NO323645B1 - Nedhulls vibrasjonsverktoy samt fremgangsmate for a frigjore en fastkjort gjenstand i et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelse angår generelt boring og komplettering av brønnboring-er og nærmere bestemt bruk av vibrasjons- og resonansanordninger nedihulls for utførelse av valgte bore- og kompletteringsoperasjoner for utvinning av hydrokarboner fra undergrunnsformasjoner.

Bakgrunn for oppfinnelsen

For å utvinne hydrokarboner så som olje og gass, bores borehull eller

brønnboringer fra steder på overflaten inn i hydrokarbonholdige geologiske under-grunnslag eller -formasjoner. En stor del av dagens boreaktivitet innebærer boring av sterkt avvikende eller hovedsakelig horisontale brønnboringer. Under boring av en brønnboring, blir ofte borkronen og/eller borerøret eller rørstrengen som anvendes for boring av borehullet fastkjørt nede i borehullet, ofte i stor avstand fra brønnboringens munning ved overflatestedet. Under komplettering, produksjon og overhaling av brønnboringene, blir dessuten fastkjørt forskjellige anordninger som må trekkes opp fra brønnboringen. I mange tilfeller må den fastkjørte gjenstand frigjøres og trekkes opp for å fortsette boring av brønnboringen eller fortsette å utføre andre operasjoner. I mange tilfeller er det ønskelig og mindre kostbart å frigjøre (løsne) den fastkjørte gjenstand og enten fortsette boring av brønnboring-en eller trekke opp gjenstanden til overflaten for reparasjon eller for utskifting av slik gjenstand med en mer egnet anordning enn å etterlate den fastkjørte gjenstand i borehullet. Gjenstanden som skal løsnes og/eller trekkes opp blir innen industrien betegnet som «fisken» og fremgangsmåten for løsning og/eller opptrekking betegnes som «fisking».

EP A2 0245892 omtaler et verktøy for vibrasjon av en brønnstreng med det formål å redusere friksjon mellom brønnstreng og vegg for å frigjøre fastlåst streng eller å sette sementforing eller gruspakking.

US 5.370.180 omhandler et fiskeverktøy med et anker for selektivt å feste en innført rørstreng til et fastlåst rør.

US 2.948.059 omhandler et vibrasjonssystem for å løse fastlåse skruekop-linger for brønner, hvor en vibrator etter testdrift ved flere frekvenser, påtrykkes en foretrukket resonansfrekvens for rør eller kopling for frigjøring av koplingen.

Mange forskjellige fiskeverktøy anvendes for å frigjøre og trekke opp fast-kjørte gjenstander i brønnboringer i olje- og gassindustrien. De fleste av disse fis-keverktøy er mekaniske anordninger og de omfatter ingen lokal eller nedihulls-intelligens. Fiskeverktøy som anvender resonans er blitt brukt for å frigjøre fast-kjørte borerør og andre gjenstander i brønnboringer. US-patent 4.815.328, som det herved henvises til, viser en rulletype-oscillator med kretsende masse for generering av resonans nedihulls. For å løsne et borerør som er fastkjørt i borehullet, festes anordningen ved et passende sted til et borerør og vibreres sideveis ved å føre et trykkfluid gjennom den. Vibrasjonshastigheten styres ved å styre flu-idstrømmen ved overflaten. En slik anordning gir ingen sikker metode for bestemmelse av når det fastkjørte rør har oppnådd resonans, heller ikke en metode for sveiping av operasjonsfrekvensområdet for å bestemme den optimale operasjonsfrekvens, heller ikke en metode for automatisk å justere operasjonsparame-tere så som fluid-volumstrømmen til kontinuerlig eller i det minste periodisk å ope-rere verktøyet ved den optimale frekvens.

Mer nylig er overflatemanøvrerte og overflatestyrte vibrasjonsverktøy blitt brukt til å frigjøre fastkjørte rørdeler nedihulls. Et slikt overflateverktøy er tilgjengelig fra Baker Hughes Incorporated betegnet som vibrasjonsverktøyet, produkt nr. 140-52. Det er kjent at alle rørdeler oppviser resonansfrekvenser som er en funksjon av rørdelens frie lengde. Dette vibrasjonsverktøy plasseres ved overflaten (nær brønnhodet). Det sender akustisk energi til fastkjøringspunktet gjennom en arbeidsstreng for å frigjøre rørdelen. Dette verktøy inneholder en oscillator, en hydraulisk kraftpakke og et styrepanel. Styrepanelet muliggjør fjernstyringsopera-sjoner av resonatoren. Et slikt verktøy krever mye kraft, er av stor størrelse og tungt (flere tusen pund), er forholdsvis lite effektivt på grunn av sin store avstand fra fastkjøringspunktet og er dyrt i fremstilling.

For å klargjøre en brønnboring for produksjon av hydrokarboner (dvs. for å komplettere brønnboringen), innføres et forlengingsrør (som i det vesentlige er en rørstreng) inn i brønnboringen med sin øvre ende festet til foringsrøret (på forhånd montert i brønnboringens oppihulls-seksjon) med en kjent anordning betegnet som en forlengingsrørhenger. Sement nedpumpes i borehullet for å fylle rommet (ringrommet) mellom forlengingsrøret og brønnboringen. Ofte beveges forleng-ingsrøret opp og ned eller roteres under sementeringsoperasjoner for å fylle even-tuelle tomrom eller kanaler i ringrommet og for generelt å forbedre integriteten til sementforbindelsen mellom forlengingsrøret og brønnboringen. Selv ved bruk av denne metode vil sementen i ringrommet i mange brønnboringer innbefatte tomrom og kanaler og er ikke pakket som ønskelig. Det er derfor ønskelig å ha ytterligere og/eller alternative metoder for å forbedre integriteten til sementen i ringrommet.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot ovennevnte og andre mangler ved kjente resonansanordninger og tilveiebringer fiskeverktøy med en nedihulls-resonator, for reaksjonen fra den fastkjørte gjenstand på resonator-induserte pulser av mekanisk energi detekteres av en føler som er tilknyttet fiskeverktøyet. Et vibrasjonsverktøy er også tilveiebrakt for å hjelpe til ved installasjonen av for-lengingsrør og andre sementeringsoperasjoner nedihulls. En styreenhet som er plassert ved overflaten eller i vibrasjonsverktøyet, bestemmer den optimale operasjonsfrekvens innenfor et frekvensområde og driver resonatoren ved slik bestemt frekvens. Oppfinnelsen tilveiebringer videre forskjellige utforminger av fiskeverk-tøyet for ulike anvendelser. Dessuten tilveiebringer denne oppfinnelse visse anordninger for å feste fiskeverktøyet til borerør ved passende steder over fastkjø-ringspunktet. Fiskeverktøyene ifølge foreliggende oppfinnelse kan indusere vibrasjoner både i tverr- og aksialretningen i den fastkjørte gjenstand. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også nye anordninger for låsing av vibrasjonsverktøyene til rørdelen.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnåes ved et nedihulls-vibrasjonsverktøy for å frigjøre en fastkjørt gjenstand i et borehull, hvor nevnte

vibrasjonsverktøy innbefatter en resonator for å generere mekaniske energipulser i en gjenstand ved en frekvens innen et område av frekvenser, nevnte vibrasjons-verktøy er kjennetegnet ved at en inngrepsanordning for å bringe vibrasjonsverk-tøyet i inngrep med gjenstanden i brønnhullet, inngrepsanordningen tillater at vib-rasjonsverktøyet selektivt bringes i inngrep med gjenstanden;

én eller flere følere i vibrasjonsverktøyet som detekterer gjenstandens respons på de induserte energipulser ved flertallet av frekvenser innen et område av frekvenser og fremskaffer signaler som er representative for gjenstandens

respons ved slikt flertall av frekvenser; og en styreenhet som er tilknyttet vibra-sjonsverktøyet, nevnte styreenhet behandler følersignalene og velger ut en effektiv driftsfrekvens for resonatoren og driver resonatoren ved den valgte driftsfrekvens.

Foretrukne utførelsesformer av nedihulls-vibrasjonsverktøyet er videre ut-dypet i kravene 2, 3 og 4.

Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for å frigjøre en fastkjørt gjenstand i et borehull, hvor et vibrasjonsverktøy innbefatter en resonator for å generere mekaniske energipulser i gjenstanden, nevnte fremgangsmåte er kjennetegnet ved fremføring av vibrasjonsverktøyet inn i brønnboringen ved å benytte en fremføringsdel, vibrasjonsverktøyet bringes i inngrep med gjenstanden i brønnboringen, energipulser induseres i gjenstanden ved frekvenser innen et område av frekvenser, gjenstandens respons på de genererte energipulsene detekteres med en eller flere følere i vibrasjonsverktøyet, og derfra bestemmes en operasjonsfrekvens ved å benytte en styreenhet, og energipulser induseres ved operasjonsfrekvensen for å utføre den ønskede operasjon.

Resonatoren kan være hydraulisk drevet eller ved hjelp av et fluid som sir-kulerer fra en kilde ved overflaten, eller ved hjelp av et fluid som forekommer i brønnboringen eller ved hjelp av en elektromekanisk anordning, så som en motor eller en solenoid, eller kan være en magnetostriksjonsanordning. Resonatoren kan frembringe vibrasjoner radielt på brønnboringen eller langs brønnboringsak-sen. Aksiale vibrasjoner genereres fortrinnsvis ved hjelp av verktøy av slagtype. Dessuten kan hvilken som helst egnet anordning anvendes for å bringe vibra-sjonsverktøyet i inngrep med gjenstanden som skal frigjøres. Når det gjelder et fastkjørt borerør (gjenstand), forankres resonans-fiskeverktøyet i borerøret i en viss avstand over fastkjøringspunktet. Resonansen frembringes i borerørets frie lengde. Dersom det gjelder en gjenstand som ikke har en fri rørseksjon, inneholder resonans-fiskeverktøyet en egnet inngrepsanordning ved sin bunnende og vibrasjonsverktøyet forskyves ved hjelp av en mellomliggende rørseksjon av en forutbestemt lengde, typisk ca. tusen fot.

Eksempler på de mer viktige trekk ved oppfinnelsen er blitt sammenfattet temmelig bredt med sikte på en bedre forståelse av en nærmere beskrivelse av oppfinnelsen i det følgende, og med sikte på at bidragene til faget skal verdset-tes. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil utgjøre gjenstanden for de medfølgende krav.

Kort beskrivelse av tegningene

For detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det henvises til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utføringsform, sett i sammen-heng med de medfølgende tegninger i hvilke like elementer er gitt like henvis-ningstall, hvor: fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et fiskesystem for frigjøring og opptrekking av et borerør som er fastkjørt i en brønnboring ifølge en utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 1A viser et arrangement av visse funksjonelle seksjoner av et nedihulls-vibrasjonsverktøy ifølge foreliggende oppfinnelse for bruk i systemet ifølge fig. 1. Fig. 1B er et alternativt arrangement av visse funksjonelle seksjoner av et vibrasjonsverktøy ifølge foreliggende oppfinnelse for bruk i systemet ifølge fig. 1. Fig. 2 er et blokkdiagram over en lukket krets for styring av operasjonene til fiskesystemet ifølge fig. 1. Fig. 3 er et alternativt blokkdiagram over en lukket krets for styring av operasjonene til fiskesystemet ifølge fig. 1. Fig. 4 viser et hypotetisk forhold mellom amplitude-responsen til den fast-kjørte gjenstand og frekvensen til pulsene av mekanisk energi som genereres av et vibrasjonsverktøy. Fig. 5 er et skjematisk diagram av en anordning for forankring av vibra-sjonsverktøyet i en rørdel. Fig. 6 er et skjematisk diagram av en alternativ anordning for forankring av vibrasjonsverktøyet i en rørdel. Fig. 7 er en skjematisk illustrasjon av en borestreng med en vibrasjonskilde ifølge en utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 viser en forlengingsrørstreng med en vibrasjonskilde under sementering av et forlengingsrør i en brønnboring med forlengingsrørhengeren i den åpne stilling ifølge foreliggende oppfinnelse.

Nærmere beskrivelse av foretrukne utføringsformer

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer apparater og fremgangsmåter under anvendelse av vibrasjons- og/eller en resonanskilde for bruk ved utførelse av en

passende operasjon i brønnboringer. Slike operasjoner omfatter opptrekking av en gjenstand (fisk) som er fastkjørt i brønnboringen, ved å unngå at borestrengen blir fastkjørt under boreoperasjoner, frigjøring av et fastkjørt rør, hjelp ved installasjon av forlengingsrør (foringsrør) i brønnboringen, og hjelp ved visse sementeringsoperasjoner nedihulls. Generelt inneholder systemet ifølge foreliggende oppfinnelse et nedihulls-vibrasjonsverktøy som er låst ved et passende sted nedihulls. Vib-rasjonsverktøyet omfatter en pulsgenerator som genererer radiale og/eller aksiale pulser av mekanisk energi ved ulike frekvenser innenfor et frekvensområde for å vibrere en gjenstand. En styrekrets, enten plassert på overflaten eller i vibrasjons-verktøyet, overvåker gjenstandens respons på de induserte mekaniske pulser og bestemmer derfra gjenstandens vibrasjons-egenfrekvens, som gir høyest overfø-ringseffektivitet mellom vibrasjonsverktøyet og gjenstanden (betegnes her også som den optimale driftsfrekvens). Vibrasjonsverktøyet kan arbeide ved diskrete frekvenser innenfor et frekvensområde eller kan arbeide for å sveipe frekvensområdet. Systemet fortsetter så å drive vibrasjonsverktøyet ved driftsfrekvensen. Under operasjoner overvåkes systemet kontinuerlig og bestemmer den optimale driftsfrekvens, som kan endres når gjenstanden er frigjort eller løsgjort fra sin po-sisjon.

Bruken av vibrasjonsverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse er beskrevet ved hjelp av eksempler. Følgelig viser fig. 1 et system for frigjøring av et fastkjørt rør ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 1A-1B viser eksempler på utføringsformer av resonans-fiskeverktøyutforminger for bruk i fiskesystemet ifølge fig. 1. Fig. 2-3 viser styrekretser for in situ-bestemmelse av den fastkjørte gjenstandens respons på en resonator og for styring av resonatorens drift som funksjon av gjenstandens respons. Fig. 4 viser et hypotetisk forhold mellom amplitude-responsen til den fastkjørte gjenstand og frekvensen av pulser av mekanisk energi som genereres av et vibrasjonsverktøy. Fig. 5-6 viser utføringsformer av låsemekanismer for forankring av vibrasjonsverktøyene til gjenstanden som skal fiskes eller opptrekkes. Fig. 7 viser en utføringsform av borestrengen, som omfatter en resonansanord-ning som kan anvendes under boringen av en brønnboring for å unngå at boret fastkjøres i brønnboringen; Fig. 8 viser en måte hvorved vibrasjonsverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes for sementering av et forlengingsrør (foringsrør) i en brønnboring.

Fig. 1 er et skjematisk diagram av et fiskesystem 10 for frigjøring og opptrekking av en fastkjørt gjenstand fra en brønnboring 30. Som et eksempel og ikke som en begrensning, er systemet 10 vist for å frigjøre en rørdel, så som et borerør 20, som er fastkjørt langs en sone 22 i et åpent hull (brønnboring) 30. Fiskesystemet 10 omfatter en rigg (typisk en brønnoverhalingsrigg) 15 som innbefatter en riggmast 12 plassert på en boreplattform 14. En fluidstyreenhet 16 pumper et ønsket fluid 24 inn i brønnboringen 30 via en ønsket rørledning, som avhengig av anvendelsen kan være et kveilrør 40 eller borerøret 20.

En overflatestyreenhet 50, fortrinnsvis plassert på plattformen 14, styrer driften av forskjellige overflateanordninger innbefattende fluidstyreenheten 16. Overflatestyreenheten 50 kommuniserer med et nedihulls-vibrasjonsverktøy 60 (som senere beskrevet i forbindelse med fig. 2-3) og styrer driften av et antall overflate- og nedihulls-anordninger ifølge programmert instruksjon tilknyttet overflatestyreenheten 50. Overflatestyreenheten 50 omfatter en eller flere datamaski-ner med tilhørende minne, programmerte instruksjoner, krafttilførsel og perifer grenseflateenhet. En monitor eller skjerm 52, fortrinnsvis en monitor av berørings-typen, tilknyttet styreenheten 50, viser ønsket informasjon, så som verdiene av visse driftsparametere. En passende datainngangsanordning så som et tastatur (ikke vist), kan anvendes for å entre data og instruksjoner til overflatestyreenheten 50. Alarmer, generelt betegnet her med tallet 54, aktiveres av overflatestyreenheten 50 når visse varslingsforhold opptrer under drift av fiskesystemet 10.

Idet det fremdeles henvises til fig. 1, føres nedihulls-vibrasjonsverktøyet 60 inn i borerøret 20 ved hjelp av passende innføringselement så som kveilrør 40 eller kabel (ikke vist). For å frigjøre borerøret 20, forankres vibrasjonsverktøyet 60 ved et passende sted 64 i en forutbestemt avstand over fastkjøringspunktet 22a. Vibrasjonsverktøyet 60 kan være forankret ved ytterligere steder, så som stedet

66 i borerøret 20. Det er kjent innen faget at borerør 20 og andre gjenstander har en resonansfrekvens og harmoniske svingninger av denne, som er en funksjon av lengden av borerørets 20 frie parti mellom fastkjøringspunktet 22a og forankringspunktet 64. Lokalisering av forankringspunktet 64 i en avstand på mellom femhundre fot til ettusen fot anses tilstrekkelig til å skape ønsket resonans i borerøret 20.

Fig. 1A viser et arrangement av visse funksjonelle hovedkomponenter hos vibrasjonsverktøyet 60. Vibrasjonsverktøyet 60 omfatter en låseanordning eller en nedre forankring 70 ved dens nedre ende og kan inneholde en andre øvre forankring 72 ved sin øvre ende. En pulser eller resonator 74 anordnet over den nedre forankring 70, som kan arbeide ved hvilken som helst frekvens innenfor et forutbestemt frekvensområde. Hvilken som helst egnet resonator 74 kan anvendes til formålet med denne oppfinnelse. En slik resonator 74 er vist i US-patent nr. 4.815.328 som derved henvises til. Dette patent viser en oscillator av rulletypen med kretsende masse, som genererer pulser av mekanisk energi i radialretningen, dvs. vinkelrett på borerørets 20 lengdeakse, når et fluid strømmer gjennom denne anordning.

En annen resonator 74 er vist i US-patent nr. 4.824.258, som det herved henvises til. US-patent nr. 4.824.258 viser en fluiddrevet sonisk oscillator av skruetypen (Moyno) for generering av radiale pulser av mekanisk energi. Alternativt kan foreliggende oppfinnelse benytte anordninger som angir aksiale pulser av mekanisk energi, dvs. langs borerørets 20 lengdeakse. En fluiddrevet anordning som avgir aksiale vibrasjoner er kommersielt tilgjengelig fra Gefro Oilfield Services a/s, Norge, under handelsnavnet «Zeta Tools». Pulsraten (frekvensen) til de ovennevnte anordninger styres ved å styre fluidstrømmen gjennom disse anordninger.

Hvis en fluiddrevet resonator 74 anvendes, kan fluidstrømmen styres ved overflaten ved hjelp av fluidstyreenheten 16 (se fig. 1). Ifølge foreliggende oppfinnelse styres fluidstrømmen 24 ved hjelp av overflateenheten 50, som nærmere forklart senere. Alternativt kan fluidstrømmen gjennom resonatorer 74 styres nedihulls ved hjelp av fluidstrømstyreseksjonen 76, f.eks. ved å lede bare den ønskede mengde av fluid 24 gjennom resonatoren 74. Dette kan gjøres ved styrt avled-ning av en del av fluidet 24 bort fra resonatoren 74, så som ved å avlede fluidet 24 inn i borerøret 20 eller brønnboringen 30 via en styreventil (ikke vist) plassert i flu-idbanen mellom fluidkilden og resonatoren 74. Hvilken som helst strømningssty-reanordning kan plasseres i fluidstyreseksjonen 76 for å styre fluidstrømmen gjennom resonatoren 74. Slike strømningsstyreanordninger blir selektivt åpnet og lukket for å lede den ønskede fluidmengde gjennom resonatoren 74. Vibrasjons-verktøyet 60 inneholder fortrinnsvis et antall følere 68, idet minst en slik føler (en resonatorføler) 68a for bestemmelse av responsen fra gjenstanden eller borerøret 20 på pulsene av mekanisk energi som genereres av generatoren 74. En aksele-rator (ikke vist) hensiktsmessig plassert i verktøyet 60 kan benyttes som en føler 68a for detektering av borerørets 20 respons på resonatorpulsene. Alternativt kan et antall følere 68 som er hensiktsmessig plassert i verktøyet 60 anvendes for å bestemme borerørets 20 respons på pulsene fra resonatoren 74.

Idet det fremdeles henvises til fig. 1 A, omfatter vibrasjonsverktøyet 60 videre en nedihulls-styrekrets 78 for kontinuerlig overvåking av borerørets 20 respons på resonatorens 74 pulser og for styring av driften av vibrasjonsverktøyet 60 som funksjon av slik respons i henhold til programmert instruksjon som leveres til nedihulls-styrekretsen 78. Andre følere 68 så som en trykkføler, temperaturføler og fluidstrømningsføler kan også plasseres i verktøyet for å bestemme forskjellige nedihulls-driftsparametre. Toveis-telemetri 80 er innbefattet i vibrasjonsverktøyet 60 for kommunisering av data og styresignaler mellom nedihulls-styrekretsen 78 og overflatestyreenheten 50.

Fig. 1B viser et skjematisk diagram av et alternativt arrangement av vibra-sjonsverktøyet 60 utformet i en streng 90. Strengen 90 inneholder vibrasjonsverk-tøyet 60 ved den øvre ende av et borerør 94 og en inngrepsanordning 92 ved bo-rerørets 94 bunnende. Inngrepsanordningen 92 er konstruert for å låses til en fastkjørt gjenstand (ikke vist) i brønnboringen. Inngrepsanordningen 92 kan være hvilken som helst kjent inngrepsanordning i faget. Inngrepsanordningen 92 kan gripe den fastkjørte gjenstand ved en ytterflate eller ved en innerflate hos den fastkjørte gjenstand. Inngrepsanordningen 92 kan omfatte et antall gripeelementer (ikke vist) som kan være uavhengig styrt for å beveges utad og innad rundt verk-tøykroppen. Forskjellige typer inngrepsanordninger 92 er kjent innen faget, og er derfor ikke nærmere beskrevet her.

Vibrasjonsverktøyene 60 ifølge foreliggende oppfinnelse kan omfatte en anordning (ikke vist) for bestemmelse av det sted der gjenstanden er fastkjørt, særlig en anordning for bestemmelse av det frie punkt til et fastkjørt rør i en brønnboring. Vibrasjonsverktøyet 60 med slike anordninger for bestemmelse av det frie punkt er anvendbare ved at vibrasjonsverktøyet 60 kan fremføres først for å bestemme det frie punkt og deretter forankres i en ønsket avstand over det frie punkt. Vibrasjonsverktøyet 60 anvendt på denne måte, bestemmer det frie punkt og frigjør den fastkjørte gjenstand i en enkelttur, sammenlignet med to turer som vil være nødvendig hvis slike anordninger ikke er integrert i vibrasjonsverktøyet 60.

Som tidligere nevnt i forbindelse med fig. 1, kan driften av fiskesystemet 10, innbefattende driften av vibrasjonsverktøyet 10, styres ved hjelp av overflatestyreenheten 50 eller ved hjelp av nedihulls-styrekretsen 76 tilknyttet vibrasjonsverk-tøyet 60 eller en kombinasjon av de to. For enkelhets skyld brukes tallet 60 heret-ter til å bety hvilket som helst vibrasjonsverktøy som anvendes for formålet ifølge denne oppfinnelse. Driften av vibrasjonsverktøyet 60 styrt ved hjelp av overflatestyreenheten 50 vil bli beskrevet først i forbindelse med fig. 1, 1A, 1B, 2 og 4. Driften av vibrasjonsverktøyet 60 styrt ved hjelp av nedihulls-styrekretsen 78 vil deretter bli beskrevet i forbindelse med fig. 1, 1 A, 1B, 3 og 4.

Det henvises nå til fig. 1, 1A, 1B, 2 og 4. For å frigjøre en gjenstand (ikke vist) som er fastkjørt i brønnboringen 30, blir vibrasjonsverktøyet 60 innført i brønnboringen 30 ved hjelp av hvilken som helst egnet metode eller anordning, som ved hjelp av en kabel, et kveilrør 40 med en leder i eller ved å pumpe vibra-sjonsverktøyet 60 ned i brønnboringen 30 med et fluid 24. Dersom det gjelder et fastkjørt rør, blir vibrasjonsverktøyet 60 fortrinnsvis innført i borerøret 20 via kveil-røret 40 og forankret ved et forutbestemt sted 64 over fastkjøringspunktet 22a. Dersom det gjelder en fastkjørt gjenstand, blir gripeelementet 92 fastgjort til den fastkjørte gjenstand.

Når vibrasjonsverktøyet 60, som vist i fig. 2, er blitt brakt i riktig inngrep med gjenstanden som skal oppbygges, aktiverer overflatestyreenheten 50 fluidstyreenheten 16, dvs. pumper fluidet 24 nedihulls med en opprinnelig strømningshastig-het FLi. Dette fluid bringer resonatoren 74 til å avgi pulser av mekanisk energi ved en innledende rate eller frekvens fi, hvilket bringer den fastkjørte gjenstand til å vibrere. Resonatorføleren 68a detekterer gjenstandens respons på de induserte pulser av mekanisk energi og avgir signaler som svarer til amplituden til gjenstandens respons. Følersignalene forsterkes ved hjelp av en forsterker 108, omdan-nes til digitale signaler ved hjelp av en analog/digitalomformer (A/D) 110 og mates til en mikrokontroller 112. Mikrokontrolleren 112 kan være en generell prosessor, slik som en mikroprosessor, digitalsignalprosessor (DSP) eller hvilken som helst anordning som kan behandle de nødvendige signaler og data fra verktøyet 60. Mikrokontrolleren 112 behandler de mottatte følersignaler for å bestemme amplituden til gjenstandens respons på de induserte pulser eller vibrasjoner og behandler slike data videre i henhold til lagrede instruksjoner (programmer) i en tilknyttet lese bare minne («ROM») 114. Mikrokontrolleren 112 lagrer datainformasjonen i et nedihulls-minne 116 som kan være et direkteminne («RAM») og overfører slike data (informasjon) til overflatestyreenheten via toveis-telemetrien 80 over en data-buss 118. Overflatestyreenheten 50 vil da endre fluidstrømningshastigheten (og således det tilsvarende fluidtrykk) med en forutbestemt verdi til FL2, som i sin tur bringer resonatoren 74 til å vibrere ved en tilsvarende frekvens f2. Overflatestyreenheten 50 bestemmer gjenstandens respons ved denne frekvens. Denne fremgangsmåte gjentas for å sveipe det ønskede frekvensområde for å bestemme den optimale eller effektive driftstemperatur.

En hypotetisk amplitude mot gjenstandens frekvensrespons er vist i fig. 4. Det fremgår at de lokale amplitudemaksima skjer ved punkter 152, 154, 156 og 159, idet den maksimale amplituderespons skjer ved punktet 154 og en frekvens f0. Overflatestyreenheten 50, alene eller i samvirke med mikrokontrolleren 112, regulerer fluidstrømningshastigheten til å fortsette å drive resonatoren 74 ved driftsfrekvensen f0 inntil gjenstanden er frigjort. Hvis den effektive driftsfrekvens endres under driften, kan overflatestyreenheten 50 programmeres til kontinuerlig eller periodisk å justere fluidstrømningshastigheten slik at resonatoren 74 drives med ønsket frekvens. De ovenfor beskrevne operasjoner kan utføres ved hjelp av en operatør som styrer frekvensendringene eller automatisk ved hjelp av nedihulls-mikrokontrolleren 112 eller overflatekontrollenheten 50.

Dersom det gjelder et fastkjørt borerør 20 blir vibrasjonsverktøyet 60, når borerøret 20 er frigjort, løsgjort og trukket tilbake til overflaten. Boreoperasjonen blir så fortsatt eller borerøret 20 trekkes opp enten for å forandre borerøret 20 og/eller for å utføre reparasjonsarbeid i brønnboringen 30 for å hindre at fastkjø-ringsforhold oppstår igjen. Når det gjelder gjenstander som skal trekkes opp til overflaten, trekkes vibrasjonsverktøyet 60 opp sammen med den frigjorte gjenstand.

Som tidligere nevnt kan resonatoren 74 være en ikke-fluiddrevet resonator 74, så som solenoiddrevet eller elektromekanisk drevet. I et slikt tilfelle vil overflatestyreenheten 50 styre den elektrisk drift av slike anordninger for drift av resonatoren 74 ved de valgte frekvenser. Alternativt kan resonatoren 74 anvende en magnetostriksjonsanordning, hvor elektrisk energi vekselvis påføres og avlastes i en metalldel (ikke vist) for å skape akustiske pulser. Driftsfrekvensen styres ved å variere den hastighet hvormed overføringen av elektrisk energi brytes. Resonatoren 74 kan også benytte en piezoelektrisk anordning (ikke vist) eller hvilken som helst annen anordning som kan generere tilstrekkelig energi tii å vibrere den fast-kjørte anordning.

Fig. 3 er et funksjonelt blokkdiagram av et styresystem som kan benyttes for å styre driften av vibrasjonsverktøyet 60 nedihulls, dvs. ved hjelp av mikrokontrolleren 112. I dette system styrer mikrokontrolleren 112 fluidstrømmen gjennom resonatoren 74 (for en fluidtype-resonator) eller den elektriske energi til resonatoren (for en elektrisk drevet resonator), slik tilfellet vil være, via en resonator-styrekrets 120. I en utføringsform anvendes resonatorkretsen 120 til å styre en sikkerhetsventil 121 som er tilknyttet vibrasjonsverktøyet 60 i en fluiddrevet resonator 74 eller den elektriske energi som leveres til en aktuator i en elektrisk drevet resonator 74, så som en solenoid eller motor. Mikrokontrolleren 112 overfører og-så informasjon til overflatestyreenheten 50. Overflatestyreenheten 50 kan være programmert til å underkjenne (engelsk: override) operasjoner hos nedihulls-mikrokontrolleren 112. Alternativt kan en operatør sende instruksjoner til overflatestyreenheten 50 og styre driften av systemet 10 innbefattende nedihulls-vibrasjonsverktøyet 60.

Som ovenfor nevnt i forbindelse med fig. 1 A, anvendes det, i hvert av de

ovenfor beskrevne systemer, også andre ønskede følere 68 i vibrasjonsverktøye-ne 60. Signalene fra slike følere 68 forsterkes og omformes ved hjelp av tilsvarende forsterkere 108 og analog/digitalomformere 112 før de behandles i mikrokontrolleren 112 ifølge programmerte instruksjoner.

Fig. 5 viser en låseanordning 200 og fremgangsmåte for å forbinde en slik låseanordning 200 med en rørdel, så som borerør 20. Under boreoperasjoner blir en eller flere avsatskrager 202, slik som nedre og øvre krager henholdsvis 202a og 202b, montert i borerøret 60, der de er adskilt med en valgt avstand. To til tre slike krager 202 anses tilstrekkelig for mange boreoperasjoner. Avstanden mellom nabokragene 202 er fortrinnsvis mellom femhundre fot til totusen fot. De suksessi-ve kragers 202 innerdiameter avtar suksessivt, regnet fra den nedre krage 202a. Som vist i fig. 5, er den nedre kragens 202a innerdiameter mindre enn innerdia-meteren til den øvre krage 202b. På denne måte kan en låseanordning 200 av passende ytterdimensjoner anbringes ved hvilken som helst ønsket krage 202.

I fig. 5 er låseanordningen eller ankeret 200 vist i anlegg mot den nedre krage 202a. Den nedre krage 202a har en avsats 204 ved sin øvre ende og en

innvendig gjenget seksjon 206 langs sin innerdiameter. Låseanordningen 200 omfatter et legeme 208 med utvendige dimensjoner som setter låseanordningen 200

i stand til å passere gjennom hver av kragene 200 forut for (oppihulls fra) den nedre krage 202a. Låseanordningen 200 omfatter en flens 210 som er konstruert for å hvile eller ligge an mot avsatsen 204. Låseanordningen 200 har også gjenger 212 langs sin ytterflate. Disse gjenger 212 er beregnet på inngrep med kragens 202a innvendig gjengede seksjon 206. Låseanordningen 200 omfatter også en fjær 214 over gjengene til den innvendig gjengede seksjon 206 og et antall tetninger 216 mellom fjæren 214 og flensen 210.

For å bringe låseanordningen 200 i inngrep med kragen 202a og følgelig med borerøret 20, blir låseanordningen 200 innført i borerøret 60 ved hjelp av et passende innføringselement 40, så som kveilrør, kabel eller ved å pumpe den ned ved hjelp av et fluid. Ettersom låseanordningens 200 ytterdimensjoner er mindre enn innerdimensjonene til hvilken som helst av kragene 202 beliggende over den nedre krage 202a, vil låseanordningen 200 passere alle slike krager 202 ved ned-føring i hullet. Når låseanordningen 200 når den nedre krage 202a, kommer låseanordningen 200 i sikkert inngrep med den nedre krage 202a ved at gjengene 212 kommer i inngrep med gjengene i den innvendig gjengede seksjon 206. Fjæren 214 gir elastisitet til forbindelsene og tetningen 216 hindrer lekkasje av fluider rundt låseanordningen 200. Vibrasjonsverktøyet 60 kan være festet ved låseanordningens 200 bunnende, som vist i fig. 5, eller over (ikke vist) låseanordningen 200. Vibrasjonsverktøyet 60 opptrekkes fra brønnboringen 30 ved å løsgjøre låseanordningen 200 fra den nedre krage 202a.

Fig. 6 viser en annen utføringsform av en låsemekanisme for forankring av vibrasjonsverktøyet 60 i en rørdel 20 så som borerøret. En bærer 122 er forankret ved et passende sted i borerøret 20. Bæreren 122 har en indre avsats 124. For å forankre vibrasjonsverktøyet 60 til rørdelen 20, innføres vibrasjonsverktøyet 60 i rørdelen 20. Vibrasjonsverktøyet 60 har et sete 126 som er konstruert til å hvile på en indre avsats 125. Vibrasjonsverktøyet 60 har også et utvendig gjenget parti 128 som er innskrudd i bæreren 122. Den viste resonator 74 er en resonator av Moyno-typen, som omfatter en rotor 130 hvis lengdeakse xrxi er parallell, men for-skjøvet i forhold til vibrasjonsverktøyets 60 lengdeakse x-x. Rotoren 130 vil, når den roteres om aksen xrxi, generere radiale (vinkelrett på lengdeaksen x-x) pulser av mekanisk energi i rørdelen 20. Rotoren 130 kan roteres ved å føre trykkfluid langs lengdeaksen, eller ved hjelp av en elektromekanisk anordning, så som en motor (ikke vist). Driften av resonatoren 74 styres på den ovenfor beskrevne måte i forbindelse med resonatoren 74 ifølge fig. 1.

Alternativt kan hvilken som helst kommersiell forankring anvendes for formålet ifølge denne oppfinnelse. Enkelte slike anordninger betegnes i olje- og gassindustrien som forlengingsrørhengerne. Mange forskjellige forlengingsrør-hengere selges av et antall produsenter, innbefattende søkeren. Dessuten kan hvilken som helst kommersielt tilgjengelige inngrepsanordning benyttes for anvendelse der vibrasjonsverktøyet brukes for inngrep med hvilken som helst annen gjenstand som er fastkjørt i brønnboringen. Mange forskjellige inngrepsanordninger er for tiden tilgjengelige for å bringe fiskeverktøy i inngrep med gjenstander som skal opptrekkes.

Fig. 7 viser skjematisk en borestreng 300 med en vibrasjonskilde (vibra-sjonsverktøy) 60 festet til et passende fremføringselement, så som borerør 20, ved en øvre ende og til den øvre krage 202b ved en nedre ende. Den øvre krage 202b blir så forbundet med en bunnhullstreng (BHA) 302, som fortrinnsvis omfatter et antall stabilisatorer 304 som via den nedre krage 202a er forbundet med borkronen 306, for komplettering av borestrengen 300.

Ved en typisk boreoperasjon, blir borkronen 306 iblant fastkjørt på grunn av faktorer så som vekt på borkronen (vekten av oppihulls-utstyr og borerør 20 på borkronen 306), borkronens 306 rotasjonshastighet og/eller fluid-strømnings-hastigheten. Med den foretrukne utføringsform ifølge foreliggende oppfinnelse, kan et signal kommuniseres til vibrasjonsverktøyet 60 for å begynne en operasjon for frigjøring av borkronen 306. Som ovenfor beskrevet aktiveres resonatoren 74

(fig. 1) som er opptatt i vibrasjonsverktøyet 60, og en frekvenssveip utføres for å bestemme en optimal eller effektiv frekvens.

Under boreoperasjoner blir vibrasjonsanordningen (resonatoren) 74 drevet ved en forutbestemt frekvens eller ved flere frekvenser for å bestemme den effektive frekvens. Under normal boring kan vibrasjonskilden 74 drives periodisk i et forutbestemt tidsrom. Typisk drives resonatoren 74 i de tidsrom hvorunder en bo-rerørseksjon tilkoples borestrengen, hvilket vanligvis skjer etter boring av hver 30 eller 40 fot. Vibrasjonskilden 74 kan være fluiddrevet, f.eks. ved hjelp av boreflui-det 24, eller den kan være en elektrisk drevet anordning, så som en magnetostriksjonsanordning. Vibrasjonskilden 74 kan drives uavhengig av hvilken som helst annen anordning i borestrengen. For fluiddrevet vibrasjonskilde styrer venti-ler som er tilknyttet kilden fluidstrømmen gjennom kilden, for derved å styre kil-dens driftsfrekvens. Kilden kan bringes til å sveipe frekvensområdet for å bestemme den mest effektive frekvens og deretter drift ved slik frekvens.

Resonatorfølerne 68a (fig. 3) overfører signaler enten til overflatestyreenheten 50 eller nedihulls-mikrokontrolleren 212 og frekvensen blir så valgt. Resonatoren 74 drives ved den fastlagte frekvens, som ovenfor beskrevet, inntil borkronen 306 er frigjort og boreoperasjoner kan fortsette. Ved å ha vibrasjonsverktøyet 60 nedihulls som en integrerende der av borestrengen 300, kan tidstap på grunn av fastkjørt borkrone 306 minimeres.

Bruken av resonansanordninger for sementeringsoperasjoner skal nå be-skrives med henvisning til fig. 8 som, i form av et eksempel, viser en forlengings-rørstreng 320 anordnet i brønnboringen 30 under sementering av et forlengingsrør 322. Forlengingsrørstrengen 320 er vist å innbefatte forlengingsrøret 322, en for-lengingsrørhenger 324, et forlengingsrørhenger-nedføringsverktøy 326 og vibrasjonskilden (vibrasjonsverktøyet) 60. Forlengingsrørstrengen 320 er løsbart forbundet med et fremføringselement så som borerør 20. Forlengingsrørstrengen 20 føres ned i hullet inntil forlengingsrørhengeren 324 er plassert ved et ønsket sted i brønnboringen 30.

Under kjente operasjoner (ikke vist) blir forlengingsrørhengeren 324 typisk først forankret i foringsrøret 18. Sementen 330 blir så sirkulert gjennom ringrommet mellom forlengingsrøret 322 og brønnboringen 30. Forlengingsrøret 322 blir iblant ristet eller rotert for å oppnå mer effektiv sementering i ringrommet.

I denne foretrukne utføringsform av foreliggende oppfinnelse blir imidlertid forlengingsrørhengeren 324 ikke forankret forut for sementering. Sement 330 pumpes ned i hullet gjennom rørstreng 328 og strømmer fra bunnen av forleng-ingsrøret 322 opp gjennom ringrommet beliggende mellom forlengingsrøret 322 og veggen til brønnboringen 30.1 en foretrukket utføringsform aktiveres vibra-sjonsverktøyet 60 under sementeringsprosessen. Ifølge en annen utføringsform aktiveres vibrasjonsverktøyet 60 etter sirkulering av et forutbestemt volum av sement 330 i ringrommet. Hvis en fluiddrevet kilde anvendes, kan slammet av sement 330 som anvendes for sementering av ringrommet, brukes til å drive vibrasjonskilden (resonatoren) 74. Alternativt kan resonatoren 74, etter sirkulering av et forutbestemt volum av sement 330 i ringrommet, avtettes fra forlengingsrørhenge-ren 324 ved å lukke en ventil (ikke vist) mellom forlengingsrørhengeren 324 og resonatoren 74. Resonatoren 74 blir så drevet ved en effektiv frekvens innenfor et forutbestemt frekvensområde for å vibrere forlengingsrøret 322, som rister sementen 330 i ringrommet og sørger for at tomrom og kanaler i ringrommet fylles med sementen 330.

Resonatoren 74 genererer pulser av mekanisk energi som bringer forleng-ingsrøret 322 og sementen 330 til å vibrere. Disse vibrasjoner bringer sementen 330 i ringrommet til å forflyttes og sørger for at tomrom og kanaler i ringrommet fylles med sementen 330. Når sementeringsoperasjonen er fullført, forankres for-lengingsrørhengeren 324 via forankringer 338, forlengingsrørhenger-nedførings-verktøyet 326 løsgjøres fra forlengingsrørhengeren 324 og trekkes sammen med vibrasjonsverktøyet 60 tilbake til overflaten.

Ifølge en lignende metode hvor sementeringsoperasjoner i brønnboringen 30 inngår, blir en vibrasjonskilde 74 integrert i en nedføringsrørstreng og aktiveres ved en forutbestemt frekvens, etter frekvenssveiping som ovenfor beskrevet, under sementeringsoperasjon. En slik operasjon er avtetting av et møtepunkt (ikke vist) med sement 330. Vibrasjonene bringer sementen 330 rundt møtepunktet til å forflyttes slik at tomrom og kanaler blir fylt med sement 330 som ovenfor beskrevet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en anordning og fremgangsmåte for bruk av resonans- eller vibrasjonsanordningerfor utførelse av en operasjon nede i hullet. Resonansanordningen kan være hvilken som helst egnet anordning og kan omfatte en sidekraft-generator, en aksialkraft-generator, en mekanisk kraftgenerator, en solenoiddrevet kraftgenerator, en elektromekanisk anordning, en induktiv anordning, en fluiddrevet anordning og en magnetostriksjonsanordning. Resonatoren er hensiktsmessig plassert i brønnboringen og drives ved en effektiv frekvens valgt fra et frekvensområde. En føler tilknyttet resonatoren benyttes til å detektere responsen fra en gjenstand i brønnboringen, hvilket anvendes til å justere eller endre resonatorens driftsfrekvens. Gjenstanden i brønnboringen kan være en fisk, et fastkjørt rør, en rørstreng, et forlengingsrør, og et element som er tilknyttet utførelse av en sementeringsoperasjon i brønnboring-en eller hvilket som helst annet passende element, mens den valgte operasjon kan omfatte fisking, frigjøring av en fastkjørt borestreng, frigjøring av en fastkjørt rørdel, installering av et forlengingsrør, sementering av et møtepunkt, en generell sementeringsoperasjon, og boring av en brønnboring.

Selv om ovenstående beskrivelse er rettet mot de foretrukne utføringsfor-mer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være innlysende for fagmenn på området. Det er meningen at alle variasjoner innenfor rammen og tanken bak de medfølgende krav skal omfattes av ovenstående beskrivelse.

Claims (5)

1. Nedihulls-vibrasjonsverktøy (60) for å frigjøre en fastkjørt gjenstand i et borehull (30), hvor nevnte vibrasjonsverktøy (60) innbefatter en resonator (74) for å generere mekaniske energipulser i en gjenstand (20, 232) ved en frekvens innen et område av frekvenser, nevnte vibrasjonsverktøy (60) er karakterisert ved: en inngrepsanordning (70, 92, 200, 334) for å bringe vibrasjonsverktøyet (60) i inngrep med gjenstanden (20, 232) i brønnhullet (30), inngrepsanordningen tillater at vibrasjonsverktøyet (60) selektivt bringes i inngrep med gjenstanden (20, 232); én eller flere følere (68, 68a) i vibrasjonsverktøyet (60) som detekterer gjenstandens respons på de induserte energipulser ved flertallet av frekvenser innen et område av frekvenser og fremskaffer signaler som er representative for gjenstandens respons ved slikt flertall av frekvenser; og en styreenhet (50, 78, 112) som er tilknyttet vibrasjonsverktøyet (60), nevnte styreenhet behandler følersignalene og velger ut en effektiv driftsfrekvens for resonatoren (74) og driver resonatoren ved den valgte driftsfrekvens.

2. Nedihulls-vibrasjonsverktøy (60) ifølge krav 1, hvor resonatoren er valgt fra en gruppe bestående av en sidekraftgenerator, en aksialkraftgenerator, en mekanisk kraftgenerator, en solenoiddrevet kraftgenerator, en elektromagnetisk anordning, en induktiv anordning, en fluiddrevet anordning og en magnetostriksjonsanordning.

3. Nedihulls-vibrasjonsverktøy (60) ifølge krav 1, hvor gjenstanden i brønnboringen er valgt fra en gruppe bestående av en fisk, et fastkjørt rør, en borestreng, et forlengingsrør, og en del tilknyttet utførelse av en sementeringsoperasjon i brønnboringen.

4. Nedihulls-vibrasjonsverktøy (60) ifølge krav 1, hvor den ønskede operasjon er valgt fra en gruppe bestående av fisking, frigjøring av en fastkjørt borestreng, frigjøring av en fastkjørt rørdel, installering av et for-lengingsrør, sementering av et møtepunkt, en generell sementeringsoperasjon, og boring av en brønnboring.

5. Fremgangsmåte for å frigjøre en fastkjørt gjenstand (20, 232) i et borehull (30), hvor et vibrasjonsverktøy (60) innbefatter en resonator (74) for å generere mekaniske energipulser i gjenstanden (20, 232), nevnte fremgangsmåte er karakterisert ved: fremføring av vibrasjonsverktøyet (60) inn i brønnboringen ved å benytte en fremføringsdel; vibrasjonsverktøyet (60) bringes i inngrep med gjenstanden (20, 232) i brønnboringen; energipulser induseres i gjenstanden (20, 232) ved frekvenser innen et område av frekvenser; gjenstandens respons på de genererte energipulsene detekteres med én eller flere følere (68, 68a) i vibrasjonsverktøyet (60), og derfra bestemmes en operasjonsfrekvens ved å benytte en styreenhet (50, 78, 112); og energipulser induseres ved operasjonsfrekvensen for å utføre den ønskede operasjon.