, settes ved tilførsel av trykk til brønnhullet fra overflaten etter at korrekt dybde og orientering er oppnådd. Hoveddelen 20 består av en øvre rørdel 36, som er forbundet med hoveddelen 20 og rotasjonslåst til dette ved en kile eller kiler 38. En innstillingshylse 40 går over den øvre rørdel 36 for å skape et hulrom 42. Hulrommet 42 er tettet ved pakninger 44. Innstillingshylsen 40 blir holdt i en fast posisjon til pakningen 44 ved en skjæringsring 46.1 den foretrukne utførelse er skjæringsringen en splittet ring med et L-formet tverrsnitt, hvorav et ben settes inn i et spor i pakningen 44; det andre benet er i kontakt med en ring 48, som i sin tur er festet til innstillingshylsen 40 ved en gjenge 50. Ledekilen 16 er festet til den øvre rør- delen 36. Enheten som vist på fig. 8 blir kjørt inn fra overflaten og vil til slutt opplagre den øvre rørdelen 36, slik at når en økning i brønnhullets trykk som tilført fra overflaten, utover en forutbestemt mengde, medfører påkjenninger på skjæringsringen 46 utover dens evne til å motstå dem, vil innstillingshylsen 40 bevege seg i forhold til den øvre rørdelen 36, hvilket i sin tur reduserer volumet i hulrommet 42. Den relative bevegelse mellom den øvre rørdelen 36 og innstillingshylsen 40 innstiller tetningselement-systemet 32 så vel som holdekilene 24 på oversiden og 32 på undersiden.

En utløsningsegenskap er også fremskaffet i enheten som vist på fig. 7. Dette tillater utkopling mellom den øvre rørdelen 36 og hoveddelen 20 i tilfelle pakningsenheten 18 aktiveres på feil sted eller i feil orientering. Hvis dette skjer, er det mest ønskelig å fjerne mest mulig metall fra brønnhullet for å forkorte lengden av fresing som må fortsette når pakningen 18, som er enten ved feil dybde eller i feil orientering, trengs for å freses ut. Denne type av utløsning er oppnådd ved bruk av en annen skjærring 52, som strekker seg inn i den øvre rørdelen 36 ved et spor 54. Resten av skjærringen 52 strekker seg inn til kontakt med en skulder på ring 56. Ringen 56 er i sin tur festet til hoveddelen 20 ved gjenge 58. Den øvre rørdel 36 har en bunn-hylse 36' forbundet til den ved en gjenge 60. Bolt 62 fester den gjengede forbindelse ved gjengen 60 mellom den øvre rørdel 36 og bunnhylsen 36<*>. Som vist på fig. 7b hviler innstillingshylsen 40 på bolten 62, med en skjærskrue 64 som sikrer forbindel-sen. I tilfelle pakningen eller pluggen 18 blir aktivert ved feil dybde eller ved feil orientering, vil en oppadgående kraft på strengen 10 bli overført til den øvre rørdel 36 og bunnhylsen 36'. Siden den øvre rørdel 36 er slisset nær sin nedre ende 66, vil en kraft som overskrider evnen av skjærringen 52 til å holde en slik påkjenning resultere i en adskillelse mellom bunnhylsen 36' og hoveddelen20. Den øvre rørdel 36 kan bevege seg oppover, og etterlate seg kilen 38. Til slutt vil skulderen 68 komme i kontakt med skulderen 70 inne i hulrommet 42, og således bringe opp innstillingshylsen 40 etter at skjærbolten 64 brister, for å tillate utløsning av innstillingshylsen 40 fra låseringen 62. Når alle disse hendelsene finner sted, kan bunnenheten som illustrert på fig. 8 fjernes fra brønnhullet ned til ledekilen 16. Det som forblir i brønnhullet er hoveddelen 20, så vel som de øvre og nedre holdekiler 24 og 32, og tetningselement-systemet 34 mellom dem. Dette utstyret må freses ut. Utløsningstrekket vil imidlertid i høy grad redusere omfanget av fresejobben, siden ledekilen 18 er fjernet før fresning.

Fig. 9a-d illustrerer en alternativ utførelse til fig. 7a-c. Operasjonen er i hoved-sak den samme, unntatt at skjærskrue eller -skruer 72 blir overvunnet ved anvendel-se av fluidumtrykk i brønnhullet, hvilket gir en tilstrekkelig trykk-ubalanse på innstillingshylsen 40' for å aktivere innstillingsbevegelsen som beskrevet ovenfor med lig-nende komponenter. Utløsningsmekanismen for utførelsen på fig. 9a-d er en eller flere skjæringsskruer 74, som holder ledekilen 16 til den øvre rørdelen 36''. Ellers er operasjonen av utførelser som illustrert på fig. 9a-d den samme som på fig. 7a-c.

Det skal bemerkes at hoveddelene i pakningen eller pluggene 18 fortrinnsvis er massive, hvilket tillater bruk av et stort stempelareal for å sikre god tetning. Bruken av kilene 26 og 28 har vært testet og funnet å motstå dreiemoment på over 1.380 mkg i et 24,4 cm foringsrør. Settemekanismen for pakningen eller pluggenheten 18 er enkel, men solid nok til å motstå skitne brønnforhold, men fremdeles funksjonere pålitelig. Bruken av atmosfærekammere 42 tillater også testing ved overflaten før nedkjøring i brønnen for å sikre at O-ringene eller andre tetninger 44 tetter korrekt og ikke har vært skadet under monteringen. Mens kammeret 42 er beskrevet som å in-neholde atmosfærisk trykk, vil fagfolk i teknikken forstå at andre trykk kan brukes. Som tidligere beskrevet, hvis det er en fortidlig setting av pakningen 18 eller setting i feil orientering av en eller annen grunn, er det en mulig utløsning mellom ledekilen 16 og pakningsenheten 18 for å tillate utfresing og fisking ved konvensjonelle meto-der. Bruken av tetningsteknologi, omfattende tetningselementsystemet 34 og de øvre og nedre holdekiler 24 og 32, tillater at enheten 18 kan anses som en sann barriere for visse regulerende og prosedyremessige sikkerhetsforanstaltninger som benyttes i industrien. Siden hydrostatisk trykk pluss tilført trykk brukes til å sette pakningsenheten 18, vil det tilgjengelig hydrostatiske trykk i brønnen etter setting, hjelpe til videre å sikre en større kraft tilført tetningselementsystemet 34 for å sikre tetningens integri-tet. Systemet som illustrert kan brukes sammen med en permanent bro-plugg nedenfor, og derfor gi de to positive barrierer til formasjonen i samsvar med normale offshore sikkerhetsprosedyrer.

I drift, under innkjøring, kan strengen 10 orienteres mens bunnenheten som illustrert på fig. 8 blir kjørt inn i brønnhullet. Generelt kan riktig orientering oppnås på turen ned til ønsket dybde. Etter å ha stabilisert bunnhullenheten med rørstrengen 10 ved ønsket dybde, og etter å ha oppnådd de nødvendige avlesninger fra orienteringsanordningen 12, blir aktivering av pakningen eller pluggen 18 påbegynt med ytterligere trykk påført brønnhullet fra overflaten. Etter setting av pakningsenheten 18, kan fresing begynne umiddelbart. Hvis stivt rør brukes, blir røret rotert fra overflaten. Hvis spolet rør blir brukt som strengen 10, kan en motor nede i borehullet brukes sammen med spolerøret 10 for å gi den nødvendige rotasjonskraft til ett-trinns vindusboresystemet 14, slik at hele vinduet kan freses ut i foringsrøret, etterfulgt av fjerning av bunnenheten fra brønnhullet ovenfor ledekilen 16.

Det som er beskrevet ovenfor er et ett-trinns system som er mekanisk pålitelig og eliminerer bruken av ubeleilige og tungvinte slanger som går rundt eller gjennom ledekilen for å nå pakningen for å sette denne. I stedet er det frembrakt et system som lett kan styres fra overflaten, sammen med et sikrings- og tetningssystem for pakningen 18, som sikrer god setting og tetning, samtidig som de har en opsjon for nødutløsning.

Mens hoveddelen 20 og den øvre rørdel 36 er illustrert som tette deler, er det innenfor oppfinnelsens omfang å frembringe en passasje gjennom disse delene, slik at, f.eks. i senere operasjoner, tilgang gjennom legemene 20 og 36 kan oppnås for videre produksjon eller operasjoner i borehullet nedenfor pakningen eller pluggen 18 etter endelig fjerning av ledekilen 16.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for utboring av et vindu i et foringsrør til en brønnboring i en enkel tur,karakterisert vedat den omfatter: kjøring av en bunnhullssammenstilling omfattende en ledekilestøtte, en ledekile (16), et vindusutboirngssystem (14), og et orienteringsverktøy (12) til en ønsket dybde; en pakning (18) benyttes som nevnte ledekilestøtte; bestemmelse av den ønskede ledekileorientering med nevnte orienterings-verktøy (12); setting av nevnte pakning (18, 20) ved trykksetting av brønnboringen; utboring av hele vinduet i foringsrøret eller røret (10), alt uten å komme ut av brønnen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av et stempel på hoveddelen (20) av nevnte pakning (18); definering av et lavtrykkshotdig, forseglet hulrom (42) med variabelt volum mellom nevnte stempel og nevnte hoveddel (20); nevnte brønnborings-trykk benyttes for å flytte nevnte stempel mot nevnte lave trykk for setting av nevnte pakning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av et bristbart element for å forhindre initiell bevegelse av nevnte stempel på grunn av hydrostatiske krefter; bristing av nevnte bristbare element med nevnte brønnboringstrykksetting for initiere stempelbevegelse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av en nødfrigjøring mellom nevnte ledekile (16) og nevnte lede-kilestøtte.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat den videre omfatter: setting av holdekiler (24, 32) og et tetningselement (34) som et resultat av nevnte stempelbevegelse.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av en konus (22) for å flytte nevnte holdekiler (24, 32) utover.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat den videre omfatter: rotasjonsmessig låsing av nevnte konus (22) til nevnte holdekiler (24, 32).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat den videre omfatter: rotasjonsmessing låsning av nevnte konus (22) til nevnte pakningslegeme (20).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat den videre omfatter: kiler (26,28) benyttes i innrettede spor som nevnte rotasjonslåser.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: holdekiler (24, 32) benyttes for å forankre nevnte ledekilerstøtte; flytting av nevnte holdekile (24, 32) utover ved å benytte en konus (22); rotasjonsmessig låsing av nevnte holdekiler (24, 32) til nevnte konus (22).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert vedat den videre omfatter: rotasjonsmessig låsing av nevnte konus (22) til hoveddelen av nevnte lede-kilestøtte;

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av en nødfrigjøring mellom nevnte ledekile (16) og nevnte lede-kilestøtte.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av et separat legeme på nevnte ledekilestøtte; festing av nevnte separate legeme med en bristbar del; rotasjonsmessig låsing av nevnte separerbare legeme og ledekilestøtte til hverandre.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert vedat den videre omfatter: tilveiebringing av et separerbart legeme på nevnte ledekilestøtte; festing av nevnte separerbare legeme med en bristbar del; rotasjonsmessig låsing av nevnte separerbare legeme og ledekilestøtte til hverandre.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: en rekke av utfresingsverktøy initielt støttet av nevnte ledekile som benyttes for å bore vinduet; gjenvinning av nevnte utboringsverktøy (14) og nevnte orienteringsverktøy (12) etter utboring av vinduet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert vedat den videre omfatter: motvirkning av over 13538 Nm av moment som påføres nevnte holdekiler (24, 32) på grunn av nevnte rotasjonslåsing.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: innkjøring av nevnte orienteringsverktøy (12) gjennom røret (10) på en vaier hvor nevnte vaier holder bunnhullssammenstillingen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter: innføring av orienteringsverktøyet (12) som en integral del av bunnhullssammenstillingen; gjenvinning av nevnte orienteringsverktøy (12) med nevnte utboringssystem som en enhet etter at vindusutboringen er utført.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert vedat den videre omfatter: gjenvinning av nevnte orienteringsverktøy adskilt fra nevnte utboringssystem (14) etter at vindusutboringen er utført.