NO337905B1

NO337905B1 - Ekspanderbar boreanordning og fremgangsmåte for boring av et borehull

Info

Publication number: NO337905B1
Application number: NO20140631A
Authority: NO
Inventors: Charles H Dewey; Lance D Underwood; Ronald G Schmidt; John E Campbell
Original assignee: Smith International
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2016-07-04
Also published as: GB2434389A; NO335118B1; US7597158B2; NO20070311L; US20070163808A1; NO20140631L; CA2573891C; CA2723505C; CA2723064C; GB0700998D0; CA2723505A1; US20080245574A1; CA2573891A1; GB2434389B; CA2723064A1; US7506703B2

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Ved boring av olje- og gassbrenner anbringes og sementeres typisk konsentriske foringsrørstrenger i borehullet etter hvert som boringen skjer til økende dybder. Hver nye foringsrørstreng holdes inne i den forrige foringsrørstrengen som ble montert, og begrenser derved det ringformede arealet som er tilgjengelig for sementeringsoperasjonen. Etter hvert som foringsrørstrenger med stadig mindre diameter anbringes, minskes strømningsarealet for produksjonen av olje og gass. For å øke ringrommet for sementeringsoperasjonen, og for å øke strømningsarealet for produksjon er det derfor ofte ønskelig å utvide borehullet under den nedre enden av det forrige, forede borehullet. Ved å utvide borehullet oppnås et større ringformet areal for etterfølgende montering og sementering av en større foringsrørstreng enn hva som ellers hadde vært mulig. Ved å utvide borehullet under det forrige, forede borehullet kan følgelig bunnen av formasjonen nås med et foringsrør som har en forholdsvis større diameter, for derved å danne et større strømningsareal for produksjonen av olje og gas.

Forskjellige fremgangsmåter har være foreslått for å føre en boreenhet gjennom et foret borehull, eller å utvide borehullet ved bruk av et ekspanderbart foringsrør. En slik fremgangsmåte omfatter bruken av en hullutvider, som har to operative tilstander, en lukket eller sammentrukket tilstand, der diameteren til verktøyet er tilstrekkelig liten til å muliggjøre at verktøyet kan passere gjennom det eksisterende, forede borehullet, og en åpen eller delvis ekspandert tilstand, der en eller flere armer med skjæreelementer på endene rager fra verktøyelementet. I denne sistnevnte stilling utvider hullutvideren borehullsdiameteren når verktøyet roteres og føres ned i borehullet.

En hullutvider av boretypen er en som typisk anvendes sammen med en konvensjonell pilot-borkrone anbragt under hullutvideren (dvs. nedstrøms for denne). Typisk borer pilotborkronen borehullet til minsket dimensjon, mens hullutvideren, anbragt etter pilotborkronen, samtidig utvider pilotborehullet til full dimensjon. Tidligere hadde hullutvideren av denne typen hengslede armer med rullekonus-skjæreelementer fastgjort til disse. Typisk omfattet tidligere hullutvidere utsvingbare skjærearmer som var hengslet ved en ende motsatt av skjæreenden til skjærearmene, og skjærearmene ble aktivert av mekaniske eller hydrauliske krefter som påvirket armene for å forlenge eller forkorte disse. Representative eksempler på disse typer hullutvidere finnes i US 3 224 507, 3 425 500 og 4 055 226, som alle inntas her med referanse. I noen tidligere utførelser kunne de hengslede armer briste og falle fritt fra hullutvideren under boreoperasjonen, slik at det ble nødvendig med en kostbar og tidkrevende fiskeoperasjon for å hente disse opp fra borehullet før boringen kunne fortsette. Tidligere kjente hullutvidere kunne følgelig være ute av stand til å utvide hardere bergformasjoner, de kunne ha uakseptabelt små penetreringsrater eller konstruksjonsgeometrien kunne være ute av stand til å ta seg av høye fluidstrømningsrater. De tomme utsparingene har også en tendens til å fylles med avfall mens skjæreelementene forlenges, og hindrer derved det ønskede sammenfall for armene når operasjonen er fullført. Dersom armene ikke faller helt sammen, kan borestrengen kjøre seg fast når det forsøkes å ta den ut av borehullet.

Videre omfatter konvensjonelle hullutvidere skjærekonstruksjoner som typisk er dannet av seksjoner av borkroner i stedet for å være særskilt utformet for hullutviderfunksjonen. Resultatet er at skjærekonstruksjonene på de fleste utvidere ikke pålitelig utvider borehullet til den ønskede diameter. Regulering av den ekspanderte diameteren til en konvensjonell utvider krever også utskifting av skjærearmene med større eller mindre armer, eller utskifting av andre komponenter i utviderverktøyet. Det kan også være nødvendig å skifte ut hele utvideren med en som danner en annen ekspandert diameter.

Videre er mange utvidere konstruert til å ekspandere når borefluid pumpes gjennom borestrengen med høyt trykk, uten noen indikasjon av at verktøyet er i helt ekspandert tilstand. Videre ekspanderer mange ekspanderbare hullverktøy fra en sammentrukket tilstand til en ekspandert tilstand ved at et skjærelement inne i verktøyet brister. Følgelig vil, når skjærelementet brister, fluidstrøm undertrykk gjennom verktøyet tvinge skjærearmene mot ekspansjon. Å returnere til den opprinnelige driftstilstanden der skjærearmene er sammentrukket ved trykk under det trykket der brist inntreffer er ikke lenger mulig. Det ville derfor være fordelaktig for en boreoperatør å kunne styre ikke bare når utvidereren ekspanderer og trekker seg sammen, men også å kunne vite statusen for slik ekspansjon.

En annen fremgangsmåte for å utvide et borehull under en tidligere boret borehullseksjon omfatter bruken av en opprømmer med vinger etter en konvensjonell borkrone. I en slik enhet er en konvensjonell pilotborkrone anbragt på den nedre enden av boreenheten, med opprømmeren med vinger anbragt i en viss avstand etter borkronen. Opprømmeren med vinger omfatter generelt et rørformet element med en eller flere vinger eller blader i lengderetningen, ragende radialt utover fra det rørformede elementet. Når opprømmeren med vinger passerer gjennom forede partier av brønnboringen, roterer pilotborkronen om senterlinjen til boreaksen for å bore et nede borehull i sentrum av den ønskede banen til brønnen, mens den eksentriske opprømmeren med vinger følger pilotborkronen og utvider formasjonen for å utvide pilotborehullet til ønsket diameter.

En annen fremgangsmåte for å utvide borehull under en tidligere foret borehullseksjon omfatter bruk av en dobbeltsenterborkrone, som er en borekonstruksjon i ett stykke som danner en kombinasjon av hullutvider og pilotborkrone. Pilotborkronen anbringes på den nederste enden av boreenheten, og den eksentriske utviderborkronen anbringes like over pilotborkronen. Når borkronen passerer gjennom hvilke som helst av forede partier av brønnboringen, roteres pilotborkronen om senterlinjen til boreaksen og borer et pilotborehull i sentrum av den ønskede banen til brønnen, mens den eksentriske utviderborkronen følger pilotborkronen som er i anlegg mot formasjonen, for å utvide pilotborehullet til ønsket dimensjon. Diameteren til pilotborkronen er gjort så stor som mulig av hensyn til stabilitet, mens den allikevel kan passere gjennom det forede borehullet. Eksempler på dobbeltsenterborkroner finnes i US 6 039 131 og 6 269 893, som inntas her med referanse.

Som beskrevet ovenfor omfatter både opprømmere med vinger og dobbeltsenterborkroner eksentriske utviderpartier. På grunn av denne utformingen kreves det usentrert boring for å bore ut sementen og flytende utstyr for å sikre at de eksentriske utviderpartier ikke skader foringsrøret. Det er følgelig ønskelig å komme frem til en utvider som faller sammen mens boreenheten er i foringsrøret og som ekspanderer for å utvide det tidligere borede borehullet til den ønskede diameter under foringsrøret.

Videre, på grunn av problemer med tendens til avvik, har disse eksentriske utviderpartier problemer med pålitelig å utvide borehullet til den ønskede diameter. Når det gjelder en dobbeltsenterborkrone har den eksentriske utviderborkronen en tendens til å bevirke at pilotborkronen slingrer og avviker fra sentrum, og skyver derved pilotborkronen bort fra den foretrukne banen til brønnboringen. Et lignende problem oppstår med opprømmere med vinger, som bare er i stand til å utvide borehullet til ønsket dimensjon dersom pilotborkronen holdes sentrert i borehullet under boring. Det er følgelig ønskelig å komme frem til en utvider som holder seg konsentrisk anordnet inne i borehullet ved utvidelse av det tidligere borede borehullet til den ønskede diameter.

Videre er det vanlig å benytte et verktøy kjent som stabilisator ved boreoperasjoner. I standard borehull befinner tradisjonelle stabilisatorer seg i boreenheten bak borkronen, for å styre og opprettholde banen til borkronen under boringen. Tradisjonelle stabilisatorer styrer boring i en ønsket retning, enten retningen er langs et rett borehull eller i et avviksborehull.

I en konvensjonell rotasjonsboreenhet kan en borkrone være montert på en nedre stabilisator, som kan befinne seg omtrent 150 cm eller mere over borkronen. Typisk er den nedre stabilisatoren en fast bladstabilisator og omfatter flere konsentriske blader som rager radialt utover og er fordelt rundt omkretsen av stabilisatorhuset. De ytre kanter av bladene er innrettet til å danne kontakt med veggen i det eksisterende, forede borehullet, for derved å bestemme den maksimale stabilisatordiameter som kan passere gjennom foringsrøret. Flere vektrør rager mellom den nedre og øvre stabilisatoren i boreenheten. En øvre stabilisator befinner seg typisk i borestrengen omtrent 9 -18 m over den nedre stabilisatoren. Det kan også være andre stabilisatorer over den øvre stabilisatoren. Den øvre stabilisatoren kan være enten en stabilisator med fast blad eller en stabilisator med regulerbart blad slik at bladene kan beveges inn i huset når boreenheten passerer gjennom foringsrøret med liten dimensjon, og deretter ekspandere i borehullet under. En type regulerbar, konsentrisk stabilisator produseres av Andergauge USA, Inc., Spring, Tex. og er beskrevet i US

4 848 490. En annen type regulerbar, konsentrisk stabilisator produseres av

Halliburton, Houston, Tex. og er beskrevet i US 5 318 137, 5 318 138

og 5 332 048.

Under drift, dersom bare den nedre stabilisatoren finnes, kan det inntreffe en dreie-virkning, fordi tyngdekraften forskyver den nedre stabilisatoren slik at den virker som et dreiepunkt for enheten i bunnen av hullet. Alternativt, i anvendelser med roterende, styrbare slammotorer med positiv fortrengning, kan dreievirkningen også skyldes bøyepåkjenninger som overføres gjennom den nedre stabilisatoren fra en retningsmekanisme. Når boringen pågår for eksempel i et avviksborehull, drives vekten av vektrørene bak den nedre stabilisatoren slik at den skyver mot den nedre siden av borehullet og derved danner et dreiepunkt for borkronen. Borkronen har følgelig en tendens til å heves i en bane kjent som hevevinkelen. Det anvendes derfor en andre stabilisator for å motvirke dreiepunktvirkningen. Når borkronen heves på grunn av dreievirkningen bevirket av den nedre stabilisatoren, kommer den øvre stabilisatoren til anlegg mot den nedre siden i borehullet og bevirker derved at lengdeaksen til borkronen svinger nedover til fallende vinkel. En radial endring av bladene til den øvre stabilisatoren kan styre svingningen av borkronen på den nedre stabilisatoren og derved danne et todimensjonalt, tyngdekraftbasert, styrbart system for å styre heve- eller fallvinkelen til det borede borehullet.

US 2004/0206549 A1 beskriver et nedihulls verktøy som fungerer som en hullutvider eller som en stabilisator i et utvidet borehull. US 2006/0283636 A1 beskriver en fluiddrevet boremotor og system som innbefatter en bøyeaksel mellom rotoren og en sylindrisk strømningskrage. US 2004/0222022 A1 beskriver en konsentrisk ekspanderbar hullutvider.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ekspanderbar boreanordning anbragt på en nedre ende av en borestreng og utformet til å bore en formasjon,

kjennetegnet ved at den ekspanderbare boreanordningen omfatter:

et skjærehode for å bore i formasjonen,

et hovedsakelig rørformet hovedelement nær skjærehodet, idet hovedelementet danner i det minste en aksial utsparing utformet til anbringelse av en

armenhet,

idet armenheten er utformet til å beveges mellom en tilbakeført stilling og en utført

stilling,

en strømningsbryter integrert inne i hovedelementet for å aktivere armenheten

mellom den tilbakeførte og utførte stillingen,

idet armenheten er utformet til å føres ut når et borefluidtrykk overstiger en

aktiveringsverdi, og

et kraftutøvende element utformet til å tilbakestille armenheten til den tilbakeførte

stillingen når borefluidtrykket faller under en tilbakestillingsverdi.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for boring av et borehull,

kjennetegnet ved at den omfatter

anordning av en boreenhet som har ekspanderbare armenheter nær et

skjærehode på en nedre ende av en borestreng,

boring av en pilotboring med skjærehodet med de ekspanderbare armenheter i en

tilbakeført stilling,

økning av trykket i borefluider og aktivering av en strømningsbryter integrert inne i et hovedelement av boreenheten for å ekspandere de ekspanderbare

armenheter,

utvidelse av pilotboringen med skjæreelementer på de ekspanderbare armenheter, stabilisering av boreenheten med stabilisatorklosser på de ekspanderbare

armenheter.

Ytterligere utførelsesformer av den ekspanderbare boreanordningen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives en ekspanderbar boreanordning anordnet på en nedre ende av en borestreng og er utformet til å bore en formasjon. Boreanordningen omfatter fortrinnsvis et skjærehode for å bore formasjonen og et hovedsakelig rørformet hovedelement nær skjærehodet, idet hovedelementet danner i det minste én aksial utsparing utformet til anbringelse av en armenhet, idet armenheten er utformet til å beveges mellom en inntrukket stilling og en utført stilling. Fortrinnsvis omfatter boreanordningen en strømningsbryter for å aktivere armenheten mellom tilbakeført og utført stilling, idet armenheten er utformet til å føres ut når et borefluidtrykk overstiger en aktiveringsverdi. Dessuten omfatter boreanordningen fortrinnsvis et kraftutøvende element utformet til å tilbakeføre armenheten til den innførte stillingen når borefluidtrykket faller under en tilbakeføringsverdi.

Det beskrives også en ekspanderbar boreanordning forbundet med borestrengen et skjærehode anordnet på en ytre ende av et hovedsakelig rørformet hovedelement, idet hovedelementet danner flere aksiale utsparinger nær skjærehodet. Dessuten omfatter boreanordningen fortrinnsvis flere armenheter som holdes inne i de aksiale utsparinger, idet armenhetene er utformet til å beveges fra en tilbakeført stilling til en utført stilling langs flere spor utformet i vegger i de aksiale utsparinger. Dessuten omfatter boreanordningen fortrinnsvis et stempel utformet til å drive armenhetene til de utførte stillinger når trykket i fluider som strømmer gjennom borestrengen øker. Fortrinnsvis omfatter armenhetene stabilisatorklosser oppstrøms for og nær utviderskjærerne.

Det beskrives videre en bryter for å avlede borefluider fra en boring i en anordning nede i hullet boringen som danner en åpning i kommunikasjon med en innretning for å aktiveres, og et strømningsrør som er forskyvbart innført i boringen isolerer åpningen fra borefluidene når det er i deaktivert stilling, idet åpningen er i kommunikasjon med borefluider i boringen når strømningsrøret er i aktivert stilling. Dessuten omfatter bryteren fortrinnsvis et kraftutøvende element som rager mellom strømningsrøret og en fjærholder inne i boringen, idet det kraftutøvende elementet er utformet til å drive strømningsrøret til den deaktiverte stillingen. Dessuten omfatter bryteren fortrinnsvis en dyse anordnet inne i strømningsrøret, idet dysen er utformet til å overføre en kraft til strømningsrøret som tilsvarer et trykk i borefluidene som strømmer gjennom dette, idet kraften forskyver strømningsrøret til den aktiverte stillingen når trykket i borefluidet som strømmer gjennom dette overstiger en aktiveringsverdi.

Det beskrives videre en fremgangsmåte for boring av et borehull hvor en boreenhet som har ekspanderbare armenheter anbringes nær et skjærehode på en endre ende av en borestreng. Dessuten omfatter fremgangsmåten fortrinnsvis boring av en pilotboring med skjærehodet, med de ekspanderbare armenheter i en tilbakeført stilling. Dessuten omfatter fremgangsmåten fortrinnsvis økning av trykket i borefluider inne i boreenheten for å ekspandere de ekspanderbare armenheter, utvidelse av pilotboringen med skjæreelementene på de ekspanderbare armenheter og stabilisering av boreenheten med stabilisatorklosser på de ekspanderbare armenheter.

Kortfattet forklaring av tegninger

Fig. 1 viser i snitt en boreenhet i en tilbakeført stilling, i henhold til en utførelse av

den foreliggende oppfinnelsen,

Fig. 1 Aviser i større målestokk et parti av boreenheten i fig. 1.

Fig. 2er en endeprojeksjon av boreenheten i fig. 1.

Fig. 3er en alternativ avbildning av et parti av boreenheten i fig. 1.

Fig. 4viser i større målestokk detaljer av et nedre parti av en strømningsbryter i

boreenheten i fig. 1.

Fig. 5viser i større målestokk detaljer ved en forlengelsesenhet i boreenheten i fig. 1.

Fig. 6er et tverrsnitt gjennom boreenheten i fig. 1 langs linjen 6-6.

Fig. 7er et tverrsnitt av boreenheten i fig. 1 langs linjen 7-7.

Fig. 8er et tverrsnitt av boreenheten i fig. 1 langs linjen 8-8.

Fig. 9er et tverrsnitt av boreenheten i fig. 1 langs linjen 9-9.

Fig. 10er et tverrsnitt av boreenheten i fig. 1 langs linjen 10-10.

Fig. 11 er et snitt gjennom boreenheten i fig. 1 i helt forlenget stilling.

Fig. 12er en perspektivavbildning av boreenheten i fig. 1 i helt utført stilling.

Fig. 13viser med delene adskilt en perspektivavbildning av forlengelsesenheten i

fig. 1 og 11.

Fig. 14er en perspektivavbildning av en armenhet i boreenheten i fig. 1 og 11.

Fig. 15er et tverrsnitt gjennom boreenheten i fig. 11 langs linjen 15-15.

Fig. 16er et tverrsnitt gjennom boreenheten i fig. 11 langs linjen 16-16.

Fig. 17er et tverrsnitt gjennom en første alternativ armenhet-forlengelsesmekanisme i et tilbakeført stilling, i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen.

Fig. 18er et tverrsnitt gjennom forlengelsesmekanismen i fig. 18 i utført stilling.

Fig. 19er et tverrsnitt gjennom en andre alternativ armenhet-forlengelsesmekanisme i tilbakeført stilling, i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 20er et tverrsnitt gjennom forlengelsesmekanismen i fig. 19 i utført stilling.

Detaljert beskrivelse

Utførelser av oppfinnelsen angår generelt en boreenhet for anvendelse ved under-vanns boring. Nærmere bestemt omfatter visse utførelser av den foreliggende oppfinnelsen generelt en boreenhet som omfatter et pilot-borkroneparti og et ekspanderbart utvider/stabilisatorparti som befinner seg aksialt nær hverandre for samtidig å utvide pilotboringen. Videre omfatter noen utførelser av den foreliggende oppfinnelsen en strømningsbryter for å aktivere ekspansjon av det ekspanderbare utvider/stabilisatorpartiet, slik at en operatør kan bedømme med en øket grad av nøyaktighet hvorvidt boreenheten er helt ekspandert eller tilbakeført. Dessuten omfatter noen utførelser av den foreliggende oppfinnelsen en ekspanderbar boreenhet som er i stand til å tilbakeføres til sin opprinnelige tilstand etter ekspansjon, mens den befinner seg nede i hullet. Dessuten omfatter noen utførelser av den foreliggende oppfinnelsen et arrangement for en ekspanderbar stabilisator/skjæreenhet, idet skjæreenheten er i stand til å ekspandere inn i formasjonen foran stabilisatoren. US 6 732 812, som inntas her i sin helhet ved referanse, beskriver et ekspanderbart verktøy til bruk i en boreenhet som er anbragt inne i en brønnboring.

Med henvisning til fig. 1 er det vist en boreenhet 50 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Boreenheten 50 er vist med et hovedsakelig rørformet hovedelement 52, et skjærehode 54, et bøyeelement 55 og en borestrengforbindelse 56. Mens borestrengforbindelsen 56 er vist som en rotasjons-gjengeforbindelse, vil det forstås av fagfolk på området at hvilken som helst fremgangsmåte for å forbinde boreenheten 50 med resten av borestrengen (ikke vist) kan anvendes, så lenge rotasjonskrefter og aksiale belastninger kan overføres gjennom denne. Videre vil det forstås at uttrykket borestreng kan benyttes for å beskrive enhver innretning eller enhet som kan anvendes for å drive og rotere boreenheten 50. Særlig kan borestrengen omfatte slammotorer, bøyde elementer, roterbare, styrbare systemer, et borerør som roteres fra overflaten, kveilrør eller hvilke som helst andre boremekanismer som er kjent for fagfolk. Videre vil det forstås at borestrengen kan omfatte andre komponenter (f.eks. MWD/LWD-verktøy, stabilisatorer og vektrør osv.) som trengs for å utføre forskjellige oppgaver nede i hullet.

Skjærehodet 54 er vist med en skjærestruktur 58 som omfatter flere skjærere 60 av polykrystallinsk diamant og fluiddyser 62, Mens boreenheten 50 oppviser et skjærehode 54 med polykrystallinsk diamant, vil det forstås at enhver skjæreenhet som er kjent for fagfolk på området, omfattende, men ikke begrenset til rullekonusborkroner og borkroner med impregnert, naturlig diamant, kan anvendes. En boreenhet 50 roteres og drives inn i formasjonen, skjærerne 60 skraper og skaver i formasjonen, mens fluiddyser 62 kjøler, smører og spyler bort borekaks fra skjærestrukturen 58. Det rørformede hovedelementet 52 omfatter flere aksiale utsparinger 64 som armenhetene 66 befinner seg i. Armenhetene 66 er utformet til å rage fra en tilbakeført stilling (vist) til en utført stilling (fig. 11) når skjæreelementene 68 og stabilisatorklossene 70 på armenhetene skal bringes i kontakt med formasjonen.

Armenhetene 66 beveges fra den tilbakeførte stillingen til den utførte stillingen langs flere spor 72 i veggen med aksiale utsparinger 64. Tilsvarende spor (73 i fig.

14) langs den ytre profilen til armenhetene 66 griper inn i spor 72 og styrer armenhetene 66 når de beveges inn og ut av de aksiale utsparinger 64. Mens tre armenheter 66 er vist i figurene, vil det forstås at hvilket som helst antall armenheter 66 kan anvendes, fra en enkelt armenhet 66 til så mange armenheter 66 som dimensjonen og geometrien til hovedelementet 52 muliggjør. Dessuten, mens hver armenhet 66 er vist med både stabilisatorklosser 70 og skjæreelementer 68, vil det forstås at armenhetene 66 kan omfatte stabilisatorklosser 70, skjæreelementer 68 eller en kombinasjon av disse i hvilket som helst forhold som passer til den typen operasjon som skal utføres. Dessuten kan armenheten 66 omfatte forskjellige følere, måleinnretninger eller enhver annen type utstyr som fortrinnsvis kan føres bort fra og mot borehullet etter behov.

Under drift er skjærestrukturen 58 utformet og dimensjonert til å skjære en pilotboring, eller en boring som er stor nok til å muliggjøre at boreenheten 50 i tilbaketrukket tilstand (fig. 1) og øvrige komponenter i borestrengen kan passere gjennom. Under forhold der borehullet skal forlenges under en foringsrørstreng er geometrien og dimensjonene til skjærestrukturen 58 og hovedelementet 52 slik at hele boreenheten 50 kan passere foringsrørstrengen uten å kjøre seg fast. Når de har passert foringsrørstrengen eller når et borehull med større diameter er ønskelig, føres armenhetene 66 ut, og skjæreelementene 68 som er anordnet på disse (sammen med stabilisatorklosser 70) utvider pilotboringen til den endelige diameter.

Fortrinnsvis anvender boreenheten 50 hydraulisk energi for å føre armenhetene 66 fra og inn i de aksiale utsparinger 64 inne i hovedelementet 52. Borefluid er en nødvendig komponent for alle boreoperasjoner, og ledes ned i hullet fra overflaten ved høyt trykk gjennom en boring i borestrengen. Tilsvarende omfatter boreenheten 50 en gjennomgående boring 74, gjennom hvilken borefluider strømmer gjennom borestrengforbindelsen 56 og hovedelementet 52 og ut gjennom fluiddyser 62 på skjærehoder 54, for å smøre skjærerne 60. Som for andre boreanordninger returneres fluidet som kommer ut av boringen ved bunnen av borestrengen til overflaten langs et ringrom dannet mellom borehullet og den ytre profilen til borestrengen og eventuelle verktøy som er fastgjort til denne.

På grunn av strømningsinnsnevringer og forskjellige arealer mellom boringen og ringrommet i borestrengkomponentene er returtrykket i ringrommet betydelig lavere enn tilførselstrykket i boringen. Denne trykkforskjellen mellom boringen og ringrommet kalles trykkfallet gjennom borestrengen. For hver borestreng-utformning inntreffer det derfor et karakteristisk trykkfall som kan måles og overvåkes på overflaten. Dersom det inntreffer lekkasjer i borerørforbindelsen, endringer av borestrengstrømningsbanen eller tilstopninger i fluidbaner, vil en operatør som overvåker trykkfallet i borestrengen fra overflaten legge merke til en endring og kan om nødvendig gripe inn.

Tilsvarende vil boreenheten 50 fortrinnsvis oppvise karakteristiske trykkfallprofiler ved forskjellige trinn ved driften nede i hullet. Ved boring med armenhetene 66 i tilbakeført tilstand i de aksiale utsparinger 64 vil boreenhetene 50 oppvise en trykkfallprofil som tilsvarer denne tilbakeførte tilstand. Når operatøren ønsker å føre armenhetene 66 ut, økes trykket og/eller strømningsraten for borefluidene som strømmer gjennom boringen 74, for å overstige et forutbestemt aktiverings-nivå. Når aktiveringsnivået overstiges aktiverer en strømningsbryter en mekanisme som vil føre armenhetene 66 ut. Etter en slik aktivering avledes en del av borefluidene fra den gjennomgående boringen 74 i hovedelementet 52 til ringrommet gjennom flere dyser 76 som befinner seg nær de aksiale utsparinger 64. Når borefluider begynner å strømme gjennom dysene 76, endres det karakteristiske trykkfallet i boreenheten 50 til en mellomliggende profil, slik at operatøren på overflaten blir klar over at strømningsbryteren er aktivert og at hullutvidelsen har begynt. Når armenhetene 66 er ført helt ut, er boreenheten 50 fortrinnsvis slik konstruert at det skjer en tilleggsstrøm gjennom en indikasjonsdyse (77 i fig. 3), og at det observeres en annen trykkfallprofil som tilsvarer den utførte tilstanden. Når boreenheten 50 oppviser den ekspanderte, karakteristiske try kkfal I p rof i len, er operatøren som overvåker på overflaten klar over at armenhetene 66 er ført helt ut. Dessuten er det ønskelig at den mellomliggende try kkf al I prof i I en for borefluidene holdes konstant under hele utføringen av armenhetene, slik at overflateoperatøren observerer en trinnvis endring av try kkf al I prof i I en for boreenheten 50.

Når tilbakeføring av armenhetene 66 er ønskelig, minsker operatøren (eller stenger fullstendig for) trykket og/eller strømningsraten for borefluidene gjennom boringen 74 til et nivå under et forutbestemt tilbakestillingsnivå. Etter minskning til tilbakestillingsnivået fører innvendige kraftutøvende mekanismer armenhetene 66 tilbake og stenger strømmen mellom boringen 74 og dysene 76 og 77. Alternativt kan strømmen av borefluider gjennom boringen 74 avstenges fullstendig. Etter tilbakeføring stanses strømmen gjennom dysene 76, og operatøren kan igjen observere den karakteristiske trykkfallprofilen som er knyttet til den tilbakeførte tilstanden gjennom boreenhetene 50 og vite at armenhetene 6 er helt tilbakeført. Som for utføringsprosessen vil en mellomliggende trykkfallprofil bli observert mens armenhetene 66 er i ferd med å bli tilbakeført, men ikke er helt tilbakeført. Når operatører observerer det karakteristiske trykkfallet etter tilbakeføring, kan trykket og/eller strømningsraten for borefluidene gjennom boreenheten 50 økes opp til aktiveringsnivået uten at dette påvirker utføringen av armenhetene 66.

Tidligere strømningsbrytermekanismer, særlig de som benytter skjærelementer, har ikke evne til å returnere til opprinnelig tilstand etter aktivering. Innretninger (f.eks. ekspanderbare opprømmere, stabilisatorer og borkroner) som anvender slike mekanismer må returneres til overflaten for å konfigureres på nytt før de kan anvendes opp til aktiveringsnivåene uten uønsket aktivering av komponentene. Særlig når det gjelder skjærelementer må disse etter brudd skiftes ut, ettersom de kan reaktiveres selv med minimale trykkstrømninger som fører ut komponentene. Under omstendigheter der trykk utilsiktet øker over aktiveringsnivået må innretningen tas opp og ombygges før operasjoner kan fortsette under trykk uten utføring. Derimot muliggjør strømningsbrytere i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelsen at operatøren kan stenge for trykket og la innretningen tilbakestille seg selv, for derved å spare kostbar tid og utgifter for bore-kontraktøren. Etter tilbakestilling vil strømninger under høyt trykk ikke påvirke armenhetene 66 før aktiveringsnivået på nytt overstiges.

Med generell henvisning til fig. 1-10 skal en utførelse av en boreenhet 50 beskrives nærmere. I fig. 1A er vist en forstørret avbildning av den nedre enden av en boreenhet 50 som oppviser en strømningsbryter 80. Fig. 2 er en endeprojeksjon av den nedre enden av boreenheten 50 og indikerer snittene i fig. 1 og 1A ved linjen 1-1. Tilsvarende er fig. 3 et alternativt snitt av den nedre enden av boreenheten 50 etter linjen 3-3 i fig. 2. Fig. 4 er en forstørret avbildning av et parti av strømningsbryteren 80 i boreenheten, angitt med tallet 4 i fig. 1 og 1A. Fig. 5 er en forstørret avbildning av et parti av boreenheten angitt med tallet 5 i fig. 1 og 1A. Fig. 6 er et snitt gjennom boreenheten 50 etter linjen 6-6 i fig. 1 og 1A. Fig. 7 er et snitt gjennom boreenheten 50 etter linjen 7-7 i fig. 1 og 1 A. Fig. 8 er et snitt gjennom boreenheten 50 etter linjen 8-8 i fig. 1 og 1 A. Fig. 9 er et snitt gjennom boreenheten 50 etter linjen 9-9 i fig. 1 og 1A. Fig. 10 er et snitt gjennom boreenheten 50 etter linjen 10-10 i fig. 1 og 1A.

Med henvisning til fig. 1, 1 A, 3, 4, 6 og 8-10 omfatter strømningsbryteren 80 en strømningshylse 82, en dyse 84 og et stempel 86. Hylsen 82 befinner seg inne i en gjennomgående boring 74 i hovedelementet 52, omfatter en midtre boring 78 og er fastgjort ved sin bakre ende av en sperremutter 88 i kombinasjon med en fjærholder 90. En fjær 92 omgir hylsen 82 og rager fra fjærholderen 90 til en fjærhylse 94. Fjærhylsen 94 er ved sin ytre ende forbundet med en fjærdrivring 96 som befinner seg i omkretsretningen omkring hylsen 82. Fjærdrivringen 96 omfatter flere radiale, åklignende forlengelser 98 som er innført i armenhetene 66. Når armenhetene 66 beveges langs spor 72 i veggen til aksiale utsparinger 64, driver de radiale forlengelser 98 og fjærdrivringen 96 fjærhylsen 94 oppover mot fjærholderen 90, og komprimerer derved fjæren 92. Den åklignende konstruksjonen muliggjør at fjærdrivringen 96 kan befinne seg under og inne i armenhetene 66, for derved å opprettholde den aksiale lengden til boreenheten 50. Når armenhetene 66 er ført helt ut, hindrer en stoppering 99 for lang utføring. Når en kraft som driver armenhetene 66 til anlegg opphører, returnerer den komprimerte fjæren 92 sammen med fjærhylsen 94, drivringen 96 og de radiale forlengelser 98 armenhetene 66 til den tilbakeførte (viste) likevektstilstand.

Med særlig henvisning til fig. 1A, 3, 4, 8 og 9 omfatter strømningsbryteren 80 et strømningsrør 100 som er forskyvbart innført i den ytre enden av hylsen 82 og en bakre ende av en stempelstopper 102. Strømningsrøret 100 omfatter en dyse 84 ved den bakre enden og ligger mot en fjær 104 ved den fremre enden. Fjæren 104 forløper inne i stempelstopperen 102 fra strømningsrøret 100, til en fjærholder 106 som er forskyvbart innført i stempelstopperen 102 mellom en stilling (vist) for stabil tilstand og en stoppering 108. Vippearmer 110 som er svingelagret på stempelstopperen 102 kan dreie om hengseltapper 112. Vippearmene 110 hindrer at fjærholderen 106 forskyves inne i stempelstopperen 102 før stempelet 86 beveges fra den tilbakeførte tilstanden (vist) til den utførte tilstanden som et resultat av økninger i hydraulisk fluidtrykk. For å oppnå dette befinner de indre ender 113 av vippearmene 110 seg inne i åpninger 114 i fjærholderen 106, og de ytre ender 116 av vippearmene danner anlegg mot enden av stempelet 86, som vist i fig. 4. Når stempelet 86 er helt tilbakeført kan ikke vippearmene 110 svinge om tappene 112, slik at åpningene 114 i fjærholderen 106 ikke er i stand til å forskyve de indre ender 113 av vippearmene 110. Som et resultat av disse begrensninger er fjærholderen 106 ikke i stand til å forskyves inne i stempelstopperen 102 i retning mot stopperingen 108, og kompresjonsbelastningen i fjæren 104 opprettholdes.

Med henvisning til fig. 1,1 A, 3, 5, 7 og 13 skal det beskrives en utførelse av utføringsenheten 120. Utføringsenheten 120 omfatteren armdrivring 122, flere armdrivhylser 124 og flere dyser 76. Når stempelet 86 skyves oppstrøms, overføres bevegelsen og kraften som utøves mot stempelet 86 til armdrivringen 122. Armdrivringen 122 er anordnet omkring stempelet 86, som befinner seg omkring hylsen 22 og inne i hovedelementet 52. Når stempelet 86 skyver armdrivringen 122 oppstrøms mot borestrengforbindelsen 56, kommer armdrivhylsene 124 som omgir de radiale forlengelser 126 av drivringen 122 til anlegg mot de ytre ender av armenhetene 66. Når armenhetene 66 kommer i kontakt med drivhylsene 124, skyves de oppstrøms og føres radialt ut langs sporene 72 i de aksiale utsparinger 64. Når stempelet 86 og armdrivringen 122 skyver armenhetene 66 oppstrøms, komprimerer de radiale forlengelser 98 på fjærdrivringen 96 fjæren 92 som omgir hylsen 82. Når skyvekraften opphører fra stempelet 86 og armenhetene 66 vil fjærdrivringen 96 påvirkes av kompresjonskraften i fjæren 92 og føre armenhetene 66 tilbake.

Med henvisning til fig. 1, 1A og 3-5 skal virkemåten til boreenheten 50 beskrives. I den tilbakeførte stillingen (vist) strømmer borefluider gjennom boreenheten 50 fra borestrengen, gjennom boringen 74 og boringen 78 i hylsen 82. En tetning 128 som befinner seg mellom fjærholderen 90 og hovedelementet 52 hindrer at fluider kan passere utenfor boringen 78 i hylsen 82 og slippe ut gjennom de aksiale utsparinger 64. Etter strømning gjennom boringen 78 kommer borefluidene til dysen 84, der de akselereres og fortsetter å strømme gjennom de respektive boringer 130, 132, 134 og 136 i strømningsrøret 100, stempelstopperen 102, fjærholderen 106 og stopperingen 108. Etter utstrømning fra boringen 136 i stopperingen 108 strømmer borefluidene til et felles rom 138 inne i skjærehodet 54, der de kommuniserer med og strømmer gjennom dysene 62 nær skjærestrukturen 58.

På grunn av forskjellige tettemekanismer kan ikke borefluidet passere utenfor fellesrommet 138 og dysene 62 når boreenheten 50 er i tilbakeført stilling. Særlig hindrer en tetning i sporet 140 mellom hylsen 82 og stempelstopperen 102 at fluid kan slippe inn i kammeret 142 for tidlig. Når kammeret 142 er i kommunikasjon med ringrommet gjennom dysene 76, armdrivringen 122 og flere åpninger 144, hindrer tetningen i sporet 140 tap av borefluidtrykk når boreenheten 50 er tilbakeført. Deretter danner et fortykket parti 146 av stempelstopperen 102 en tetning mot innsiden av stempelet 86, slik at et kammer 148 dannet mellom stempelet 86 og stempelstopperen 102 ikke kan kommunisere med kammeret 142. Dessuten isolerer en hydraulisk tetning i sporet 147 det felles rommet 138 inne i skjærehodet 54 fra et kammer 149 i kommunikasjon med kammeret 148. Dessuten hindrer tettespor 152 og 153 som inneholder avstrykere og tetninger (ikke vist) at borefluid kan unnslippe mellom stempelet 86 og hovedelementet 52.

Dessuten er skjærehodet 54 vist fastgjort til hovedelementet 52 ved hjelp av en rotasjons-gjengeforbindelse 150 omtrent mellom kamrene 148 og 149. Fordi slike rotasjonsforbindelser generelt er fluidtette, slipper hovedsakelig ikke noe borefluid ut av boreenheten 50, bortsett fra gjennom dysene 62 i tilbakeført tilstand. Mens en løsbar rotasjons-gjengeforbindelse 150 er vist, vil det forstås at det også kan anvendes et integrert formet skjærehode 54 (f.eks. sveiset, maskineri osv.). Imidlertid har rotasjons-gjengeskjærehodet 54 den fordelen at det er løsbart dersom det trengs utskifting av skjærehodet 54. Videre, på grunn av at det benyttes en forbindelse med minsket høyde mellom skjærehodet 54 og resten av boreenheten 50, er skjærehodet 54 hovedsakelig enhetlig med ekspanderbare skjærere 68 og stabilisatorer 70, slik at en aksial lengde mellom disse er minsket. En minsket aksial lengde (f.eks. mellom 1-5 ganger skjærediameteren til skjærehodet 54) mellom den bakre kanten av skjærehodet 54 og den fremre kanten av tilbakeførte armenheter 66 kan være nyttig for å minske sidebelast-ningene mot skjærerne 68 under drift. Med skjærestrukturer på skjæreelementet 54 tilnærmet som og anordnet på det samme verktøyet som ekspanderbare skjærere 68 muliggjøres at skjæregeometrien 58 på skjærehodet 54 kan optimaliseres (om ønskelig) til å tilsvare arrangementet av skjæreelementer 68 på armenhetene 66, for å maksimere skjæreeffektiviteten og holdbarheten, mens vibrasjoner i boreenheten 50 minskes.

Med henvisning til fig. 11, 12, 15 og 16 er boreenheten 50 vist i helt utført tilstand. Når boreoperatøren ønsker å føre armenheten 66 ut, økes trykket i borefluider som strømmer gjennom borestrengen til et punkt over en forhåndsvalgt aktiveringsverdi. Geometrien til dysen 84 inne i strømningsrøret 100 og fjærkonstanten for fjæren 104 inne i stempelstopperen 102 er fortrinnsvis valgt for å muliggjøre forskyvning av strømningsrøret 100 inne i stempelstopperen 102 ved den valgte aktiveringsverdi. Når denne er oppnådd, danner fluid som strømmer gjennom dysen 84 ved aktiveringstrykket en resulterende kraft som er stor nok til å forskyve strømningsrøret 100 inne i hylsen 82 og stempelstopperen 102 mot fjæren 104. Skjulte åpninger 160 inne i den ytre enden av hylsen 82, i kommunikasjon med kammeret 142, blir blottlagt når strømningsrøret 100 forskyves nedstrøms. Når åpningene 160 er blottlagt, kommuniserer borefluider inne i boringen 78 i hylsen 82 med dysen 76 gjennom åpningene 144 og kammeret 142. På dette punkt endres det karakteristiske trykkfallet i boreenheten 50 til en mellomliggende profil, som kan detekteres av en operatør på overflaten. Når den mellomliggende profilen observeres, vet operatøren at aktiveringen av boreenheten 50 har begynt, og når åpningene 160 er blottlagt kan fluid unnslippe fra boringen 78 til ringrommet gjennom dysene 76.

For å føre armenhetene 66 i boreenheten 50 helt ut kan trykket i borefluidene opprettholdes eller økes slik at trykket gjennom stempelet 86 mellom tetningene 152 og 153 er nok til å danne tilstrekkelig resulterende kraft i stempelet til å overvinne kraften i fjæren 92. Når stempelet 86 skyves oppstrøms av fluidtrykket i kammeret 142 som virker gjennom tetningene 152 og 153, trekkes den ytre enden av stempelet 86 bort fra de ytre ender 116 på vippearmene 110. Når stempelet 86 ikke lenger sperrer de ytre ender 113, dreier vippearmene 110 om tapper 112 og muliggjør derfor at fjærholderen 106 kan forskyves inne i stempelstopperen 102 inntil den kommer i kontakt med stopperingen 108. Når fjærholderen 106 er forskjøvet inn i stopperingen 108, minskes kompresjonskraften i fjæren 104, og hindrer derfor at strømningsrøret 100 oscillerer frem og tilbake inne i stempelstopperen 102. Når armenhetene 66 er drevet oppstrøms av stempelet 86 sammen med drivringen 122, samvirker sporene 72 i veggen til de aksiale utsparinger 64 med tilsvarende spor 73, for radialt å ekspandere armenhetene 66 inntil stopperingen 99 treffes, som vist i fig. 11.

Med særlig henvisning til fig. 11 er boreenheten 50 vist i helt ekspandert tilstand. Som det kan sees av fig. 11, med armene helt utført, går den ytre enden av stempelet 86 fullstendig klar av partiet 146 på stempelstopperen 102. I denne stillingen er kamrene 142, 148 og 149 alle i fluidkommunikasjon med hverandre, slik at borefluidene under trykk fra boringen 78 kan kommunisere med dem gjennom åpningene 160. Med armenhetene 66 helt utført aktiveres derfor en indikeringsdyse 77 (synlig i fig. 3) som er i kommunikasjon med kammeret 149, slik at borefluider som strømmer gjennom boringen 78 kan unnslippe gjennom denne. Når den er fullt aktivert vil derfor boreenheten 50 oppvise et annet karakteristisk trykkfall, tilknyttet helt ekspandert tilstand. En operatør på overflaten vil kunne observere endringen av trykkfallprofilen, og vil vite at boreenheten 50 er klar til å drives i den utvidete tilstanden.

Det skal særlig påpekes at når fjærholderen 106 er drevet inn i stopperingen 108, er graden av trykk som kreves for å opprettholde strømningsbryteren 80 i helt åpen stilling minsket, ettersom den kraften som kreves for å overvinne fjæren 104 er minsket. Ved full utføring er likeledes graden av trykk som kreves for å holde strømningsrøret 100 komprimert mot fjæren 104 for å blottlegge åpningene 160 minsket, men som en generell regel opprettholdes vanligvis de høye trykkene. Trykket i borefluidene som trengs for å holde armenhetene 66 utført trenger bare å være tilstrekkelig til å overvinne kraften i den komprimerte fjæren 92.

Når tilbakeføring av armenhetene 66 er ønskelig, minskes trykket i borefluidene til et tilbakestillingsnivå (eller full avstengning), slik at fjæren 92 trekker armenhetene 66 tilbake gjennom fjærdrivringen 96. Tilbaketrekningen av armenhetene 66 driver stempelet 86 nedstrøms slik at det på nytt kommer til anlegg mot det fortykkede partiet 146 av stempelstopperen 102 og de ytre ender 116 av vippearmene 110. Fjærholderen 106 drives tilbake til sin opprinnelige stilling, og fjæren 104 reaktiveres for å drive strømningsrøret 100 oppstrøms for å dekke åpningene 160.

Når armenhetene 66 er tilbakeført stenges strømmen til dysene 76 og 77. Etter tilbakeføringen vil operatøren som overvåker trykkfallet ved overflaten være klar over den fullstendige tilbakeføringen av boreenheten 50 når den oppviser det karakteristiske trykkfallet som er knyttet til den tilbakeførte profilen. Dersom avfall eller andre stoffer har tilstoppet de aksiale utsparinger 64 og hindrer fullstendig tilbakeføring av armenhetene 66, vil overflateoperatøren bli varslet når tilbaketrekkings-trykkfallprofilen ikke observeres. I et slikt tilfelle kan overflate-operatøren forsøke å la boreenheten 50 gjennomgå en syklus i et forsøk på å fjerne hindringene. Etter tilbakestillingen kan boreenheten på nytt utvides på samme måten som beskrevet ovenfor.

Med henvisning til fig. 17 og 18 er det vist et alternativt arrangement for en armenhet 180. Den alternative armenheten 190 omfatter en arm 182 som har et skjæreparti 184 og et stabilisatorparti 186. Armen 182 beveges fra en tilbaketrukket stilling (fig. 17) til en utført stilling (fig. 18) langs flere spor 188 i en vegg i en aksial utsparing 190 i en boreenhet. Under noen omstendigheter er det ønskelig at skjærepartiet 184 på en armenhet 180 kommer i kontakt med borehullet før stabilisatorpartiet 186. Det har særlig blitt observert at det er visse problemer ved å starte skjæring når stabilisatorpartiet 186 og skjærepartiet 184 danner anlegg mot formasjonen samtidig. Fortrinnsvis muliggjør derfor armenheten 180 at skjærepartiet 184 danner kontakt mot formasjonen først ved å anvende en radial utførelse av sporene 188. Nærmere bestemt er sporene 188 konstruert som konsentriske seksjoner av sirkler som har et felles senter 192 og en maksimal radius 194. Når den er tilbakeført i utsparingen 190 er armen 182 slik plassert at skjærepartiet 184 er ført litt lenger ut enn stabilisatorpatriet 186. Etter utføring er imidlertid både skjærepartiet 184 og stabilisatorpartiet 186 på armen 182 i den samme radiale høyden.

Med henvisning til fig. 19 og 20 er det vist et andre alternativt arrangement for en armenhet 200. Den alternative armenheten 200 omfatter to separate armer, en skjærearm 202 og en stabilisatorarm 204, som begge kan føres radialt ut langs hvert sitt sett av lineære spor 206 og 208. Som det vil forstås utføres utføringen av skjærearmen 202 foran stabilisatorarmen 204 ved at sporene 206 for stabilisatorarmen har større helning enn sporene 208 for skjærearmen. Dessuten er stabilisatorarmen 204 montert i armlommen, slik at den opprinnelig er innenfor skjærearmen 202. Etter utføring er imidlertid skjærearmen 202 og stabilisatorarmen 204 på den samme radiale høyden. Derfor vil skjærearmen 202 komme i kontakt med formasjonen før stabilisatorarmen 204.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelsen beskrevet ovenfor medfører mange fordeler i forhold til den kjente teknikk. Særlig omfatter boreenheten som er beskrevet her en borkrone, en hullutvider og en stabilisator som ligger aksialt nær hverandre. Med en regulerbar stabilisator nær en hullutvider (f.eks. i en aksial avstand innen 1-5 ganger diameteren til pilotborkronen) hindres fordelaktig at hullutvideren opptar store sidebelastninger og tar rollen som et dreiepunkt i en brønnboring som retningsbores. Med en regulerbar stabilisator nær skjærestrukturen til en hullutvider hindres for tidlig slitasje og skade på skjærestrukturen som et resultat av slik sidebelastning. Med pilotborkronen i nærheten av hullutviderseksjonen minskes videre dreiepunkteffekten, for derved å maksimere brukstiden til skjærestrukturene både på pilotborkronen og hullutvideren. Ved å integrere pilotborkronen med hullutvidermekanismen minskes den aksiale lengden mellom disse.

Videre muliggjør det eventuelle bøyelementet som befinner seg oppstrøms for stabilisator/hullutvidermekanismen større vinkelrater ved retningsboreanvendelser. Bruken av et slikt bøyeelement er beskrevet i US patentsøknad (fullmektigens referanse nr. 05516.265001) med tittelen "Flexible Directional Drilling Apparatus and Method", innlevert 18. januar 2006 av oppfinnerne Lance Underwood og Charles Dewey, og som inntas her i sin helhet med referanse.

Avhengig av geometrien og typen av utstyr oppstrøms for bøyeelementet, kan kombinasjonen av pilotborkronen, hullutvideren og stabilisatoren behandles sammen som et dreiepunkt i et retningsboresystem, i stedet for hver komponent som et enkelt element i en fleksibel streng. Andre ekspanderbare stabilisatorer, omfattende den typen som er beskrevet i US 6 732 817, kan befinne seg oppstrøms for boreenheten for å danne en ønsket vinkel i banen til boreenheten.

Videre har boreenheten beskrevet her den nevnte fordelen med tydelige endringer av trykkfallprofil for å indikere ekspansjonsstatusen til armenhetene. Ved bruk av boreenheten som er beskrevet vil særlig boreren kunne vite, med en viss grad av nøyaktighet, akkurat når armene er tilbakeført, når de er helt utført og når de er i en mellomstilling mellom tilbakeført og utført. Operatøren trenger ikke lenger å gjette eller estimere hvilken tilstand hullutvideren eller stabilisatoren er i.

Endelig, som nevnt ovenfor, anvender boreenheten beskrevet her en aktiveringsmekanisme som ikke bare indikerer statusen ved aktivering, men som også kan tilbakestilles fullstendig til sin preaktiveringstilstand. Som angitt ovenfor kan nærmere bestemt tidligere aktiveringsmekanismer ikke deaktiveres etter at de er aktivert, og minsker derved fleksibiliteten for innretninger på hullbunnen etter aktivering. Derimot, ved bruk av aktiveringsmekanismen som er beskrevet her, kan verktøy nede i hullet bringes tilbake til opprinnelig tilstand når aktiverings-tilstanden ikke lenger trengs. Etter boring av et utvidet hull i en bestemt lengde, dersom et ikke-utvidet borehull er ønskelig, kan boreenheten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen bore et slikt borehull uten behov for retur til overflaten for tilbakestilling. Mens en hydraulisk aktiveringsmekanisme og fordelene med denne er beskrevet detaljert, vil det forstås av fagfolk på området at en slik mekanisme ikke er en nødvendig komponent i boresystemet som er beskrevet. Under visse omstendigheter kan alternativt en forenklet aktiveringsmekanisme med skjærelement benyttes.

Claims

1. Ekspanderbar boreanordning (50) anbragt på en nedre ende av en borestreng og utformet til å bore en formasjon, karakterisert vedat den ekspanderbare boreanordningen (50) omfatter: et skjærehode (54) for å bore i formasjonen, et hovedsakelig rørformet hovedelement (52) nær skjærehodet (54), idet hovedelementet (52) danner i det minste en aksial utsparing (64) utformet til anbringelse av en armenhet (66), idet armenheten (66) er utformet til å beveges mellom en tilbakeført stilling og en utført stilling, en strømningsbryter (80) integrert inne i hovedelementet (52) for å aktivere armenheten (66) mellom den tilbakeførte og utførte stillingen, idet armenheten (66) er utformet til å føres ut når et borefluidtrykk overstiger en aktiveringsverdi, og et kraftutøvende element utformet til å tilbakestille armenheten (66) til den tilbakeførte stillingen når borefluidtrykket faller under en tilbakestillingsverdi.

2. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) beveges langs flere spor (72) dannet i vegger i det minste i én aksial utsparing (64).

3. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 2, idet sporene (72) dannet i veggene av den i det minste ene aksiale utsparingen (64) er lineære spor.

4. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet et første armsegment av armenheten (66) omfatter hullutvider-skjæreelementer (68) og et andre armsegment av armenheten (66) omfatter en stabiliseringskloss (70).

5. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 2, idet sporene (72) dannet i veggene til den i det minste ene aksiale utsparingen (74) er konsentriske spor.

6. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) beveges langs flere spor (72, 73) dannet på sidene av armenheten (66).

7. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) omfatter skjæreelementer (68) utformet til å utvide en pilotboring.

8. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 7, idet armenheten (66) omfatter stabilisatorklosser (70).

9. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) omfatter i det minste en valgt fra stabilisatorklosser (70) eller måleinnretninger.

10. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) er utformet til å holde seg i den tilbakeførte stillingen etter tilbakestilling av armenheten (66) inntil borefluidtrykket på nytt overstiger aktiveringsverdien.

11. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet armenheten (66) er plassert aksialt bak skjærehodet (54) i en avstand mellom én til fem ganger diameteren til pilotboringen.

12. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, omfattende en første trykkfallprofil når armenheten (66) er i en tilbakeført stilling, og som kan skjelnes fra en andre trykkfallprofil når armenheten (66) er i den utførte stillingen.

13. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 12, omfattende en mellomliggende trykkfallprofil når armenheten (66) er mellom den tilbakeførte og den utførte stillingen.

14. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, omfattende et bøyeelement beliggende mellom hovedelementet (52) og borestrengen.

15. Ekspanderbar boreanordning (50) ifølge krav 1, idet borestrengen omfatter en ekspanderbar stabilisator oppstrøms for boreanordningen (50).

16. Fremgangsmåte for boring av et borehull, karakterisert vedat den omfatter anordning av en boreenhet (50) som har ekspanderbare armenheter (66) nær et skjærehode (54) på en nedre ende av en borestreng, boring av en pilotboring med skjærehodet (54) med de ekspanderbare armenheter (66) i en tilbakeført stilling, økning av trykket i borefluider og aktivering av en strømningsbryter (80) integrert inne i et hovedelement (52) av boreenheten (50) for å ekspandere de ekspanderbare armenheter (66), utvidelse av pilotboringen med skjæreelementer (68) på de ekspanderbare armenheter (66), stabilisering av boreenheten med stabilisatorklosser (70) på de ekspanderbare armenheter (66).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, omfattende minskning av trykket i borefluider inne i boreenheten (50) for å tilbakeføre de ekspanderbare armenheter (66), boring av tilleggslengder av pilotboringen med de ekspanderbare armenheter (66) i tilbakeført stilling.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, omfattende et bøyelig forbindelseselement mellom de ekspanderbare armenheter (66) og borestrengen.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, omfattende bruk av skjærehodet (54) og de ekspanderbare armenheter (66) i et enkelt dreiepunkt ved en retningsboreoperasjon.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 16, omfattende anbringelse av en ekspanderbar stabilisator i borestrengen oppstrøms for boreenheten (50).