NO324436B1 - Friksjonsreduserende verktoy og fremgangsmate for anvendelse av dette i et borehull - Google Patents

Description

FRIKSJONSREDUSERENDE VERKTØY OG FREMGANGSMÅTE FOR BRUK AV DETTE I ET BOREHULL

Den herværende oppfinnelse vedrører et friksjonsreduserende verktøy og fremgangsmåte for bruk av dette ved brønnoppbyg-ging og ved service. Oppfinnelsen vedrører særlig et friksjonsreduserende verktøy egnet til bruk under boring eller foringsrørinstalleringsprosedyrer.

Under leting etter olje, gass, geotermisk aktivitet, vann eller andre naturlig forekommende stoffer, kan det bores bore-huller over ulike avstander, og de kan være mer enn flere ki-lometer lange. Det vil typisk være nødvendig å bore gjennom lag av ulike formasjoner, slik som ugjennomtrengelig takber-gart og gjennomtrengelig sandstein. Når først en boring er blitt boret, er det nødvendig å isolere én formasjon fra en annen for å unngå problemer knyttet til trykkdifferanser mellom formasjonene. Slik isolering, kjent som soneisolering, oppnås ved bruk av foringsrør eller forlengningsrør som se-menteres i brønnhullet. For å oppnå effektiv sementering er det nødvendig å sentrere foringsrøret eller forlengningsrøret i brønnhullet, slik at sementkappen har tilstrekkelig tykkel-se til å gi egnet helhet.

Brønnhullets lengde er ofte slik at sentreringsverktøyer blir betydelig slitt på sin tur til bunnen av brønnen. I et forsøk på å forebygge dette problem er det blitt utviklet verktøyer for å redusere friksjon forårsaket av kontakt med borehullets innvendige vegg. For eksempel har ett kjent verktøy grupper av" ruller plassert på verktøyets periferi.

Det er ofte ønskelig å føre inn foringsrør i et borehull hvor borehullets tverrsnittsdiameter er bare marginalt større enn foringsrørets tverrsnittsdiameter. For eksempel kan det kre-ves foringsrør på 18 cm (7") i et borehull med diameter på 22 cm (8,5"). Et lite ringrom vil derfor bare tolerere en til-svarende liten avstand mellom rullenes kontaktflate og det friksjonsreduserende verktøys ytre periferi. Dette krever bruk av små ruller som kan ha begrenset effektivitet i redu-sering av friksjon. US-A-5778976 beskriver et friksjonsreduserende verktøy som har ruller som inngår i radiale støtte-bukker. US-A-4793412 viser et friksjonsreduserende verktøy hvor flere hjul roterer i et plan parallelt med rørstrengens radius. US-A-4415030 viser flere friksjonsreduserende hjul plassert i bakkant av et loggeverktøy. Hjulene ruller om en akse tilnærmet radielt rettet i forhold til verktøyet. GB-A-2241009 beskriver et friksjonsreduserende.verktøy som har ruller i form av skiver.

I tillegg har ruller av den type som benyttes i kjente friksjonsreduserende verktøyer, aksler som er begrenset med hen-syn til tverrsnittsdiametrer. Slike aksler kan være utsatt for svekkelse og brudd. En ytterligere ulempe med kjente rul-leverktøyer er at kaks eller kornet materiale i borehullet kan sette seg fast eller kiles mellom rullene og røret som rulleverktøyet er montert på.

Det er derfor et formål med den herværende oppfinnelse å til-veiebringe et friksjonsreduserende verktøy som overvinner ovennevnte ulemper, eller i det minste tilveiebringer et brukbart alternativ.

Ifølge ett aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et friksjonsreduserende verktøy som har et generelt rørformet legeme og tre eller flere grupper roterbare trinser tilveiebrakt omkring legemets periferi, hvor trinsene i hver gruppe er innrettet i det vesentlige på .linje i en lengderetning, og hver trinsegruppe har i det minste én trinse som er forskjø-vet i forhold til i det minste én annen trinse i samme gruppe, idet hver trinse kan roteres om en akse som strekker seg i det vesentlige utover fra legemets overflate.

Den i det minste ene trinse og den i det minste ene andre trinse kan være plassert på det rørformede legemet slik at den ene trinses rotasjonsakse er parallell med den andre trinses rotasjonsakse, og de to akser er forskjøvet diametralt i forhold til en akse som er parallell med det rørforme-de legemets akse.

Alternativt eller i tillegg kan den i det minste ene trinse og den i det minste ene andre trinse være plassert på det rørformede legemet slik at den ene trinses rotasjonsakse og den andre trinses rotasjonsakse er awinklet bort fra hverandre .

Den i det minste ene trinse er fortrinnsvis forskjøvet et stykke i forhold til den i det minste ene andre trinse tilstrekkelig til i bruk å muliggjøre kontakt for hver trinse med innerveggen i et borehull. Trinser som har parallelle rotasjonsakser kan for eksempel være forskjøvet 3-30 mm. Trinser som har awinklede rotasjonsakser kan være awinklet bort fra hverandre med en vinkel på opp til 50° eller mer, men typisk nærmere 10° til 20°.

Hver trinse omfatter fortrinnsvis en roterbar skive og en aksel. Den ytre flate av skiven har fortrinnsvis konveks form. Det rørformede legemet inneholder fortrinnsvis en åpning som skal oppta en trinses aksel. Det foretrekkes at akselen er fastgjort til det rørformede legemet inne i åpningen, og at den roterbare skive fritt kan rotere om den ende av akselen som rager ut fra det rørformede legemet.

Det foretrekkes at det er plassert tre eller flere trinsegrupper med i det vesentlige lik innbyrdes avstand omkring det rørformede legemets periferi. Det finnes fortrinnsvis fem trinsegrupper.

Selv om det kan være hvilket som helst antall trinser innen-for én trinsegruppe, er det fortrinnsvis ett eller flere par av komplementære trinser som er innbyrdes forskjøvet. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter hver trinsegruppe ett enkelt trinsepar.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for bruk av det friksjonsreduserende verktøy ifølge det første aspekt, hvilken omfatter montering av verk-tøyet på et rør og kjøring av røret gjennom borehullet i en brønn.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er det tilveiebrakt et friksjonsreduserende verktøy som beskrevet ovenfor, hvilket er fast forbundet med en rørseksjon i en foringsrør-lengde eller borestreng.

Noen foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, kun som eksempel, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et perspektivisk oppriss av et friksjonsreduserende verktøy; Fig. 2 er et enderiss av verktøyet vist på fig. 1 med et parti vist i tverrsnitt; Fig. 3 er et utvidet oppriss av tverrsnittspartiet på fig. 2; Fig. 4 er et oppriss av et tverrsnittsparti i en alternativ utførelse til utførelsen vist på fig. 3; Fig. 5 er et tverrsnittsoppriss av fig. 3, hvor trinsene ikke er vist; Fig. 6 til 8 viser tverrsnittsoppriss av en trinses komponenter; Fig. 9 er et sideriss av verktøyet vist på fig. 1; Fig. 10 er ét tverrsnittsoppriss av en alternativ utførelse til utførelsen vist på fig. 3; og Fig. 11 er et perspektivisk deloppriss av et friksjonsreduserende verktøy. Fig. 1 viser et friksjonsreduserende verktøy 1 som har et generelt rørformet legeme 2 som skal oppta et rør (ikke vist), og trinsepar 3. Hver trinse 3 har en konveksformet skive 4, og hvert par trinser 3 er plassert i et trinsehus 5.

Som det kan sees av fig. 2, er det anbrakt fem trinsehus 5 og par av trinser 3 med omtrent lik innbyrdes avstand rundt legemets 2 periferi.

Avstanden mellom foringsrørets utvendige flate og den innvendige flate av et brønnhull kan være liten, for eksempel mindre enn 2 cm. Det er derfor ønskelig å minimere avstanden mellom den ytre flate 6 av legemet 2 og den ytre flate av trinsene.3.

Selv om fig. 2 viser fem par trinser 3 plassert på legemet 2, skal det forstås at tre par trinser 3 vil være tilstrekkélig. Det er likeledes tenkelig at legemet 2 kan ha mer enn fem grupper med trinser 3.

Det vises nå til fig. 6 til 8 hvor trinsen 4 har en overside 7 av konveks fasong og en underside 8 som er i det vesentlige

plan. En utsparing 9 er plassert inne i skiven 4. Utsparingen

9 har et i det vesentlige sirkulært tverrsnitt og er tilpasset for å motta akselen 10. Akselen 10 omfatter et legeme 11 med sirkulært tverrsnitt og et sirkulært parti 12 med større diameter enn diameteren på legemet 11, hvorved det dannes en flens 13. Skiven 4 har gjengede partier 14 tilpasset for å gå i inngrep med gjengede partier 15 på en plasseringsring 16. Etter inn-føring av akselen 10 i skivens 4 utsparing 9, slik at partiet 12 ligger an mot en overflate 17, føres plasseringsringen 16 over legemet 11 og skrus på plass ved at de gjengede partier 14 går i inngrep med de gjengede partier 15. Plasseringsring-ens 16 innvendige diameter er slik at dens øvre flate 18 ligger an mot akselens 10 flens 13, hvorved skiven 4 festes på akselen 10. Arrangementet tillater skiven 4 å rotere fritt i forhold til akselen 10.

Det vises til fig. 5, hvor en åpning 18a er vist plassert i legemet 2. Åpningen 18a har dimensjoner som egner seg til mottak av en trinses 3 aksel 10 ved at legemets 11 gjengede parti går i inngrep med gjengede partier 19. Trinsen 3 holdes således fast på legemet 2 i den ene ende av akselen 10, mens skiven 4 fritt kan rotere om den andre ende av akselen 10. Akslenes 10 ender fastgjort til legemet 2 er vist plassert i åpningene 18 på fig. 1.

Som det kan sees av fig. 3, er rotasjonsaksen (a) til trinsens 3a aksel 10 forskjøvet med en vinkel (x) i forhold til aksen (b) som strekker seg gjennom legemets 2 senter. På lignende måte har trinsen 3b som er plassert bak trinsen 3a, en rotasjonsakse (c) som er forskjøvet i forhold til aksen (b) med en vinkel (x), men i en retning motsatt av trinsens 3a retning.

Vinkelen (x) er forhåndsbestemt, slik at områdene angitt med de heltrukne piler rager tilstrekkelig ut fra legemets 2 periferi til å tillate inngrep med borehullsveggen. Det skal forstås at vinkelen (x) vil avhenge av ringrommet mellom foringsrøret og borehullets vegg.

Kontakt mellom borehullsveggen og trinsene 3a og 3b i områdene angitt med de heltrukne piler vil få skivene 4 til å rotere motsatt av hverandre. Aspektet med motsatt rotasjon av trinsene 4 er viktig for å unngå at verktøyet løper i spiral, slik tendensen ville være hvor et trinsearrangement bare ga rom for rotasjon av alle trinsene i én retning.

I motsetning til fig. 3 viser fig. 4 trinser 3c og 3d som bæ-res av.aksler som har parallelle rotasjonsakser. Arrangementet på fig. 4 tilsvarer arrangementet på fig. 3 hvor vinkelen (x) er 0°. I dette arrangement vil snarere overflateområdene angitt med stiplede piler gå i kontakt med boringens inner-vegg enn områdene angitt med de heltrukne piler.

Det vises nå til fig. 9, hvor trinsene 3 i hvert par er vist forskjøvet i forhold til hverandre. Trinsehusene 5 har ende-føringer 20 og 21 og en midtføring 22. Føringene 20 og 22 har skrådde flater for å minimere slag mot trinsene 3 fra stein eller annet lignende materiale når verktøyet 1 beveger seg gjennom borehullet. '

Undersiden 8 av skiven 4 vist på fig. 3 ligger an mot legemets 2 overflate. For å minimere friksjon mellom disse over-flater, kan det innbefattes en underlagsskive laget av et materiale slik som PTFE. Alternativt kan de respektive flater omfatte spor 23 og 24 som vist på fig. 10. Et kulelager dan-net av sporene 23 og 24 og kuler 25 kan da benyttes for å redusere friksjon mellom undersiden 8 av skiven 4 og den ytre flate av legemet 2.

Smøring mellom legemets 2 innvendige flate 26 og foringsrøret som verktøyet 1 er montert på, fremmes med spor 27 som vist på fig. 11. Sporene 27 tillater hydrodynamisk fluid å flyte mellom verktøyet 1 og foringsrøret. Rotasjonsfriksjon blir derved minimert.

Uttrykket "trinse" slik det er benyttet i dette skrift, er ment å bety ethvert friksjonsreduserende element som virker på en funksjonsmessig likeverdig måte som trinsene beskrevet i dette skrift.

Hvor det i foranstående beskrivelse er blitt vist til enheter eller komponenter som har kjent ekvivalent, er slike ekviva-lenter innbefattet i dette skrift som om de var blitt frem-satt enkeltvis.

Claims (17)

1. Friksjonsreduserende verktøy (1) som har et generelt rørformet legeme (2) og tre eller flere grupper roterbare trinser (3) tilveiebrakt omkring legemets periferi, hvor trinsene i hver gruppe er i det vesentlige innrettet på linje i en lengderetning, og hver trinsegruppe har i det minste én trinse (3a) som er forskjøvet i forhold til i det minste én andre trinse (3b) i samme gruppe, karakterisert ved at hver trinse (3) er roterbar om en akse som strekker seg i det vesentlige utover fra legemets (2) overflate.

2. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 1, karakterisert ved at den i det minste ene trinse (3a) er forskjøvet i forhold til den i det minste ene andre trinse (3b) et stykke som er tilstrekkelig til i bruk å muliggjøre kontakt for hver trinse (3a, 3b) med innerveggen i en boring.

3. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den i det minste ene trinse (3a) og den i det minste ene andre trinse (3b) er plassert slik på det rørformede legemet (2) at den ene trinses (3a) rotasjonsakse er parallell med den andre trinses (3b) rotasjonsakse, og de to trinser (3a, 3b) er diametralt forskjøvet i forhold til en akse parallell med det rørformede legemets (2) akse.

4. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 3, karakterisert ved at den i det minste ene trinse (3a) og den i det minste ene andre trinse (3b) er forskjøvet med 3 til 30 mm.

5. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den i det minste ene trinse (3a) og den i det minste ene andre trinse (3b) er plassert slik på det rørformede legemet (2) åt den ene trinses (3a) rotasjonsakse og den andre trinses (3b) rotasjonsakse er awinklet bort fra hverandre.

6. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 5, karakterisert ved at den i det minste ene trinses (3a) rotasjonsakse er awinklet bort fra den i det minste ene andre trinses (3b) rotasjonsakse med i det minste 50°.

7. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 5, karakterisert ved at den i det minste ene trinses (3a) rotasjonsakse er awinklet bort fra den i det minste ene andre (3b) trinses rotasjonsakse med 10° til 20°.

8. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at hver trinse (3) innbefatter en roterbar skive (4) og en aksel (10).

9. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 8, karakterisert ved at den roterbare skives (4) ytre flate (7) er konveks.

10. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 9, karakterisert ved at det rørformede legemet (2) inneholder en åpning for mottak av en aksel (10) på trinsen (3).

11. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 10, karakterisert ved at akselen (10) er fes-tet til det rørformede legemet (2) inne i åpningen, og den roterbare skive (4) kan rotere fritt om den ende av akselen (10) som rager ut fra det rørformede legemet (2) .

12. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at de tre eller flere grupper trinser (3) er plassert i det vesentlige med lik innbyrdes avstand omkring det rørformede legemets (2) periferi.

13. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at det finnes fem grupper trinser (3).

14. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at hver gruppe trinser (3) omfatter ett eller flere par komplementære trinser (3a, 3b) som er forskjøvet i forhold til hverandre.

15. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i krav 14, karakterisert ved at hver gruppe trinser (3) omfatter ett enkelt par trinser (3a, 3b).

16. Fremgangsmåte for bruk av.et friksjonsreduserende verk-tøy (1), karakterisert ved at den omfatter montering av et friksjonsreduserende verktøy (1), som angitt i hvilket som helst foregående krav, på et rør samt kjøring av røret gjennom borehullet i en brønn.

17. Friksjonsreduserende verktøy som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 15, karakterisert ved at - det er fastgjort til et røravsnitt i en foringsrørlengde eller borestreng.