NO314199B1 - Verktöy til utforming av en åpning i et rör i et borehull - Google Patents

Description

Sammendrag

Et verktøy til utforming av et vindu i et foringsrør (C), med en startfres (520) som har en nese som omfatter skjæreapparat (525) dekket av et beskyttende lag (527). Det beskyttende lag virker som et lager som fresen (520) beveger seg på nedover ledekilen (505), og bidrar til å presse fresemateriale (522) inn i foringsrøret til utforming av et vindu. Det beskyttende lag

(527) eroderes etter hvert som fresen (520) beveger seg nedover ledekilen, og

skjæreapparatet (525) blottlegges for å tillate skjæreapparatet (525) å skjære gjennom foringsrøret og inn i formasjonen utenfor.

VERKTØY TIL UTFORMING AV EN ÅPNING I ET RØR I ET BOREHULL

Denne oppfinnelse vedrører et verktøy til utforming av en åpning i et rør i et borehull.

Under oppbygging av olje- og gassbrønner blir det boret et hull i jorden. Hullet blir deretter foret med en streng av foringsrør som ofte blir sementert på plass med et ringrom av sement.

For å utvide en brønns dekningsområde blir det stadig vanli-gere å tilveiebringe sidebrønner. Dette innebærer utforming av et vindu i foringsrøret og deretter boring av et nytt hull i formasjonen som omgir vinduet. Det nye hull blir ofte for-synt med eget foringsrør som selv kan forsynes med et siderør senere.

Sideboringer blir for tiden utformet ved at det settes inn en ledekile i foringsrøret, og denne brukes til å påvirke en ro-terende fres mot foringsrøret for å forme et vindu i dette.

Vinduets kanter blir deretter vanligvis forstørret og fasong-formet med en annen fres. Typisk vil vinduet bli utformet av en verktøystreng som har en startfres og en elliptisk fres. Etter at vinduet er blitt utformet, bringes startfresen og den elliptiske fres til overflaten og byttes ut med et for-masjonsbor for å skjære inn i formasjonen. Formasjonsboret blir deretter senket og sidebrønnen boret.

En av vanskene som oppstår ved utforming av et vindu, er å sikre at startfresen skjærer gjennom foringsrøret og ikke ganske enkelt ødelegger ledekilen.

En typisk fres til utforming av en åpning i et rør i et borehull er vist i US-A-5 445 222. Det skal bemerkes at fresen omfatter et legemeparti dekket av skjæreelementer av wolfram-karbid.

US 4,397,361 viser en borekrone med en skjæreflate innbefat-tende utstikkende partier for beskyttelse av borekronens skjæreelementer under nedføring i borehullet. Nevnte utstikkende partier, som slites bort under boringen, er laget av et mykere materiale enn borekronens hovedskjæreelementer, og er plassert på borekronens fremre ende, atskilt fra elementene som skal beskyttes.

US-A-5 425 417 beskriver og viser et freseverktøy som har en strømningsføring fastgjort til sin nedre ende. Beskrivelsen angir at strømningsføringens fasong med buet hjørne letter freseverktøyets samvirke med en konkav flate på en ledekile, og at etter at en sidefreseoperasjon er ferdig, kan strøm-ningsføringen lett slites bort av formasjonen for å blottleg-ge freseelementer på den nedre ende av verktøylegemet.

En annen løsning på dette problem har vært å forsyne startfresen med en glatt, konisk neseseksjon som går i inngrep med og roterer på ledekilens konkav mens den påvirker fresens skjæreelementer bort fra konkaven og presser dem inn i inngrep med foringsrørets vegg.

Selv om dette virker meget effektivt, må fresing opphøre når tuppen av den glatte, koniske nese når overgangen mellom konkaven og foringsrøret.

Det er foreslått at dette problem kan overvinnes ved å kople den glatte, koniske nese fra fresen etter at fresen har trengt gjennom foringsrøret, på hvilket tidspunkt alvorlig skade på ledekilen er usannsynlig.

Den herværende oppfinnelse vedrører en annen måte å gripe dette problemet an på.

Ifølge den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et verktøy til utforming av en åpning i et rør i et borehull, hvilket verktøy omfatter en fres som har et legemeparti og et neseparti, karakterisert ved at nesepartiet innbefatter skjæreinnretning som i det minste på et parti har et materiale som skal slites bort, hvilket blottlegger skjæreinnretningen til skjæring av røret.

Andre trekk ved oppfinnelsen er angitt i patentkrav 2 og de påfølgende krav.

For bedre forståelse av den herværende oppfinnelse vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. 1 er et sideriss i tverrsnitt som viser en første utfø-relse av et verktøy i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse innebygd i en verktøystreng i en lengde av foringsrør; Fig. 2 er et forstørret oppriss av en del av verktøystrengen på fig. 1; Fig. 3 viser et vindu frest i foringsrøret samt en sideboring som strekker seg derfra; Fig. 4 er et sideriss av verktøyet vist på fig. 1 før påfø-ring av dets beskyttende lag; Fig. 5 er et enderiss av verktøyet på fig. 4; Fig. 6 er en forstørrelse av en del av verktøyet som vist på fig. 5; Fig. 7 er et enderiss av verktøyet på fig. 1; Fig. 8 er et sideriss i tverrsnitt av én del av verktøyet vist på fig. 7; Fig. 9 er en forstørrelse av en del av verktøyet vist på fig. 8; Fig. 10 er et sideriss av et offerelement som danner en del av verktøystrengen vist på fig. 1; Fig. 11 er et frontriss av offerelementet på fig. 10; Fig. 12 er et planriss, sett ovenfra, av offerelementet på fig. 10; Fig. 13 er et tverrsnittsoppriss langs linje XIII-XIII på fig. 11; Fig. 14 er et perspektivisk delriss av et alternativt offerelement ; Fig. 15 er et sideriss av en andre utførelse av et verktøy i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse; Fig. 16 er et sideriss av en tredje utførelse av et verktøy ifølge den herværende oppfinnelse; Fig. 17 er et sideriss av en fjerde utførelse av en fres i-følge den herværende oppfinnelse; Fig. 18 er et sideriss av et blad med et skrånende element; Fig. 19 er et sideriss av et annet blad med et skrånende element ; Fig. 20 er et oppriss, sett nedenfra, av et freselegeme; Fig. 21 er et oppriss, sett nedenfra, av et annet freselegeme .

Som vist på fig. 1, omfatter en verktøystreng 500 en øvre elliptisk fres 501 som er forbundet med en nedre elliptisk fres 503 via et fleksibelt overgangsstykke 502. Den nedre elliptiske fres 503 er forbundet med et verktøy 520 i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse via et fleksibelt over-gang s s tykke 504.

Verktøyet 520 er frigjørbart forbundet med et offerelement 510 som er forbundet med en ledekile 505. Ledekilen 505 er via et anker A forankret i en foringsrørstreng C i et borehull.

Som vist på fig. 2, har verktøyet 520 sideblader 521 belagt med matriksfresemateriale 522. Sidebladenes 521 utvendige flater er glatte (f.eks. slipt glatte med en slipeinnret-ning). Matriksfresematerialet 522 kan være hvilket som helst kjent fresbelegningsmateriale påført på hvilken som helst kjent måte.

Matriksfresemateriale 523 dekker de nedre ender 524 av sidebladene 521. Skjæreinnretninger 525 (se fig. 4) på verktøyets 520 nese 526 danner -skjæreinnretningen som innledningsvis er beskyttet på sidene med et beskyttende lag av relativt mykt materiale 527 (f.eks., men ikke begrenset til lagermateriale slik som messing), og dets ledende flate er fortrinnsvis delvis eller fullstendig dekket med matriksfresemateriale 523. Det beskyttende lag danner et lager som går i inngrep med ledekilens konkav, slik det vil bli forklart i nedenstående.

Fluid under trykk, pumpet fra overflaten, strømmer ut gjennom porter 528 ved sidebladenes 521 nedre ender 524.

For innledningsvis å isolere, dekke og/eller beskytte skjae-reinnretningene 525 eller apparat 555, kan det i stedet for separate og egne elementer eller legemer 527 benyttes et sy-lindrisk element (lukket eller åpent i bunnen), en ring, eller en hul hette, enten festet ubevegelig til legemet, bladene eller apparatet, eller festet roterbart til disse. Materialet 523 virker som et lager, eller lagermateriale kan benyttes i stedet, slik at verktøyets sideparti virker som et lager .

To fingre 511 strekker seg oppover fra et legeme 512 på offerelementet 510. Fingrene 511 er frigjørbart forbundet med verktøyet 520 via sikringsbolter. Knotter 513 rager ut fra legemet 512. Ovenfra og ned rager knottene 513 stadig mer ut fra legemet 512 for å motsvare en skråning på ledekilen 505. Alternativt kan en rekke spor (ovenfra og ned eller side-til-side) benyttes i stedet for knottene 513. Det er innenfor denne oppfinnelses ramme å ta i bruk i det minste én utsparing, en rekke utsparinger, eller en rekke utsparinger i innbyrdes vinkel for å redusere materialmengden i offerelementet 510. Offerelementet 510 kan være sveist eller boltet til ledekilen 505. Ifølge ett aspekt er offerelementet 510 laget av fresbart materiale eller lagermateriale (f.eks. lagerbronse). Ved fresing nedover offerelementets 510 legeme 512 freser verktøyet 52 0 legemet 512 lettere enn dersom det fantes materiale mellom knottene 513. I stedet for en udelt fast rest av legemet 512 igjen etter at verktøyet 520 har passert, er det snarere igjen små biter av legemet 512 (knotter eller knotter med partier av legemet 512) enn et flagrende stykke som kan hindre operasjoner, eller store stykker som kan være vanskelig å frese eller sirkulere. Små stykker eller biter kan falle ned og/eller falle av etter fresing og sirkuleres lettere bort fra fresestedet og/eller ut av hullet.

Fig. 14 viser et alternativt offerelement 680 med et legeme 681 og fingre 682 som rager ut fra en ring 683. En eller flere av fingrene 682 kan forbindes frigjørbart med et verktøy

på en måte lignende den beskrevet for offerelementet 510. Offerelementet 680 er laget av fresbart eller borbart materiale av stål, plast, metall, eller lagermateriale i visse utførel-ser, eller hvilket som helst av de materialer som offerelementet 510 er laget av. En knottstruktur (se knotter 513 på offerelementet 510) kan tilveiebringes for offerelementet 680. Slik som offerelementet 510 kan offerelementet 680 festes til en ledekile, og legemet 681 (vist delvis) kan strekke seg over hvilken som helst ønsket og egnet lengde langs en slik ledekile, og legemet 681 kan ha hvilken som helst ønsket skråning for å motsvare ledekilen på den ene side og for å styre skjæreinnretningen på den annen side. Ringen 683 er ifølge ett aspekt dimensjonert slik at nesen eller den utra-gende nedre ende av verktøyet kan strekke seg inn i ringen, og ifølge ett aspekt gå i kontakt med ringen for stabilitet. Ringen forsterker også offerelementet 680.

Fig. 15 viser et verktøy 550 (lignende verktøyet 520 hvor like deler har de samme henvisningstall). En skjæreinnretning 555 vist skjematisk med stiplet linje, er innledningsvis dekket av et materiale 557 som kan eroderes ved kontakt med et rør og/eller en formasjon. Ifølge ett aspekt, som med verk-tøyet 520, blir ikke materialet slitt bort før materialet 557 er fanget mellom konkaven og røret. Ved å bruke lagermateriale som materialet 557, lettes bevegelse av nesen nedover og

mot offerelementet (f.eks. offerelementet 510), mens skade på dette forhindres. Skjæreinnretningen 555 kan være hvilket som helst egnet, kjent formasjonsboreapparat. Matriksmaterialet kan innbefatte kjente freseinnsatser eller skjæreelementer, med eller uten flisknusere, i hvilket/hvilken som helst kjent mønster eller rekke.

Fig. 2 viser verktøystrengen 500 i et borehull med foringsrør C med forskjellige posisjoner for verktøyet 520 vist i stip-lede linjer. Innledningsvis (som vist) er verktøyet 520 ikke blitt frigjort fra fingrene 511. Etter frigjøring fra fingrene 511 og nedadrettet bevegelse freser de nedre ender 524 av sidebladene 521 bort et parti av offerelementet 510 innbefattet fingrene 511. Den ytre flate av materialet 527 går deretter i inngrep med ledekilens 505 konkave parti. Materialet 527 roterer på offerelementet 510 mens det påvirker fresen mot veggen av foringsrøret. De ytre bladflater har beveget seg til i punkt A' å gå i kontakt med en indre flate S av foringsrøret C. En avstand d er fortrinnsvis av tilstrekkelig utstrekning til at den nedre bladflate langs avstanden d er bredere enn foringsrørets tykkelse. Selv om fresen påvirkes mot foringsrøret, freser bladene nedover offerelementet 510, idet de etterlater "biter" av dette når verktøyet 520 beveger seg over på ledekilen 505, og bladene når den ytre flate av foringsrøret i punkt B. De ytre bladflater som går i kontakt med ledekilen, er fortrinnsvis glatte for å lette bevegelsen av verktøyet 520 nedover ledekilen 505 og for å minimere fresing av selve ledekilen 505. Verktøyet 520 fortsetter nedover (f.eks. hele tiden rotert av et rotasjonsbord på overflaten eller av en nedihullsmotor i strengen på ett eller annet punkt ovenfor verktøyet) idet det freser bort offerelementet 510, beveger seg nedover ledekilen 505, freser gjennom foringsrøret C til et punkt C hvor den ytre flate av materialet 527 på nesen 526 går i kontakt med foringsrørets C indre flate S. På dette punkt begynner materialet 527 å bli ero-dert, hvorved skjæreinnretningen 525 blottlegges. Verktøyet 520 fortsetter å frese nedover foringsrøret til et punkt D hvor nesen 526 begynner å trenge ut av foringsrøret C, og verktøyet 520 begynner å skjære formasjonen utenfor forings-røret C. Verktøyet beveger seg nedover ledekilen 505 idet det former begynnelsen på en sideboring. En således utformet sideboring er vist på fig. 3. En slik sideboring kan ha hvilken som helst ønsket lengde.

Når et legeme i full størrelse benyttes til verktøyet 520, blir det/den resulterende vindu og sideboring full størrelse, dvs. en ønsket diameter, og ingen ytterligere fresing er nød-vendig i motsetning til visse systemer ifølge eldre teknikk som benytter et verktøy som er mindre enn full størrelse, f.eks. en underdimensjonert ledefres som fremstiller et "rottehull" av mindre diameter enn diameteren i boringen ovenfor rottehullet, hvilket må freses ytterligere for å forstørre det til ønsket diameter, hvilket ofte krever én eller flere tilleggsturer inn i borehullet eller krever boring av et u-sedvanlig langt rottehull.

Ved bruk av et system som beskrevet i dette skrift, kan det oppnås en ferdig sideboring med ønsket diameter, hvilken strekker seg bare et relativt kort stykke fra foringsrøret; dvs. den utstrekning som sideboringens innledningsvise åpning strekker seg med inn i formasjonen, kan være relativt liten, hvilket letter fremstillingen av en sideboring i en ønsket vinkel til det primære borehull. Med visse systemer ifølge eldre teknikk hvilke ikke benytter verktøylegeme i full stør-relse, og hvilke gjør bruk av smalere freser, f.eks. underdi-mensjonerte ledefreser, kan sideboringen (innbefattet det parti av formasjonen med mindre diameter som startfresen har beveget seg inn i) når det ønskede vindu er ferdig, være 3; 4,5; 6 meter eller mer lang. Det er relativt vanskelig å lage en sideboring vendt i en ønsket vinkel fra en slik relativt lang innledende sideboring. Med systemet beskrevet under hen-visning til tegningene kan det fremstilles en relativt kort innledende sideboring i full størrelse med jevn diameter i formasjonen ved én enkelt tur. Ifølge ett aspekt er en slik innledende sideboring 150 cm lang eller mindre, 90 cm lang eller mindre, 60 cm lang eller mindre, eller omtrent 45 cm lang. Det er også innenfor rammen av denne oppfinnelse å bruke flere sett blader, dvs. ett eller flere bladsett i tillegg over verktøyet 520 f.eks. som beskrevet nedenfor.

Offerelementet 510 kan være laget av plast, glassfiber, kom-positt, fiberarmert plast, sement, keramikk, metall {stål, bløtt stål, sink, aluminium, sinklegering, aluminiumslege-ring) , metallegeringer, messing, bronse eller metall-matrikskompositter.

Fig. 16 viser en fres 3300 ifølge den herværende oppfinnelse med et legeme 3302 og en flerhet av blader 3304. I tilknyt-ning til hvert blad 3304 finnes et skrånende element 3306 som er festet til legemet 3302 eller til bladet 3304 eller til begge, enten med et klebemiddel slik som epoksy, med forbin-delseselementer slik som skruer, bolter, eller bånd eller stykker av borrelås, eller ved hann-/hunnpasning mellom dele-ne, slik som fjær og not. De skrånende elementer 3306 kan være laget av hvilket/hvilken som helst tre, plast, kompo-sitt, skum, metall, keramikk eller sement. I visse utførelser er de skrånende elementer 3306 festet til fresen, slik at når det nedre punkt på fresbladene går i kontakt med foringsrøret som skal freses, brytes de skrånende elementer 3306 bort,

slik at fresing ikke hindres.

Fig. 17 viser en fres 3330 ifølge den herværende oppfinnelse med et legeme 3332 og en flerhet av blader 3334. En konisk

innretning 3336 er fastgjort rundt fresen 3330 eller formet i ett med denne. Den koniske innretning 3336 strekker seg rundt hele fresens 3330 omkrets nedenfor bladene 3334 og letter bevegelse av fresen 3330 gjennom rør. Den koniske innretning

3336 kan være en todelt innretning som smekkes eller boltes

på, og kan være av samme materiale som det skrånende element 3306.

Fig. 18 viser en kombinasjon av blad og skrånende element med et blad 3340 som har en not 3342 og et skrånende element 3344 med en fjær 3346. Fjæren 3346 opptas i noten 3342 for å lette fastgjøring av det skrånende element 3344 til bladet 3340.

Valgfritt kan en epoksy eller annet klebemiddel benyttes til å lime det skrånende element til bladet, til et freslegeme eller til begge. Fjæren og noten kan være svalehaleformet. Fig. 19 viser en kombinasjon av blad og skrånende element med et blad 3350 og et skrånende element 3352 med en utsparing 3354. Bladet 3350 opptas og holdes i utsparingen 3354. Valgfritt kan et klebemiddel benyttes til å fremme fastgjøringen av det skrånende element 3352 til bladet, til fresen eller til begge. Fig. 20 viser et freslegeme 3370 {som legemene til fresene vist på fig. 5A, 10, og 11 i den verserende amerikanske søk-nad, serienr. 08/642,118, inngitt 5/2/96) som har en rekke spor 3372 som strekker seg på langs på freslegemet og er dimensjonert, utformet, og plassert for å oppta og holde et skrånende element som vist på fig. 16, fig. 18 eller fig. 19. Et slikt freslegeme kan benyttes i stedet for eller i kombinasjon med hvilket som helst tidligere beskrevet skrånende festemiddel. Fig. 21 viser et freslegeme 3380 (som legemene til fresene nevnt i forrige avsnitt) som har en rekke svalehalespor 3382 som strekker seg på langs på freslegemet og er dimensjonert, utformet og plassert for å oppta og holde et skrånende element som vist på fig. 16, fig. 18 eller fig. 19. Et slikt freslegeme kan benyttes i stedet for eller i kombinasjon med hvilket som helst tidligere beskrevet skrånende festemiddel.

Claims (9)

1. Verktøy for tildannelse av en åpning i et rør i et borehull, hvilket verktøy (520; 550) omfatter en fres som har et legemeparti og et neseparti (526), karakterisert ved at nesepartiet (526) innbefatter en skjæreinnretning (525; 555) av hvilken i det minste et parti er tildekket av et lagermateriale (523, 527; 557) som kan slites bort, slik at skjæreinnretningen (525; 555) derved avdekkes for skjæring av åpningen, og som kan underlette bevegelse av verktøyet (520; 550) med hensyn til et annet element.

2. Verktøy som angitt i krav 1, karakterisert ved et offerelement (510; 680) som er løsbart festet til fresen, og som kan festes til en ledekile (505), slik at offerelementet (510; 680) i bruk kan styre fresen mot en indre flate av røret.

3. Verktøy som angitt i krav 2, karakterisert ved en ledekile (505) til hvilken offerelementet (510; 680) er festet.

4. Verktøy som angitt i krav 3, karakterisert ved at nesepartiet (526) er slik dimensjonert og plassert at nesen ikke skjærer ledekilen (505).

5. Verktøy som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at offerelementet (510; 680) har i det minste et parti (510; 682) som rager oppover forbi ledekilen (505), slik at fresesystemet innleder fresing av røret før det når den øvre ende av ledekilen (505).

6. Verktøy som angitt i krav 2, 3, 4, eller 5, karakterisert ved at offerelementet (510; 680) har i det minste én utsparing i dette for reduksjon av den masse av offerelement (510; 680) som er igjen etter fresing av offerelementet (510; 680) med fresen.

7. Verktøy som angitt i krav 6, karakterisert ved at den minst ene utsparing er flere utsparinger plassert med innbyrdes avs-tand.

8. Verktøy som angitt i krav 7, karakterisert ved at utsparingene plassert med innbyrdes avstand innbefatter utsparinger i vinkel mot hverandre for å danne flere fremspring som stikker fra offerelementet (510; 680).

9. Verktøy som angitt i krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en ledekile (505).