NO317067B1 - Kombinert fres- og borkrone - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse gjelder verktøy som anvendes for boring av olje- og gassbrenner. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen boring av en ny brønnboring som grener av fra en eksisterende brønnboring som er blitt boret og foret. Denne oppfinnelse angår også boring gjennom et sementert hull, fulgt av utfresing av en broplugg eller flottørutstyr.

Som eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes US 5 265 675, US 4 386 669, US 5 560 440 og US 3 765 493.

Det hender ofte at etter at en brønnboring er blitt boret og foringsrøret installert, oppstår det behov for å bore en ny brønnboring til siden for, eller i vinkel med, den opprinnelige brønnboring. Den nye brønnboring kan være en side-boring som strekker seg utad fra den opprinnelige, vertikale brønnboring. Proses-sen med å påbegynne en ny brønnboring fra den eksisterende boring blir ofte kalt "avspark" (engelsk: "kicking off') fra den opprinnelige boring. Avspark fra en eksisterende brønnboring der metallforingsrør er installert, krever at foringsrøret først gjennomtrenges ved ønsket dybde.

Typisk blir en seksjonsfres eller vindusfres benyttet til å gjennomtrenge metallfoirngsrøret, deretter trekkes vindusfresen og borestrengen tilbake fra brønnboringen. Etter utfresing av vinduet, blir en borkrone montert på borestrengen, kjørt tilbake inn i brønnen, og benyttet til å bore side-brønnboringen. Enkeltturer inn i og ut av brønnboringen forsinker boreprosessen og gjør det dyre-re å komplettere brønnen. Grunnen til at to forskjellige verktøy benyttes til tross for dette, er at vindusfresen må trenge gjennom metallforingsrøret, mens borkronen må trenge gjennom undergrunnsformasjonen som ofte inneholder meget ab-rasive bestanddeler.

Når det er nødvendig å bore gjennom et sementert hull, og deretter frese bort metallgjenstander i hullet, må det likeledes foretas to turer. Først må en borkrone som er festet til borestrengen innkjøres i hullet og brukes til å bore gjennom sementen. Deretter uttrekkes borestrengen, borkronen fjernes, og et frese-verktøy tilkobles. Borestrengen blir så kjørt inn i hullet for bortfresing av broplug-gen eller annen metalldel.

Fresing av metall krever en type skjæreinnsats som er utformet av et materiale som er hardt nok til å skjære materialet, men holdbart nok til å unngå større brudd eller kjemisk nedbryting av innsatsen. Hvis innsatsen i for stor grad smuldrer eller nedbrytes, vil innsatsen miste den skarpe, fremre kant eller egg som er ansett for å være ønskeligst for effektiv fresing av metall. Både hardhet og holdbarhet er viktig. En har funnet at et materiale som wolframkarbid er tilstrekkelig hardt til å frese typisk foringsrørstål, samtidig som det er strukturelt holdbart og kjemisk bestandig når det utsettes for foringsrørstål, idet det tillater at innsatsen gradvis slites bort istedenfor å smuldre, slik at dets fremre kant holdes skarp.

Boring gjennom en bergartformasjon eller sement, krever en type skjæreinnsats som er utformet av et materiale som er så hardt som mulig, for å sette innsatsen i stand til å gnage eller skrape biter ut av bergarten eller sementen, uten for stor slitasje eller abrasjon på innsatsen. Dette gjør at boreoperatøren kan bore større borehull-lengder med en enkelt borkrone, og derved begrense antall turer inn i og ut av brønnen. En har funnet at et materiale som polykrystallinsk diamant er et utmerket valg for boring gjennom en bergartformasjon eller sement, på grunn av dets ekstreme hardhet og abrasjonsbestandighet.

Wolframkarbid er ikke så bra som polykrystallinsk diamant for boring gjennom bergart eller sement, fordi diamanten er hardere og derfor vil vare lenger, og derved begrense det nødvendige antall turer. Polykrystallinsk diamant er ikke så bra for boring gjennom metallforingsrør som wolframkarbid, fordi diamanten er ikke strukturelt holdbar, idet den lettere smuldrer og får ødelagt sin skarpe frem-kant. Dessuten har polykrystallinsk diamant en tendens til å nedbrytes på grunn av en kjemisk reaksjon med foringsrørstålet. Det foregår en kjemisk reaksjon mellom jernet i foringsrøret og diamantlegemet, som opptrer når stål maskineres med en diamantinnsats. Som følge av denne kjemiske reaksjon, omvandles karbonet i diamanten til grafitt, og diamantlegemets skjæreegg nedbrytes hurtig. Dette hind-rer effektiv maskinering av stålforingsrøret med diamant. Derfor er wolframkarbid det beste valg for fresing gjennom metallfoirngsrør, og polykrystallinsk diamant er det beste valg for boring gjennom bergart eller sement.

Uheldigvis vil, i begge disse typer av operasjoner, bruk av hver type av skjæreinnsats for dens beste anvendelse, kreve at et første verktøy brukes til å utføre en første operasjon, og at et andre verktøy brukes til å utføre den andre operasjon. Dette innebærer at det blir nødvendig med to enkeltturer for avspark-og boreoperasjonen, eller for sementbore- og bropluggfrese-operasjonen. Det vil være meget ønskelig å kunne utføre en enkeltturoperasjon, for derved å eliminere minst én enkelttur inn i og ut av borehullet.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen, med et kombinasjonsverktøy for flere skjæreoperasjoner nede i en brønnboring, som angitt i de etterfølgende krav.

Foreliggende oppfinnelse er et kombinert frese- og boreverktøy for bruk ved utførelse av en enkelttur-frese-deretter-bore-operasjon. Likeledes kan et verktøy i henhold til foreliggende oppfinnelse brukes til å utføre en enkelttur-bore-deretter-frese-operasjon. Verktøyet har et antall freseinnsatser egnet for metallfresing, for utførelse av avspark- eller freseoperasjonen, og et antall boreinnsatser egent for bergartboring, for boring gjennom undergrunnsformasjonen eller sement. Skjæreinnsatsene av frese- og boretypene anbringes i forhold til hverandre på verktøyet, slik at bare freseinnsatsene kommer i berøring med metallforingsrøret under freseoperasjonen, og boreinnsatsene utsettes for berøring med undergrunnsformasjonen eller sement, under boreoperasjonen. Den spesielle utfø-ringsform som her skal beskrives, vil først anbringe freseinnsatsene, fulgt av an-bringelse av boreinnsatsene. Det skal forstås at der det er nødvendig å bore først og deretter frese, blir monteringsstedene for de to typer skjæreinnsatser ganske enkelt byttet om.

Freseinnsatsen kan utformes av et forholdsvis mer holdbart materiale enn boreinnsatsen, fordi den vil trenge å opprettholde sin skarpe fremre kant under metallfresing. Boreinnsatsen kan utformes av et forholdsvis hardere materiale enn freseinnsatsen, fordi den vil trenge å motstå slitasje og abrasjon under boring av bergart. Freseinnsatsen kan være utformet av wolframkarbid, Al203, TiC, TiCN, eller TiN, eller annet materiale som er hardt nok til å frese foringsrørstål, men forholdsvis holdbart og kjemisk ikke-reagerbart med stålet. Boreinnsatsen kan utformes av polykrystallinsk diamant eller annet materiale med tilsvarende hardhet, for å lette boring gjennom en bergartformasjon eller sement.

Verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse anvender en første skjærekonstruksjon som er montert i et fast sted på verktøylegemet, og en andre skjærekonstruksjon som er bevegelig montert på verktøylegemet. Den andre skjærekonstruksjon er innledningsvis fastholdt i en tilbaketrukket stilling i verktøylegemet, ved hjelp av fastholdingselementer så som bruddpinner. Et antall skjæreinnsatser av en første type, egnet for den første operasjonsfase, er montert på den faste skjærekonstruksjon. Et antall skjæreinnsatser av en andre type, egnet for den andre operasjonsfase, er montert på den bevegelige skjærekonstruksjon. En aktuatorplugg i verktøylegemet blir hydraulisk beveget fra en første stilling til en andre stilling, for å bevege den bevegelige skjærekonstruksjon fra dens opprinnelige, tilbaketrukne stilling til en andre, utskjøvet stilling, slik at den andre type skjæreinnsatser beveges nedad og utad for å komme i virksomhet. Et innfang-ningselement holder den bevegelige skjærekonstruksjon i dens utspilte stilling.

De nye trekk ved denne oppfinnelse, som selve oppfinnelsen, vil bli best forstått ut fra de medfølgende tegninger, sett i sammenheng med den følgende beskrivelse, der like henvisningstegn betegner like deler, og der: Figur 1 er et lengderiss av verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser den bevegelige skjærekonstruksjon inntrukket i verktøylegemet, Figur 2 er et lengdesnitt av verktøyet vist i fig. 1, som viser den bevegelige skjærekonstruksjon i utspilt stilling, Figur 3 er et enderiss av verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser utførelsen ifølge fig. 1, og Figur 4 er et enderiss av verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser utførelsen ifølge fig. 2.

Som vist i fig. 1 omfatter kombinasjonsfreseverktøyet og -borkronen 10 ifølge foreliggende oppfinnelse en overdel 12, en underdel 14, en hydraulisk

aktuatorplugg 16, et antall faste skjæreblad 18, og et antall bevegelige skjæreblad 20. Overdelen 12 kan ved sin øvre ende skrues fast til en borestreng. Underdelen 14 er fastskrudd på den nedre ende av overdelen 12. Aktuatorpluggen 16 er

forskyvbart opptatt i et sentralt hulrom 15 i underdelen 14, idet aktuatorpluggen 16 er vist i sin øvre stilling i fig. 1. Aktuatorpluggen 16 har en nedre, konisk flate 17 som danner en vinkel med verktøyets 10 lengdeakse.

De faste skjærebladene 18 er montert rundt underdelens 14 omkrets, idet hvert faste blad 18 har en hovedsakelig vertikal forside som en første gruppe av skjæreinnsatser 36 er montert på. Når verktøyet først skal brukes for fresing og deretter for boring, er den første gruppe av skjæreinnsatser 36 freseinnsatsen Freseinnsatsene kan være utformet av wolframkarbid, Al203, TiC, TiCN, eller TiN, eller hvilket som helst annet materiale som er hardt nok til å frese foringsrørstål, men forholdsvis holdbart og kjemisk ikke-reaktivt overfor stålet. De bevegelige blad 20 er vist i sine innledningsvis inntrukne stillinger, i slisser i underdelen 14. Hvert bevegelig blad 20 fastholdes i denne innledende stilling ved hjelp av et ut-løsbart låseelement så som en bruddpinne 56, vist i fig. 2. Hvert bevegelig blad 20 har også en innerkant 21 som skråner i forhold til verktøyets 10 lengdeakse. En fast endeplugg 22 er sveiset eller innskrudd i underdelens 14 nedre ende.

Den forskyvbare aktuatorplugg 16 holdes i sin innledende, øvre stilling ved hjelp av en bruddring 24 som holdes i stilling ved hjelp av et rundtløpende spor 23 i endepluggens 22 ytterflate. En langsgående boring 26 i overdelen 12 står i fluid-forbindelse med en langsgående boring 28 i aktuatorpluggen 16, og med en langsgående boring 30 i endepluggen 22. Én eller flere fluidporter 32 fører fra den langsgående boring 30 i endepluggen 22 til det sentrale hulrom 15 i underdelen 14. Et første antall fluidkanaler 34 fører fra det sentrale hulrom 15 til et første antall fluidporter 35 på verktøyets 10 nedre endeflate, like foran de faste skjæreblad 18. Når aktuatorpluggen 16 er i sin øvre stilling vist i fig. 1, er fluid-kanalene 34 frilagt, slik at fluid kan strømme fra arbeidsstrengen via de langsgående boringer 26, 28, 30 og det sentrale hulrom 15, og strømme ut fra fluidport-ene 35 for å lette de faste bladenes 18 skjærevirkning. Et antall sentrale fluidkanaler 62 kan være anordnet for å lede fluid til det sentrale parti av verktøyets 10 nedre ende, for ytterligere å lette de faste bladenes 18 skjærevirkning.

En overdel-tetning 38 tetter mellom ytterflaten til den forskyvbare aktuatorpluggens 16 øvre ende og overdelen 12, når aktuatorpluggen 16 fastholdes i den øvre stilling. I denne stilling fastholdes en låsering 40 fullstendig inne i et indre låseringspor 41 på aktuatorpluggens 16 utvendige overflate. Øvre og nedre endepluggtetninger 42,43 er anordnet i rundtløpende spor på endepluggens 22 utvendige overflate. Den øvre endepluggtetningen 42 tetter mellom endepluggen 22 og den langsgående boring 28 i aktuatorpluggen 16, når aktuatorpluggen 16 er i sin øvre stilling. En ytre låsering 46 er anordnet i underdelens 14 sentrale hulrom 15.

Som det fremgår av fig. 2, kan en kule 48 slippes gjennom borestrengen slik at den passerer gjennom den langsgående boring 26 i overdelen 12, og kommer til hvile ved den øvre ende av aktuatorpluggen 16, for derved å blokkere den langsgående boring 28 i aktuatorpluggen 16. Fortsatt pumping av fluid gjennom borestrengen vil bygge opp trykk på aktuatorpluggen 16 inntil den avskjærer bruddringen 24 og beveger seg ned til den nedre stilling vist i fig. 2. Når verktøyet brukes med en nedihulls-slammotor, kan borefluidtrykket økes til et punkt som vil avskjære bruddringen 24, uten at det er nødvendig å slippe en kule. Uansett vil aktuatorpluggens 16 koniske underside 17, under aktuatorpluggens nedadbeve-gelse komme til anlegg mot og utøve nedad- og utadrettet kraft på de bevegelige bladenes 20 skrå innerkanter 21. Dette virker til å avskjære bruddpinnene 56 som fastholder de bevegelige blad 20, og bevege de bevegelige blad 20 nedad og utad i deres respektive slisser 19. Denne nedad- og utadbevegelse kan være en-ten ren translasjonsbevegelse som vist i fig. 1 og 2, eller den kan ha en rotasjons-komponent. De bevegelige blad 20 kan hindres fra å falle ut av sine respektive slisser 19 ved hjelp av f.eks. anslagsskuldre (ikke vist) på bladene 20 og slissene 19. I denne nedre stilling av aktuatorpluggen 16, smetter låseringen 40 delvis inn i det ytre låseringspor 46 i underdelen 14, og forblir delvis i det indre låseringspor 41 i aktuatorpluggen 16, for derved å holde aktuatorpluggen 16 permanent i den nedre stilling. Øvre og nedre aktuatorpluggtetninger 50, 52 tetter mellom aktuatorpluggens 16 ytterflate og det sentrale hulrom 15 i underdelen 14, når aktuatorpluggen 16 er i den nedre stilling.

Som det fremgår av fig. 2, har hvert bevegelig blad 20 en hovedsakelig vertikal forside som en andre gruppe skjæreinnsatser 54 er montert på. Når verktøy-et skal brukes først for fresing og deretter for boring, er den andre gruppe skjæreinnsatser 54 boreinnsatsen Boreinnsatsene kan være utformet av polykrystallinsk diamant eller annet materiale med tilsvarende hardhet, for å lette boring gjennom en bergformasjon eller sement. Den brutte linje 58 i fig. 2 viser den stilling som det bevegelige bladets 20 innerkant 21 opptok når det var i dets opprinnelige, inntrukne stilling. Ved å sammenlikne den brutte linje 58 med kanten 21 i fig. 2, vil man se at det bevegelige blad 20 har beveget seg nedad og utad for derved å posisjonere den andre gruppe skjæreelementer 54 nedad og utad forbi den første gruppe av skjæreinnsatser 36. Dette spiler ut den andre gruppe skjæreinnsatser 54 slik at de påbegynner sin konstruerte skjærevirkning. Når verktøyet 10 er konstruert for en frese-deretter-bore-anvendelse, vil denne nedad- og utadbevegelse av de bevegelige blad 20 omdanne verktøyet 10 fra et freseverktøy til et

boreverktøy.

-v

Et andre antall fluidkanaler 60 fører fra det sentrale hulrom 15 til et andre antall fluidporter 61 på verktøyets 10 underside, like foran de bevegelige skjæreblad 20. Når aktuatorpluggen beveges til sin nedre stilling vist i fig. 2, blir det andre antall fluidkanaler 60 frilagt, slik at fluid kan strømme fra arbeidsstrengen via den langsgående boring 26 og det sentrale hulrom 15, og ut av portene 61, for å lette de bevegelige bladenes 20 skjærevirkning. Samtidig blokkerer aktuatorpluggen 16 strømning gjennom det første antall fluidkanaler 34.

Fig. 3 og 4 viser de bevegelige bladenes 20 utadbevegelse. Fig. 3 viser de bevegelige bladene 20 i deres opprinnelige, inntrukne stilling i deres slisser 19, tilsvarende konfigurasjonen til verktøyet 10 vist i fig. 1. Det fremgår at den første gruppe skjæreinnsatser 36 strekker seg lenger utad enn den andre gruppen av skjæreinnsatser 54. Den stiplete sirkel 64 representerer ønsket diameter for borehullet som senere skal bores gjennom formasjonen, etter utspiling av den andre gruppe skjæreinnsatser 54. Fig. 4 viser de bevegelige blad 54 i deres andre, utspilte stilling i deres respektive slisser 19, tilsvarende konfigurasjonen til verktøyet 10 vist i fig. 2. Det fremgår at den andre gruppe av skjæreinnsatser 54 er utskjø-vet forbi den første gruppe av skjæreinnsatser 36, for derved å skape den ønskete borehulldiameter representert ved den stiplete sirkel 64.

Claims (17)

1. Kombinasjonsverktøy for flere skjæreoperasjoner nede i en brønnboring, omfattende: et verktøylegeme; minst én fast skjærekonstruksjon som er montert på verktøylegemet og omfatter en første gruppe påmonterte skjæreinnsatser; minst én bevegelig skjærekonstruksjon som er montert på verktøylegemet og omfatter en andre gruppe påmonterte skjæreinnsatser; en aktuator for selektiv bevegelse av den minst ene bevegelige skjærekonstruksjon, karakterisert ved at aktuatoren er innrettet til å bevege den minst ene skjærekonstruksjon fra en første stilling, der den første gruppe av skjæreinnsatser strekker seg lenger ut enn den andre gruppen, målt i både radial- og lengderetningen i forhold til verktøylegemets akse, til en andre stilling der den andre gruppen av skjæreinnsatser strekker seg lenger ut enn den første gruppen, målt i både radial- og lengderetningen, idet den første gruppen av skjæreinnsatser er plassert for å utføre hovedsakelig all skjæringen når den bevegelige skjærestrukturen befinner seg i nevnte første posisjon, og den andre gruppen av skjæreinnsatser er plassert for å utføre hovedsakelig all skjæringen når den bevegelige skjærestruk-tur befinner seg i nevnte andre posisjon; samt at kombinasjonsverktøyet videre omfatter et løsbart fastholdingselement for løsbar fastholding av den bevegelige skjærekonstruksjon i den første stilling i forhold til verktøylegemet.

2. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det løsbare fastholdingselement løsbart fester den bevegelige skjærekonstruksjon direkte til verktøylegemet i den første stilling.

3. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det løsbare fastholdingselement løsbart fester aktuatoren direkte til verktøylegemet når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den første stilling.

4. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter et låseelement for låsing og permanent fastholding av den bevegelige skjærekonstruksjon i den andre stilling.

5. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 4, karakterisert ved at låse-elementet låser og permanent fester den hydrauliske aktuator til verktøylegemet når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den andre stilling.

6. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at den bevegelige skjærekonstruksjon omfatter minst ett blad som er forskyvbart i en slisse i verktøylegemet, og at aktuatoren omfatter en i verktøylegemet forskyvbar plugg som anbringes i kontakt med det minst ene forskyvbare blad og beveger det minst ene forskyvbare blad fra den første stilling til den andre stilling.

7. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 6, karakterisert ved at den selektivt forskyvbare plugg beveger det forskyvbare blad i translasjonsbevegelse fra den første stilling til den andre stilling.

8. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 7, karakterisert ved at den forskyvbare plugg omfatter en flate som danner en vinkel i forhold til verktøylege-mets lengdeakse og er anbrakt for kontakt med det minst ene forskyvbare blad og for å bevege det minst ene forskyvbare utad og nedad fra den første stilling til den andre stilling.

9. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at den første gruppe av skjæreinnsatser og den andre gruppe av skjæreinnsatser er forskjellige med hensyn til minst ett trekk valgt fra gruppen holdbarhet, hardhet, stør-relse og form.

10. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en første fluidkanal som leder fluid til et område foran den faste skjærekonstruksjon, og en andre fluidkanal som leder fluid til et område foran den bevegelige skjærekonstruksjon, idet den første fluidkanal mottar fluidstrømning når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den første stilling, og den andre fluidkanal mottar fluidstrømning når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den andre stilling.

11. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 10, karakterisert ved at aktuatoren sperrer den andre fluidkanal når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den første stilling, og at aktuatoren sperrer den første fluidkanal når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den andre stilling.

12. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter et låseelement for låsing og permanent fastholding av borekonst-ruksjonen i den andre stilling.

13. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 12, karakterisert ved at bore-konstruksjonen omfatter minst ett blad som er forskyvbart i en slisse i verktøylege-met og at den hydrauliske aktuator omfatter en i verktøylegemet forskyvbar plugg som er anbrakt for kontakt med det minst ene forskyvbare blad og for å bevege det minst ene forskyvbare blad fra den første stilling til den andre stilling.

14. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 13, karakterisert ved at den forskyvbare plugg beveger det forskyvbare blad i translasjonsbevegelse fra den første stilling til den andre stilling.

15. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 14, karakterisert ved at den forskyvbare plugg omfatter en overflate som danner en vinkel i forhold til verktøy-legemets lengdeakse og er anbrakt for kontakt med det minst ene forskyvbare blad og for å bevege det minst ene forskyvbare utad og nedad fra den første stilling til den andre stilling.

16. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 12, karakterisert ved at det videre omfatter en første fluidkanal som leder fluid til et område foran den faste skjærekonstruksjon, og en andre fluidkanal som leder fluid til et område foran den bevegelige skjærekonstruksjon, idet den første fluidkanal mottar fluidstrømning når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den første stilling, og den andre fluidkanal mottar fluidstrømning når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den andre stilling.

17. Kombinasjonsverktøy ifølge krav 16, karakterisert ved at den hydrauliske aktuator sperrer den andre fluidkanal når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den første stilling, og at den hydrauliske aktuator sperrer den første fluidkanal når den bevegelige skjærekonstruksjon er i den andre stilling.