NO330018B1 - Ekspanderbart nedihullsverktoy og fremgangsmate for ekspandering av nedihullsverktoyet - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet et ned-i-hulls verktøy som fungerer som en underrømmer eller, alternativt, som en stabilisator i et underrømmet borehull. Én utførelsesform av verktøyet omfatter én eller flere bevegelige armer posisjonert inne i et legeme som omfatter en strømningsboring derigjennom i fluidkommunikasjon med ringrommet i brønnboringen. Verktøyet alternerer mellom kollapset og ekspandert stilling i respons til forskjeller i fluidtrykk mellom strømningsboringen og ringrommet i brønnboringen. I én utførelsesform beveges verktøyet automatisk i respons til trykkforskjeller. I en andre utførelsesform må verktøyet selektivt aktiveres før det kan beveges. Når verktøyet ekspanderes, forflyttes armene fortrinnsvis aksielt oppover, samtidig som de bringes radielt utover fra legemet. Verktøyets ekspanderte diameter kan justeres ved overflaten uten å endre eller skifte komponenter. Armene kan omfatte blokker som danner inngrep med borehull og som omfatter kuttestrukturer eller slitestrukturer, eller begge deler, avhengig verktøyets funksjon.

Description

[oooi]Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt underrømmere som anvendes for å utvide et borehull nedenfor en begrensning, slik at det skapes et borehull som er større enn begrensningen. Foreliggende oppfinnelse vedrører også generelt stabilisatorer som anvendes for å styre banen til en borkrone under boreprosessen. Mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse et ekspanderbart verktøy som kan fungere som en underrømmer, eller alternativt kan fungere som en stabilisator i en utvidet eller underrømmet andel av et borehull. Enda mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse et ekspanderbart verktøy som omfatter armer som ekspanderes når et stempel eksponeres for fluid som sirkulerer gjennom borehullet.

[0002]Under boring av olje- og gassbrønner, blir konsentriske foringsrørstrenger installert og sementert i borehullet etter hvert som boringen forløper til økende dyp. Hver nye foringsrørstreng understøttes inne i den forrige installerte foringsrør-strengen, og begrenser således det ringrommet som er tilgjengelig for sementeringsoperasjonen. Videre, etter hvert som suksessive foringsrørstrenger med mindre diameter henges opp, blir strømningsarealet for produksjon av olje og gass redusert. Derfor, for å utvide ringrommet for sementeringsoperasjonen, og for å øke produksjons-strømningsarealet, er det ofte ønskelig å utvide borehullet nedenfor terminalenden til det allerede forlagte borehullet. Ved at borehullet utvides, tilveiebringes et større ringromsområde for påfølgende installasjon og sementering av en større foringsrørstreng enn det som ellers ville vært mulig. Følgelig, ved å utvide borehullet nedenfor det tidligere forlagte borehullet, kan en nå bunnen av formasjonen med foringsrør med relativt sett større diameter, og med det tilveiebringe et større strømningsareale for produksjon av olje og gass.

[0003]Forskjellige fremgangsmåter har vært konstruert for å føre en boreenhet gjennom et eksisterende forlagt borehull og utvide borehullet nedenfor foringsrøret. Én slik fremgangsmåte er anvendelse av en underrømmer, som i bunn og grunn har to operasjonstilstander - en lukket eller kollapset tilstand, der verktøyets diameter er tilstrekkelig liten til at det kan passere gjennom det eksisterende forlagte borehullet, og en åpen eller delvis ekspandert tilstand, der én eller flere armer tilveiebragt med kutteelementer på endene derav forløper ut fra verktøyets legeme. I denne sist- nevnte stillingen øker underrømmeren borehullsdiameteren mens verktøyet roteres og føres innover i borehullet.

[0004]En "bore type" underrømmer anvendes typisk sammen med en konvensjonell pilotborkrone tilveiebragt nedenfor eller nedstrøms underrømmeren. Pilotborkronen kan bore borehullet samtidig som underrømmeren utvider borehullet som skapes av borkronen. Underrømmere av denne typen omfatter vanligvis hengslede armer til hvilke det er festet rullemeisel-kuttelementer (eng. roller cone cutters). De fleste underrømmere ifølge tidligere teknikk anvender utsvingbare kuttearmer som er leddet i den enden som står motsatt for kuttearmenes kutteender, og kuttearmene aktiveres av mekaniske eller hydrauliske krefter som virker på armene og strekker dem ut eller trekker dem inn. Typiske eksempler på denne typen underrømmere kan finnes i U.S.-patentene 3 224 507; 3 425 500 og 4 055 226. I noen konstruksjoner tenderer disse leddede armene til å brekke eller knuses under boreoperasjonen, og må fjernes eller "fiskes ut" fra borehullet før boreoperasjonen kan fortsette. De tradisjonelle underrømmerverktøyene omfatter typisk rotasjonskutter-lommeutsparringer tilveiebragt i legemet for å lagre de inntrukne armene og rullemeisel-kuttelementene når verktøyet er i en kollapset eller lukket tilstand. Lommeutsparringene danner store hulrom i underrømmerlegemet, noe som krever fjerning av strukturmetall fra legemet og med det kompromitterer underrømmerens styrke og hydrauliske kapasitet. Følgelig kan disse underrømmerne ifølge tidligere teknikk mangle evne til å utvide hardere grunnformasjoner eller kan utvise en uakseptabelt langsom synkehastighet, og de er ikke optimalisert for den høye strømningsmengden av fluid som er nød-vendig. Lommeutsparringene tenderer også til å fylles med etterlatenskaper fra boreoperasjonen, noe som hindrer inntrekning av armene. Dersom armene ikke trekkes helt inn, kan borestrengen lett sette seg fast i borehullet når det gjøres forsøk på å fjerne strengen fra borehullet.

[0005]Konvensjonelle underrømmere har flere ulemper, omfattende kuttestrukturer som typisk utgjøres av seksjoner med borkroner heller enn å være spesielt utformet for hullutvidelsesfunksjonen. Som følge av dette utvider kuttestrukturene til de fleste underrømmere ikke på en pålitelig måte borehullet til den ønskede diameteren. En ytterligere ulempe er at anpasning av den utvidede diameteren til en konvensjonell underrømmer krever at kuttearmene erstattes med større eller mindre armer, eller at andre komponenter av underrømmerverktøyet erstattes. Det kan til og med være nødvendig å erstatte underrømmeren i sin helhet med en som har en forskjellig ekspandert diameter. En annen ulempe er at mange underrømmere er konstruert for automatisk å ekspandere når borefluid pumpes gjennom borestrengen, og det tilveiebringes ingen indikasjon ved overflaten om at underrømmeren er i den fullt ekspanderte tilstanden. I enkelte anvendelser kan det være ønskelig at operatøren kan styre når underrømmeren ekspanderes.

[0006]Følgelig ville det være fordelaktig å tilveiebringe en underrømmer som er sterkere enn underrømmere ifølge tidligere teknikk, med en hydraulisk kapasitet som er optimalisert for boremiljøet med den høye strømningsmengden. Det ville videre

være fordelaktig at en slik underrømmer omfatter flere konstruksjonsegenskaper, så som kuttestrukturer som er konstruert for hullutvidelsesfunksjonen, mekanismer for å anpasse den ekspanderte diameteren uten å kreve komponentendringer og evnen til å tilveiebringe en indikasjon ved overflaten når underrømmeren er i den fullt ekspanderte tilstanden. Videre, dersom det er hydraulikktrykk i borestrengen, vil det være

fordelaktig å tilveiebringe en underrømmer som er selektivt ekspanderbar.

[0007]En annen fremgangsmåte for å utvide et borehull nedenfor en tidligere forlagt borehullsseksjon omfatter anvendelse av en vingerømmer bak en konvensjonell borkrone. I en slik enhet er det tilveiebragt en konvensjonell pilotborkrone i den nederste enden av boreenheten, med en vingerømmer tilveiebragt i en avstand bak borkronen. Vingerømmeren omfatter i alminnelighet et rørformig legeme omfattende én eller flere i lengderetningen forløpende "vinger" eller blader som forløper radielt utover fra det rørformige legemet. Når vingerømmeren har passert gjennom eventuelle forlagte andeler av brønnboringen, roterer pilotborkronen om senterlinjen til boreaksen og borer et senket borehull langs senteret i den ønskede banen til brønn-boringen, mens den eksentriske, vingerømmeren etterfølger pilotborkronen og bringes i kontakt med formasjonen for å utvide pilothullet til den ønskede diameteren.

[0008]Nok en annen fremgangsmåte for å utvide et borehull nedenfor en tidligere forlagt borehullsseksjon omfatter anvendelse av en tosenter-borkrone, som er en enhetlig borestruktur som tilveiebringer en kombinert underrømmer og pilotborkrone. Pilotborkronen er montert på den nederste enden av boreenheten, og den eksentriske underrømmer-borkronen er montert litt ovenfor pilotborkronen. Når tosenter-borkronen har passert gjennom eventuelle forlagte andeler av brønn-boringen, roterer pilotborkronen rundt boreaksens senterlinje og borer et pilothull i senteret av brønnboringens ønskede bane, mens den eksentriske underrømmer-borkronen etterfølger pilotborkronen og bringes i kontakt med formasjonen for å utvide pilothullet til den ønskede diameteren. Pilotborkronens diameter gjøres så stor som mulig for stabilitet, samtidig som den fortsatt kan passere gjennom det forlagte borehullet. Eksempler på tosenter-borkroner kan finnes i U.S.-patentene 6 039 131 og 6 269 893.

[0009]Som beskrevet ovenfor, omfatter vingerømmere og tosenter-borkroner begge eksentriske underrømmerandeler. Det er forbundet flere ulemper med denne konstruksjonen. For det første, før boringen kan fortsette, må sement og flotasjonsutstyr ved bunnen av den nederste foringsrørstrengen bores ut. Boreenhetens gjennom-passdiameter ved den eksentriske underrømmerandelen passer imidlertid bare så vidt inne i den nederste foringsrørstrengen. Det er derfor nødvendig med eksentrisk boring for å bore ut sementen og flotasjonsutstyret for å sikre at de eksentriske underrømmerandelene ikke skader foringsrøret. Følgelig er det ønskelig å tilveiebringe en underrømmer som er kollapset mens boreenheten befinner seg i forings-røret og som ekspanderer for å utvidede det tidligere borede borehullet til den ønskede diameteren nedenfor foringsrøret. [ooio]Videre, som følge av styringsproblemer, har disse eksentriske underrømmer-andelene vanskelig for på en pålitelig måte å utvide borehullet til den ønskede diameteren. Med hensyn til en tosenter-borkrone, tenderer den eksentriske under-rømmerborkronen til å forårsake at pilotborkronen slenger og uhensiktsmessig avviker fra senteret, og dermed skyver pilotborkronen vekk fra brønnboringens foretrukne bane. Et tilsvarende problem oppleves med hensyn til vingerømmere, som bare utvider borehullet til den ønskede diameteren dersom pilotborkronen forblir sentrert i borehullet under boring. Følgelig er det ønskelig å tilveiebringe en underrømmer som forblir konsentrisk posisjonert i borehullet mens den utvider det tidligere borede borehullet til den ønskede diameteren, [ooii]Under boreoperasjoner er det vanlig å anvende et verktøy kjent som en "stabilisator". I standard borehull er det tilveiebragt tradisjonelle stabilisatorer i boreenheten bak borkronen for å styre borkronens bane etter hvert som boringen for-løper. Tradisjonelle stabilisatorer styrer boringen i en ønsket retning, hvorvidt retningen er langs et rett borehull eller et avvikshull.

[0012]I en konvensjonell, roterende boreenhet kan det være montert en borkrone på en nedre stabilisator, som er tilveiebragt omtrent 1,5 meter (5 fot) ovenfor borkronen. Den nedre stabilisatoren er typisk en fiksert blad stabilisator som omfatter flere konsentriske blader som forløper radielt utover og som er tilveiebragt i en avstand fra hverandre i ringretningen rundt stabilisatorhusets periferi. Ytterkantene av bladene er anpassset for å bringes i kontakt med veggen til det eksisterende forlagte borehullet, og definerer med det en maksimal stabilisatordiameter som vil kunne passere gjennom foringsrøret. En rekke vektrør forløper mellom den nedre stabilisatoren og andre stabilisatorer i boreenheten. Det er typisk tilveiebragt en øvre stabilisator i borestrengen omtrent 9-28 meter (30-60 fot) ovenfor den nedre stabilisatoren. Det kan også være tilveiebragt ytterligere stabilisatorer ovenfor den øvre stabilisatoren. Den øvre stabilisatoren kan enten være en fiksert blad stabilisator eller, i den senere tid, en justerbart blad stabilisator som gjør det mulig at bladene er i kollapset stilling inne i huset mens boreenheten passerer gjennom foringsrøret og deretter ekspanderes i borehullet nedenfor. Én type justerbar, konsentrisk stabilisator produseres av Andergauge U.S.A., Inc., Spring, Texas, og er beskrevet i U.S.-patentet 4 848 490. En annen type justerbar, konsentrisk stabilisator produseres av Halliburton, Houston, Texas, og er beskrevet i U.S.-patentene 5 318 137; 5 318 138; og 5 332 048.

[0013]Under operasjon, dersom kun den nedre stabilisatoren var tilveiebragt, ville det være en "omdreiningspunkt" type enhet til stede, ettersom den nedre stabilisatoren ville fungere som et omdreiningspunkt eller svingepunkt for borkronen. Det vil si at, etter hvert som boringen forløper i et avvikshull, for eksempel, vekten til vektrørene bak den nedre stabilisatoren vil tvinge stabilisatoren til å presse mot den nedre siden av borehullet, og med det skape et omdreiningspunkt eller svingepunkt for borkronen. Følgelig tenderer borkronen til å løftes oppover i en vinkel, dvs. bygge en vinkel. Det er derfor tilveiebragt en andre stabilisator for å oppheve dreiepunkteffekten. Nærmere bestemt vil den øvre stabilisatoren, når borkronen bygger en vinkel som følge av dreiepunkteffekten som oppstår ved den nedre stabilisatoren, bringes i kontakt med den nedre siden av borehullet, og med det forårsake at borkronens lengdeakse dreies nedover for å redusere vinkelen. En radiell endring av bladene til den øvre stabilisatoren kan styre dreiningen av borkronen på den nedre stabilisatoren, og med det tilveiebringe et todimensjonalt, tyngdebasert styresystem for å styre byggingen eller reduksjonen av vinkelen til det borede borehullet som ønsket.

[0014]Når et underrømmer- eller vingerømmerverktøy opererer bak en konvensjonell borkrone for å utvide borehullet, skaper dette verktøyet den samme dreiepunkteffekten på borkronen som den nedre stabilisatoren i et standard borehull. Likeledes, når en utvider et borehull med en tosenter-borkrone, skaper den eksentriske underrømmerborkronen den samme dreiepunkteffekten som den nedre stabilisatoren i et standard borehull. Følgelig, i en boreenhet som anvender en under-rømmer, en vingerømmer eller en tosenter-borkrone, er det typisk ikke tilveiebragt en nedre stabilisator. For å oppheve dreiepunkteffekten som overføres til borkronen, ville det imidlertid være fordelaktig å tilveiebringe en øvre stabilisator som kan styre skråstillingen av boreenheten i den underrømmede seksjonen av borehull.

[0015]Spesielt ville det være fordelaktig å tilveiebringe en øvre stabilisator som bringes i inngrep med veggen i det underrømmede borehullet for å holde pilotborkronens senterlinje sentrert inne i borehullet. Når de anvendes med en eksentrisk underrømmer som tenderer til å tvinge pilotborkronen ut av senter, vil stabilisator-bladene fortrinnsvis bringes i kontakt med den motsatte siden av det utvidede borehullet for å balansere denne kraften og holde pilotborkronen sentrert.

[0016]Foreliggende oppfinnelse omfatter et ekspanderbart ned-i-hulls verktøy som kan anvendes som en underrømmer for å øke diameteren til et borehull nedenfor en begrensning, eller alternativt kan anvendes som en stabilisator for å styre banen til en boreenhet i et underrømmet borehull.

[0017]US 4540941 A1 viser et ekspanderbart nedihullsverktøy for anvendelse inni en brønnboring som omfatter et rørformet legeme med en aksiell strømningboring og minst en bevegelig arm, hvor en selektivt aktuerbar hylse forhindrer eller tillater armen å bevege seg mellom en tilbaketrukket posisjon og en ekspandert posisjon.

[0018]Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et ekspanderbart nedi-hullsverktøy for anvendelse inne i en brønnboring omfattende et rørformet legeme med en aksial strømningsboring som strekker seg derigjennom og minst en bevegelig arm, en selektivt aktuerbar hylse som forhindrer eller tillater den minst ene bevegelig arm å bevege seg mellom en tilbaketrukket posisjon og en ekspandert posisjon, kjennetegnet ved at den selektivt aktuerbare hylse forhindrer eller tillater et differensialtrykk å bevege den bevegelige arm mellom den tilbaketrukkede posisjon og den ekspanderte posisjon.

[0019]Foretrukne utførelsesformer er videre utdypet i kravene 22 til og med 26.

[0020]Videre oppnås målene med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte for ekspandering av et nedihullsverktøy omfattende minst en bevegelig arm innen en brønnboring omfattende anbringelse av nedihullsverktøy omfattende minst en bevegelig arm innen brønnboringen og forspenning av den minst ene bevegelige arm til en tilbaketrukkede posisjon tilsvarende en initial diameter av nedihulls-verktøyet, kjennetegnet ved strømning av et fluid gjennom en aksial strømnings-boring som forløper gjennom nedihullsverktøyet idet fluidet forhindres fra å kommunisere med en annen strømningsbane til nedihullsverktøyet, og fluidet tillates å kommunisere med den andre strømningsbane ved innføring av en aktuator inn i brønnboringen, og den minst ene bevegelige arm bevirkes til å bevege seg til en ekspandert posisjon svarende til en ekspandert diameter av nedihullsverktøyet.

[0021]Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 28 til og med 31.

[0022]Det ekspanderbare verktøyet kan omfatte et legeme med en strømnings-boring derigjennom som står i fluidkommunikasjon med ringrommet i brønnboringen. Verktøyet alternerer mellom en kollapset stilling og en ekspandert stilling i respons til fluidtrykkforskjeller. Mer spesifikt er verktøyet forspent mot en kollapset stilling og ekspanderes i respons til fluidtrykkforskjeller mellom strømningsboringen og ringrommet i brønnboringen. I den ekspanderte stillingen er strømningsarealet mellom strømningsboringen og ringrommet i brønnboringen større enn når verktøyet er i den kollapsede stillingen. Verktøyet kan ekspandere automatisk i respons til fluidtrykkforskjeller, eller kan være konstruert på en slik måte at det selektivt må aktiveres før det kan ekspandere i respons til fluidtrykkforskjeller.

[0023]I én foretrukket utførelsesform, omfatter det ekspanderbare verktøyet videre minst én aksiell utsparring i legemet og minst én bevegelig arm. Antallet utsparringer svarer til antallet bevegelige armer, slik at hver arm lagres i en tilhørende utsparring når verktøyet er i kollapset stilling. Verktøyet omfatter fortrinnsvis tre slike armer, som er forspent mot en kollapset stilling av en fjær. Når verktøyet ekspanderer, forflyttes armene aksielt oppover samtidig som de strekkes radielt utover fra legemet. Armene beveges fortrinnsvis oppover av et stempel, og føres utover langs skråttløpende kanaler i legemet. Verktøyets ekspanderte diameter kan anpasses ved overflaten uten at det er nødvendig å endre komponenter.

[0024]Armene omfatter blokker som bringes i kontakt med borehullet og som omfatter kuttestrukturer eller slitestrukturer eller begge deler, avhengig av hvorvidt verktøyet skal anvendes for både tilbakerømming og underrømming, kun under-rømming, kun stabilisering eller både underrømming og stabilisering. Det ekspanderbare verktøyet omfatter videre bevegelige dyser som er utformet for kontinuerlig å rette kjøle- og rensefluid til kuttestrukturene på armene.

[0025]Foreliggende oppfinnelse omfatter således en kombinasjon av særtrekk og fordeler som gjør at den kan overkomme forskjellige problemer ved tidligere anordninger. De forskjellige egenskaper som er beskrevet ovenfor, så vel som andre særtrekk, vil være åpenbare for fagmannen ved lesing av den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse, med henvisning til de vedlagte figurene.

[0026]For en mer detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse, vil det nå bli henvist til de vedlagte figurene, der: Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt av en eksempelvis boreenhet som anvender én utførelsesform av oppfinnelsen og som omfatter en konvensjonell borkrone som borer et borehull i en formasjon, en underrømmer som utvider borehullet ovenfor borkronen, samt en stabilisator ovenfor underrømmeren som styrer banen til boreenheten i det utvidede borehullet; Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av en annen eksempelvis boreenhet som anvender én utførelsesform av oppfinnelsen og som omfatter en konvensjonell borkrone som borer et borehull i en formasjon, en vingerømmer som utvider borehullet ovenfor borkronen, samt en stabilisator ovenfor vingerømmeren som styrer banen til boreenheten i det utvidede borehullet; Figur 3 er et skjematisk tverrsnitt av nok en annen eksempelvis boreenhet som anvender én utførelsesform av oppfinnelsen og som omfatter en tosenter-borkrone som borer og utvider et borehull i en formasjon og en stabilisator ovenfor tosenter-borkronen som styrer banen til boreenheten i det underrømmede borehullet; Figur 4 er et elevert tverrsnitt av én utførelsesform av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, og viser de bevegelige armene i kollapset stilling; Figur 5 er et elevert tverrsnitt av det ekspanderbare verktøyet i figur 4, og viser de bevegelige armene i ekspandert stilling; Figur 6 er en perspektivskisse av en "naken" arm for det ekspanderbare verktøyet i figur 4; Figur 7 er et toppsnitt av en eksempelvis arm for det ekspanderbare verktøyet i figur 4, omfattende en sliteblokk og kuttestrukturer for tilbakerømming og underrømming; Figur 8 er et elevert sidesnitt av armen i figur 7; Figur 9 er en perspektivskisse av armen i figur 7; Figur 10 er en perspektivskisse av drivringen til det ekspanderbare verktøyet i figur 4; Figur 11 er et elevert tverrsnitt av en alternativ utførelsesform av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, og viser de bevegelige armene i kollapset stilling; og Figur 12 er et elevert tverrsnitt av den alternative utførelsesformen i figur 11, og viser de bevegelige armene i ekspandert stilling.

[0027]Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter og apparater for underrømming for å utvide et borehull nedenfor en begrensning, så som foringsrør. Alternativt vedrører foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter og apparater for å stabilisere en boreenhet og derved styre boreenhetens bane inne i et utvidet borehull. Foreliggende oppfinnelse kan realiseres i forskjellige utførelsesformer. Det er i figurene vist, og vil her bli beskrevet i detalj, spesifikke utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, idet det er underforstått at beskrivelsen er å betrakte som en eksemplifisering av prinsippene ifølge oppfinnelsen og ikke er ment å begrense oppfinnelsen til det som er illustrert og beskrevet her.

[0028]Spesielt tilveiebringer forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse et antall forskjellige konstruksjoner og operasjonsmåter. Hver av de forskjellige utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse kan anvendes for å utvide et borehull, eller for å tilveiebringe stabilitet i et allerede utvidet borehull eller i et borehull som utvides samtidig som det bores. De foretrukne utførelsesformene av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes som en under-rømmer, som en stabilisator bak en tosenter-borkrone eller som en stabilisator bak en vingerømmer eller underrømmer som etterfølger en konvensjonell borkrone. Utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også flere fremgangsmåter for anvendelse i en boreenhet. En skal være fullstendig klar over at de forskjellige ideene i utførelsesformene som er beskrevet her kan anvendes separat eller i en hvilken som helst hensiktsmessig kombinasjon for å produsere ønskede resultater.

[0029]En må forstå at det ekspanderbare verktøyet som er beskrevet med henvisning til de vedlagte figurene kan anvendes i mange forskjellige boreenheter. De etterfølgende eksempelvise systemene viser bare noen av de representative enhetene for hvilket foreliggende oppfinnelse kan anvendes, men disse skal ikke betraktes som de eneste mulige enhetene. Spesielt kan de foretrukne utførelses-formene av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes i hvilken som helst enhet som krever en ekspanderbar underrømmer og/eller stabilisator for anvendelse for å styre banen til en boreenhet i et utvidet borehull.

[0030]Figurene 1 -3 viser forskjellige eksempler på boreenheter for hvilke de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse kan anvendes. Figur 1 viser en seksjon av en boreenhet, betegnet generelt som 100, som borer inn i bunnen av en formasjon 10 med en konvensjonell borkrone 110 som etterfølges av en underrøm-mer 120. Separert fra underrømmeren 120 av ett eller flere vektrør 130 er det tilveiebragt en stabilisator 150 som styrer banen til boreenheten 100 i det underrømmede borehullet 25. Denne seksjonen av boreenheten 100 er vist ved bunnen av formasjonen 10 mens den borer et borehull 20 med den konvensjonelle borkronen 110, mens underrømmerens kuttearmer 125 samtidig skaper et borehull 25 med større diameter ovenfor. Boreenheten 100 opererer nedenfor eventuelle forlagte andeler av brønnen.

[0031]Som tidligere beskrevet tenderer underrømmeren 120 til å skape en omdreiningspunkt- eller svingsakseeffekt på borkronen 110, slik at det er nødvendig med en stabilisator 150 for å oppveie denne effekten. I den foretrukne utførelsesformen av boreenheten 100 er forskjellige utførelsesformer av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebragt i posisjonene til både underrømmeren 120 og stabilisatoren 150.1 den mest foretrukne utførelsesformen vil stabilisatoren 150 fortrinnsvis også omfatte kuttestrukturer for å sikre at det større borehullet 25 blir utvidet til den ønskede diameteren. En hvilken som helst konvensjonell underrømmer kan imidlertid alternativt anvendes med én utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebragt i posisjonen til stabilisatoren 150 i boreenheten 100. Videre kan én utførelsesform av oppfinnelsen anvendes i posisjonen til underrømmeren 120, og det kan anvendes en konvensjonell stabilisator i posisjonen til stabilisator 150.

[0032]I figur 2, der like referansenummer representerer like komponenter, er det vist en boreenhet 200 utplassert i formasjonen 10 nedenfor eventuelle forlagte seksjoner av brønnen. Boreenheten 200 borer et borehull 20 under anvendelse av en konvensjonell borkrone 110 etterfulgt av en vingerømmer 220. Vingerømmeren 220 kan være separert fra borkronen 110 av ett eller flere vektrør 130, men fortrinnsvis er vingerømmeren 220 forbundet rett ovenfor borkronen 110. Oppstrøms vingerøm-meren 220, separert av ett eller flere vektrør 130, er det tilveiebragt en stabilisator 150 som styrer banen til boreenheten 200 i det underrømmede borehullet 25. Borkronen 110 er vist ved bunnen av formasjonen 10 mens den borer et borehull 20, samtidig som vingekomponenten 225 av vingerømmeren 220 skaper et borehull 25 med større diameter ovenfor. I den foretrukne enheten 200 vil en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen være tilveiebragt i posisjonen til stabilisator 150.1 en mest foretrukket enhet 200 vil stabilisatoren 150 også omfatte kuttestrukturer for å sikre at det større borehullet 25 blir utvidet til den ønskede diameteren.

[0033]I figur 3, der like referansenummer representerer like komponenter, er det igjen vist en boreenhet 300 som er utplassert i formasjonen 10 nedenfor eventuelle forlagte seksjoner av brønnen. Boreenheten 300 anvender en tosenter-borkrone 320 som omfatter en pilotborkrone 310 og en eksentrisk underrømmer-borkrone 325. Etter hvert som pilotborkronen 310 borer borehullet 20, skaper den eksentriske underrømmer-borkronen 325 et borehull 25 med større diameter ovenfor. Tosenter-borkronen 320 separeres av ett eller flere vektrør 130 fra en stabilisator 150 som er konstruert for å styre banen til tosenter-borkronen 320 i det underrømmede borehullet 25. Igjen er funksjonen til stabilisatoren 150 å opveie omdreiningspunkt- eller svinge-akseeffekten som skapes av den eksentriske underrømmer-borkronen 325 for å sikre at pilotborkronen 310 forblir sentrert mens den borer borehullet 20.1 den foretrukne utførelsesformen av boreenheten 300 vil én utførelsesform av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse være tilveiebragt i posisjonen til stabilisatoren 150.1 en mest foretrukket enhet 300 vil stabilisatoren 150 også omfatte kuttestrukturer for å sikre at det større borehullet 25 blir utvidet til den ønskede diameteren.

[0034]Figurene 4 og 5 illustrerer én utførelsesform av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse, generelt betegnet som 500, vist i en kollapset stilling i figur 4 og i en ekspandert stilling i figur 5. Det ekspanderbare verktøyet 500 omfatter et hovedsaklig sylindrisk verktøylegeme 510 med en strømningsboring 508 forløp- ende derigjennom. Verktøylegemet 510 omfatter øvre 514 og nedre 512 koplings-andelerfor å kople verktøyet 500 til en boreenhet. Omtrent i det aksielle senteret av verktøylegemet 510 er det én eller flere lommeutsparringer 516 i legemet 510, tilveiebragt i en avstand fra hverandre i ringretningen rundt periferien til legemet 510. Den ene eller de flere utsparringene 516 gir plass for den aksielle bevegelsen til flere komponenter av verktøyet 500 som beveges opp eller ned inne i lommeutsparringene 516, omfattende én eller flere bevegelige, ikke-svingbare verktøyarmer 520. Hver utsparring 516 lagrer én bevegelig arm 520 i den kollapsede stillingen. Den foretrukne utførelsesformen av det ekspanderbare verktøyet omfatter tre bevegelige armer 520, posisjonert inne i de tre lommeutsparringene 516.1 beskrivelsen som følger blir den ene eller de flere utsparringene 516 og den ene eller de flere armene 520 omtalt i flertallsform, dvs. utsparringene 516 og armene 520. Det er likevel underforstått at rammen til foreliggende oppfinnelse også omfatter én utsparring 516 og én arm 520.

[0035]Utsparringene 516 omfatter videre skråttløpende kanaler 518 som tilveiebringer en drivmekanisme for at de bevegelige verktøyarmene 520 skal kunne beveges aksielt oppover og radielt utover til den ekspanderte stillingen i figur 5. Det er fortrinnsvis tilveiebragt en forspenningsfjær 540 for å spenne armene 520 mot den kollapsede stillingen i figur 4. Forspenningsfjæren 540 er posisjonert i etfjær-hulrom 545 og dekket av en fjærholder 550. Fjærholderen 550 er låst i stilling av et øvre deksel 555. En stoppering 544 er tilveiebragt ved den nedre enden av fjæren 540 for å holde fjæren 540 i stilling.

[0036]Nedenfor de bevegelige armene 520 er det tilveiebragt en drivring 570 som omfatter én eller flere dyser 575. Et aktueringsstempel 530 som omfatter et stempel-hulrom 535 danner inngrep med drivringen 570. En drivringblokk 572 forbinder stempelet 530 med drivringen 570 med en bolt 574. Stempelet 530 er innrettet for aksiell bevegelse i lommeutsparringene 516. Et nedre deksel 580 tilveiebringer en nedre stopper for den aksielle bevegelsen av stempelet 530. En indre stamme 560 er den innerste komponenten i verktøyet 500, og den danner sleidende inngrep med en nedre holder 590 ved 592. Den nedre holderen 590 omfatter porter 595 som mulig- gjør strømning av borefluid fra strømningsboringen 508 og inn i stempelkammeret 535 for å aktivere stempelet 530.

[0037]En gjenget forbindelse er tilveiebragt ved 556, mellom det øvre dekselet 555 og den indre stammen 560, og ved 558 mellom det øvre dekselet 555 og legemet 510. Det øvre dekselet 555 danner forseglet inngrep med legemet 510 ved 505, og danner forseglende inngrep med den indre stammen 560 ved 562 og 564. Det er tilveiebragt en skrunøkkelslisse 554 mellom det øvre dekselet 555 og fjærholderen 550, som gir rom for innføring av en skrunøkkel for å justere posisjonen til fjærholderen 550 i legemet 510. Fjærholderen 550 er ved 551 festet til legemet 510 med gjenger. Mot den nedre enden av fjærholderen 550 er det tilveiebragt en boring 552 gjennom hvilken det kan være innført en stang for å hindre rotasjon av fjærholderen 550 under montering. Av sikkerhetshensyn er det ved 546 boltet et fjærdeksel 542 til stopperingen 544. Fjærdekselet 542 hindrer at personalet utsettes for skade under montering og testing av verktøyet 500.

[0038]De bevegelige armene 520 omfatter blokker 522, 524 og 526 omfattende strukturer 700, 800 som danner inngrep med borehullet når armene 520 ekspanderes utover til den ekspanderte stillingen til verktøyet 500 som vist i figur 5. Nedenfor armene 520 danner stempelet 530 forseglende inngrep med den indre stammen 560 ved 566, og danner forseglende inngrep med legemet 510 ved 534. Det nedre dekselet 580 er med gjenger forbundet med legemet og med den nedre holderen 590, henholdsvis ved 582, 584. Det er også tilveiebragt et forseglende inngrep ved 586 mellom det nedre dekselet 580 og legemet 510. Det nedre dekselet 580 tilveiebringer en stopper for stempelet 530 for å styre den kollapsede diameteren til verktøyet 500.

[0039]Flere komponenter er tilveiebragt for monterings- heller enn funksjonelle formål. For eksempel er drivringen 570 koblet til stempelet 530, og deretter blir drivringblokken 572 boltet ved 574 for å hindre at drivringen 570 og stempelet 530 beveges aksielt i forhold til hverandre. Drivringblokken 572 tilveiebringer derfor en låsekopling mellom drivringen 570 og stempelet 530.

[0040]Figur 5 viser verktøyet 500 med de bevegelige armene 520 i maksimalt ekspandert stilling, forløpende radielt utover fra legemet 510. Etter at verktøyet 500 er anbragt i borehullet kan det kun ekspanderes til én stilling. Verktøyet 500 har derfor to operative stillinger - nemlig en kollapset stilling som vist i figur 4 og en ekspandert stilling som vist i figur 5. Fjærholderen 550, som er en gjenget muffe, kan imidlertid justeres ved overflaten for å begrense den fullt ekspanderte diameteren til armene 520. Fjærholderen 550 komprimerer forspenningsfjæren 540 når verktøyet 500 er kollapset, og posisjonen til fjærholderen 550 bestemmer ekspansjonen av armene 520. Fjærholderen 550 justeres med en skrunøkkel i skrunøkkelslissen 554, som roterer fjærholderen 550 aksielt nedover eller oppover i forhold til legemet 510 ved gjengene 551. Det øvre dekselet 555 er også en gjenget komponent som låser fjærholderen 550 etter at den er bragt i stilling. Følgelig er én fordel ved foreliggende verktøy at en ved overflaten kan anpasse den ekspanderte diameteren til verktøyet 500.1 motsetning til konvensjonelle underrømmerverktøy, kan denne justeringen utføres uten å erstatte noen komponenter av verktøyet 500.

[0041]I den ekspanderte stillingen, som er vist i figur 5, vil armene 520 enten utvide borehullet eller stabilisere boreenheten, avhengig av hvorledes blokkene 522, 524 og 526 er innrettet. I innretningen i figur 5 vil kuttestrukturene 700 på blokkene 526 utvide borehullet. Sliteinnsatser 800 på blokkene 522 og 524 vil gi beskyttelse mens underrømmingen pågår. Hydraulisk kraft forårsaker at armene 520 ekspanderes utover til stillingen vist i figur 5 som følge av forskjellen mellom trykket i borefluidet i strømningsboringen 508 og ringrommet 22.

[0042]Borefluidet strømmer langs banen 605, gjennom portene 595 i den nedre holderen 590 og langs banen 610 inn i stempelkammeret 535. Forskjellen i trykk mellom fluidet i strømningsboringen 508 og fluidet i borehullsringrommet 22 som omgir verktøyet 500 forårsaker at stempelet 530 beveges aksielt oppover fra stillingen vist i figur 4 til stillingen vist i figur 5. En liten strømning kan strømme gjennom stempelkammeret 535 og gjennom dysene 575 til ringrommet 22 når verktøyet 500 begynner å ekspandere. Når stempelet 530 beveges aksielt oppover i lommeutsparringene 516, danner stempelet 530 inngrep med drivringen 570, og forårsaker med det at drivringen 570 beveges aksielt oppover mot de bevegelige armene 520. Armene 520 vil beveges aksielt oppover i lommeutsparringene 516 og også radielt utover når armene 520 beveges i kanalene 518 tilveiebragt i legemet 510.1 den ekspanderte stillingen fortsetter strømningen langs banene 605, 610 og ut i ringrommet 22 gjennom dysene 575. Ettersom dysene 575 er en del av drivringen 570, beveges de aksielt med armene 520. Følgelig er disse dysene 575 optimalt posisjonert for kontinuerlig å tilveiebringe rengjøring og kjøling av kuttestrukturene 700 som er tilveiebragt på overflaten 526 når det strømmer fluid ut i ringrommet 22 langs strømningsveien 620.

[0043]Underrømmerverktøyet 500 ifølge den ene utførelsesformen av oppfinnelsen løser problemene som oppleves med tosenter-borkroner og vingerømmere fordi det er konstruert for å forbli konsentrisk plassert inne i borehullet. Spesielt omfatter verk-tøyet 500 ifølge foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis tre ekspanderbare armer 520 tilveiebragt i en avstand fra hverandre i ringretningen ved samme aksielle posisjon på verktøyet 510.1 den foretrukne utførelsesformen vil avstanden i ringretningen være 120°. Denne konstruksjonen med tre armer tilveiebringer et fulldiameter underrømmingsverktøy 500 som til enhver tid forblir sentralisert i borehullet.

[0044]Et annet særtrekk ved de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse verktøyet 500 sin evne til å tilveiebringe en hydraulisk indikasjon ved overflaten, og med det informere operatøren hvorvidt verktøyet befinner seg i den kollapsede stillingen vist i figur 4 eller den ekspanderte stillingen vist i figur 5. Mer spesifikt er, i den kollapsede stillingen, strømningsarealet inne i stempelkammeret 535 mindre enn strømningsarealet inne i stempelkammeret 535 når verktøyet 500 er i den ekspanderte stillingen vist i figur 5. Derfor, i den ekspanderte stillingen, er strøm-ningsareaet i kammeret 535 større, slik at det skapes et større strømningsareale mellom strømningsboringen 508 og ringrommet i brønnboringen 22.1 respons til dette vil trykket ved overflaten avta sammenlignet med trykket ved overflaten når verktøyet 500 er kollapset. Denne trykkreduksjonen indikerer at verktøyet 500 er ekspandert.

[0045]Figurene 6-10 viser flere detaljer av de bevegelige armene 520 og drivringen 570 i figurene 4 og 5. Figur 6 viser en "naken" arm 520 uten kuttestrukturer eller stabiliserende strukturer festet til blokkene 522, 524, 526. Armen 520 er tegnet i en isometrisk skisse og viser en øvre overflate 521, en nedre overflate 527, en fremre overflate 665, en bakre overflate 660 og en sideflate 528. Den øvre overflaten 521 og den nedre overflaten 527 er fortrinnsvis skråttløpende, som beskrives mer detaljert nedenfor. Armen 520 omfatter fortrinnsvis to øvre blokker 522, én midtre blokk 524 og to nedre blokker 526 tilveiebragt på den fremre overflaten 665 av armen 520. Armen 520 omfatter også utspringere 650 tilveiebragt langs hver side 528 av armen 520. Utspringerne 650 forløper fortrinnsvis skrått oppover fra bunnen 527 av armen 520 mot blokkene 522, 524 og 526. Utspringerne 650 forløper utover fra armen 520 og passer inne i tilhørende kanaler 518 i lommeutsparringen 516 i verktøylegemet 510, som vist i figurene 4 og 5. Koplingen mellom arm-utspringerne 650 og kanalene 518 i legemet øker kontaktarealet mellom de bevegelige armene 520 og verktøylegemet 510, og tilveiebringer med det et mer robust ekspanderbart verktøy 500 sammenlignet med verktøy ifølge tidligere teknikk. Armen 520 vist i figur 6 er naken versjon av enten en underrømmer-kuttiearm eller en stabilisatorarm. Ved å endre strukturene som er montert på blokkene 522, 524 og 526, kan verktøyet 500 omgjøres fra en underrømmer til en stabilisator, eller omvendt, eller til en kombinert underrømmer/stabilisator.

[0046]Figurene 7, 8 og 9 viser en eksempelvis arm 520 som omfatter to sett av kuttestrukturer 700, 710. Figur 7 viser armen 520 sett ovenfra, figur 8 viser et elevert sidesnitt og figur 9 viser en isometrisk perspektivskisse. Den øvre overflaten 521 og den nedre overflaten 527 av armen 520 er fortrinnsvis skråstilt i samme retning, som fremgår best av figur 7. Disse overflatene 521, 527 er utformet slik at de hindrer at armen 520 vibrerer når blokkene 522, 524 og 526 danner inngrep med borehullet. Nærmere bestemt, når blokkene 522, 524 og 526 danner inngrep med borehullet, så holdes armene 520 i kompresjon av stempelet 530. Den skråttløpende, øvre overflaten 521 og den skråttløpende, nedre overflaten 527 spenner armene 520 mot den bakre siden av lommeutsparringene 516 for å minimere vibrasjonen.

[0047]I toppsnittet i figur 7 omfatter blokkene 522 kuttestrukturer 710, slik at armen 520 tilveiebringer tilbakerømmingsevne. Tilbakerømming betyr å trekke verktøyet 500 oppover i borehullet mens underrømmingen pågår. Blokken 524 er fortrinnsvis dekket med sliteinnsetninger 800 som tilveiebringer en stabiliserende og kaliber-beskyttende funksjon. Blokkene 526 omfatter kuttestrukturer 700 for underrømming. I sidesnittet i figur 8, er utspringerne 650 som passer inne kanalene 518 i legemet 510 vist forløpende oppover i en vinkel langs siden 528 fra den bakre overflaten 660 av armen 520 og mot blokkene 522, 524 og 526. Figur 9 viser samme arm 520 i en isometrisk skisse.

[0048]For å endre armen 520 vist i figurene 7, 8 og 9 fra en tilbakerømmings- og underrømmingsarm til bare en underrømmingsarm, kan bakrømmer-kuttestrukturene 710 erstattes med sliteinnsetninger, så som innsetningene 800. Denne innretningen ville resultere i underrømmingsarmen 520 vist i figurene 4 og 5. Modifikasjon av verktøyet 500 fra en underrømmer til en stabilisator krever kun at det tilveiebringes stabiliserende strukturer på alle blokkene 522, 524 og 526. Som en stabilisator, vil overflatene 522, 524 og 526 være dekket med en tett samling av sliteinnsetninger 800 uten kuttestrukturer. Det foretrukne materialet for sliteinnsetningene 800 er et wolframkarbid- eller diamantmateriale, som utviser god slitebestandighet. I en alternativ utførelsesform kan blokkene 522, 524 og 526 være belagt med et herdet materiale kalt TCI 300H hardfacing.

[0049]Følgelig vil blokkene 522, 524, 526 kunne omfatte en rekke strukturer og konstruksjoner som omfatter en rekke forskjellige materialer. Når verktøyet anvendes i en underrømmingsfunksjon, kan det være tilveiebragt flere forskjellige kuttestrukturer 700 på overflatene 526, avhengig av formasjonens beskaffenhet. Fortrinnsvis er kuttestrukturene 700, 710, henholdsvis for underrømming og tilbakerømming, spesialkonstruert for den aktuelle kuttefunksjonen. Mer foretrukket er at kuttestrukturene 700, 710 omfatter de kuttestrukturene som er beskrevet og krevet i den samtidig verserende U.S.-patentsøknaden 09/924 961, innlevert 8. august 2001 med tittelen " Advanced Expandable Reaming Toof, som er overdratt til Smith Internasjonal, Inc., og som med dette innlemmes her som referanse.

[0050]Nå med henvisning til figur 10, skapes ytterligere fordeler til de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse av den ene eller de flere dysene 575 som er tilveiebragt i drivringen 570. Underrømmeren/stabilisatoren ifølge de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse omfatter fortrinnsvis tre bevegelige armer 520 tilveiebragt i en avstand fra hverandre i ringretningen ved samme aksielle posisjon langs verktøylegemet 510.1 den foretrukne utførelses-formen er de tre bevegelige armene 520 posisjonert 120° fra hverandre rundt periferien. Denne innretningen av armene 520 er foretrukket for å sentrere verktøyet 500 i borehullet. Drivringen 570 kan beveges med armene 520, og omfatter fortrinnsvis tre uroverløpende andeler 576 tilveiebragt 120° fra hverandre rundt periferien med skråstilte dyser 575 derigjennom som er utformet for å forsyne borefluid til kuttestrukturene 700 av underrømmeren ved overflatene 526. Hullene 578 i de utspring-ende andelene 576 ved dysene 575 tar imot bolter 574 for å forbinde drivringen 570 med drivringblokken 572 og stempelet 530. Det er tilveiebragt en åpning 571 gjennom senteret av drivringen 570 for å muliggjøre forbindelse til stempelet 530. Siden drivringen 570 er forbundet med stempelet 530, beveges den med stempelet 530 og skyver de bevegelige armene 520 aksielt oppover og utover langs kanalene 518 til den ekspanderte stillingen. Følgelig, fordi drivringen 570 beveges med armene 520, forsyner dysene 575 kontinuerlig borefluid til kuttestrukturene 700 på underrøm-merens overflater 526. Dysene 575 er optimalt plassert for å beveges med og følge kuttestrukturene 700, og med det sikre at kutterrne 700 hele tiden er tilfredsstillende rengjort og avkjølt.

[0051]Figurene 11 og 12 viser en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, generelt betegnet som 900, henholdsvis i den kollapsede og den ekspanderte stillingen. Flere av komponentene av verktøyet 900 er like som komponentene i utførelses-formen 500, og disse komponentene har beholdt samme referansenummer. Det er imidlertid flere forskjeller. Den indre stammen 560 i verktøyet 500 ifølge den første utførelsesformen er erstattet med en stingerenhet 910, som fortrinnsvis omfatter en øvre, indre stamme 912, en midtre, indre stamme 914 og en nedre, indre stamme 916. Den nedre, indre stammen 916 omfatter porter 920 som må være linjeført med portene 595 i den nedre beholderen 590 før det kan strømme fluid inn i stempelkammeret 535 for å aktivere stempelet 530. Som vist i Figur 11, strømmer fluid gjennom strømningsboringen 508 i verktøyet 900 langs banen 605 som angis av pilene. Ettersom portene 920 i den nedre indre stammen 916 ikke er linjeført med portene 595 i den nedre holderen 590, strømmer fluidet videre langs banen 605, forbi portene 595, og ned gjennom verktøyet 900.

[0052]Verktøyet 900 kan aktiveres selektivt under anvendelse av en aktuator (ikke vist) som linjefører portene 920 med portene 595 for at det ekspanderte verktøyet skal kunne beveges fra den kollapsede stillingen vist i figur 11 til den ekspanderte stillingen vist i figur 12. Nedenfor den nedre, indre stammen 916 er det tilveiebragt en bunnfjær 930, inne i et bunnfjærkammer 935, som holdes på plass i legemet 510 av en bunnfjærholder 950. Bunnfjærholderen 950 er ved 952 forbundet med gjenger til den nedre holderen 590. Fjæren 930 spenner stingerenheten 910 oppover, slik at stingeren 910 må presses nedover av en aktuator som overvinner kraften fra bunnfjæren 930. Ved at stingeren 910 beveges nedover, linjeføres portene 920, som er tilveiebragt i ringretningen rundt bunnen av den nedre indre stammen 916, med portene 595, i den nedre holderen 590, som leder inn i stempelkammeret 535.

[0053]Figur 12 viser verktøyet 900 i en ekspandert stilling. I denne stillingen strøm-mer borefluid gjennom strømningsboringen 508 langs banen 605. Ettersom stingeren 910 har blitt aktivert nedover mot kraften fra bunnfjæren 930 av en aktuator, er imidlertid portene 920 i den nedre, indre stammen 916 nå linjeført med portene 595 i den nedre holderen 590. Derfor, når borefluidet strømmer videre nedover langs strømningsveien 605 gjennom strømningsboringen 508 og kommer til portene 920, vil det strømme gjennom portene 920, 595 og inn i stempelkammeret 535, som vist av strømningspilene 610.

[0054]Som følge av trykkforskjellen mellom strømningsboringen 508 og ringrommet 22 som omgir verktøyet 900, vil fluidet som strømmer langs banen 610 aktivere stempelet 530 oppover mot kraften fra fjæren 540. Stempelet 530 vil skyve drivringen 570, som i sin tur vil skyve armene 520 aksielt oppover og utover etter hvert som utspringerne 650 på armene 520 beveges langs kanalene 518 i legemet 510. Når fluidet strømmer gjennom dysene 575 i drivringen 570, strømmer det ut i en vinkel langs banen 620 og kjøler og rengjør kuttestrukturene 700 på overflatene 526, som utvider borehullet. Følgelig kan den andre utførelsesformen 900 i figurene 11 og 12 aktiveres selektivt. Nærmere bestemt, ved at en aktuator bringes i inngrep med den øvre overflaten 975 av stingeren 910, kan verktøyet 900 selektivt aktiveres etter operatørens ønske for å linjeføre portene 920 og 595. Den foretrukne aktuatoren er den strømningsskifteren som er beskrevet og krevet i U.S.-patentet 6 289 999 med tittelen " Fluid Flow Control Devices and Methods for Selective Actuation of Valves and Hydraulic Drilling Tools", som med dette inntas her som referanse.

[0055]Igjen med henvisning til figurene 11 og 12, er det typisk et gap mellom den øvre enden 975 av stingeren 910 og aktuatoren når verktøyet er i den kollapsede stillingen. Denne gaplengden må opprettholdes for å sikre at aktivering kun fore-kommer når dette er hensikten. Følgelig kan den øvre, indre stammen 912 omfatte en justeringsring 918, som ganske enkelt er en avstandsring som kompenserer for eventuelle avvik i området mellom den øvre, indre stammen 912 og den midtre, indre stammen 914, slik at det kan opprettholdes et passende gap.

[0056]Som fagmannen lett vil forså, kan en hvilken som helst aktueringsmekanisme anvendes for selektivt å aktivere verktøyet 900 i figurene 11 og 12. Den foretrukne strømningsskifteren tilveiebringer imidlertid den fordelen at den tilveiebringer ytterligere trykkindikasjoner ved overflaten, i tillegg til de trykkindikasjonene som tilveiebringes av det økte strømningsarealet i stempelkammeret 535 når verktøyet 900 er i den ekspanderte stillingen som vist i figur 12. Nærmere bestemt omfatter den foretrukne strømningsskifteren en oppstrøms-impulssender som kan tilveiebringe stillings- og statusinformasjon til overflaten via slampulstelemetri. Følgelig omfatter den foretrukne utførelsesformen verktøyet 900 i figurene 11 og 12, og omfatter mer foretrukket verktøyet 900 i kombinasjon med den nevnte strømningsskifteren.

[0057]Under operasjon senkes et ekspanderbart verktøy 500 eller 900 ned gjennom foringsrør i den kollapsede stillingen som henholdsvis er vist i figurene 4 og 11. Den første utførelsesformen av verktøyet, 500, vil deretter ekspanderes automatisk når borefluid strømmer gjennom strømningsboringen 508, og den andre utførelses-formen av verktøyet, 900, vil ikke bli ekspandert før etter at verktøyet 900 selektivt er aktivert. Hvorvidt selektive aktivering er tilveiebragt eller ikke, ekspanderes verktøyet 500, 900 som følge av en trykkforskjell mellom strømningsboringen 508 og ringrommet 22 som virker på stempelet 530. Denne trykkforskjellen kan være i området fra 56 til 105 kg/cm<2>. Trykkforskjellen over stempelet 530 vil derfor forårsake at den ene eller de flere armene 520 av verktøyet beveges fra en kollapset til en ekspandert stilling mot kraften fra forspenningsfjæren 540.

[0058]Før boreenheten senkes inn i borehullet vil funksjonen til foreliggende oppfinnelse som enten en underrømmer eller som en stabilisator være bestemt. Igjen med henvisning til figur 1, vil ett eksempel være å anvende den ene eller den andre utførelsesformen av verktøyet 500, 900 i posisjonen som underrømmer 120 og fortrinnsvis anvende den andre utførelsesform av verktøyet 900 i posisjonen som stabilisator 150. Som et annet eksempel, med henvisning til figurene 2 og 3, dersom det anvendes en vingerømmer 220 eller en tosenter-borkrone 320 istedenfor en underrømmer 120, vil den andre utførelsesformen av verktøyet, 900, fortrinnsvis anvendes i posisjonen som stabilisator 150. Som underrømmer kan de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse utvide et borehull til en ønsket diameter. Som stabilisator kan de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse tilveiebringe retningsstyring for enhetene 100, 200, 300 inne i det utvidede borehullet 25.

[0059]Som en oppsummering kan de forskjellige utførelsesformene av det ekspanderbare verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes som en underrømmer for å utvide et borehull nedenfor en begrensning til en større diameter. Alternativt kan de forskjellige utførelsesformene av det ekspanderbare verktøyet anvendes for å stabilisere et boresystem i et allerede underrømmet borehull, eller i et borehull som underrømmes mens boringen pågår. De forskjellige utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse løser problemene med tidligere teknikk, og omfatter andre særtrekk og fordeler. Nemlig, utførelsesformene av foreliggende ekspanderbare verktøy er sterkere og har en høyere hydraulisk kapasitet enn underrømmere ifølge tidligere teknikk. De foretrukne utførelsesformene av verktøyet tilveiebringer også trykkindikasjoner ved overflaten vedrørende hvorvidt verktøyet er i kollapset eller ekspandert tilstand. Verktøyet omfatter fortrinnsvis en ny enhet for å bevege armene til den ekspanderte stillingen. Nok en annen fordel ved de foretrukne utførelsesformene er at verktøyet kan anvendes sammen med andre konvensjonelle anordninger, så som en vingerømmer eller en tosenter-borkrone, for å sikre at de fungerer tilfredsstillende. De foretrukne utførelsesformene av verktøyet omfatter videre én eller flere optimalt plasserte og bevegelige dyser for rengjøring og avkjøling av kuttestrukturene. Endelig muliggjør de foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse anpasning av den ekspanderte diameteren uten at det er nødvendig å endre komponenter.

[0060]Mens foretrukne utførelsesformer av denne oppfinnelsen er vist og beskrevet, kan fagmannen foreta modifikasjoner av disse uten å bevege seg fra grunntanken eller idéen bak foreliggende oppfinnelse. Utførelsesformene som er beskrevet her er kun eksempler, og er ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner av systemet og apparatet er mulige, og ligger innenfor oppfinnelsens ramme. Følgelig er ikke beskyttelsens omfang begrenset til utførelsesformene som er beskrevet her, men begrenses kun av de etterfølgende patentkravene, rammen til hvilke skal omfatte alle ekvivalenter til kravenes tema.

Claims (31)

1. Ekspanderbart nedihullsverktøy (900) for anvendelse inni en brønnboring omfattende et rørformet legeme (510) med en aksial strømningsboring (508) som strekker seg derigjennom og minst en bevegelig arm (520), en selektivt aktuerbar hylse (910) som forhindrer eller tillater den minst ene bevegelig arm (520) å bevege seg mellom en tilbaketrukket posisjon og en ekspandert posisjon,karakterisert vedat den selektivt aktuerbare hylse (910) forhindrer eller tillater et differensialtrykk å bevege den bevegelige arm (520) mellom den tilbaketrukkede posisjon og den ekspanderte posisjon.

2. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert vedat den akuterbare hylse (910) omfatter en stingersammenstilling.

3. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den selektivt aktuerbare hylse (910) videre omfatter en fluidport (920) som er ute av innretning med en fluidport (595) i rørlegemet (510) i den tilbaketrukkede posisjon og innrettet med rørlegemets fluidport (595) i den ekspanderte posisjon for å tillate en fluidstrømning.

4. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter en fjærtilbakeholder (950) koplet til det rørformede legemet (510) og en fjær (930) anbrakt mellom fjærtilbakeholderen (950) og den aktuerbare hylse (910), hvori fjæren (930) forspenner den aktuerbare hylse (910) i den tilbaketrukkede posisjon.

5. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den videre omfatter en fjærtilbakeholder (950) koplet til rørlegemet (510) og en fjær (930) anbrakt mellom fjærtilbakeholderen (950) og den aktuerbare hylsen (910), hvori fjæren (930) forspenner den aktuerbare hylse (910) i den tilbaketrukkede posisjon.

6. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den videre omfatter en aktuator for selektiv aktuering av hylsen.

7. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert vedat den selektivt aktuerbar hylse (910) er forspent til en første posisjon som forhindrer fluidkommunikasjon mellom et kammer (535) og strømningsboringen (508).

8. Verktøy ifølge krav 7, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) er forhindret fra å bevege seg mellom den tilbaketrukkede posisjon og den ekspanderte posisjon når den selektivt aktuerbare hylse (910) er forpent til den første posisjon.

9. Verktøy ifølge krav 7 eller krav 8, karakterisert vedat den selektivt aktuerbare hylse (910) er selektivt aktuerbar til den andre posisjon som tillater fluidkommunikasjon mellom kammeret (535) og strømningsboringen (508).

10. Verktøy ifølge krav 9, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) er bevegbar mellom den tilbaketrukkede posisjon og den ekspanderte posisjon når den selektivt aktuerbare hylse (910) er i den andre posisjon.

11. Verktøy ifølge et hvert av kravene 7 til 10, karakterisert vedat det videre omfatter en aktuator for selektiv aktuering av den selektivt aktuerbare hylse (910).

12. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter en konstruksjon (550) for å justere den ekspanderte posisjon.

13. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter minst en dyse (575) som beveger seg med den minst ene bevegelige arm (520).

14. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter en fjær (540) for å forspenne den minst ene bevegelige arm (520) til den tilbaketrukkede posisjon.

15. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat rørlegemet (510) videre omfatter minst en aksial fordypning (516) for lagring av den minst ene bevegelige arm (520) i den tilbaketrukkede posisjon.

16. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) omfatter et flertall av bevegelige armer adskilt fra hverandre periferisk rundt det rørformede legemet (510).

17. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter et stempel (530) som beveger den minst ene bevegelige arm (520) fra den tilbaketrukkede posisjon til den ekspanderte posisjon.

18. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) opptar brønnboringen i den ekspanderte posisjon.

19. Verktøy ifølge krav 18, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) innbefatter minst ett sett av kuttekonstruksjoner for utviding av brønnboringen i den ekspanderte posisjonen.

20. Verktøy ifølge krav 18 eller krav 19, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) tilveiebringer bakoverutvidelsesegenskap.

21. Verktøy ifølge et hvert av kravene 18 til 20, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) tilveiebringer mål (kaliber) beskyttelsesegenskap.

22. Verktøy ifølge et hvert av kravene 18 til 21, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) innbefatter minst en slitasjekonstruksjon for stabilisering av en boreenhet innen brønnboringen.

23. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat rørlegemet (510) videre omfatter et flertall av vinklede kanaler (518).

24. Verktøy ifølge krav 23, karakterisert vedat den minst ene bevegelige arm (520) videre omfatter et flertall av forlengelse (650) som svarer til og som opptar flertall av vinklede kanaler (518).

25. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat det videre omfatter minst en boren ullopptakende pute (522, 524) omfattende slitasjekonstruksjoner (800).

26. Verktøy ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert vedat den minst ene bevegbare arm (520) beveger seg aksialt og radiell

27. Fremgangsmåte for ekspandering av et nedihullsverktøy (900) innen en brønnboring omfattende anbringelse av nedihullsverktøy (900) omfattende minst en bevegelig arm (520) innen brønnboringen og forspenning av den minst ene bevegelige arm (520) til en tilbaketrukkede posisjon tilsvarende en initial diameter av nedihullsverktøyet (900), karakterisert vedstrømning av et fluid (605) gjennom en aksial strømningsboring (508) som forløper gjennom nedihullsverktøyet (900) idet fluidet forhindres fra å kommunisere med en annen strømningsbane (610) til nedihullsverktøyet (900), og fluidet tillates å kommunisere med den andre strømningsbane (610) ved innføring av en aktuator inn i brønnboringen, og den minst ene bevegelige arm (520) bevirkes til å bevege seg til en ekspandert posisjon svarende til en ekspandert diameter av nedihullsverktøyet (900).

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27, karakterisert vedat den videre omfatter utviding av brønnboringen i den ekspanderte posisjon.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 27 eller krav 28, karakterisert vedat den videre omfatter stabilisering av en boreenhet forbundet til nedihullsverktøyet (900) i den ekspanderte posisjon.

30. Fremgangsmåte ifølge et hvert av de foregående krav,karakterisert vedat den forskjellige strømningsbane (610) omfatter kammer (535) i kommunikasjon med stempel (530) som opptar den minst ene bevegelige arm (520), hvori overføring av den minst ene bevegelige arm (520) til den ekspanderte posisjon omfatter bevegelse av stemplet (530) når fluidet kommuniserer med kammeret (535).

31. Fremgangsmåte ifølge et hvert av de foregående krav,karakterisert vedat den videre omfatter justering av den ekspanderte diameter.