NO336653B1 - Fremgangsmåte for posisjonering av et fast rør i et borehull. - Google Patents

Abstract

Et borehull kan bores under anvendelse av en borehullstreng eller borehullsammenstilling (BHA) (10, 50) med en brønnmotor (14) hvor bunnhullstrengen kan avvikes ved en valgt bendvinkel. En kalibreringsseksjon (34) festet til borekronen (16) har en lageroverflate med ensartet diameter langs en aksiell lengde (5) på i det minste 60% av borekronediameteren. Den aksielle avstand mellom bendet og borekrone fremsiden kontrolleres til mindre enn 15 ganger borekronediameteren. Etter boring av en seksjon av brønnen med BHA ifølge den foreliggende oppfinnelse kan et rør innføres i brønnen ved å føre dette gjennom et øvre rør, deretter ekspanderes det innførte rør mens det er nede i brønnen til en diameter hovedsakelig lik det øvre ekspanderte rør.

Description

Oppfinnelsesområdet

Den foreliggende oppfinnelse vedrører teknologi for boring av en olje- eller gassbrønn med en foringsrørstreng ekspandert mens den er nede i brønnen. Mer spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelse metoder for å forbedre effektiviteten av et ekspandert foringsrørsystem eller forlengingsrørsystem, med forbedret brønnkvalitet for å tilveiebringe forbedret hydrokarbonutvinning, og hvor teknologien tillater signifikant reduserte omkostninger for pålitelig komplettering av brønnen.

Bakgrunn for oppfinnelsen

De fleste hydrokarbonbrønner bores i suksessive lavere foringsrørseksjoner, hvor et foringsrør med valgt størrelse innføres i en boret seksjon før den neste lavere seksjon med mindre diameter i brønnen bores, deretter innføres et foringsrør med redusert diameterstørrelse i den nedre del av brønnen. Dybden av hver boret seksjon er således en funksjon av (1) operatørens ønske om å fortsette boring så dypt som mulig før boreoperasjonen stanses og foringsrøret innføres i den borede seksjon, (2) faren for at de øvre formasjoner skal bli skadet av det høytrykksfluid som kreves for å oppnå den ønskede brønnbalanse og brønnfluidtrykk ved større dybder, og (3) faren for at en del av den borede brønn kan falle sammen eller på annen måte hindre at foringsrøret innføres i brønnen, eller at foringsrøret blir sittende fast i brønnen eller på annen måte praktisk hindres fra å bli ført til den ønskede dybde i en brønn. En signifikant omkostning for boring og komplettering av brønnen innebærer bruken av seksjoner med økt diameter når man beveger seg oppover fra den totale dybde (TD) til overflaten. Fra et standpunkt med fluidstrømning kan et 19,37 cm foringsrør nær den totale dybde være tilstrekkelig til å overføre de ønskede fluider til overflaten gjennom en produksjonsrørstreng, men størrelsen av utsiden av foringsrøret øker fra disse 19,37 cm til for eksempel 44,45 cm for at hver øvre seksjon av foringsrøret skal være i stand til å akkomodere de seksjoner med mindre diameter som innføres i brønnen.

For å unngå de ovennevnte problemer er det foreslått forskjellige metoder for å ekspandere et foringsrør nede i brønnen, i noen anvendelser slik at foringsrørstrengen med den ekspanderte diameter har en indre diameter omtrent lik den indre diameter av et foringsrør med "full foring" hvorigjennom røret med den mindre diameter føres før det ekspanderes mens det er nede i brønnen. Ved noen foreslåtte anvendelser kan således nærmest hele foringsrørstrengen fra den totale dybde TD til overflaten ha hovedsakelig den samme "fullborings"-diameter, slik at hvis for eksempel et 19,37 cm ID foringsrør installeres ved overflaten kan et foringsrør med mindre diameter føres gjennom foringsrøret med indre diameter 19,37 cm og som typisk kan være sementert inne i brønnen, og deretter kan foringsrøret med mindre diameter ekspanderes nede i brønnen til 19,37 cm ID foringsrør. Suksessivt lavere seksjoner av brønnen kan på lignende måte kompletteres ved å føre foringsrøret med den mindre diameter ned i brønnen bestående av en sementert 19,37 cm foringsrørseksjon, og deretter ekspaderes røret mens det befinner seg nede i brønnen til å fortsette til 19,37 cm forings-rørløp. I andre anvendelser behøver bare en del av røret å ekspanderes nede i brønnen til denne "fullborings"-diameter for å oppnå fordelene ved denne teknologi. US Patenter 5,348,095, 5,366,012 og 5,667,011 (Shell Oil Company) viser foringsrør-ekspansjonsmetoder, i likhet med de tidligere US Patenter 3,179,168, 3,245,471 og 3,358,760. U.S. Patenter 6,021,850, 6,050,341, 5,390,742, 5,785,120 og 6,250,385 såvel som U.S. Patent Publication 2001/002053241, viser forskjellige typer av utstyr for å ekspandere et brønnrør i en brønn. SPE Papers 56500, 62958, 77612 og 77940, samt Offshore fra januar 2003, s. 62, 64, drøfter de kommersielle fordeler med foringsrørbrønn-ekspansjoner på basis av lavere brønnkompletteringsomkostninger.

WO 2002073001 beskriver et stålrør som skal utvides når det er innsatt i en brønn, slik som en oljebrønn, der veggtykkelsens eksentrisitet EO (%) før rørets ekspansjon tilfredsstiller følgende formel (1) AO ^ 30 / (1 + 0,018 a)... 1 hvor a er rørets ekspansjon i prosent (%) beregnet fra følgende formel (2) a = [(innvendig diameter av røret etter rørets ekspansjon) * (indre diameter av røret før ekspansjon) / (indre diameter av røret før ekspansjon)] x 100. Et stålrør som skal utvides når det er innsatt i en brønn har en eksentrisitet som ikke er mer enn 10%. Dersom et rør for innbygging og utvidelse etter metoden i henhold til et stålrør som beskrevet i (1) eller (2) ovenfor, vil det ekspanderte stålrøret hindres fra å få sin knusestyrke redusert, og bøying av stålrøret blir redusert.

US 64557532 beskriver en fremgangsmåte og apparat for å forme rør, foringer eller foringsrør på steder nede i borehull i brønner. Det gjøres bruk av ruller som trykker radialt utover mot innerveggen i røret (osv), der rullene som rulles rundt i røret bevirker utad rettet plastisk deformering som dermed ekspanderer og former røret til en ønsket profil. Der ett rør er plassert inne i et annet, kan de to rørene kobles sammen uten separate komponenter (unntatt valgfrie pakninger). Landenipler og røroppheng kan dannes in situ. Ventiler kan settes på et valgt sted i borehullet og der tettes til foringsrøret eller foringen uten separate pakninger. Foringsrør kan distribueres nedihulls med redusert diameter og deretter utvides for å fore en brønn uten å kreve boringer med større diameter og dermed forårsake ytterligere foring oppover i hullet. Oppfinnelsen muliggjør forenklet nedihulls arbeid, og gjør det mulig for en brønn som blir boret å bli produsert med minste nedihulls boring i hele sin dybde, og derved unngår man behovet for store boringer. Ved utvidelse av lengder med foringsrør trenger foringsrørene ikke å være forankret for å bli gjort trykktette. Profilering / ekspansjonsverktøy i henhold til oppfinnelsen kan bli utplassert i borehull på kveilrør, og drives uten høye strekkbelastninger på kveilrørene.

US 6269892 beskriver en bunnhullssammenstilling 10 for boring av et retningsborehull omfatter en positiv fortrengningsmotor 12 som har en hovedsakelig jevn ytre overflate diameter i motorhuset uten stabilisatorer som strekker seg radielt fra denne. Motorhuset 14 har en fast bøyning mellom en øvre kraftseksjon 16 og en nedre lagerseksjonen18. Den lange målebit 20 drevet av motoren 10 har en kroneflate 22 med kniver 28 påmontert, og en måleseksjon 24 som har en sylindrisk flate 26 med uniform diameter. Måleseksjon 24 har en aksial lengde på minst 75% av borkronens diameter. Den aksiale avstand mellom borkroneflaten, og bøyningen av motorhuset er mindre enn ti ganger borkronens diameter. I henhold til fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse blir fluid pumpet gjennom motoren nede i borehullet for å rotere borkronen med en hastighet på mindre enn 350 rpm. En vesentlig del av den buede borehullseksjonen kan bores samtidig som den glir fremover i stedet for å rotere motorhuset.

Problemer har likevel begrenset aksept av foringsrørsystemer som ekspanderes nede i brønnen, inklusive vanskeligheter forbundet med påliteligheten og omkostningene med å ekspandere røret nede i brønnen. I de fleste anvendelser må boreoperatøren føre en kalibreringsanordning gjennom det borede borehull for å bestemme borehullgeometrien og derved bestemme om borehullet for eksempel har en for sterk krumning for initialt å innføre røret i borehullet før ekspansjonsoperasjonen.

Ulempene ved den tidligere kjente teknikk overvinnes ved den foreliggende oppfinnelse og et system og en metode for å oppnå forbedret ekspandert foringsrørsystem (eller annet rørsystem) beskrives i det følgende og som vil resultere i lavere omkostninger for boring og komplettering av en brønn og forbedret brønnkvalitet for forbedret hydrokarbonutvinning.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i en foretrukket utførelsesform et ekspandert foringsrørsystem eller forlengningsrørsystem hvori en brønn fores under anvendelse av en bunnhullstreng (BHA) ved den nedre ende av en borestreng og en brønnmotor med en valgt bendvinkel, slik at borekronen når den roteres av motoren har en akse som avviker med en valgt bendvinkel fra aksen av drivseksjonen av motoren. Borekronen kan kutte et hull med en større diameter enn ID av et foringsrør eller annet rør i en øvre del av brønnen, hvor røret også eventuelt skal ekspanderes nede i brønnen. Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen kan motorhuset være "slett" som betyr at motorhuset har en ytre overflate med hovedsakelig ensartet diameter og som strekker seg aksielt fra den øvre drivseksjon til den nedre lagerseksjon. En kalibreringsseksjon er anordnet festet til pilotborekronen og har en ensartet diameteroverflate derpå langs en aksiell lengde av i det minste omtrent 60% av borekronediameteren. På grunn av at borehullet bores forholdsvis tilpasset under anvendelse av en bunnhullstreng (BHA) ifølge den foreliggende oppfinnelse kan røret med en større diameter lettere og mer pålitelig gli inn i det borede hull sammenlignet med systemer som anvender tidligere kjente bunnhullstrenger (BHA). Røret ekspanderes mens det er nede i brønnen slik at dets ID øker fra en innføringsdiameter til en ekspandert eller festet diameter.

Det er således et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for posisjonering av et rør i et borehull under anvendelse av en bunnhullstreng som inkluderer en fluiddrevet motor og en forholdsvis lang kalibreringsseksjon. Foringsrøret eller annet rør innført i brønnen ekspanderes nede i brønnen under anvendelse av fast ekspandert rør ("solid expanded tubular"-SET teknologi.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at borekronen kan roteres av borestrengen for å bore en forholdsvis rett seksjon av borehullet og at brønnmotoren kan drives til å rotere borekronen i forhold til den ikke roterende borestreng for å bore en avviksdel av borehullet. Boreoperasjoner kan gjennomføres med en forbedret bunnhullstreng (BHA) for signifikant å redusere kostnadene av en boreoperasjon.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er at kalibreringsseksjonen festet til pilotborekronen kan ha en aksiell lengde på minst 60% av borekronediameteren.

Ennå et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er at den gjensidige forbindelse mellom brønnmotoren og borekronen foretrukket gjennomføres med en pluggforbindelse ved den nedre ende av brønnmotoren og en sokkelforbindelse ved den øvre ende av borekronen.

En fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at bunnhullstrengen ikke krever spesialfremstilte komponenter. Hver av komponentene i bunnhullstrengen kan velges av operatøren etter ønske for å oppnå oppfinnelsens formål.

Foreliggende oppfinnelse er særlig gunstig for å tilveiebringe en fremgangsmåte for posisjonering av et fast rør i et borehull under anvendelse av en bunnhullstreng som inkluderer en brønnmotor med en øvre seksjon med en øvre sentral akse og en nedre lagerseksjon med en nedre lagers sentralakse av avveket i en valgt bøyningsvinkel fra den øvre seksjons sentralakse med et bend, hvor bunnhullstrengen ytterligere inkluderer en borekronesammenstilling som inkluderer en borekrone,

en kalibreringsseksjon festes over borekronen, idet kalibreringsseksjonen har en sylindrisk lageroverflate med ensartet diameter derpå langs en aksial lengde på minst omtrent 60% av en kuttediameter av borekronen;

borekronen og kalibreringsseksjonen roteres for å bore borehullet ved hjelp av å pumpe fluid gjennom brønnmotoren og rotere borestrengen fra overflaten mens fluid føres gjennom brønnmotoren; hvor fremgangsmåten omfatter: å sette inn et øvre rør med en første indre innføringsdiameter i en ønsket dybde inne i det borede borehull;

å ekspandere det øvre røret til en første ekspandert indre diameter nede i brønnen på en første ønsket dybde til en ekspandert indre diameter mindre enn omtrent 6% større enn den indre innføringsdiameter;

å innføre et innføringsrør på en andre ønsket dybde nede i der borede borehull, hvor en øvre ende av innføringsrøret er lagt innefor en lavere ende av det øvre røret; og å ekspandere innføringsrøret til den første ekspanderte indre diameteren.

Disse og andre formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse, hvori det vises til figurene i de vedføyde tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 illustrerer generelt en brønn boret med en bunnhullstreng ved den nedre ende av en borestreng og en brønnmotor med en pilotborekrone og en rømmer.

Figur 2 illustrerer motoren vist i figur 1 mer detaljert.

Figur 3 illustrerer en sokkelforbindelse på borekronen forbundet med en pluggforbindelse på motoren. Figur 4 illustrerer en rotasjonsstyrbar sammenstilling som viser et indre bend. Figur 5 illustrerer en type av ekspansjonsverktøy for å ekspandere et brønnrør inne i borehull.

Figur 6 illustrerer en alternativ type av ekspansjonsverktøy.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelsesformer

Figur 1 illustrerer generelt en brønn boret med en bunnhullstreng (BHA) 10 ved den nedre ende av en borestreng 12. BHA 10 inkluderer en fluiddrevet brønnmotor 14 med et bend for å rotere en pilotborekrone 18 og en rømmer 16 for å bore en avviksdel av brønnen. En rett seksjon av brønnen kan bores ved i tillegg å rotere borestrengen 12 ved overflaten for å rotere pilotborekronen 18 og rømmeren 16. For å bore en krum seksjon av borehullet blir borestrengen innført (ikke roterende) og brønnmotoren 14 roterer pilotborekronen 18 og rømmeren 16. Det er generelt ønskelig å rotere borestrengen noe for å minimere sannsynligheten for at borestrengen blir sittende fast i borehullet og for å forbedre retur av borekuttinger til overflaten. I en utførelsesform inkluderer BHA en positiv fortrengningsmotor ("positive displacement motor") (PDM) og PDM huset har en bendvinkel på mindre enn omtrent 3 grader.

Brønnmotoren 14 kan innføres "slett" som betyr at motorhuset har en hovedsakelig ensartet diameter fra den øvre drivseksjon 22 gjennom bendet 24 og til den nedre lagerseksjon 26, som vist i figur 2. Ingen stabilisatorer må være anordnet på motorhuset, ettersom hverken motorhuset eller en diameter med liten diameter sannsynlig vil komme i inngrep med borehullveggen på grunn av borehullet med forstørret diameter dannet av pilotborekronen 18 og rømmeren 16. Motorhuset kan inkludere en glide- eller slitasje"pad". En brønnmotor som anvender en loberotor blir vanlig referert til som en positiv fortrengningsmotor (PDM). BHA kan alternativt inkludere en roterende styrbar sammenstilling (RSA) snarere enn en positiv fortrengningsmotor (PDM). PDM har konvensjonelt et bend i sin husseksjon, mens RSA-huset ikke har noe eksternt bend, men har i stedet et internt bend. En roterende styrbar anordning eller RSA er teknisk ikke en motor, ettersom borekronen roteres ved å rotere borestrengen ved overflaten. Den er imidlertid en brønnmotor i den forstand at den erstatter nevnte PDM og tjener funksjonen med å tilveiebringe en effektiv bendvinkel. I alle fall inkluderer heri betegnelsen "brønnmotor" en PDM eller en RSA, og brønnmotoren har en øvre seksjon (drivseksjonen av en PDM eller akselstyringsseksjonen av en RSA) sentral akse og en nedre lagerseksjon med et sentralakseavvik i en valgt bendvinkel fra den øvre seksjons sentralakse. Borehullet boret til å motta brønnrøret kan bores med konvensjonelt borerør og deretter kan røret innføres og ekspanderes nede i brønnen. Alternativt kan borehullet bores med en foringsrør-boreoperasjon, slik at brønnrøret befinner seg i brønnen når den totale dybde (TD) er nådd.

Brønnmotoren 14 som vist i figur 2 har et bend 24 mellom den øvre drivseksjons akse 27 og en nedre lagerseksjonsakse 28 i motorhuset slik at aksen for pilotborekronen 18 avviker i en valgt bendvinkel fra aksen av den nedre ende av foringsrørstrengen. Den nedre lagerseksjon 26 inkluderer en lagerpaknings-sammenstilling som konvensjonelt omfatter både trykklageret og radielle lagre.

Det forstås at betegnelsen "borekronesammenstilling" anvendt heri inkluderer kuttestrukturen som roteres for å fjerne berget og skape borehullet. Borekronesammenstillingen 15 under kalibreringsseksjonen som vist i figur 2 inkluderer en pilotborekrone 18 og en rømmer 16 med en endeflate 17 som er avgrenset av og definerer en borekronekuttediameter. Borekronekuttediameteren er diameteren av det hull som bores og kutterens radielt ytterste endelige lokalisering definerer borekronens kuttediameter. I utførelsesformer hvor en rømmer ikke trengs, og borekronen bare består av kalibreringsseksjonen og kuttestrukturen, da er borekronekuttediameteren definert ved borekronens radielt ytterste kuttediameter, og borekronesammenstillingen omfatter en øvre kalibreringsseksjon og en nedre pilotborekrone eller borekrone. I en anvendelse hvori foringsrøret eller annet rør som er ført inn i borehullet deretter ekspanderes til å ha en indre diameter hovedsakelig lik en indre diameter av røret umiddelbart over det ekspanderte rør, kan borekronesammenstillingen inkludere et øvre avviks-kutteelement av en bisenter borekrone med en forstørret kuttediameter, en kalibreringsseksjon med redusert diameter i midten, og en nedre pilot borekrone. En mer foretrukket kombinasjon kan inkludere en øvre rømmer 16, som har den forstørrete kuttediameter, og en midtre kalibreringsseksjon 34 med redusert diameter og en nedre pilot borekrone 18, som vist i figur 2, slik at diameteren av det kuttede borehull er større enn den indre diameter av det øvre foringsrør i brønnen hvorigjennom den tilbaketrukne rømmer, kalibreringsseksjonen og pilot borekronen har passert. Diameteren av borehullet som bores for det ekspanderte rør bør imidlertid ikke være for stor ettersom et for stort gap mellom OD av det ekspanderte rør og borehullveggen generelt representerer en unødvendig omkostning og energiforbruk på bergfjerning, og dette gap blir vanlig fylt med sement. For anvendelser hvori brønnrøret ekspanderes til en diameter mindre enn den indre diameter av foringsrøret over det ekspanderte rør, kan en mindre dyr (dvs. med mindre diameter) rømmer eller en bisenter borekrone kutte et borehull med redusert diameter. I noen av disse siste anvendelser kan en standard borekrone (dvs. borekrone uten rømmer) og en kalibreringsseksjon alene være tilstrekkelig til å bore borehullet for innføring av det rør som skal ekspanderes.

Kalibreringsseksjonen 34 er anordnet i en avstand over pilot borekronen 18 og er roterbart festet til og/eller kan være tildannet i et stykke med pilot borekronen 18. Den aksielle lengden av kalibreringsseksjonen ("kalibreringsseksjonslengde") er minst 60% av pilot borekronens diameter, foretrukket minst 75% av pilot borekronens diameter, og kan i mange anvendelser være fra 90% til en og en halv gang pilot kronediameteren. Betydningen av den aksielle lengde av kalibreringsseksjonen er således en funksjon av diameteren av kuttestrukturen under kalibreringsseksjonen, uansett om et forstørret borehull deretter dannes over kalibreringsseksjonen, eller om det forstørrede hull dannes av en bisenter borekrone eller av en rømmer. I en foretrukket utførelsesform kan bunnen av kalibreringsseksjonen være ved hovedsakelig den samme aksielle posisjon som borekroneforsiden, men kunne være anordnet i litt avstand oppover fra pilot borekronens fremside. Diameteren av kalibreringsseksjonen kan være litt under-kalibrert i forhold til pilot borekronens diameter.

Den aksielle lengde av kalibreringsseksjonen måles fra toppen av kalibreringsseksjonen til den fremre kuttestruktur av pilot borekronen ved det laveste punkt av den fulle diameter av pilot borekronen, for eksempel fra toppen av kalibreringsseksjonen til pilot borekronens kutteforside. Foretrukket danner ikke mindre enn 50% av denne kalibreringsseksjons lengde den sylindriske lageroverflate med hovedsakelig ensartet diameter når den roterer sammen med pilot borekronen. Et eller flere korte gap eller underkalibrerte deler kan således være anordnet mellom toppen av kalibreringsseksjonen og bunnen av kalibreringsseksjonen. Den aksielle avstand mellom toppen av kalibreringsseksjonen og pilot borekronens fremside vil være den totale kalibreringsseksjons lengde, og denne del som har en roterende sylindrisk lageroverflate med hovedsakelig ensartet diameter er foretrukket ikke mindre enn omtrent 50% av den totale kalibreringsseksjons lengde. De fagkyndige vil innse at den ytre overflate av kalibreringsseksjonen ikke behøver å være sylindrisk og at kalibreringsseksjonen i stedet vanlig er forsynt med aksielt forløpende rifler langs sin lengde, typisk anordnet i et skruemønster. I denne utførelsesform har kalibreringsseksjonen således en sylindrisk lageroverflate med ensartet diameter definert av kutterne med ensartet diameter på riflene som danner den sylindriske lageroverflate. Kalibreringsseksjonen kan således ha trinn eller rifler, men kalibreringsseksjonen definerer likevel en roterende sylindrisk lageroverflate. Pilot borekronen 18 og/eller rømmeren 16 kan alternativt anvende rullekonuser snarere enn fikserte kuttere. Figur 2 viser en egnet pilot borekrone 18 med en kuttediameter 32. Roterbart feste til pilot borekronen 18 er en kalibreringsseksjon 34 som har en ensartet overflate derpå som tilveiebringer en sylindrisk lageroverflate med ensartet diameter langs en aksiell lengde av i det minste 60% av pilot borekronens diameter, slik at kalibreringsseksjonen og pilot borekronen 18 sammen danner en lang kalibrerings pilot borekrone. Som angitt i det foregående er kalibreringsseksjonen foretrukket tildannet i et stykke med pilot borekronen, men kalibreringsseksjonen kan være tildannet separat fra pilot borekronen og da roterbart festet til pilot borekronen. Pilot borekronen 18 kan således være strukturelt integrert med kalibreringsseksjonen 34, eller kalibreringsseksjonen kan være tildannet separat fra og da roterbart festet til pilot borekronen. Figur 2 avbilder også en rømmer 16 som kan være roterbart festet til pilot borekronen når en hullstørrelse må være større enn den indre diameter av det øvre rør. Rømmeren har armer som kan forlenges etter rømmerens passasje gjennom det øvre rør slik at rømmerens endeflate 17 og assosierte kuttere forlenges til en diameter større enn diameteren av det øvre rør. Alternativt, under forhold som krever et hull med større størrelse enn den indre diameter av det øvre rør, kan det anvendes en bisenter borekrone under brønnmotoren. Avvikskutte-elementet av bisenter borekronen kan anvendes sammen med en pilot borekrone og en kalibreringsseksjon som vist heri, med kuttestrukturen av avvikselementet over kalibreringsseksjonen for å tjene den hullforstørrede funksjon på en lignende måte som rømmerens endeflate med forlenget arm.

En sokkeforbindelse 40 kan være anordnet på borekronen 15, som vist i figur 3, for gjengeinngrep med pluggforbindelsen 42 ved den nedre ende av borekronens brønnmotor 14. Den foretrukne gjensidige forbindelse mellom motoren og borekronen foretas således ved hjelp av en pluggforbindelse på motoren og en sokkelforbindelse på borekronen. For utførelsesformen i figur 1 anvendes BHA ikke for retningsstyrt boreoperasjoner, og følgelig behøver motoren 14 ikke å ha et bend i motorhuset. Motoren drives imidlertid for å rotere borekronen, og selve borestrengen er generelt innført i brønnen, men kan også roteres mens motoren driver borekronen. BHA 50 som vist i figur 1 kan således anvendes for hovedsakelig rette boreoperasjoner, med de fordeler som er drøftet i det foregående.

En bunnhullstreng BHA 10 med et bend som vist i figur 2 er foretrukket for mange anvendelser, ettersom det kan være ønskelig eller nødvendig å bore deler av borehullet i en awiksvinkel som bestemmes av bendet i motoren. I andre operasjoner kan deler av borehullet eller hele borehullet bores "rett", men relativt lite oppmerksomhet på skråhet. I disse anvendelser kan en PDM 50 være anordnet uten et bend og borehullet bores rett.

Figur 4 illustrerer brønnmotoren 14 som er en roterende styrbar sammenstilling ("rotary steerable assembly") - RSA med et generelt sylindrisk hus 112 uten noen husbend, selv om en nedre akse 124 av den nedre del av akselen 114 som befinner seg inne i den nedre husseksjon 126 er anordnet i vinkel i en effektiv bendvinkel fra sentralakselen 130 av den øvre styringsseksjon 132 av RSA. Lageret 134 styrer rotasjon av akselen 114 og tetter konvensjonelt med huset 114, mens bendfremkalleren 136 tilveiebringer den effektive bendvinkel. RSA inkluderer en rotasjonshindrende anordning 115 som er i inngrep med borehullveggen og hindrer eller minimerer rotasjon av huset 12 mens akselen 114 deri roteres, og tilveiebringer en ikke-roterende referanse hvorfra bendfremkalleren 136 kan vinkle den roterende aksel for den retningsstyrte boring. Den ytre diameter av bendfremkalleren 136 har derfor foretrukket den samme diameter eller litt mindre diameter enn borekronens kuttediameter som er under RSA. I en utførelsesform kan borekronen være en pilot borekrone 18. len ytterligere utførelsesform, når det ønskes en diameter større enn røret ovenfor kan en rømmer i tillegg anvendes. For en RSA med en rømmer 16 med en kuttediameter større enn diameteren av pilot borekronen 18 er rømmeren 16 foretrukket anbragt over RSA, mens pilot borekronen 18 og kalibreringsseksjonen 34 er anordnet under RSA.

RSA kan inkludere en kontinuerlig, hul, roterende aksel som radielt avbøyes av en dobbelt eksentrisk ringkamenhet som er et eksempel på en bendfremkaller 136 som bevirker at den nedre ende av akselen svinger omkring et sfærisk lagersystem. Krysningen av den sentrale akse av huset 132 og den sentrale akse 124 av svingakselen under det sfæriske lagersystem definerer bendet (i forhold til det hovedsakelig ikke-roterende ytre hus 112) for retningsstyrte boreformål. For rett boring er det dobbelte eksentriske kammer anordnet slik at avviket av akselen oppheves og den sentrale akse av akselen under det sfæriske lagringssystem bringes i linje med den sentrale akse av huset 132. Bendvinkelen tilveiebringer et borekroneverktøy med fremsideorientering i forhold til huset 112, som selv refereres til borehullet slik at styring analogt til den styring som gjennomføres med et bøyd hus PDM blir gjort mulig.

Et lager 134 er vist over den bendfremkallende enhet 136 for styring eller sentralisering av den øvre aksel 114 i huset 112. Ringrommet 113 mellom akselen 114 og huset 112 og under lageret 134 vil typisk bli fylt med smøreolje. Akselavvik kan oppnås ved hjelp av en dobbelteksentrisk ringkam eksempel på en bendfremkaller 136 som for eksempel vist i U.S. Patenter 5,307,884 og 5,307,885. De fagkyndige vil innse at RSA er forenklet vist i figur 4 og at den virkelige RSA er mye mer kompleks enn avbildet i figur 4.

Som med PDM kan den aksielle avstand langs den sentrale akse av den nedre del av den roterende aksel mellom bendet og pilot borekronens fremside for RSA-anvendelsen være så mye som ti ganger borekronediameteren for å oppnå de primære fordeler ved den foreliggende oppfinnelse. I en foretrukket utførelsesform er avstanden fra bendet til pilot borekronens fremside fra fire til åtte ganger og typisk omtrent fem ganger pilot kronediameteren. Denne reduksjon av avstanden fra bendet til pilot borekronens fremside betyr at RSA kan innføres med mindre bendvinkel enn PDM for å oppnå den samme bygningstakt. På grunn av at RSA har en kortere lengde fra bend til pilot borekronens fremside og er lignende PDM med hensyn til retningskontroll under styring, er de primære fordeler ved den foreliggende oppfinnelse ventet å gjelde under styring med RSA ved innføring med en lang kalibrerende pilot borekrone med en total kalibreringslengde på minst 75% av pilot borekronens diameter og foretrukket minst 90% av pilot borekronens diameter og minst 50% av den totale kalibreringslengde er hovedsakelig full kalibreringslengde og deretter innføres og ekspanderes boringsrøret.

Når brønnmotoren drives for å rotere borekronen og bore en avviksdel av brønnen kan ønskelige høye penetrasjonstakter oppnås ved å rotere borekronen ved mindre enn 350 OPM. Reduserte vibrasjoner resulterer fra bruken av en lang kalibreringssektor over pilot borekronens fremside og en forholdsvis kort lengde mellom bendet og pilot borekronen, slik at stivheten av den nedre lagerseksjon økes. Fordelene med forbedret borehullkvalitet inkluderer reduserte utgifter til hullrensing, forbedrede loggeoperasjoner og loggkvalitet, lettere foringsrør-innføringer og mer pålitelige sementeringsoperasjoner. BHA har lav vibrasjon og dette bidrar også til forbedret borehullkvalitet.

BHA ifølge den foreliggende oppfinnelse er i stand til å bore et hull under utnyttelse av mindre vekt på borekronen og med mindre moment enn tidligere kjente BHA, og er i stand til å bore et bedre tilpasset hull med mindre skruetendens. De krefter som kreves for å rotere borekronen for å penetrere formasjonen med en ønsket borehastighet kan reduseres ifølge oppfinnelsen slik at det bare behøver å overføres mindre kraft langs borekronen til borekronen. Operatøren har mer fleksibilitet tilgjengelig i forhold til vekt på borekronen WOB for utøvelse fra overflaten gjennom borestrengen. Ettersom det borede hull er mer nøyaktig tilpasset er der mindre friksjonsdrag på rørstrengen innført i borehullet for etterfølgende ekspandering.

En forbedret metode for å feste et ekspandert rør i et borehull under anvendelse av bunnhullstrengen ifølge denne oppfinnelse innebærer således foretrukket å bore en del av borehullet med brønnmotoren for å rotere borekronen, som kan resultere i en retningsstyrt borehulls boring som drøftet i det foregående og/eller kan inkludere en rett seksjon av brønnen. Etter at en seksjon av borehullet er boret innføres et rør i den ønskede dybde i borehullet, det kompakte brønnrør ekspanderes slik at plastisk deformasjon resulterer i en diameter hovedsakelig større enn rørets innføringsdiameter, og i mange anvendelser resulterer en plastisk deformert indre diameter i en hovedsakelig lik indre diameter av det øvre rør festet i borehullet. Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan en rørstreng, som for eksempel en foringsrørstreng, innføres i det borede borehull og deretter ekspanderes til en diameter som tilnærmer seg den indre diameter av et øvre rør, som for eksempel en foringsrørstreng sementert på plass, og hvorigjennom det innførte rør er ført.

Røret ekspanderer således i en åpen hullanvendelse, og følgelig kan røret ekspanderes til inngrep med formasjonsveggen. Den aksielle lengde av et kontinuerlig rør som ekspanderes er forholdsvis lang, dvs. mer enn 50 ganger den opprinnelige, innførte eller forekspansjonsdiameteren av røret, og typisk hundre ganger eller mer av forekspansjonsdiameteren av det ekspanderte rør. Betegnelsen "ekspandert rør" inkluderer således foringsrørsystem og forlengingsrørsystem. Det ekspanderte rør blir også vanlig sementert i brønnen. Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan sementeringsoperasjonen gjennomføres etter men også før ekspansjon av brønnrøret. Ekspansjon før sementering er sikker, ettersom en mislykket ekspansjonsoperasjon ikke blir sementert i brønnen. Med økende saktestørknende sement kan fordelene med sementering og etterfølgende ekspansjon tas i betraktning ettersom ekspansjonsoperasjonen ifølge oppfinnelsen er meget pålitelig.

Et signifikant trekk ved oppfinnelsen er at det rør som ekspanderes nede i brønnen kan ha en større initial diameter enn et tidligere kjent rør som ble ekspandert nede i brønnen til den samme diameter ifølge den tidligere kjente teknikk, under utnyttelse av en mindre ekspansjonsgrad og sannsynligheten for å ekspandere røret nede i brønnen, og spesielt bunnklokkeseksjonen av et øvre rør, utover den foreskrevne rørstyrke. Denne teknikk resulterer videre i en vesentlig økt fleksibilitet for operatøren med hensyn til tilgjengeligheten av rør som kan anvendes nede i brønnen i ekspansjonsoperasjoner, slik at omkostningene for rørene reduseres.

I noen anvendelser, kan det ekspanderte rør være en del av et multilateralt system, inklusive et system hvori avgreningsborehullet erfullboret, dvs. har

samme diameter som hovedborehullet. I andre anvendelser kan det ekspanderte rør være foringsrøret anvendt i en foringsrørboreoperasjon. I mange anvendelser vil det ekspanderte rør komme i kontakt med formasjonsveggen langs i det minste en del av sin lengde og ved et eller flere omkretsmessig adskilte kontakt-lokaliseringer. Ettersom et mer nøyaktig tilpasset borehull kan bores med BHA ifølge den foreliggende oppfinnelse kan den borede borehulldiameter reduseres, og dette resulterer i mindre kuttet bergart for å komplettere brønnen og/eller et rør med større størrelse i det borede borehull, og eventuelt et ekspandert rør med større størrelse.

I noen anvendelser kan det innførte rør føres gjennom et eksisterende øvre rør festet i borehullet, og dette øvre rør kan i sin tur være blitt ekspandert nede i brønnen. For å forbinde rørene til hverandre blir toppen av det innførte rør konvensjonelt posisjonert litt over bunnen av det øvre rør som allerede er festet i borehullet, og deretter blir det innførte rør ekspandert til en indre diameter hovedsakelig lik den indre diameter av det øvre rør. Bunnen av det øvre rør har en klokkedel og ekspanderes to ganger, først fra sin innførte diameter til sin ekspanderte diameter, og deretter når det overlappende innførte rør ekspanderes. Ved å redusere mengden av ekspansjon som kreves for å komplettere brønnen kan høyspenningsområder som for eksempel klokkedelen av det øvre rør ekspanderes mer sikkert. Mindre ekspansjon tillater også bruk av mindre dyre materialer for den ekspanderte brønn, noe som i en enkelt brønn kan spare hundretusener av dollar.

I mange anvendelser har brønnrøret når det først er ekspandert en indre diameter (ID) hovedsakelig lik den indre diameter av et øvre rør anbragt i avstand i brønnen over det ekspanderte rør. I andre tilfeller kan den indre diameter av det ekspanderte rør være mindre enn den indre diameter av det øvre rør i brønnen. I enda ytterligere anvendelser kan imidlertid den indre diameter av det ekspanderte rør være større enn den indre diameter av det øvre rør i brønnen, og selve det øvre rør kan eventuelt ekspanderes nede i brønnen. Ekspansjon av et brønnrør til en diameter større enn diameteren av det øvre rør i brønnen kan være ønskelig for å oppnå økt mekanisk binding mellom det ekspanderte rør og enten et ytterligere rør eller formasjonsveggene. Ekspansjon utover den indre diameter av det øvre rør kan også tillate at en hylse (for eksempel en glidehylse for produksjonskontroll) kan anbringes i det ekspanderte rør, hvor da den indre diameter av hylsen omtrent tilsvarer den fulle boring av det øvre rør. I andre anvendelser kan ekspansjon av brønnrøret til en diameter større enn det øvre rør i brønnen tillate installering av nivå 6 multilateralt knutepunktsystem. Knute-punktrøret er foretrukket større enn det øvre rør for å akkomodere flere fullboringsforlengingsrør. I enda ytterligere anvendelser kan ekspansjon av brønnrøret til en diameter større enn det øvre rør i brønnen tillate at et verktøy med forholdsvis stor diameter posisjoneres i det ekspanderte nederste rør, med tilstrekkelig forbistrømningsareal mellom verktøyet og veggen av det ekspanderte rør til å tillate god fluidsirkulasjon mens en test gjennomføres.

En primær fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at den tillater at boreoperasjoner kan gjennomføres mer økonomisk og med en lavere risiko for svikt. Det mer nøyaktig tilpassede hull fremstilt med denne BHA resulterer ikke bare i mindre moment og friksjonsdrag i brønnen, men det relativt glatte borehull som resulterer fra BHA ifølge denne oppfinnelse tilveiebringer bedre sementering og hullrensing. BHA resulterer ikke bare i reduserte omkostninger for innføring av røret i brønnen og som skal ekspanderes, men resulterer også i bedre penetrasjonshastighet ROP, bedre styrbarhet, forbedret rømmerpålitelighet, og reduserte boreomkostninger.

Tabellene 1 og 2 illustrerer den mulige størrelsesøkning for vanlige foringsrørstørrelser. Spalten med "flyting" refererer til det indre trykk (kg/cm<2>) ved hvilket røret vil begynne å flyte. Ved anvendelse i brønnen vil dette vanlig være forskjellen mellom det indre og det ytre trykk. Spalten med "sammenfalling" refererer til det ytre trykk (eller differensialtrykket i brønnen) ved hvilket røret vil kollapse. Betegnelsen "vanlig foringsrør" refererer til foringsrør over det nyborede hull hvori det ekspanderbare boringsrør vil bli anvendt, dvs. det foringsrør hvori gjennom det ekspanderbare foringsrør må innføres. I tabellen er disse API standardrør, selv om lignende eksempler kunne anvendes for en foringsrørstreng som i seg selv ble ekspandert til lignende vanlige foringsrørdimensjoner. Fra et operativt standpunkt bestemmer operatøren først foringsrørstørrelsen og deretter velges de assosierte SET-rør for innføring gjennom foringsrøret for etterfølgende ekspansjon. Ifølge den foreliggende oppfinnelse begynner operatøren også med dette vanlige foringsrør, men velger foretrukket SET-rør med større for-ekspansjonsdiametere, som muliggjør at et mindre ekspansjonsforhold oppnår det ønskede resultat med de medfølgende fordeler.

For å gjennomføre ekspansjonen nede i brønnen kan utsettings/spindelen i et ekspansjonsverktøy og et forlengingsrør føres gjennom et øvre foringsrør slik at deres OD er begrenset av driftdiameteren av det øvre foringsrør. For eksempel har et 40,6 cm, 141,1 kg/cm API foringsrør en ID på 37,8 cm og en driftdiameter på 37,3 cm. Utplasseringsspindelens OD er 37,0 cm men for-ekspansjons forlengingsrørets OD er bare 34 cm. Den foreliggende oppfinnelse kan redusere ekspansjonsforholdet fra omtrent 10 til 12% til omtrent 4% eller mindre. Post-ekspansjons forlengingsrørets OD og ID kan forbli de samme, ettersom ID bestemmes av spindelstørrelsen. Veggtykkelsen bør ikke endres som en funksjon av en større forlengingsrørstørrelse; begge krymper med omtrent 4% etter ekspansjon.

Redusert ekspansjon har mange fordeler, inklusive signifikant mindre reduksjon i etter-ekspansjonsflyting og kollapsstyrker. Redusert ekspansjon har mange fordeler, inklusive en reduksjon i materialstyrketapene assosiert med ekspansjonen. Spesielt bevirker de tidligere kjente ekspansjonsprosesser at kollapstrykket (i en ekstern trykktilstand) kan nedsettes med omtrent 50%, som det kan sees i tabell 1. Den mindre ekspansjon assosiert med denne oppfinnelse tilveiebringer en økt kollapstrykkevne sammenlignet med den tidligere kjente teknikk. Videre kan de forbedrede mekaniske egenskaper av det ekspanderbare forlengingsrør eller foringsrør tillate bruk ikke bare av boreforlengingsrør, men også som produksjonsforlengingsrør som krever økt trykkstyrke. En ytterligere fordel er reduksjonen av strekk/trykk-kreftene som kreves for å ekspandere røret nede i brønnen. Reduksjon av ekspansjonsgraden tillater også reduksjon av den mekaniske kompleksitet av den tilbaketrekkbare spindel.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes med SET-ekspanderbare åpent hullforlengingsrør inklusive et spindel/konussystem og et elastisk ettergivende ekspansjonssystem. Det førstnevnte anvender høyt trykk og høy strekkraft, mens det sistnevnte primært anvender den mekaniske skyvkraft for å ekspandere forlengingsrøret. Det høye trykk anvendt i spindel/konusmetoden tjener to formål: å hjelpe til med strekkraften, og å holde forlengningsrøret på bunnen. Den førstnevnte metode kan følgelig være mer effektiv enn det roterende elastiske ettergivende ekspansjonssystem.

Tabell 3 illustrerer ekspansjonsforholdene under anvendelse av konvensjonell teknologi. Det laveste ekspansjonsforhold er 7,7%, men det gjennomsnittlige formål er omtrent 12%. Den foreliggende oppfinnelse tillater at et forhold kan reduseres til mindre enn omtrent 6% og i de fleste tilfeller mindre enn omtrent 4%. Redusert ekspansjon senker signifikant det indre ekspansjonstrykk-krav sammenlignet med rør som ekspanderes 12% eller mer. Redusert ekspansjon tillater også bruk av mer konvensjonelle rør fremstilt fra mindre dyre materialer og/eller som produseres ved hjelp av mindre dyre metoder. Ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnås fordelene med ekspansjon nede i brønnen, men standardrøret bibeholder en høy kollaps- og strekkstyrke.

Figur 5 illustrerer en type av et ekspansjonsverktøy 60 egnet for å ekspandere et rør nede i brønnen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Verktøyet 60 ekspanderer foringsrøret fra den initiale diameter, Di, til en ekspandert rørdiameter, De, ved bruk av ekspansjonselementet 62 som resulterer i en forutbestemt ekspansjon av foringsrøret. Tetningsringene 64 tetter med ID av det ekspanderte foringsrør. Figur 6 illustrerer et alternativt ekspansjonsverktøy 70 som anvender et flertall ruller 72 for å ekspandere røret. Hver av disse rullene 72 roterer således omkring verktøyspindelen 74. Graden av ekspansjon kan avhenge av eventuell motstand mot ekspansjonen tilveiebragt fra formasjonen og/eller et ytre rør i inngrep med det ekspanderende rør, ettersom rotasjonsaksen for hver rulle kan beveges radielt i forhold til ekspansjonsverktøyets senterlinje.

Mens foretrukne utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse er illustrert i detalj er det klart at modifikasjoner og tilpasninger av de foretrukne utførelsesformer vil fremstå for de fagkyndige. Det skal imidlertid uttrykkelig forstås at slike modifikasjoner og tilpasninger er innenfor ideen og rammen for den foreliggende oppfinnelse som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for posisjonering av et fast rør i et borehull under anvendelse av en bunnhullstreng (10) som inkluderer en brønnmotor (14) med en øvre seksjon med en øvre sentral akse og en nedre lagerseksjon med en nedre lagers sentralakse av avveket i en valgt bendvinkel fra den øvre seksjons sentralakse med et bend, hvor bunnhullstrengen ytterligere inkluderer en borekronesammenstilling (15) som inkluderer en borekrone (18), hvor fremgangsmåten omfatter: en kalibreringsseksjon (34) festes over borekronen (18), idet kalibreringsseksjonen har en sylindrisk lageroverflate med ensartet diameter derpå langs en aksiell lengde på minst omtrent 60% av en kuttediameter av borekronen; borekronen og kalibreringsseksjonen roteres for å bore borehullet ved hjelp av å pumpe fluid gjennom brønnmotoren og rotere borestrengen (12) fra overflaten mens fluid føres gjennom brønnmotoren;karakterisert vedå sette inn et øvre rør med en første indre innføringsdiameter i en ønsket dybde inne i det borede borehull; å ekspandere det øvre røret til en første ekspandert indre diameter nede i brønnen på en første ønsket dybde til en ekspandert indre diameter mindre enn omtrent 6% større enn den indre innføringsdiameter; å innføre et innføringsrør på en andre ønsket dybde nede i der borede borehull, hvor en øvre ende av innføringsrøret er lagt innefor en lavere ende av det øvre røret; og å ekspandere innføringsrøret til den første ekspanderte indre diameteren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat kalibreringsseksjonen har en aksiell lengde på minst 75% av borekronens kuttediameter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den ytterligere omfatter: en rømmer (16) festes roterbart over kalibreringsseksjonen (34) for å danne borekronesammenstillingen (15).

4. Fremgangsmåte i følge krav 1 eller krav 2,karakterisert vedå roterbart sikre et avvikskutteelement av en bisenter borekrone over kalibreringsseksjonen (54) for å danne borekronesammenstillingen (15).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den ytterligere omfatter: det ekspanderte rør sementeres i borehullet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat brønnmotoren (14) er en av en positiv fortrengningsmotor (PDM) og en roterende styrbar sammenstilling.