NO338920B1 - Borings- og hullutvidelsesinnretning, samt fremgangsmåte ved boring av et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt boreanordninger og -fremgangsmåter. Nærmere bestemt gjelder foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter og anordninger for å bore og underrømme underjordiske borehull. Enda mer spesielt gjelder foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter og anordninger for å bore og underrømme et borehull i undergrunnen med selektivt tilbaketrekbare og utvidbare armenheter.

Under boring av olje- og gassbrønner blir typisk konsentriske foringsrørstrenger installert og sementert i borehullet ettersom boringen går fremover til økte dybder. Hver ny forings-rørstreng understøttes inne i den tidligere installerte foringsrørstreng for derved å begrense det ringformede rom som er tilgjengelig for sementeringsoperasjonen. Ettersom foringsrørstrenger med stadig mindre diameter henges opp, reduseres strømnings-arealet for produksjon av olje og gass. For å øke det ringformede rom for sementeringsoperasjonen og for å øke produksjonsstrømarealet er det derfor ofte ønskelig og forstørre borehullet nedenunder avslutningen av det tidligere forede borehull. Ved å utvide borehullet frembringes det et større ringformet areal for påfølgende installering og sementering av en større foringsrørstreng enn hva som ellers ville vært mulig. Ved å utvide borehullet nedenunder det tidligere forede borehull kan følgelig bunnen av formasjonen nås med en foring som har en forholdsvis større diameter, for derved å fremskaffe et større strømningsareal for produksjonen av olje og gass.

Det er blitt funnet på forskjellige metoder for å føre en boreenhet gjennom et foret borehull eller for å forstørre borehullet i samband med en utvidbar foring. En sådan metode innebærer bruk av en underrømmer som i hovedsak har to operative tilstander, nemlig en lukket eller sammenfalt tilstand hvor verktøyets diameter er tilstrekkelig liten til å la det passere gjennom det eksisterende forede borehull, og en åpen eller delvis ekspandert tilstand hvor en eller flere armer med skjær på sine ender strekker seg fra verktøylegemet. I denne sistnevnte stilling gjør underrømmeren borehullsdiameteren større ettersom verktøyet roteres og senkes i borehullet.

En underrømmer av "boretype" er en som typisk brukes i samband med en konvensjonell borkrone for forboring av et hull, som er plassert nedenunder (dvs. nedstrøms for) under-rømmeren. Denne "pilotkrone" borer typisk et borehull med redusert mål mens under-rømmeren som er plassert bak pilotkronen samtidig forstørrer det forborede hull til fullt mål. Tidligere hadde underrømmere av denne type hengslede armer med påmonterte rullemeiselskjær. Typiske tidligere underrømmere hadde utsvingbare skjærearmer som vippet ved en ende motsatt skjærearmenes skjæreender og hvor skjærearmene ble aktivert ved hjelp av mekaniske eller hydrauliske krefter som virket på armene for å utvide dem og trekke dem tilbake. Representative eksempler på disse typer underrømmere finnes i US-patent nr. 3 224 507, 3 425 500 og 4 055 226, som alle er tatt med her som referanse. I noen tidligere konstruksjoner kunne vippearmene briste og løsne fra underrømmeren under en boreoperasjon og derved nødvendiggjøre kostbare og tidkrevende "fiskeoperasjoner" for å gjenvinne dem fra borehullet før boringen kunne fortsette. Følgelig behøver tidligere kjente underrømmere ikke være i stand til å under-rømme hårde bergformasjoner og de kan ha uakseptable sakte gjennomtrengningsrater eller deres konstruerte geometrier behøver ikke være i stand til å håndtere høye fluid-strømningsrater. Tomme lommeuttagninger er også tilbøyelige til å fylles med avfall ettersom skjærene forlenges for derved å hindre den ønskede sammenlukking av armene ved slutten av en operasjon. Dersom armene ikke klapper fullstendig sammen kan borestrengen henge seg opp når det forsøkes å trekke den ut av borehullet.

Fra US 2004/0206549 fremgår det en et nedihullsverktøy som fungerer som en underrømmer eller en stabilisator i et underrømmet borehull. Verktøyet omfatter én eller flere bevegelige armer som plassert inne i et legeme med en gjennomgående strømningsboring i fluidkommunikasjon med brønnboringens ringrom.

Fra US 2004/0222022 fremgår det et ekspanderbart nedihullsverktøy omfattende et rørformet legeme, minst én bevegelig arm plassert inne i det rørformede legemet, og som er radialt flyttbar mellom en tilbaketrukket stilling og en brønnboringsinngripende stilling. Minst ett stempel kan mekanisk understøtte den minst ene bevegelige armen i den brønnboringsinngripende stillingen når det påføres en motstående kraft.

Videre har konvensjonelle underrømmere skjærstrukturer som typisk er dannet av seksjoner av borkroner heller enn å være spesielt konstruert for den underrømmende funk-sjon. Som et resultat utfører skjærstrukturen på de fleste underrømmene ikke pålitelig underrømming av et borehull til det ønskede diametermål. Dessuten fordrer justering av den ekspanderte diameter av en konvensjonell underømmer at skjærearmene byttes med større eller mindre armer eller at andre komponenter av underrømmerverktøyet byttes. Det kan til og med være nødvendig å bytte hele underrømmeren med en som gir en annen utvidet diameter.

Mange underrømmere er dessuten konstruert for å ekspandere når borefluid pumpes gjennom borestrengen ved forhøyede trykk uten noen indikasjon på at verktøyet befinner seg i sin fullstendig ekspanderte stilling. Videre utvides mange ekspanderbare nedihulls-verktøy fra en sammentrukket tilstand til en utvidet tilstand ved at et bruddelement inne i verktøyet brytes. Så snart bruddelementet er brutt vil følgelig trykksatt fluid som strømmer gjennom verktøyet forspenne skjærearmene mot ekspansjon. En retur tilbake til den "originale" operasjonstilstand hvor skjærearmene forblir tilbaketrukket ved trykk under bruddtrykket, er som sådan ikke lenger mulig. Det vil derfor være fordelaktig for en boreoperatør å ha muligheten av å styre ikke bare når underrømmeren ekspanderer og trekker seg tilbake, men også ha muligheten av å kjenne til statusen for sådan ekspansjon.

En annen fremgangsmåte ved forstørring av borehull nedenunder en tidligere foret borehullsseksjon innebærer bruk av en vinget rømmer bakenfor en konvensjonell borkrone. I en sådan enhet er en konvensjonell pilotborkrone anordnet ved den fjerne ende av boreenheten, mens den vingede rømmer er anordnet i en viss avstand bak borkronen. Den vingede rømmer har generelt et rørformet legeme med en eller flere "vinger" eller blader med utstrekning i lengderetningen og som rager radialt utover fra det rørformede legemet. Så snart den vingede rømmer passerer gjennom et eller annet foret parti av brønnhullet, roterer pilotborkronen om midtlinjen for boreaksen for å bore et nedre borehull midt i den ønskede fremdriftsbane for brønnveien samtidig som den eksentriske, vingede rømmer følger etter pilotborkronen og går i inngrep med formasjonen for å forstørre pilotborehullet til den ønskede diameter.

Nok en annen fremgangsmåte ved forstørrelse av et borehull nedenunder en tidligere foret borehullsseksjon innebærer at det brukes en bisentrert borkrone som er en borestruktur i ett stykke som gir en kombinert underrømmer- og pilotborkrone. Pilotborkronen anordnes på den aller nederste ende av boreenheten, mens den eksentriske underrømmerborkrone anordnes noe ovenfor pilotborkronen. Så snart den bisentrerte borkrone passerer gjennom et foret parti i borehullet roterer pilotborkronen om midtlinjen for boreaksen og borer et pilotborehull midt i den ønskede fremdriftsbane for brønnveien, mens den eksentriske underrømmerborkrone følger etter pilotborkronen og går i inngrep med formasjonen for å utvide pilotborehullet til det ønskede endelige mål. Diameteren av pilotborkronen er gjort så stort som mulig av hensyn til stabiliteten, samtidig som den er i stand til å passere gjennom et foret borehull. Eksempler på bisentrerte borkroner kan finnes i US-patent nr. 6 039 131 og 6 269 893, som begge tas med her som referanse.

Som beskrevet ovenfor har både vingede rømmere og bisentrerte borkroner eksentriske underrømmerpartier. På grunn av denne konstruksjon fordres det boring utenfor midten for å bore ut sement og flyteutstyr, for å sikre at de eksentriske underrømmerpartier ikke skader foringen. Følgelig er det ønskelig å fremskaffe en underrømmer som faller sammen mens boreenheten er i foringen og som utvides for å underrømme det tidligere borehull til den ønskede diameter nedenfor foringen.

På grunn av problemer med retningsbestemte tilbøyeligheter har disse eksentriske under-rømmerpartier videre vanskeligheter med på pålitelig måte å underrømme borehullet til det ønskede diametermål. Med hensyn til en bisentrert borkrone er den eksentriske underrømmerborkrone tilbøyelig til å få pilotborkronen til å kaste på seg og uønsket avvike fra midten og derved skyve pilotborkronen bort fra den foretrukne fremdriftsbane for borehullet. Et lignende problem oppleves med vingede rømmere som bare er i stand til å underrømme et borehull til det ønskede mål dersom pilotborkronen forblir midtstilt i borehullet under boring. Følgelig er det ønskelig å fremskaffe en underrømmer som forblir konsentrisk plassert inne i borehullet samtidig som den underrømmer det tidligere borede borehull til det ønskede diametermål.

Videre er det vanlig å anvende et verktøy kjent som en "stabilisator" under boreoperasjoner. I vanlige borehull plasseres tradisjonelle stabilisatorer i boreenheten bakenfor borkronen for å styre og opprettholde borkronens fremdriftsbane ettersom boringen går fremover. Tradisjonelle stabilisatorer styrer boringen i en ønsket retning enten retningen er langs et rett borehull eller et avvikende borehull.

I en konvensjonell rotasjonsboreenhet kan en borkrone være montert på den nedre stabilisator som befinner seg omtrent 1,5 m eller mer (5 eller flere fot) over borkronen. Den nedre stabilisator er typisk en stabilisator med faste blader og som har en mengde konsentriske blader som strekker seg radialt utover og i avstand fra hverandre i asimut-retningen omkring omkretsen av stabilisatorhuset. De ytre kanter av bladene er tilpasset for kontakt med veggen i det eksisterende forede borehull for derved å bestemme den største stabilisatordiameter som vil passere gjennom foringen. En mengde borevektrør strekker seg mellom den nedre og andre stabilisator i boreutstyret. En øvre stabilisator er typisk plassert i borestrengen omtrent 9 -18 m (30 - 60 fot) over den nedre stabilisator. Det kan også finnes ytterligere stabilisatorer ovenfor den øvre stabilisator. Den øvre stabilisator kan enten være en stabilisator med faste blader eller mer nylig, en stabilisator med justerbare blader som er i stand til å la sine blader klappe sammen inn i huset ettersom boreutstyret passerer gjennom en foring med trangt mål, for deretter å utvides i borehullet nedenfor. En type justerbare, konsentriske stabilisatorer produseres av Andergauge U.S.A. Inc., Spring, Texas, USA og er beskrevet i US-patent nr. 4 848 490. En annen type justerbar, konsentrisk stabilisator produseres av Halliburton, Houston, Texas, U.S.A. og er beskrevet i US-patent nr. 5 318 137, 5 318 138 og 5 332 048.

Dersom bare den nedre stabilisator er anordnet kan det under drift oppstå en "dreiepunkt-virkning" fordi tyngdekraften forskyver den nedre stabilisator slik at den virker som et omdreiningspunkt eller vippepunkt for bunnhullsenheten. I anvendelser med roterende slammotorer som er styrbare og har positiv fortrengning kan alternativt dreiepunktvirkningen også stamme fra bøyebelastningen som overføres over den nedre stabilisator fra en retningsbestemmende mekanisme. Ettersom boringen går fremover i f.eks. et avveket borehull tvinger nemlig vekten av borevektrørene bak den nedre stabilisator stabilisatoren til å skyve mot den nedre side av borehullet og derved skape et dreie- eller vippepunkt for borkronen. Følgelig er borkronen tilbøyelig til å bli løftet oppover med en fremdriftsbane som er kjent som "byggevinkel". Det er derfor anordnet en andre stabilisator for å motvirke dreiepunktvirkningen. Ettersom borkronen bygger seg oppover på grunn av dreiepunktretningen skapt av den nedre stabilisator går den øvre stabilisator i inngrep med den nedre side av borehullet, for derved å få borkronens lengdeakse til å vippe nedover slik at den mister vinkel. En radial endring av bladene på den øvre stabilisator er i stand til å styre vippingen av borkronen på den nedre stabilisator og derved frembringe et todimensjonalt, tyngdekraftbasert, styrbart system for å regulere oppbyggings- eller fallvinkelen for det borede borehull ettersom det ønskes.

I henhold til et aspekt av foreliggende oppfinnelse har en ekspanderbar boreanordning et hovedlegeme med en sentral utboring og i det minste en aksial uttagning for å motta en armenhet som kan drives mellom en tilbaketrukket stilling og en ekspandert stilling. Den ekspanderbare boreanordning har også et forspenningselement for å tvige armenheten til den tilbaketrukne stilling og et drivstempel konfigurert for å skyve armenheten til den ekspanderte stilling når det står i kommunikasjon med borefluidet i den midtre utboring. Videre har den ekspanderbare boreanordning et velgerstempel som kan forflyttes mellom en åpen stilling og en lukket stilling, idet velgerstempelet skyves til den åpne stilling når trykket av borefluider overskrider en aktiveringsverdi, idet borefluidet står i kommunikasjon med drivstempelet når velgerstempelet er i den åpne stilling. Videre har den ekspanderbare boreanordning en velgerfjær konfigurert til å skyve velgerstempelet til den lukkede stilling når trykket av borefluidene faller under en tilbakestillingsverdi.

I henhold til et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse har en ekspanderbar boreanordning som er koblet til en borestreng, et skjærehode anordnet på et hovedlegeme, idet hovedlegemet har en mengde aksiale uttagninger inntil skjærehodet. Videre har den ekspanderbare boreanordning en mengde armenheter som holdes inne i de aksiale uttagninger, idet armenhetene er konfigurert til å forflyttes fra en tilbaketrukket stilling til en utvidet stilling langs en mengde spor utformet i veggene i de aksiale uttagninger, et drivstempel konfigurert til å skyve armenhetene til den utvidede stilling når det er i kommunikasjon med fluider som strømmer gjennom borestrengen, og et velgerstempel konfigurert til å la fluider flyte gjennom borestrengen for å kommunisere med drivstempelet når et aktiverende trykk overskrides.

I henhold til et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse innebærer en fremgangsmåte ved boring av et borehull at det anordnes en boreenhet som har ekspanderbare armenheter inntil et skjærehode på den fjerne ende av en borestreng, et pilotborehull bores med skjærehodet, pilotborehullet underrømmes med skjæreelementene på de ekspanderbare armenheter og boreenheten stabiliseres med stabilisatorputer på de ekspanderbare armenheter.

Det er vedføyd tegninger, på hvilke:

Fig. 1 viser et snitt gjennom en boreenhet i tilbaketrukket stilling i henhold til en utførelse av

foreliggende oppfinnelse,

fig. 1 Aer en forstørret skisse av et parti av boreenheten vist i fig. 1,

fig. 2er en skisse som viser enden av boreenheten vist i fig. 1,

fig. 3er en skisse av et snitt gjennom et alternativ til et parti av boreenheten vist i fig. 1,

fig. 4er en forstørret detaljskisse av det nedre parti av en strømningssvitsj i boreenheten

vist i fig. 2,

fig. 5 er en forstørrelse av en detalj av en ekspansjonsenhet i boreenheten vist i fig. 1,

fig. 6er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 1 langs linjen 6-6,

fig. 7er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 1 langs linjen 7-7,

fig. 8er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 1 langs linjen 8-8,

fig. 9er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 1 langs linjen 9-9,

fig. 10er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 1 langs linjen 10-10,

fig. 11 er en skisse av et snitt gjennom boreenheten vist i fig. 1 i den fullstendig ekspanderte stilling,

fig. 12er en isometrisk skisse av boreenheten vist i fig. 1 i den fullstendig ekspanderte

stilling,

fig. 13er en uttrukket, isometrisk skisse av ekspansjonsenheten i fig. 1 og 11,

fig. 14er en isometrisk skisse av en armenhet av boreenheten vist i fig. 1 og 11,

fig. 15er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 11 langs linjen 15-15,

fig. 16er en skisse av et snitt på tvers av boreenheten vist i fig. 11 langs linjen 16-16,

fig. 17er en skisse av et snitt gjennom en alternativ ekspansjonsmekanisme for armenheten i den tilbaketrukne stilling i henhold til en utførelse av foreliggende

oppfinnelse,

fig. 18er en skisse av et snitt gjennom ekspansjonsmekanismen vist i fig. 18 i den

ekspanderte stilling,

fig. 19er en skisse av et snitt gjennom en andre alternativ ekspansjonsmekanisme for armenheten i den tilbaketrukne stilling i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 20viser et snitt gjennom ekspansjonsmekanismen vist i fig. 19 i den ekspanderte

stilling,

fig. 21 er en profilskisse av boreenheten i henhold til en alternativ utførelse av foreliggende

oppfinnelse i den tilbaketrukne stilling,

fig. 22 er en profilskisse av boreenheten vist i fig. 21 i den ekspanderte stilling,

fig. 23er en skisse som viser boreenheten i fig. 21 delvis i snitt, og

fig. 24er en skisse som viser et snitt gjennom boreenheten vist i fig. 21 med detaljer om

fluidstrømningen.

De utførelser som her er beskrevet gjelder generelt boreenheter som brukes for boring i undergrunnen. Nærmere bestemt angir visse utførelser boreenheter som har et pilot-boreparti og et ekspanderbar! underrømmer/stabilisatorparti i tett aksial nærhet til hverandre for samtidig underrømme en pilotutboring. Videre viser utvalgte utførelser en strømningssvitsj for å aktivere ekspansjonen av det ekspanderbare underrømmer/- stabilisatorparti, slik at en operatør med økt grad av nøyaktighet kan bli klar over om boreenheten er fullstendig ekspandert eller tilbaketrukket. Utvalgte utførelser viser en ekspanderbar boreenhet som er i stand til å bli tilbakestilt til sin opprinnelige tilstand etter en ekspansjon mens den er nede i et hull. Videre viser utvalgte utførelser et arrangement for en ekspanderbar stabilisator/borekroneenhet hvor borkroneenheten er i stand til å ekspandere inn i formasjonen foran stabilisatoren. US-patent nr. 6 732 812 som i sin helhet tas med her som referanse, beskriver et ekspanderbart nedihullsverktøy for bruk i en boresammensetning posisjonert inne i et borehull.

Det henvises nå til fig. 1 hvor det er vist en boreenhet 50 i henhold til en utførelse som her er beskrevet. Det er vist en boreenhet 50 som har et hovedsakelig rørformet hovedlegeme 52, et skjærehode 54, et bøyeelement 55 og en borestrengforbindelse 56. Skjønt borestrengforbindelsen 56 er vist som en skruegjengeforbindelse skal det forstås av fagfolk på området at en hvilken som helst metode for å feste boreenheten 50 til resten av borestrengen (ikke vist) kan anvendes så sant rotasjonsbelastninger og aksiale belastninger kan overføres gjennom den.

Det skal forstås at uttrykket "borestreng" kan brukes for å beskrive enhver anordning eller sammenstilling som kan brukes for å drive og rotere boreenheten 50. Særlig kan borestrengen inneholde slammotorer, kneoverganger, styrbare rotasjonssystemer, borerør som roteres fra overflaten, viklede rør eller en hvilken som helst annen boremekanisme som er kjent for fagfolk. Videre skal det forstås at borestrengen kan inneholde tilleggskomponenter (f.eks. MWD/LWD-verktøy, stabilisatorer og vektrør, osv.) ettersom det behøves for å utføre forskjellige oppgaver nede i et hull.

Skjærehodet 54 er vist med en skjærstruktur 58 som har en mengde kompakte, poly-krystallinske diamantskjær 60 (PDC - Polycrystalline Diamond Compact) og fluidmunn-stykker 62. Skjønt boreenheten 50 har et PDC-skjærehode 54 skal det forstås at en hvilken som helst skjæreenhet som er kjent for fagfolk på området, innbefattet, men ikke begrenset til, rullemeiselborkroner og borkroner med impregnerte naturlige diamanter, også kan brukes. Når boreenheten 50 roteres og drives inn i formasjonen skraper skjærene 60 mot formasjonen og huler den ut, samtidig som fluidmunnstykkene 62 avkjøler, smører og vasker borekaks bort fra skjærstrukturen 58.

I tillegg har det rørformede hovedlegeme 52 en mengde aksiale uttagninger 64 hvor det er plassert armenheter 66. Armenhetene 66 er konfigurert til å utvides fra en tilbaketrukket (vist) stilling til en ekspandert stilling (fig. 11) når skjæreelementene 68 og stabilisatorputene 70 på armenhetene skal bringes til inngrep med formasjonen. Armenhetene 66 vandrer fra deres tilbaketrukne stilling til deres ekspanderte stilling langs en mengde spor 72 i veggen i de aksiale uttagninger 64. Tilsvarende spor (73 i fig. 14) langs den ytre profil av armenhetene 66 går i inngrep med spor 72 og styrer armenhetene 66 ettersom de går inn og ut av de aksiale uttagninger 64.

Skjønt det er vist tre armenheter 66 i figurene i foreliggende beskrivelse skal det forstås at et hvilket som helst antall armenheter kan anvendes, fra en eneste armenhet 66 til så mange armenheter 66 som størrelsen og geometrien av hovedlegemet 52 kan romme. Skjønt hver armenhet 66 er vist med både stabilisatorputer 70 og skjæreelementer 68 skal det videre forstås at armenhetene 66 kan ha stabilisatorputer 70, skjæreelementer 68 eller en hvilken som helst kombinasjon av disse i et hvilket som helst mengdeforhold som passer for den type operasjon som skal gjennomføres. I tillegg kan armenheten 66 ha forskjellige følere, måleanordninger eller en hvilken som helst annen type utstyr som ønskes å kunne trekkes tilbake fra eller forlenges mot borehull ved behov.

Skjærstrukturen 58 på skjærehodet 54 er konstruert og dimensjonert for under drift å skjære et pilothull eller et hull som er stort nok til å la boreenheten 50 i sin tilbaketrukne tilstand (fig. 1) og øvrige komponenter i borestrengen passere derigjennom. Når borehullet skal forlenges nedenunder en foringsrørstreng er geometrien og størrelsen av skjærstrukturen 58 på hovedlegemet 52 slik at hele boreenheten 50 kan passere klar av foringsrørstrengen uten å bli sittende fast. Så snart de er klar av foringsrørstrengen eller når et borehull med større diameter ønskes, blir armenhetene 66 ekspandert slik at skjæreelementene 68 anordnet på dem (i samband med stabilisatorputer 70) under-rømmer pilothullet til det endelige diametermål.

Som beskrevet bruker boreenheten 50 hydraulisk energi for å bevege armenheten 60 ut fra og inn i aksiale uttagninger 64 i hovedlegemet 52. Borefluid er en nødvendig komponent for nær sagt alle boreoperasjoner og leveres nede i hullet fra overflaten ved for-høyede trykk gjennom en utboring i borestrengen. Likeledes har boreenheten 50 et gjennomgående hull 74 som borefluider strømmer i, gjennom borestrengforbindelsen 56 og hovedlegemet 52 og ut av fluidmunnstykkene 62 i skjæreholdet 54 for å smøre skjærene 60. Slik som med andre nedihulls boreanordninger går fluidet som kommer ut av hullet ved bunnen av borestrengen tilbake til overflaten langs et ringrom dannet mellom borehullet og den ytre profil av borestrengen og verktøy festet til denne.

På grunn av strømningsrestriksjoner og arealforskjeller mellom utboringen og ringrommet omkring borestrengkomponentene kan returtrykket i ringrommet være betraktelig lavere enn tilførselstrykket i utboringen. Denne trykkforskjell mellom utboringen og ringrommet betegnes som trykkfallet over borestrengen. For enhver borestrengkonfigurasjon eksisterer det derfor et kjennetegnende trykkfall som kan måles og overvåkes på overflaten. Dersom det opptrer lekkasjer i borerørforbindelser, endringer i borestrengens strømningsvei eller tilstopninger i fluidpassasjene som sådan, vil en operatør som overvåker borestrengtrykkfallet fra overflaten legge merke til endringen og om nødvendig gjøre tiltak.

Likeledes vil boreenheten 50 ønskelig oppvise kjennetegnende trykkfallprofiler ved forskjellige stadier av en operasjon nede i hullet. Når det bores med armenhetene 66 i deres tilbaketrukne tilstand inne i de aksiale uttagninger 64, vil borenheten 50 oppvise en trykkfallprofil som tilsvarer den tilbaketrukne tilstand. Når operatøren ønsker å utvide armenhetene 66 økes trykket og/eller strømningsraten for borefluider som strømmer gjennom utboringen 74, for å overskride et forutbestemt aktiveringsnivå. Så snart aktiveringsnivået er overskredet aktiverer strømningssvitsjen en mekanisme som vil utvide armenhetene 66. Etter en sådan aktivering avbøyes en del av borefluidene fra gjennom-boringen 74 i hovedlegemet 52 til ringrommet gjennom en mengde munnstykker 76 plassert inntil de aksiale uttagninger 64. Når borefluider begynner å strømme gjennom munnstykkene 76 endres det kjennetegnende trykkfall for boreenheten 50 til en mellomliggende profil slik at operatøren på overflaten blir klar over at strømningssvitsjen er aktivert og at underrømming har begynt.

Så snart armenhetene 66 er fullstendig ekspandert er boreenheten 50 fortrinnsvis konstruert slik at det fører til en tilleggsstrømning gjennom et indikasjonsmunnstykke (77 i fig. 3) og en annen trykkfallprofil tilsvarende den ekspanderte tilstand oppvises. Når boreenehten 50 oppviser den kjennetegnende, ekspanderte trykkfallprofil blir en operatør som overvåker på overflaten klar over at armenhetene 66 er fullstendig utvidet. I tillegg er det ønskelig at den mellomliggende trykkfallprofil for borefluider forblir konstant gjennom hele ekspansjonen av armenhetene, slik at overflateoperatøren observerer en trinn/platå-endring i trykkfallprofilen for boreenheten 50.

Når tilbaketrekning av armenhetene 66 er ønskelig reduserer operatøren trykket (eller stenger det fullstendig av) og/eller strømningsraten for borefluidene gjennom utboringen 74 til et nivå under et forutbestemt tilbakestillingsnivå. Så snart det har sunket til tilbake-stillingsnivået trekker interne forspenningsmekanismer armenhetene 66 tilbake og stenger strømningen mellom utboringen 74 og munnstykkene 76 og 77. Alternativt kan strømningen av borefluider gjennom utboringen 74 stenges helt av. Etter tilbaketrekningen stanser strømningen gjennom munnstykkene 76 og operatøren kan igjen observere den kjennetegnende trykkfallprofil knyttet til den tilbaketrukne tilstand over boreenheten 50 og vet da at armenhetene 66 er fullstendig tilbaketrukket. Slik som ved ekspansjonsprosessen vil en mellomliggende trykkfallprofil observeres mens armenhetene 66 er i ferd med å trekkes tilbake, men ikke er fullstendig tilbaketrukket. Så snart operatøren observerer det kjennetegnende, "tilbaketrukne" trykkfall kan han fortsette å heve trykket og/eller strømningsraten av borefluider gjennom boreenehten 50 opp mot aktiveringsnivået uten å tenke på ekspansjon av armenhetene 66.

Tidligere strømningsvitsjmekanismer, særlig dem som anvender bruddelementer (shear members), har ikke evnen til å gå tilbake til sin opprinnelige tilstand etter aktivering. Som sådan må anordninger (f.eks. ekspanderbare rømmere, stabilisatorer og borkroner) som anvender sådanne mekanismer bringes tilbake til overflaten for omkonfigurering før de igjen kan brukes opp til sine aktiveringsnivåer uten uønsket aktivering av deres komponenter. Særlig i tilfellet av bruddelementer må de byttes så snart de er brutt siden de kan reaktiveres med selv minimale trykkstrømninger gjennom seg, som utvider deres komponenter. I tilfeller hvor trykk ved uhell heves til over aktiveringsnivået må derfor sådanne anordninger gjenvinnes og reproduseres før operasjoner kan fortsette ved trykk uten utvidelse. Strømningssvitsjer i henhold til utførelser beskrevet her lar derimot operatøren senke trykket for å la anordningen tilbakestille seg selv, og derved spares kostbar tid og utgifter for borekontaktoren. Så snart den er tilbakestilt vil strømning med forhøyet trykk ikke påvirke armenhetene 66 inntil aktiveetringsnivået igjen overskrides.

Med generell henvisning til fig-1-10 skal nå en utførelse av boreenheten 50 beskrives ytterligere detaljert. I fig. 1A er det vist et nærbilde av den fjerne ende av boreenheten 50 med en strømningssvitsj 80 i detalj. Fig. 2 er en endeskisse av den fjerne ende av boreenheten 50 som angir en skisse av et snitt langs linjen 1 -1 i fig. 1 og 1A. Likeledes er fig. 3 en alternativ skisse av et snitt gjennom den fjerne ende av boreenheten 50 tatt langs linjen 3 - 3 i fig. 2. Fig. 4 er en forstørret skisse av et parti av strømningssvitsjen 80 i boreenheten angitt med tallet 4 i fig. 1 og 1A. Fig. 5 er en forstørret skisse av et parti av boreenheten angitt med tallet 5 i fig. 1 og 1 A. Fig. 6 er skisse av et snitt gjennom boreenheten 50 langs linjen 6-6 i fig. 1 og 1A. Fig. 7 er skisse av et snitt gjennom boreenheten 50 langs linjen 7-7 i fig. 1 og 1A. Fig. 8 er skisse av et snitt gjennom boreenheten 50 langs linjen 8-8 i fig. 1 og 1A. Fig. 9 er skisse av et snitt gjennom boreenheten 50 langs linjen 9-9 i fig. 1 og 1A. Fig. 10 er skisse av et snitt gjennom boreenheten 50 langs linjen 10-10 i fig. 1 og 1A.

Det henvises nå samlet til fig. 1, 1 A, 3, 4, 6 og 8 -10 som viser at strømningssvitsjen 80 inneholder en strømningsdor 82, et munnstykke 84 og et stempel 86. Doren 82 er plassert inne i det gjennomgående hull 74 i hovedlegemet 52 og har et sentralt hull 78 og er forankret på plass ved sin nære ende ved hjelp av en låsemutter 88 i kombinasjon med en fjærholder 90. En fjær 92 omgir doren 82 og strekker seg fra fjærholderen 90 til en fjærkrave 94. Ved sin fjerne ende er fjærkraven 94 forbundet med en fjærdriverring 96 posisjonert omkretsmessig omkring doren 82. Fjærdriverringen 96 har en mengde radiale, åklignende forlengelser 98 i inngrep med armenhetene 66. Når armenhetene 66 som sådan forflyttes langs sporene 72 i veggen i de aksiale uttagninger 64 presser de radiale forlengelser 98 og fjærdriverringen 96 fjærkraven 94 oppstrøms mot fjærholderen 90 og presser fjæren 92 sammen under prosessen. Den åklignende konstruksjon gjør det mulig for fjærdriverringen 96 å bli plassert nedenunder og innen armenhetene 66 for derved å spare aksial lengde av boreenheten 50. Når armenhetene 66 er fullstendig utvidet forhindrer en armstoppering 99 overekspansjon. Når kraften som tvinger armenhetene 66 til inngrep fjernes, bringer den sammenpressede fjør 92 i samvirke med fjærkraven 94, driverringen 96 og de radiale forlengelser 98, armenhetene 66 tilbake til deres tilbaketrukne (viste) likevektstilstand.

Med særlig henvisning til fig. 1 A, 3, 4, 8 og 9 har strømningssvitsjen 80 et strømningsrør 100 glidbart i inngrep med den fjerne ende av doren 82 og den nære ende av et stem-pelanslag 102. Strømningsrøret 100 har et munnstykke 84 ved sin nære ende og butter mot en fjær 104 ved sin fjerne ende. Fjæren 104 strekker seg inn i stempelanslaget 102 fra strømningsrøret 100 til en fjærholder 106 som er glidbart i inngrep inne i stempelanslaget 102 mellom en stabil tilstand (vist) og en stoppring 108. Vippearmer 110 som er vippbart festet til stempelanslaget 102 kan dreies omkring hengseltapper 112. Vippearmene 110 forhindrer fjærholderen 106 fra å gli inne i stempelanslaget 102 inntil stempelet 86 beveger seg fra sin tilbaketrukne (viste) tilstand til sin utvidede tilstand som et resultat av økninger i det hydrauliske fluidtrykk mot det. For å oppnå dette er de indre ender 113 av vippearmene 110 plassert i åpninger 114 i fjærholderen 106, mens de ytre ender 116 av vippearmene er i inngrep med enden av stempelet 86, slik som vist i fig. 4. Med stempelet 86 fullstendig trukket tilbake er vippearmene 110 ikke i stand til å vippe omkring tappene 112, slik at åpningene 114 i fjærholderen 106 ikke er i stand til å forflytte de indre ender 113 av vippearmene 110. Som et resultat av disse restriksjoner er fjærholderen 106 ikke i stand til å bli forskjøvet inne i stempelanslaget 102 i retning av stoppringen 108, slik at den sammenpressende belastning opprettholdes i fjæren 104.

Med henvisning til fig. 1, 1A, 3, 5, 7 og 13 skal nå en utførelse av utvidelsesenheten 120 beskrives. Utvidelsesenheten 120 har en armdriverring 122, en mengde armdriverkraver 124 og en mengde munnstykker 76. Når stempelet 86 presses oppstrøms blir bevegels-en og kraften påført stempelet 86 i sin tur overført til armdriverringen 122. Armdriverringen 122 er omkretsmessig anordnet omkring stempelet 86 som er omkretsmessig anordnet på doren 82 inne i hovedlegemet 52. Ettersom stempelet 86 presser armdriverringen 122 oppstrøms mot borestrengsforbindelsen 56 går armdriverkravene 124 som omgir de radiale forlengelser 126 på driverringen 122 i inngrep med de fjerne ender av armenhetene 66. Ettersom armenhetene er i inngrep med driverkravene 124 presser de oppstrøms og radialt forlenget langs sporene 72 i de aksiale uttagninger 64. Ettersom stempelet 86 og armdriverringen 122 presser armenhetene 66 oppstrøms presser videre de radiale forlengelser 98 på fjædriverringen fjæren 92 som omgir doren 82 sammen. Så snart den pressende kraft fjernes fra stempelet 86 og armenhetene 66 vil fjærdriverringen 96 virke under den sammenpressede spenning i fjæren 92 og trekke armenhetene 66 tilbake.

Med henvisning til fig. 1, 1A og 3 - 5 skal nå virkemåten av boreenheten 50 beskrives. Når den befinner seg i den tilbaketrukne tilstand (som vist) strømmer borefluider gjennom boreenheten fra borestrengens gjennomgående hull 74 og utboringen 78 i doren 82. En pakning 128 plassert mellom fjærholderen 90 og hovedlegemet 52 forhindrer fluid fra å passere forbi utboringen 78 i doren 82 og unnslippe gjennom de aksiale uttagninger 64. Etter å ha strømmet gjennom utboringen 78 støter borefluider på munnstykket 84 hvor de akselereres og fortsetter å strømme gjennom de respektive utboringer 130, 132, 134 og 136 i strømningsrøret 100, stempelanslaget 102, fjærholderen 106 og stoppringen 108. Etter å ha kommet ut fra utboringen 136 i stoppringen 108 strømmer borefluidene til et helt fylt rom 138 i skjærehodet 54 hvor de kommuniserer med og strømmer gjennom munnstykkene 62 inntil skjærstrukturen 58.

På grunn av forskjellige tettemekanismer er borefluidet ikke i stand til å passere forbi fluidfyllrommet 138 og munnstykkene 62 når boreenheten 50 er i sin tilbaketrukne stilling. Særlig hindrer en pakning i sporet 140 mellom doren 82 og stempelanslaget 102 fluid fra å unnslippe inn i et kammer 142 for tidlig. Ettersom kammeret 142 står i kommunikasjon med ringrommet gjennom munnstykker 76, armdriverringen 122 og en mengde porter 144, hindrer pakningen i sporet 140 tap av borefluidtrykk når boreenheten 50 er trukket tilbake. Dernest danner et opphøyet parti 146 og stempelanslaget 102 en avtetning mot den indre diameter av stempelet 86 slik at et kammer 148 dannet mellom stempelet 86 og stempelanslaget 102 ikke kan kommunisere med kammeret 142. I tillegg isolerer en hydraulisk pakning i sporet 147 fyllrommet 138 inne i skjærehodet 54 fra et kammer 149 i kommunikasjon med kammeret 148. Videre hindrer pakningssporene 152 og 153 som inneholder avstrykninger og pakninger (ikke vist) fluid fra å unnslippe mellom stempelet 86 og hovedlegemet 52.

Endelig er skjærehodet 54 vist festet til hovedlegemet 52 ved hjelp av en skruegjenget forbindelse 150 for oljefelt omtrent mellom kammeret 148 og 149. Fordi sådanne skrueforbindelser generelt er fluidtette unnslipper nærmest intet borefluid boreenheten 50, annet enn gjennom munnstykkene 62 i den tilbaketrukne tilstand. Skjønt det er vist en løsbar skruegjengeforbindelse 150 skal det forstås at det også kan anvendes et integrert utformet skjærehode 54 (som f.eks. er sveiset, maskineri, osv.). Et skjærehode 54 med skruegjenger har imidlertid fordelen av å være fjernbart dersom det skulle behøves å bytte skjærehodet 54. Fordi det er benyttet en forbindelse med redusert høyde mellom skjærehodet 54 og resten av boreenheten 50 er videre skjærehodet 54 i hovedsak enhetlig med de ekspanderbare skjær 68 og stabilisatorer 70, slik at den aksiale lengde derimellom blir så kort som mulig. En redusert lengde (på f.eks. mellom 1-5 ganger skjærdiameteren for skjærehodet 54) mellom den bakre ende av skjærehodet 54 og den fremre ende av de tilbaketrukne armenheter 66 kan være nyttig med hensyn til å senke sidebelastningene som skjærerne 68 utsettes for under drift. Det å ha skjærstrukturene for skjærelegemet 54 nær og anordnet på det samme verktøy som de ekspanderbare skjær 68 tillater skjæregeometrien 58 for skjærehodet 54 å bli optimalisert (om ønskelig) for å tilsvare arrangementet av skjæreelementene 68 på armenhetene 66, for derved å maksimere skjæreeffektiviteten og holdbarheten samtidig som vibrasjoner i boreenheten 50 reduseres.

Det henvises nå til fig. 11, 12, 15 og 16 hvor boreenheten 50 er vist i sin fullstendig utvidede tilstand. Når boreoperatøren ønsker å strekke ut armenhetene 66 økes trykket fra borefluider som strømmer gjennom borestrengen til et punkt over en forhåndsvalgt aktiveringsverdi. Geometrien av munnstykket 84 i strømningsrøret 100 og fjærkonstanten for fjæren 104 inne i stempelanslaget 102 velges etter ønske for å tillate forskyvning av strømningsrøret 100 inne i stempelanslaget 102 ved den valgte aktiveringsverdi. Så snart den er nådd skaper fluid som strømmer over munnstykket 84 ved aktiveringstrykket en resulterende kraft som er stor nok til å forskyve strømningsrøret 100 inne i doren 82 og stempelanslaget 102 mot fjæren 104. Lukkede åpninger 160 i den fjerne ende av doren 82 i kommunikasjon med kammeret 142 blir avdekket ettersom strømningsrøret 100 forskyves nedstrøms. Med åpningene 160 avdekket kommuniserer borefluider inne i utboringen 78 i doren 82 med munnstykket 76 gjennom porter 144 og kammeret 142. På dette punkt endrer det kjennetegnende trykkfall for boreenheten 50 seg til en mellomliggende profil som kan påvises ved overflaten av en operatør. Så snart den mellomliggende profil er observert vet operatøren at aktiveringen av boreenheten 50 har begynt, siden, med åpningene 160 avdekket, er fluid i stand til å unnslippe utboringen 78 til ringrommet via munnstykkene 76.

For å åpne armenhetene 66 på boreenheten 50 fullstendig kan trykket fra borefluider opprettholdes eller økes slik at trykket over stempelet 86 mellom pakningene 158 og 153 er tilstrekkelig til å skape nok resulterende kraft i stempelet til å overvinne kraften fra fjæren 92. Ettersom stempelet 86 trykkes oppstrøms av fluidtrykket i kammeret 142 som virker over pakningene 152 og 153 trekkes den fjerne ende av stempelet 86 bort fra de ytre ender 116 av vippearmene 110. Når stempelet 86 ikke lenger holder på de ytre ender 113 vipper vippearmene 110 omkring tappene 112 for derved å la fjærholderen 106 bli forflyttet inne i stempelanslaget 102 inntil den kommer i kontakt med stoppringen 108. Med fjærholderen 106 forskjøvet inn i stoppringen 108 reduseres den sammenpressende belastning i fjæren 104 for derved å forhindre at strømningsrøret 100 oscillerer frem og tilbake inne i stempelanslaget 102. Ettersom armenhetene 66 blir presset oppstrøms av stempelet 86 i samvirke med driverringen 122, samvirker ikke desto mindre sporene 72 i veggen i de aksiale uttagninger 64 med tilsvarende spor 73 for radialt å strekke ut armenhetene 66 inntil stoppringen 99 støtes på, slik som vist i fig. 11.

Det henvises særlig til fig. 11 hvor boreenheten 50 er vist i sin fullstendig ekspanderte tilstand. Som det kan sees av fig. 11 er den fjerne ende av stempelet 86 med armene fullt utvidet, fullstendig klar av partiet 146 av stempelanslaget 102. I denne posisjon er alle kamrene 142, 148 og 149 i fluidkommunikasjon med hverandre slik at trykksatte borefluider fra utboringen 78 kan kommunisere med dem gjennom åpningene 160. Med armenhetene 66 fullt ekspandert er derfor et indikasjonsmunnstykke 77 (som kan sees i fig. 3) i kommunikasjon med kammeret 149 aktivert, slik at borefluider som strømmer gjennom utboringen 78 kan unnslippe derigjennom. Når den er fullstendig aktivert vil derfor boreenheten 50 oppvise nok et annet kjennetegnende trykkfall, dvs. et knyttet til den fullstendige ekspanderte tilstand. En operatør på overflaten vil være i stand til å observere endringen i trykkfallprofil og vil vite at boreenheten 50 er klar til å arbeide i den utvidede tilstand.

Legg merke til at med fjærholderen 106 presset inn i stoppringen 108, reduseres den trykkmengde som er nødvendig for å holde strømningssvitsjen 80 i den fullt åpne stilling ettersom den kraftmengde som fordres for å overvinne fjæren 104 reduseres. Ved fullstendig ekspansjon blir derfor den trykkmengde som er nødvendig for å holde strøm-ningsrøret 100 presset mot fjæren 104 for å avdekke åpningene 160 likeledes redusert, men som en generell regel blir høyere trykk typisk opprettholdt. Som sådan behøver trykket fra borefluidene som er nødvendig for å holde armenhetene 66 utvidet bare være tilstrekkelig til å overvinne kraften fra den sammenpressede fjær 92.

Når sammentrekning av armenhetene 66 ønskes, reduseres trykket fra borefluidene til et tilbakestillingsnivå (eller fullstendig avstengning) slik at fjæren 92 trekker armenhetene 66 gjennom fjærdriverringen 96. Tilbaketrekningen av armenhetene 66 skyver så stempelet 86 nedstrøms slik at det igjen kommer i inngrep med det forhøyede parti 146 på stempelanslaget 102 og de ytre ender 116 av vippearmene 110. Som sådan drives fjærholderen 106 tilbake til sin opprinnelige stilling og fjæren 104 blir påny tilført energi for å trykke strømningsrøret 100 oppstrøms og derved tildekke åpningene 160.

Med armenhetene 66 trukket tilbake avskjæres strømningen igjen til munnstykkene 76 og 77. Så snart de er trukket tilbake vil operatøren som overvåker trykkfallet på overflaten bli klar over den fullstendige tilbaketrekning av boreenheten 50 når den nok en gang oppviser det kjennetegnende trykkfall knyttet til den tilbaketrukne profil. Dersom noe avfall eller annet stoff sitter fast inne i de aksiale uttagninger 64 og forhindrer fullstendig tilbaketrekning av armenhetene 66 vil overflateoperatøren få beskjed når den tilbaketrukne trykkfallsprofil ikke kan observeres. I så fall kan overflateoperatøren forsøke å drive boreenheten 50 syklisk i et forsøk på å fjerne hindringen. Så snart den er tilbakestilt kan boreenheten påny ekspanderes på samme måte som beskrevet ovenfor.

Det henvises nå til fig. 17 og 18 hvor det er vist et alternativt arrangement av armenheten 180. Den alternative armenhet 180 har en arm 182 med et skjæreparti 184 og et stabilisatorparti 186. Som sådan går armen 182 fra en tilbaketrukket stilling (fig. 17) til en utvidet stilling (fig. 18) langs en mengde spor 188 i en vegg i en aksial uttagning 190 i boreenheten. I noen tilfeller er det ønskelig at skjærepartiet 184 på en armenhet 180 går i inngrep med borehullet før stabilisatorpartiet 186. Særlig er det blitt observert at det i begynnelsen er noe vanskelig å skjære når stabilisatorpartiet 186 og skjærepartiet 184 samtidig er i inngrep med formasjonen. Derfor lar armenheten 180 med fordel skjære-eller borkronepartiet 184 komme i inngrep med formasjonen først ved å benytte en radial konfigurasjon av sporene 188. Særlig er sporene 188 konstruert som konsentriske seksjoner av sirkler med et felles midtpunkt 192 og en største radius 194. Når den er trukket tilbake i uttagningen 190 er armen 184 som sådan posisjonert slik at skjærepartiet 184 strekker seg noe mer utover enn stabilisatorpartiet 186. Så snart utvidelse er nådd er både skjærepartiet og stabilisatorpartiet 186 med armen 182 på samme radiale høyde.

Det henvises nå til fig. 19 og 20 hvor et andre alternativt arrangement av armenheten 200 er vist. Den alternative armenhet 200 har to adskilte armer, en skjærearm 202 og en stabilisatorarm 204, som begge kan utvides radialt langs sitt eget sett av lineære spor 206 og 208. Som det kan forstås oppnås forlengelse av skjærearmen 202 forbi stabilisatorarmen 204 ved å ha en brattere helning for stabilisatorarmens forlengelsesspor 206 enn for skjærearmens spor 208. I tillegg er stabilisatorarmen 204 installert i armlommen, slik at den innledningsvis befinner seg innenfor skjærearmen 202. Så snart utvidelse er nådd er imidlertid både skjærearmen 202 og stabilisatorarmen 204 på samme radiale høyde. Derfor vil skjærearmen 202 gå i inngrep med formasjonen før stabilisatorarmen 204.

Det henvises nå samlet til fig. 21 og 22 som viser en alternativ boreenhet 350. Boreenheten 350 er i fig. 21 vist i en sammenklappet tilstand og i fig. 22 i en utvidet tilstand. Som sådan omfatter boreenheten 350 et hovedlegeme 352, et skjærehode (dvs. en borkrone) 354 og en borestrengforbindelse 356. Skjønt en PDC-borkrone er angitt som skjærehodet 354 skal det forstås at en hvilken som helst type eller konfigurasjon av skjærehode eller borkrone kan brukes, innbefattet, men ikke begrenset til, rullemeiselborkroner og borkroner av skivetype. Skjønt borestrengforbindelsen 356, slik den her er beskrevet, er angitt som en skruegjengeforbindelse vil fagfolk på området forstå at en hvilken som helst forbindelsesmetode mellom boreenheten 350 og resten av borestrengen (ikke vist) kan brukes. For beskrivelsesformål vil borestrengen 356 betraktes å være "på toppen av" boreenheten 350.

Videre har boreenheten 350 en mengde aksiale uttagninger 364 hvor armenhetene 366 er plassert. Som beskrevet ovenfor er armenhetene 366 konfigurert til å strekke seg fra en tilbaketrukket stilling (fig. 21) til en ekspandert stilling (fig. 22) når skjæreelementene 368 skal gå i inngrep med formasjonen. Skjønt armenhetene 366 er vist å ha bare en skjærstruktur, skal det videre forstås at også stabilisatorer kan posisjoneres på armenhetene 366. Som beskrevet ovenfor med referanse til boreenheten 50 vandrer armenhetene 366 fra deres tilbaketrukne stilling til deres utvidede stilling langs en mengde spor 378 i veggen i aksiale uttagninger 364. Tilsvarende spor (som ikke vises) langs den ytre profil av armenhetene 366 går inn i spor 372 og styrer armenhetene 366 ettersom de forflyttes inn og ut av de aksiale uttagninger 364.

Det henvises nå til fig. 23 hvor boreenheten 350 er vist i ytterligere detalj. Som vist er hovedlegeme 352 inndelt i to seksjoner som kan skrus sammen med gjenger, dvs. en øvre seksjon 352A og en nedre seksjon 352B, for å lette sammenstilling, demontering og vedlikehold av komponentene i boreenheten 350. Skjønt den er vist oppdelt vil fagfolk på området forstå at et element i ett stykke kan konstrueres som hovedlegeme 352 uten å forlate omfanget av det som er patentsøkt.

Videre aktiveres boreenheten 350 fra den tilbaketrukne stilling (vist) til den utvidede stilling ved hjelp av virkningen av et drivstempel 386. En strømningssvitsj 380 er konfigurert til selektivt å la trykk bli påført drivstempelet 386. Drivstempelet 386 er konfigurert til å omdanne trykk fra boreslam i en utboring 374 i boreenheten 350 til en kraft for å skyve armenhetene 366 ut fra de aksiale uttagninger 364. Strømningssvitsjen 380 har videre en strømningsdor 382 og et velgerstempel 400. Velgerstempelet 400 er forspent oppstrøms ved hjelp av en velgerfjær 404. Drivstempelet 386 butter mot en drivplate 422, armenheten 366 og en returblokk 396. Et forspenningselement 392 virker mellom skulderen på hoveddelseksjonen 352A og returblokken 396. Forspenningselementet 392 og velgerfjæren 404 er vist som spiralfjærer, men de kan være en hvilken som helst type forspennende element som er kjent for fagfolk på området, innbefattet, men ikke begrenset til, Belleville-skivefjærer, bølgefjærer og elastomere fjærer.

I den tilbaketrukne stilling (vist) tvinger forspenningselementet 392 som sådan returblokken 396 i retning nedover for derved å tvinge armenhetene 366 nedover. Sporene 372 i de aksiale uttagninger 364 samvirker med tilsvarende spor (som ikke vises) på armenhetene 366, slik at de forskyves nedover og armenhetene 366 trekkes radialt tilbake inn i de aksiale uttagninger 364. Ettersom armenhetene 366 trekkes tilbake blir videre drivplaten 422 og drivstempelet 386 forskjøvet nedover. Som vist i den tilbaketrukne stilling presser dessuten velgerfjæren 404 velgerstempelet 400 i retning oppover, slik at det frembringes et avtettende inngrep mellom velgerstempelet 400 og hoveddelseksjonen 352B og mellom velgerstempelet 400 og den fjerne ende av strømningsdoren 382.

I den tilbaktrukne stilling vist i fig. 23 kommer trykksatte borefluider inn i boreenehten 350 gjennom utboringen 372 ved den gjengede forbindelse 356 på hoveddelseksjonen 352A og vandrer gjennom strømningsdoren 382 og gjennom en utboring 338 i velgerstempelet 400. Så snart fluidene passerer gjennom velgerstempelets utboring 338 strømmer de gjennom den fjerne ende av hoveddelseksjonen 352B og til borkronen (ikke vist) nedenfor. I denne konfigurasjon oppviser boreenheten 350 en kjennetegnende trykkfallprofil som tilsvarer den uaktiverte tilstand. En pakning 460 hindrer fluid fra å unnslippe mellom strømningsdoren 382 og velgerstempelet 400. Likeledes hindrer pakninger 462 og 463 fluider fra å unnslippe mellom velgerstempelet 400 og en indre utboring i hoveddelseksjonen 352B, mens pakninger 464 og 466 isolerer drivstempelet 386 fra henholdsvis strømningsdoren 382 og hoveddelseksjonen 352A. Fagfolk på området vil forstå at alternative pakningsarrangementer, geometrier og systemer kan brukes uten å forlate omfanget av det som søkes patentert.

For å ekspandere armenhetene 366 økes trykket i utboring 374 inntil en aktiveringsverdi er oppnådd. Så snart aktiveringstrykket er oppnådd er kraften på trykkområdet 384 av velgerstempelet 400 tilstrekkelig til å overvinne velgerfjæren 404. Ettersom trykket i utboringen 374 overskrider aktiveringsverdien tvinges velgerstempelet 400 nedover inntil pakningen 460 mellom velgerstempelet 400 og strømningsdoren 382 er avdekket.

Når velgerstempelet 400 forflytter seg nedover og frigjør pakningen 460 avdekkes videre et sekundært trykkområde 385 av velgerstempelet 400 overfor fluider fra utboringen 374. Som et resultat vil den mengde trykk i utboringen 374 som er nødvendig for å holde velgerstempelet 400 i den åpne stilling være mindre enn den mengde fluidtrykk som er nødvendig for åpne velgerstempelet 400 fra den lukkede (viste) stilling (dvs. aktiveringstrykket). Som det bør forstås av fagfolk på området kan stivheten av velgerfjæren 404 velges, eventuelt stempelarealet modifiseres, eller begge deler, for å muliggjøre åpning av velgerstempelet 400 ved det ønskede fluidtrykk.

Med velgerstempelet 400 i åpen stilling blir borefluider fra utboringen 374 i stand til å kommunisere med munnstykkene 376 og virke på drivstempelet 386. Med borefluider i

kommunikasjon med og strømmende ut gjennom munnstykkene 376 oppviser boreenheten 350 en kjennetegnende trykkfallprofil som tilsvarer den aktiverte tilstand. Ved å legge merke til endringen i trykkfallprofil fra den tilbaketrukne tilstand til den aktiverte tilstand blir en boreoperatør på overflaten i stand til å avgjøre at velgerstempelet 400 er blitt aktivert og at armenhetene 366 er i stand til å bli ekspandert.

Så snart aktivering er oppnådd er borefluidene i stand til å virke på et trykkområde 387 av drivstempelet 386. Ettersom borefluidtrykket øker forflytter drivstempelet 386 drivplaten 422, armenheten 366 og returblokken 396 mot forspenningselementet 392. Som sådan kan det forspennende element 392 være dimensjonert for å trenge at en spesifikk kraftmengde påføres armenhetene 366 ved hjelp av drivstempelet 386 gjennom sporene 372, før de vil ekspandere. Videre kan tykkelsen av returblokken 396 dimensjoneres for å begrense den største radiale distanse som armenhetene 366 kan utvides.

I en utførelse er trykkarealet 387 på drivstempelet 386 og forspenningselementet 392 konstruert slik at fluidtrykket som behøves for å ekspandere armenhetene 366 er lavere enn det fluidtrykk som fordres for å åpne velgerstempelet 400. Alternativt kan drivstempelet 386 og forspenningselementet 392 være konstruert slik at den mengde fluidtrykk som behøves for å utvide armenhetene 366 blir høyere enn det fluidtrykk som behøves for å åpne velgerstempelet 400. Alternativt kan trykkarealene 384 og 385 samt velgerfjæren 404 være valgfritt konstruert til å modifisere aktiveringstrykket for boreenheten 350.

Når tilbaketrekning av armenheten 366 ønskes kan fluidtrykket gjennom utboringen 374 reduseres slik at forspenningselementet 392 trykker returblokken 396, armenheten 366 og drivplaten 422 mot drivstempelet 386. Dersom tilbaketrekningen av armenhetene 366 bare skal være midlertidig (f.eks. når de passerer gjennom en innskrenkning i borehullet) kan trykket reduseres nok til å trekke tilbake armenheten 366, men holdes høyt nok til å holde velgerstempelet 400 i åpen stilling. Dersom tilbaketrekningen skal gjelde for et lengere tidsrom, kan trykket senkes under en tilbakestillingsverdi hvor velgerstempelet 400 bringes tilbake til en lukket stilling (vist).

Det henvises nå til fig. 24A - C hvor aktiveringen av boreenheten 350 kan observeres nærmere. I fig. 24A er boreenheten 350 vist i en tilbaketrukket og uaktivert tilstand hvor armenhetene 366 er trukket inn i de aksiale uttagninger 364 og velgerstempelet 400 er i den lukkede stilling. I denne konfigurasjon kommer trykksatte fluider inn i utboringen 374 ved borestrengforbindelsen 356 og passerer gjennom strømningsdoren 382, det lukkede velgerstempel 400 og skjærehodet 354. I denne konfigurasjon oppviser boreenheten 350 en kjennetegnende trykkfallprofil knyttet til en uaktivert tilstand. I denne tilstand kan boreenheten 350 brukes for boreoperasjoner uten ekspansjon av armenhetene 366 så lenge trykket i utboringen 374 holdes under aktiveringstrykket.

Det henvises nå til fig. 24B hvor trykket i utboringen 374 har nådd aktiveringsverdien, slik at velgerstempelet 400 er i den åpne stillingen og fluid strømmer fra strømningsdoren 382, gjennom munnstykkene 376 og gjennom skjærehodet 354. I denne konfigurasjon er boreenheten 350 i den aktiverte tilstand, men armenhetene 366 er ikke utvidet. Ettersom munnstykkene 376 nå er i kommunikasjon med fluider i utboringen 374 oppviser videre boreenheten 350 en kjennetegnende trykkfallprofil knyttet til en aktivert tilstand. I konfigurasjonen vist i fig. 24B kan en boreoperatør enten øke trykket i fluidene i utboringen 374 for å ekspandere armenhetene 366 eller redusere trykket til under en tilbakestillingsverdi for å lukke velgerstempelet 400.

Det henvises nå til fig. 24C hvor trykket i utboringen 374 er økt over aktiveringsverdien for å ekspandere armenhetene 366. Slik som i fig. 24B beskrevet ovenfor kommer høy-trykksfluid inn i utboringen 374 gjennom borestrengforbindelsen 356 og passerer gjennom strømningsdoren 382 for å strømme ut gjennom munnstykkene 376 og skjærehodet 354 ved at det passerer forbi og strømmer gjennom velgerstempelet 400. Videre virker det økte trykk på drivstempelet 386 og ekspanderer armenhetene 366.

Med armenhetene 366 utvidet er skjæreelementene 368 i stand til å gå i inngrep med og underrømme formasjonen. Alternativt kan armenhetene 366 ha stabilisatorputer (ikke vist) i tillegg til eller i stedet for skjæreelementene 368 ettersom det kreves av den bestemte boreoperasjon. Som enda et alternativ kan en tredje kjennetegnende trykkfallprofil tilsvarende den fullstendig ekspanderte tilstand av armenhetene 366 inkluderes i konstruksjonen av boreenheten. En sådan konstruksjon kan omfatte tilleggsmunnstykker i kommunikasjon med utboringen 374 inntil full ekspansjon av armenhetene 366.

Når tilbaketrekning ønskes reduseres trykket i utboringen 374 og forspenningselementet 392 trekker armenhetene 366 tilbake igjennom returblokken 396. Med armenhetene 366 tilbaketrukket kan velgerstempelet forbli i den åpne stilling (mens boreenheten 350 oppviser det aktiverte trykkfall) inntil trykket i utboringen 374 faller under en tilbakestillingsverdi. Så snart boreenheten 350 er tilbakestilt med velgerstempelet 400 i den lukkede stilling observeres det uaktiverte spenningsfall og boreenheten 350 kan forbli i borehullet uten bekymring for reaktivering, med mindre trykket i utboringen 374 igjen overskrider aktiveringsverdien.

I et eksempel på en utførelse kan boreenheten 350 ekspandere ca. 14,3 cm (5-5/8") til ca. 17,8 cm (7") med armenhetene 366 utvidet. Således kan skjærehodet 354 som et minimum være en borkrone med et mål på ca. 15,2 cm (6"). Som sådan kan boreenheten 350 konstrueres slik at skjæreelementene 368 og armenhetene 366 ligger innenfor ca. 76,2 cm (30", dvs. innenfor 5 ganger diameteren) av skjærehodet 354. Videre kan boreenheten 350 være konstruert for å aktiveres som reaksjon på en økning i trykket på ca. 24,6 kp/cm<2>(350 psi) og åpne fullstendig ved en trykkøkning på ca. 8 kp/cm<2>(115 psi). Det skal imidlertid forstås av fagfolk på området at andre dimensjonsmål og trykk-differanser kan brukes uten å forlate omfanget av de vedføyde patentkrav.

De utførelsesformer som her er beskrevet kan ha forskjellige fordeler i forhold til tidligere kjent teknikk. Særlig omfatter de her beskrevne boreenheter borkroner, en underrømmer og/eller stabilisator som aksialt befinner seg meget nær hverandre. Å ha en justerbar stabilisator nær en underrømmer (f.eks. aksialt plassert innenfor 1 - 5 ganger diameteren av pilotborkronen) kan med fordel forhindre at underømmeren opptar kraftige sidebelast-ninger og inntar rollen som et dreiepunkt i et retningsbestemt boret borehull. Å ha en justerbar stabilisator inntil skjærstrukturen på underrømmeren kan hindre for tidlig slitasje og skade på skjærstrukturen som et resultat av sådan sidebelastning. Å ha pilotborkronen nær en underrømmer kan dessuten minimalisere dreiepunkteffekten og derved gjøre levetiden for skjærstrukturene både på pilotborkronen og underrømmeren lengst mulig. Ved å gjøre pilotborkronen i ett stykke med underrømmemekanismen kan den aksiale lengde dem imellom minimaliseres.

Det valgfrie bøyeelement plassert oppstrøms for stabilisator/underrømmermekanismen kan videre muliggjøre store oppbygningsrater i visse retningsbestemt boreanvendelser. Bruken av et sådant bøyeelement er beskrevet i US-patentsøknad med serienr.

11/334 707 og tittel: "Flexible Directional Drilling Apparatus and Method" innlevert 18. januar 2006 av oppfinnerene Lance Underwood og Charles Dewey, og som i sin helhet tas med her som referanse.

Avhengig av geometrien og typen instrument oppstrøms for bøyeelementet kan kombina-sjonen av pilotborkrone, underrømmer og/eller stabilisator behandles sammen som et dreiepunkt i et retningsbestemt boresystem heller enn at hver komponent er et selvstendig knutepunkt i den fleksible streng. Som sådan kan ekspanderbare tilleggsstabilisatorer, innbefattet dem av den type som er beskrevet i US-patent nr. 6 732 817, plasseres oppstrøms for boreenheten for å gi en ønsket oppbygningsvinkel i boreenhetens fremdriftsbane.

Videre har boreenhetene som her er beskrevet den tidligere nevnte fordel av klare endringer i trykkfallprofilen for å angi statusen for vektøyaktiveringen og/eller armenhetene. Ved å bruke boreenheten beskrevet her vil særlig en borer være i stand til å vite med en viss grad av nøyaktighet når armene kan trekkes tilbake, når de er fullt utvidet og når de er i en overgang fra tilbaketrukket til utvidet. Som sådan vil operatøren ikke lenger måtte gjette eller estimere hvilken tilstand underrømmeren eller stabilisatoren er i.

Endelig, og som nevnt ovenfor, anvender boreenheten beskrevet her aktiveringsmekanismer som ikke bare angir aktiveringsstatusen, men som også er i stand til å fullstendig tilbakestille seg til tilstanden forut for aktivering. Som skissert ovenfor kunne særlig de tidligere aktiveringsmekanismer ikke bli deaktivert så snart de var aktivert, hvilket derved reduserte fleksibiliteten ved bunnhullsanordningen etter en aktivering. Ved å bruke aktiveringsmekanismen beskrevet her kan derimot nedihullsverktøy gå tilbake til sin opprinnelig tilstand når deres aktiverte tilstand ikke lenger behøves. Dersom et ikke-underrømmet borehull ønskes etter boring av et underrømmet hull over en bestemt distanse, kan derfor de her beskrevne boreenheter bore et sådant borehull uten behov for å bringes tilbake til overflaten for tilbakestilling. Skjønt en hydraulisk aktiverings-mekanisme og fordelene ved denne er blitt beskrevet i detalj her, skal det forstås av fagfolk på området at en sådan mekanisme ikke er en nødvendig komponent i det her beskrevne boresystem. I visse bestemte tilfeller kan alternativt en forenklet aktiverings-mekanisme med bruddelement brukes i stedet.

Skjønt foretrukne utførelser av denne oppfinnelse er blitt vist og beskrevet kan modifikasjoner av denne gjøres av fagfolk på området uten å forlate oppfinnelsens idé og lær-dommer. De her beskrevne utførelser er bare eksempler og er ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner av systemet og anordningen er mulig, som ligger innenfor oppfinnelsens omfang. Følgelig er beskyttelsesomfanget ikke begrenset til de her beskrevne utførelsesformer, men bare begrenset av de etterfølgende patentkrav hvis omfang skal innbefatte alle ekvivalenter av det som er gjenstand for kravene.

Claims (20)

1. Ekspanderbar boreanordning som omfatter: -et hovedlegeme (52) som har en sentral utboring og i det minste en aksial uttagning konfigurert til å motta en armenhet (66) som kan manøvreres mellom en tilbaketrukket stilling og en utvidet stilling, -et forspenningselement (92) for å tvinge armenheten (66) til den tilbaketrukne stilling, -et drivstempel (86) konfigurert til å presse armenheten (66) til den utvidede stilling når det er kommunikasjon med borefluider i den sentrale utboring, en strømningssvitsj (80) integrert med hovedlegemet (52) og plassert mellom en fjern ende av boreanordningen og armenheten (66, 366) -et velgerstempel (400) som kan forflyttes mellom en åpen stilling og en lukket stilling, idet velgerstempelet (400) skyves til den åpne stilling når trykket av borefluider overskrider en aktiveringsverdi, og -hvor borefluidene er i kommunikasjon med drivstempelet (86) når velgerstempelet (400) er i den åpne stilling, mens en velgerfjær (404) er konfigurert til å skyve velgerstempelet (400) til den lukkede stilling når trykket av borefluidene faller under en tilbakestillingsverdi.

2. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 1, og hvor armenheten (66) forflytter seg langs en mengde spor dannet i den aksiale uttagnings vegger.

3. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 1 eller 2, og som videre omfatter et skjærehode (54) inntil den fjerne ende av hovedlegemet (52).

4. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor borehodet (54) omfatter en borkrone.

5. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 2 eller 3, og hvor armenheten (66) er aksialt plassert bak skjærehodet (54) i en avstand på mellom omtrent én til og fem ganger diameteren av skjærehodet (54).

6. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor armenheten (66) forflyttes langs en mengde spor (372) dannet på sidene av armenheten (66).

7. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor armenheten (66) omfatter skjæreelementer konfigurert til å underrømme en pilotutboring.

8. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor armenheten (66) omfatter et stabilisatorparti (186).

9. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 1, og som videre omfatter et bruddelement for å holde velgerstempelet (400) i den lukkede stilling.

10. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor boreenheten oppviser en første kjennetegnende trykkfallprofil når velgerstempelet (400) er i den lukkede stilling og en andre kjennetegnende trykkfallprofil når velgerstempelet (400) er i den åpne stilling.

11. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav , og som videre har en tredje kjennetegnende trykkfallprofil når velgerstempelet (400) er i den åpne stilling og armenheten (66) er i den utvidede stilling.

12. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav, og hvor hovedlegeme (52)t er hovedsakelig rørformet.

13. Ekspanderbar boreanordning forbundet med en borestreng, idet boreanordningen omfatter: -et skjærehode (54) anordnet på et hovedlegeme (52), idet hovedlegemet (52) har en mengde aksiale uttganinger (72) inntil skjærehodet (54), -en mengde armenheter (66) som holdes inne i de aksial uttagninger (72), og hvor armenhetene (66) er konfigurert til å forflyttes fra en tilbaketrukket stilling til en utvidet stilling langs en mengde spor (372) utformet i de aksiale uttagningers vegger, -et drivstempel (86) konfigurert til å skyve armenhetene (66) til den utvidede posisjon når det er i kommunikasjon med fluider som strømmer gjennom borestrengen, en strømningssvitsj (80) integrert med hovedlegemet (52) og plassert mellom en fjern ende av boreanordningen og armenheten (66, 366);og -et velgerstempel (400) konfigurert til la fluider strømme gjennom borestrengen for å kommunisere med drivstempelet (86) når et aktiveringstrykk er overskredet.

14. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 13, og hvor armenhetene (66) er aksialt plassert bak skjærehodet (54) i en avstand på mellom én til fem ganger diameteren til skjærehodet (54).

15. Ekspanderbar boreanordning som angitt i et av de foregående krav 13 eller 14, og hvor den ekspanderbare boreanordning oppviser en første kjennetegnende trykkfallprofil når velgerstempelet (400) isolerer fluider som strømmer gjennom borestrengen fra drivstempelet (86) og en andre kjennetegnende trykkfallprofil når velgerstempelet (400) tillater fluider å strømme gjennom borestrengen å kommunisere med drivstempelet (86).

16. Ekspanderbar boreanordning som angitt i krav 15, og hvor den ekspanderbare boreanordning oppviser en tredje kjennetegnende trykkfallprofil når mengden av armenheter (66) er i den utvidede stilling.

17. Fremgangsmåte ved boring av et borehull, og som omfatter at: -det anordnes en boreenhet som har ekspanderbare armenheter (66) inntil et skjærehode ved den fjerne ende av en borestreng, -det tilveiebringes en strømningssvitsj (80) integrert med et hovedlegeme av boresammenstillingen mellom en fjern ende av boreanordningen og armenhetene (66, 366), og selektiv aktivering av armenhetene (66, 366); -det bores et pilothull med skjærehodet (54), -pilothullet underrømmes med skjæreelementene på de ekspanderbare armenheter (66), og -boreenheten stabiliseres med stabilisatorputer (70) på de ekspanderbare armenheter (66).

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, og som videre omfatter at: -de ekspanderbare armenheter (66) trekkes tilbake, og -pilothullet bores med de ekspanderbare armenheter (66) i den tilbaktrukne stilling.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, og som videre omfatter et bøyeskjøtelement (55) mellom de ekspanderbare armenheter (66) og borestrengen.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, og som videre omfatter at skjærehodet (54) og de ekspanderbare armenheter (66) brukes som et eneste dreiepunkt under en retningsbestemt boreoperasjon.