NO347136B1

NO347136B1 - Apparaturer og fremgangsmåter for å stabilisere verktøy nede i borehullet

Info

Publication number: NO347136B1
Application number: NO20140755A
Authority: NO
Inventors: Charles H Dewey; Navish Makkar; Brian Cruickshank; Michael G Azar
Original assignee: Smith International
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2023-05-30
Also published as: CA2859009A1; BR112014014546A2; CA2859009C; US9488009B2; GB2513029A; GB2513029B; MX344643B; WO2013090491A1; NO20140755A1; US9051793B2; GB201410368D0; MX2014007049A; US20150285004A1; US20130146361A1

Description

APPARATURER OG FREMGANGSMÅTER FOR Å STABILISERE

VERKTØY NEDE I BOREHULLET

BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

[0001] Utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet vedrører apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen. Nærmere bestemt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen med boreverktøy-montasjer som har forsterkede stabiliseringsegenskaper. Enda nærmere bestemt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen med forlengbar sekundær skjærestruktur som har forsterkede stabiliseringsegenskaper.

Dagens teknikk

[0002] Figur 1A viser et eksempel på et konvensjonelt boresystem for boring av en jordformasjon. Boresystemet inkluderer en borerigg 10 som anvendes til å vende et boreverktøymontasje 12 som strekker seg nedover og inn i et borehull 14. Boreverktøymontasjen 12 inkluderer en borestreng 16, og en bunnhullstreng (BHA) 18, som er festet til den distale enden av borestrengen 16. Den "ytre enden" av borestrengen er enden lengst fra boreriggen.

[0003] Borestrengen 16 inkluderer flere ledd av borerør 16a er koblet ende mot ende gjennom verktøyleddene 16b. Borestrengen 16 anvendes til å overføre borevæsken (gjennom dens hule kjerne), og til å overføre rotasjonskraft fra boreriggen 10 til BHA 18. I noen tilfeller inkluderer borestrengen 16 flere komponenter som ubåter, tilpasningsrør osv.

[0004] BHA 18 inkluderer minst én borkrone 20. Vanlige BHA-er kan også inkludere ytterligere komponenter festet mellom borestrengen 16 og borkronen 20. Eksempler på ytterligere BHA-komponenter inkluderer vektrør, stabilisatorer, måling-under-boring-(MWD)-verktøy, logging-under-boring-(LWD)-verktøy, ubåter, hullutvidelsesanordninger (f.eks. hullåpnere og opprømmere), slagverktøy, akseleratorer, trykksylindere, nedhullsmotorer, og roterende styrbare systemer. I visse BHA-utforminger kan BHA-en inkludere en borkrone 20 eller minst én sekundær skjærestruktur, eller begge deler.

[0005] Generelt kan boreverktøy-montasjer 12 inkludere andre borekomponenter og tilbehør, som f.eks. spesielle ventiler, kellykraner, utblåsningsventiler og sikkerhetsventiler. Andre komponenter som inngår i en boreverktøy-montasje 12 kan betraktes som en del av borestrengen 16 eller en del av BHA-en 18, avhengig av posisjonene deres i boreverktøy-montasjen 12.

[0006] Borkronen 20 i BHA-en 18 kan være hvilken som helst type borkrone egnet for å bore jordformasjonen. To vanlige typer borkroner som anvendes til å bore jordformasjonene er fikserte skjære (eller fikserte hode) kroner og rullemembrankroner.

[0007] I boringen av olje- og gassbrønner installeres konsentriske fôringsstrenger og sementeres i borehullet ettersom boringen skrider frem til økende dyp. Hver nye fôringsstreng understøttes inne i det tidligere installerte fôringsrøret, og begrenser derved det ringformede området tilgjengelig for sementeringsoperasjonen. Videre, etter hvert som suksessivt mindre diameterfôringsrør suspenderes, reduseres strømningsområdet for produksjon av olje og gass. Derfor, for å øke det ringformede rommet for sementeringsoperasjon, og for å øke produksjonsstrømningsområdet, er det ofte ønskelig å utvide borehullet nedenfor terminalenden av det tidligere fôrede borehullet. Ved å utvide borehullet tilveiebringes et større ringformet område for senere installering og sementering av en større fôringsstreng enn det som ville ha vært mulig ellers. Følgelig, ved å utvide borehullet nedenfor det tidligere fôrede borehullet, kan bunnen av formasjonen nås med forholdsvis større diameterfôring, for derved å gi mer strømningsområde for produksjon av olje og gass.

[0008] Forskjellige fremgangsmåter er blitt utviklet for å føre en bore-montasje gjennom et eksisterende fôret borehull og utvide borehullet nedenfor fôringen. En slik fremgangsmåte er anvendelsen av en hullutvider som i utgangspunktet har to operative tilstander– en lukket eller sammenslått tilstand, der diameteren til verktøyet er tilstrekkelig lite til å tillate verktøyet å passere gjennom det eksisterende fôrede borehullet, og en åpen eller delvis utvidet tilstand, der én eller flere armer med skjærere på endene av denne forløper fra legemet av verktøyet. I denne sistnevnte stillingen forstørrer hullutvideren borehulldiameteren mens verktøyet roteres og senkes ned i borehullet.

[0009] En "boretype"-hullutvider anvendes vanligvis i forbindelse med en konvensjonell pilotborekrone plassert nedenfor eller nedstrøms fra hullutvideren. Pilotkronen kan bore borehullet samtidig som hullutvideren utvider borehullet som dannes av borkronen. Hullutvidere av denne typen har vanligvis hengslede armer med rullende koniske skjærere festet til seg. De fleste av hullutviderne av teknikkens stand benytter utsvingbare skjærearmer som er dreibare ved en ende motsatt skjæreenden av skjærearmene, og skjærerarmene aktueres av mekaniske eller hydrauliske krefter som virker på armene for å forlenge eller forkorte dem. Typiske eksempler på disse hullutviderne er funnet i U.S. pat. nr. 3 224 507; 3 425 500 og 4 055 226. I noen utforminger har disse svingbare armene en tendens til å gå i stykker i løpet av boreoperasjonen og må fjernes eller "fiskes" ut av borehullet før boreoperasjonen kan fortsette. Det tradisjonelle hullutviderverktøyet har gjerne roterende skjærelommefordypninger dannet i legemet for å lagre de tilbaketrukne armene og rullende koniske skjærerne når verktøyet er i en lukket tilstand. Lommefordypningene danner store hulrom i hullutviderlegemet, noe som krever fjerning av strukturmetallet som danner legemet, for derved å svekke styrken, og den hydrauliske kapasiteten av hullutvideren. Følgelig kan disse hullutviderne ifølge teknikkens stand ikke være i stand til å hullutvide hardere steinformasjoner, eller kan ha uakseptabelt langsomme hastigheter for gjennomtrengning, og de er ikke optimalisert for de høye væskestrømningshastighetene som kreves. Lommefordypningene har også en tendens til å fylles med avfall fra boreoperasjonen, noe som hindrer at armene slår seg sammen. Hvis armene ikke slår seg fullstendig sammen kan borestrengen lett henge seg opp i borehullet når det gjøres et forsøk på å fjerne strengen fra borehullet.

[0010] Nylig har utvidbare hullutvidere som har armer med kniver som bærer skjæreelementer blitt brukt i større grad. Utvidbare hullutvidere tillater en boreoperatør å kjøre hullutvideren til en ønsket dybde i et borehull, aktuere hullutvideren fra en sammenslått stilling til en utvidet stilling, og forstørre et borehull til en ønsket diameter.

Skjæreelementer av ekspanderbare hullutvidere kan gi rom for hullutvidelse, stabilisering eller tilbakerømming, avhengig av stillingen og orienteringen av skjæreelementene på knivene. Slik hullutvidelse kan dermed forstørre et borehull med 15–40 %, eller mer, avhengig av anvendelsen og den spesifikke hullutviderutformingen.

[0011] Vanligvis inkluderer utvidbar hullutviderutforming å plassere to kniver i grupper, referert til som blokker, rundt et rørformet legeme i verktøyet. En første kniv, referert til som en ledende kniv absorberer mesteparten av belastningen, den ledende belastningen, ettersom verktøyet kommer i kontakt med formasjonen. En andre kniv, referert til som en flytekniv, og plassert dreibart bak den ledende kniven på det rørformede legemet absorberer deretter en flytekniv, som er mindre enn den ledende belastningen. Dermed bærer skjæreelementene av den ledende kniven tradisjonelt mesteparten av belastningen, samtidig som skjæreelementer av flytekniven bare absorberer mesteparten av belastningen etter svikt av skjæreelementene på den ledende kniven. Slike utformingsprinsipper, som resulterer i ubalanserte belastningsforhold på tilstøtende kniver, resulterer ofte i for tidlig svikt av skjæreelementer, kniver og deretter hullutvideren.

[0012] Følgelig eksisterer det et behov for apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen som har forbedret vibrasjonskontroll.

US2823901 beskriver ekspanderbare roterbare boreverktøyer.

OPPSUMMERING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører sekundære skjærestrukturer for anvendelse i en bore-montasje og en fremgangsmåte for boring i henhold til de selvstendige patentkrav. Ytterligere utførelsesformer av de sekundære skjærestrukturer for anvendelse i en bore-montasje i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremgår av de uselvstendige patentkrav.

[0013] I ett aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet en sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, den sekundære skjærestrukturen inkluderer et rørformet legeme, og en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken inkluderer en første oppstilling av skjæreelementer anordnet på en første kniv, en første stabiliseringsseksjon anordnet nær den første oppstillingen av skjæreelementer, en andre oppstilling av skjæreelementer anordnet på den første kniven, og en andre stabiliseringsseksjon anordnet nær den andre oppstillingen av skjæreelementer.

[0014] I et annet aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet en sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, den sekundære skjærestrukturen inkluderer et rørformet legeme, og en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken inkluderer flere skjæreelementer anordnet på en første kniv, og minst én dybde av skjærebegrenser anordnet mellom toppen til minst to tilstøtende skjæreelementer.

[0015] I et annet aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet en sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, den sekundære skjærestrukturen inkluderer et rørformet legeme, og en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken inkluderer minst tre blader.

[0016] I nok et annet aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet en fremgangsmåte for boring, fremgangsmåten inkluderer å anordne en bore-montasje i et borehull, borehull-montasjen inkluderer en sekundær skjærestruktur som har et rørformet legeme og en blokk, som kan strekkes fra legemet, blokken inkluderer minst tre kniver, som aktuerer den sekundære skjærestrukturen, der aktueringen inkluderer å strekke blokken fra det rørformede legemet, og å bore formasjonen med den utstrekte blokken.

[0017] Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelsen og de vedlagte kravene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0018] Figur 1A er en skjematisk fremstilling av en boreoperasjon.

[0019] Figurene 1B og 1C er delvis avskjærede riss over en utvidbar, sekundær skjærestruktur.

[0020] Figur 2 er et sideperspektivriss av en blokk av en opprømmer.

[0021] Figur 3 er et sideperspektivriss av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0022] Figur 4 er et sideperspektivriss av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0023] Figur 5 er et enderiss av en blokk av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0024] Figur 6 er et enderiss av en blokk av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0025] Figur 7 er et enderiss av en blokk av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0026] Figur 8 er et sideperspektivriss av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0027] Figur 9 er et sideperspektivriss av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0028] Figur 10A er et riss sett ovenfra av en opprømmerblokk ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0029] Figur 10B er et enderiss av en opprømmerblokk ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

[0030] Figur 10C er en nær-perspektiv-representasjon av en opprømmerblokken i figurene 10A og 10B ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0031] I ett aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen. I et annet aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen med boreverktøy-montasjer som har forsterkede stabiliseringsegenskaper. I nok et annet aspekt vedrører utførelsesformer offentliggjort i dette dokumentet apparaturer og fremgangsmåter for å bore formasjonen med utvidbar sekundær skjærestruktur som har forsterkede stabiliseringsegenskaper.

[0032] Sekundære skjærestrukturer, ifølge utførelsesformer offentligjort i dette dokumentet, kan inkludere opprømmeranordninger av en boreverktøy-montasje i stand til å bore en jordformasjon. Slike sekundære skjærestrukturer kan anordnes på et borestrengnede-i-hullet-verktøy og aktueres for å hullutvide eller tilbakerømme et borehull. Eksempler på sekundære skjærestrukturer inkluderer utvidbare opprømmingsverktøy som er anordnet i borehullet i en sammenslått stilling og deretter ekspanderes ved aktuering.

[0033] Under henvisning til figurene 1B og 1C, er et ekspanderbart verktøy, som kan anvendes i utførelsesformer av den foreliggende offentliggjøringen, generelt betegnet som 500, vist i en sammenslått stilling i figur 1B, og i en utvidet stilling i figur 1C. Det utvidbare verktøyet 500 omfatter et generelt sylindrisk rørformet verktøylegeme 510 med en strømningsutboring 508 som strekker seg derigjennom. Verktøylegemet 510 inkluderer øvre 514 og nedre 512 tilkoblingsporsjoner for tilkopling av verktøyet 500 til en bore-montasje. I omtrent det aksiale senteret til verktøylegemet 510, dannes én eller flere lommefordypninger 516 i legemet 510 og i avstand fra hverandre asimutalt rundt omkretsen til legemet 510. De én eller flere fordypningene 516 rommer den aksielle bevegelsen til flere komponenter i verktøyet 500 som beveger seg opp eller ned inne i lommefordypningene 516, inkludert én eller flere bevegelige, ikke-svingbare verktøyarmer 520. Hver fordypning 516 lagrer en bevegelig arm 520 i den sammenslåtte stillingen.

[0034] Figur 1C avbilder verktøyet 500 med de bevegelige armene 520 i maksimalt utvidet stilling, som strekker seg radialt utover fra legemet 510. Når verktøyet 500 er i borehullet, kan det kun strekke seg ut i en stilling. Derfor har verktøyet 500 to operative stillinger– nemlig en sammenslått stilling som vist i figur 1B, og en utvidet stilling som vist i figur 1C. Det kan imidlertid hende at fjærholderen 550, som er en gjenget hylse, kan justeres ved overflaten for å begrense den fulle diameterutvidelsen av armene 520. Fjærholderen 550 komprimerer forspenningsfjæren 540 når verktøyet 500 er sammenslått, og stillingen til fjærholderen 550 bestemmer mengden utvidelse av armene 520. Fjærholderen 550 justeres med en skiftenøkkel i skiftenøkkelsporet 554 som roterer fjærholderen 550 aksialt nedover eller oppover i forhold til legemet 510 ved gjengene 551.

[0035] I den utvidede stillingen som er vist i figur 1C, vil armene 520 enten utvide borehullet eller stabilisere bore-montasjen, avhengig av konfigurasjonen av putene 522, 524 og 526. I figur 1C konfigureres skjærestrukturene 700 på putene 526 for å utvide borehullet. Dybdeskjærebegrensere (dvs. dybdekontrollelementer) 800 på putene 522 og 524 ville gi målebeskyttelse ettersom hullutvidelsen utvikler seg. Hydraulisk kraft får armene 520 til å utvide seg utad til stillingen vist i figur 1C, på grunn av trykkforskjellen i borevæsken mellom strømningsboringen 508 og ringrommet 22.

[0036] Borevæsken strømmer langs banen 605, gjennom portene 595 i den nedre holderen 590, langs banen 610 inn i stempelkammeret 535. Differensialtrykket mellom væsken i strømningsboringen 508 og væsken i borehullringrommet 22 som omgir verktøyet 500 får stempelet 530 til å bevege seg aksialt oppover fra stillingen vist i figur 1B til stillingen vist i figur 1C. En liten mengde av strømning kan bevege seg gjennom stempelkammeret 535 og gjennom dysene 575 til ringrommet 22 ettersom verktøyet 500 begynner å utvide seg. Etter hvert som stempelet 530 beveger seg aksialt oppover i lommefordypningene 516, inngriper stempelet 530 drivringen 570, og får derved drivringen 570 til å bevege seg aksialt oppover mot de bevegelige armene 520. Armene 520 vil bevege seg aksialt oppover i lommefordypningene 516 og også radialt utover ettersom armene 520 reiser i kanaler 518 anordnet i legemet 510. I den utvidede stillingen fortsetter strømningen langs banene 605, 610 og ut i ringrommet 22 gjennom dysene 575. Ettersom dysene 575 er en del av drivringen 570, beveger de seg aksialt med armene 520. Følgelig er disse dysene 575 optimalt posisjonert for kontinuerlig å gi rengjøring og kjøling til skjærestrukturene 700 anordnet på overflaten 526 ettersom væske kommer ut i ringrommet 22 langs strømningsbanen 620.

[0037] Hullutviderverktøyet 500 kan utformes til å forbli konsentrisk anordnet inne i borehullet. Nærmere bestemt, i en utførelsesform inkluderer verktøyet 500 fortrinnsvis tre forlengbare armer 520 i avstand fra hverandre i omkretsmessig ved samme aksielle stilling på verktøyet 510. I én utførelsesform vil den omkretsmessige avstanden være omtrent 120 grader fra hverandre. Denne tre-arm-utformingen gir et fullstendig målehullutvidelsesverktøy 500 som forblir sentralisert i borehullet. Selv om det er illustrert en tre-arm-utforming, vil de med ordinære ferdigheter innen teknikken forstå at verktøyet 510 kan inkludere forskjellige konfigurasjoner av omkretsmessig atskilte armer, f.eks. utforminger med mindre enn tre armer, fire armer, fem armer eller flere enn fem armer i andre utførelsesformer. I spesifikke utførelsesformer, kan dermed den omkretsmessige avstanden mellom armene variere fra 120-graders avstanden illustrert i dette dokumentet. I alternative utførelsesformer kan f.eks. omkretsavstanden være 90 grader, 60 grader, eller være i avstand av mengder i ulik størrelse. Følgelig kan de sekundære skjærestrukturutførelsesformene offentliggjort i dette dokumentet anvendes med ethvert sekundært skjærestrukturverktøy kjent innen teknikken.

[0038] Under henvisning til figur 2 er det vist et perspektivriss av en blokk ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen er det vist en skjæreblokk 200 som har to kniver 220A og 220B, med flere innsettinger 250 anordnet på knivene 220A og 220B. Som forklart ovenfor, kan blokken 200 som har kniver 220 som bærer innsettingene 250 utvides når de anordnes i borehullet, og tillater derved at innsettingene 250 kommer i kontakt med formasjonen under f.eks. opprømmingsoperasjonene.

[0039] Under henvisning til figur 3 er det vist et perspektivriss av en opprømmer 300 ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen inkluderer opprømmeren 300 flere blokker 310, der hver blokk 310 har flere kniver 320. Som illustrert inkluderer blokk 310 en første kniv 320A og en andre kniv 320B. Hver kniv 320 inkluderer flere skjæreelementer 325. I denne utførelsesformen inkluderer første kniv 320A en første oppstilling av skjæreelementer 330A og en andre oppstilling av skjæreelementer 330B. Første kniv 320A inkluderer en første stabiliseringsseksjon 335A anordnet i nærheten av og aksialt over den første oppstillingen av skjæreelementene 330A. Den første kniven 320A inkluderer en andre stabiliseringsseksjon 335B anordnet i nærheten av og aksialt over den andre oppstillingen av skjæreelementene 330B.

[0040] Den andre kniven 320B av blokken 310 har også en tredje oppstilling av skjæreelementene 340A og en fjerde oppstilling av skjæreelementene 340B. Den tredje oppstillingen av skjæreelementene 340A anordnes ved en aksialt distal lokasjon på kniven 320B og en tredje stabiliseringsseksjon 345A anordnes i nærheten av og aksialt ovenfor den tredje oppstillingen av skjæreelementene 340A. Den andre kniven 320B inkluderer videre en fjerde oppstilling av skjæreelementene 340B anordnet over den tredje stabiliseringsseksjonen 345A. Aksialt ovenfor den fjerde oppstillingen av skjæreelementene 340B, er det anordnet en fjerde stabiliseringsseksjon 345B.

[0041] Stabiliseringsseksjonene kan dannes fra forskjellige typer materialer, slik som wolframkarbid, diamant og kombinasjoner av disse. I visse utførelsesformer kan stabiliseringsseksjoner dannes av diamantimpregnert materiale. I enda andre utførelsesformer, kan stabiliseringsseksjonene inkludere flere innsettinger, slik som wolframkarbidinnsettinger, diamantinnsettinger, måleinnsettinger, slitasjekompensasjonsinnsettinger, dybdeskjærebegrensere, og lignende.

[0042] Under henvisning til figur 4 er det vist et perspektivriss av en opprømmer ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen inkluderer opprømmeren 400 flere blokker 410, der hver blokk 410 har flere kniver 420. Som illustrert inkluderer blokk 410 en første kniv 420A og en andre kniv 420B. Hver kniv 420 inkluderer flere skjæreelementer 425. I denne utførelsesformen inkluderer første kniv 420A en første oppstilling av skjæreelementer 430A og en andre oppstilling av skjæreelementer 430B. Første kniv 420A inkluderer en første stabiliseringsseksjon 435A anordnet i nærheten av og aksialt over den andre oppstillingen av skjæreelementene 430B.

[0043] Den andre kniven 420B av blokken 410 har også en tredje oppstilling av skjæreelementene 440A og en fjerde oppstilling av skjæreelementene 440B. Den tredje oppstillingen av skjæreelementene 440A anordnes ved en aksialt distal lokasjon på kniven 420B. Den fjerde oppstillingen av skjæreelementene 440B anordnes på den andre kniven 420B aksialt ovenfor den tredje oppstillingen av skjæreelementene 440A. En andre stabiliseringsseksjon 445A anordnes i nærheten av og aksialt ovenfor den fjerde oppstillingen av skjæreelementene 440B.

[0044] I denne utførelsesformen inkluderer blokken 410 videre en tredje stabiliseringsseksjon 450 anordnet aksialt over den første oppstillingen av skjæreelementer 430A og den tredje oppstillingen av skjæreelementer 440A og aksialt under den andre oppstillingen av skjæreelementer 430B og den fjerde oppstillingen av skjæreelementene 440B. Den tredje stabiliseringsseksjonen 450 kan strekke seg helt eller delvis mellom de første og andre knivene 420A og 420B.

[0045] I enda ytterligere utførelsesformer, kan layouten av skjæreelementoppstillingene og stabiliseringsseksjonene justeres for å optimalisere boringen. I visse utførelsesformer kan f.eks. én eller flere ytterligere stabiliseringsseksjoner anordnes på første kniv 420A og/eller andre kniv 420B før de første og andre skjæreelementoppstillingene 430A og 440B, eller alternativt kan en andre stabilisering anordnes for å strekke seg helt eller delvis mellom de første og andre bladene 420A og 420B, på samme måte som den tredje stabiliseringsseksjonen 450 ovenfor. I enda andre utførelsesformer, i stedet for å ha de første og andre stabiliseringsseksjonene 435A og 445A, kan opprømmeren 400 ha en stabiliseringsseksjon, på samme måte som tredje stabiliseringsseksjon 450 anordnet ovenfor den andre og fjerde oppstillingen av skjæreelementene 430B og 440B, og strekke seg delvis eller helt mellom de første og andre knivene 420A og 420B.

[0046] De med ferdigheter innen teknikken vil forstå at ved å variere den relative lokasjonen av skjæreelementoppstillinger og stabiliseringsseksjoner, kan boredynamikk optimaliseres. Ifølge de ovenfor beskrevne utførelsesformene gitt er de ekstra stabiliseringsseksjonene, sammenlignet med konvensjonelle opprømmere ekstra stabilisering som kan bidra til å oppnå en bedre kontroll av opprømmeren under boring. De ekstra stabiliseringsseksjonene kan ytterligere bidra til å resentralisere opprømmeren/hullutvideren med pilothulltrajektoriet, og dermed redusere potensielt skadelige vibrasjoner og forbedre boringen. Ved å i tillegg dele skjæreelementene inn i flere skjæreelementoppstillinger og fjerne stein i trinn, kan det forekomme forbedret rengjøring og borekaksfjerning. Ettersom rengjøringen og borekaksfjerningen er forbedret, kan hydraulikken rundt skjæreelementene forbedres, og dermed forbedre skjæreelementlevetiden og dermed forbedre effektiviteten av opprømmeren.

[0047] Under henvisning til figur 5 er det vist et sideriss av en blokk 1500 ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I konvensjonell ekspanderbar opprømmerutforming består en blokk av én eller to kniver. Men slike symmetriske utforminger genererer oversvingninger og øker vibrasjoner som kan skade opprømmeren eller boreverktøy-montasjen. Blokk 1500 illustrerer en asymmetrisk utforming, der blokken 1500 inkluderer de tre knivene 1505A, 1505B og 1505C. Flere skjæreelementer 1510 anordnes på hver av knivene 1505A, 1505B og 1505C. Strømningskanalene 1515A og 1515B dannes mellom knivene 1505A, 1505B og 1505C, og lar dermed væsker strømme gjennom og fjerne borekaks ute av stilling under opprømmingen.

[0048] Under henvisning til figur 6 er det vist et sideriss av en blokk 1600 ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. Blokken 1600 illustrerer en asymmetrisk utforming, der blokken 1600 inkluderer de tre knivene 1605A, 1605B og 1605C. Flere skjæreelementer 1610 anordnes på hver av knivene 1605A, 1605B og 1605C. Strømningskanalene 1615A og 1615B dannes mellom knivene 1605A, 1605B og 1605C, og lar dermed væsker strømme gjennom og fjerne borekaks ute av stilling under opprømmingen.

[0049] Med henvisning til figurene 5 og 6 sammen, viser figur 5 spesifikt en blokk 1500 med en fremmadrettet innstilt asymmetrisk knivkonfigurasjon. I en slik konfigurasjon strekker den ledende kniven 1505A seg utad fra blokken 1500. I en annen utførelsesform illustrert i figur 6, har blokken 1600 en omvendt innstilt asymmetrisk knivkonfigurasjon, der flytekniven 1605C strekker seg utad fra blokken 1600. I begge utførelsesformene er knivene 1505 og 1605 asymmetriske i forhold til blokkens sentrum, som bryter opp oversvingninger og reduserer opprømmervibrasjoner.

[0050] De med ordinære ferdigheter innen teknikken vil forstå at omfanget knivene 1505 og 1605 er forskjøvet fra kronens sentrum vil avhenge av de spesifikke kravene for opprømmingsoperasjonen. I visse utførelsesformer kan det i tillegg anvendes mer enn tre kniver 1505 og 1605, i alternative utførelsesformer kan det anvendes f.eks. fire, fem eller flere kniver 1505 og 1605. De med ordinære ferdigheter innen teknikken vil forstå at antallet kniver 1505 og 1605 per blokk 1500 og 1600 kan variere avhengig av diameteren av opprømmeren som blokkene installeres på. Dermed kan opprømmere med mindre diameter ha blokkene 1500 og 1600 som bærer mindre kniver 1505 og 1605 enn opprømmere med relativt større diameter.

[0051] Under henvisning til figur 7 er det vist et sideriss av en blokk 1700 ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen illustrerer blokken 1700 en symmetrisk knivkonfigurasjon, der blokken 1700 har fire blader 1705A-D. Strømningskanalene 1715A-1715C dannes mellom knivene 1705A-D, og flere skjæreelementer anordnes på hver av knivene 1705A-D. Den symmetriske knivkonfigurasjonen i figur 7 illustrerer en utvidet skjærestruktur, ettersom skjærestrukturen strekker seg utover et åpent spor i opprømmerlegemet. Den utvidede skjærestrukturen øker volumet av diamant uten å kompromittere renseeffekten til skjærestrukturen. Dermed kan et større volum av diamant tillate bedre fjerning av stein, redusert skjæreslitasje og forbedret hydraulikk.

[0052] Konvensjonelle ekspanderbare opprømmere inkluderte et åpent spor utformet for å motta blokken når opprømmeren var i en komprimert tilstand. Under bruk ekspanderer blokken radialt ut av sporet i inngrep med formasjonen, som beskrevet ovenfor. Utførelsesformene i den foreliggende offentliggjøringen tilveiebringer en opprømmer som har et åpent spor, slik at blokken strekkes inn i det åpne sporet sammen med knivene i sentrum 1705B og 1705C i en komprimert tilstand, mens de ytre knivene 1705A og 1705D strekkes inn i det rørformede legemet, og lar dermed opprømmeren kjøres inn i et borehull. Ved aktivering av opprømmeren utvider blokken seg radialt og ekspanderer derved alle de fire knivene 1705A-D i kontakt med formasjonen. Som forklart ovenfor, kan det økte diamantvolumet muliggjøre en mer effektiv fjerning av stein, mens det økte antallet kanaler 1715A-C muliggjør en effektiv rengjøring av skjærestrukturen. De med ferdigheter innen teknikken vil forstå at størrelsen, dvs. lengden, på den utvidede skjærestrukturen kan optimaliseres til å ha de fleste skjæreelementene, og dermed diamant, muligens mens man samtidig lager den utvidede skjærestrukturen så kort som mulig, for å tilveiebringe en mer stabil opprømmer.

[0053] Under henvisning til figur 8 er det vist et sideriss av en opprømmer ifølge utførelsesformene i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen er det vist en opprømmer 1800 som har en kniv 1805. Kniven 1805 har en første oppstilling av skjæreelementene 1810 og en andre oppstilling av skjæreelementene 1815. Kniven 1805 har også en stabiliseringsseksjon 1820. Kniven 1805 har også en andre stabiliseringsseksjon 1825, som er en pilotkondisjonerende seksjon. Den andre stabiliseringsseksjonen 1825 gir en måleoverflate som forskyver bøyemomenter som utøves av opprømmerskjærestrukturen under opprømming. I tillegg bidrar den andre stabiliseringsseksjonen 1825 til å redusere overdreven skjærebelasting og resulterende vibrasjoner som kan skade skjærestrukturen eller på annen måte føre til en mindre effektiv opprømming.

[0054] Under henvisning til figur 9 er det vist et sideriss av en opprømmer ifølge utførelsesformene i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen er det vist en opprømmer 1900 som har en kniv 1905. Kniven 1905 har en første oppstilling av skjæreelementene 1910, en andre oppstilling av skjæreelementene 1915 som strekker seg radialt lengre enn den første oppstillingen av skjæreelementene 1910 og en tredje oppstilling av skjæreelementene 1920. Hver oppstilling av skjæreelementene 1910, 1915 og 1920 har flere skjæreelementer 1925 anordnet på seg. Kniven 1905 har en første stabiliseringsseksjon 1930 anordnet under den tredje oppstillingen av skjæreelementene 1920 og over den andre oppstillingen av skjæreelementene 1915. Kniven 1905 har også en andre stabiliseringsseksjon 1935 anordnet mellom den andre skjæreelementoppstillingen 1915 og den første skjæreelementoppstillingen 1910, og en tredje stabiliseringsseksjon 1940 anordnet under det første skjæreelementarrangementet 1910.

[0055] Opprømmeren 1900 illustrerer en opprømmer som har opprømmerkniver av flere trinn 1905. Opprømmeren 1900 inkluderer tre stabiliseringsområder, 1930, 1935 og 1940. Under boring kommer den tredje stabiliseringsseksjonen 1940 i kontakt med borehullveggen ettersom den første oppstillingen av skjæreelementene 1910 inngriper formasjonen. Ettersom diameteren til borehullet øker som et resultat av den første oppstillingen av skjæreelementene 1910 som borer formasjonen, kommer den andre stabiliseringsseksjonen 1935 i kontakt med den utvidede delen av borehullet, og stabiliserer derved opprømmeren 1900, slik at skjærerbelastningen og vibrasjonene reduseres når den andre oppstillingen av skjæreelementene 1915 kommer i inngrep med formasjonen. Den andre oppstillingen av skjæreelementene 1915 kan deretter bore formasjonen, og utvider borehullet til en sluttdiameter. Når diameteren til borehullet økes til en endelig diameter, kan den første stabiliseringsseksjonen 1930 komme i kontakt med veggen til borehullet, og derved ytterligere stabilisere opprømmeren 1900, noe som ytterligere øker effektiviteten til opprømmingsoperasjonen.

[0056] De med ordinære ferdigheter innen teknikken vil forstå at opprømmeren 1900 kan ha flere enn to trinn i visse utførelsesformer. Opprømmeren 1900 kan ha f.eks. et tredje trinn, der den tredje oppstillingen av skjæreelementene 1920 strekker seg radialt lengre enn den andre oppstillingen av skjæreelementene 1915. En slik utførelsesform kan la diameteren i borehullet utvide seg til en større diameter i tre trinn. Opprømming i trinn tillater opprømmeren 1900 å stabilisere seg på skjærestrukturnivået, for derved å redusere størrelsen på ubalansekrefter, skadelige vibrasjoner, og overdreven skjærerbelastning.

[0057] Under henvisning til figurene 10A og 10B er det vist henholdsvis et riss sett ovenfra og et sideriss av en opprømmingsblokk ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. I denne utførelsesformen er det vist en blokk 1000 som har to kniver 1005A og 1005B. Hver kniv 1005A og 1005B har flere skjæreelementer 1010 anordnet på seg. Hver kniv 1005A og 1005B har også flere dybdeskjærebegrensere 1015 anordnet på seg. Som illustrert anordnes dybdeskjærebegrenserne 1015 bak skjæreelementene 1010 på hver kniv 1005A og 1005B. Selv om dybden på skjærebegrenserne kan inngripe formasjonen en gang under boringen, skjærer de ikke aktivt formasjonen, i stedet kan dybden på skjærebegrenserne hindre skade på knivene 1005 eller skjæreelementene 1010 fra utilsiktet kontakt mellom kniv 1005 og sidevegg. Dybdeskjærebegrenserne 1015 kan dannes fra forskjellige materialer inkludert f.eks. wolframkarbid, diamant og kombinasjoner av disse. I tillegg kan dybdeskjærebegrenserne 1015 inkludere innsettinger med skjærekapasitet, slik som gjenopprettelsesskjærere eller diamantimpregnerte innsettinger med mindre eksponering enn primære skjæreelementer 1015, eller diamantforbedrede innsettinger, wolframkarbidinnsettinger eller andre innsettinger som ikke har en utpekt skjærekapasitet. Selv om dybdeskjærebegrenserne 1015 ikke primært inngriper formasjonen under boring, etter slitasje på skjæreelementene 1010, kan dybdebegrenserne 1015 inngripe formasjonen for å beskytte skjæreelementene 1010 fra økte belastninger som følge av slitte skjæreelementer 1010.

[0058] Etter skjæredybdebegrenserne 1015 inngriper formasjonen, på grunn av slitasje på skjæreelementene 1010, omfordeles belastningen som normalt ville bli plassert på skjæreelementene 1010 og per-skjærekraften kan reduseres. Ettersom per-skjærekraften kan reduseres, kan skjæreelementene 1010 motstå for tidlig frakturering, og derved øke levetiden til skjæreelementene 1010. I tillegg kan omfordeling av skjærekreftene balansere den samlede vektfordelingen på skjærestrukturen, for derved å øke levetiden til verktøyet. Videre kan dybdeskjærebegrenserne 1015 gi dynamisk støtte under borehullutvidelse, slik at per-skjærerbelastningen kan reduseres i perioder med høy vibrasjon, for derved å beskytte skjæreelementene 1010. I perioder med økt borestrengbøying og off-sentrering, kan dybdeskjærebegrenserne 1015 komme i kontakt med borehullet, og dermed redusere laterale vibrasjoner, redusere individuell skjærekraft, og balansere vridningsvariasjon, for på den måten å øke holdbarheten til den sekundære skjærestrukturen og/eller de individuelle skjæreelementene 1010.

[0059] Som spesifikt vist i figur 10A, posisjoneres dybdekuttbegrenserne 1015 mellom tilstøtende skjæreelementer. Nærmere bestemt anordnes dybdeskjærebegrenseren 1015A mellom toppen til de tilstøtende skjæreelementene 1010A og 1010B. Med andre ord er dybdeskjærebegrenseren 1015A omkretsmessig forskjøvet fra de tilstøtende skjæreelementene 1010A og 1010B. Ved å deponere dybdeskjærebegrenseren 1015A mellom skjæreelementene 1010A og 1010B, konfigureres dybdeskjærebegrenserne til å ri på en formasjonsrygg generert mellom skjæreelementene 1010A og 1010B. Under kort henvisning til figur 10C er det vist en nær-perspektiv-representasjon av opprømmeren i figurene 10A og 10B, ifølge utførelsesformer i den foreliggende offentliggjøringen. Figur 10C illustrerer skjæreelementene 1010A, 1010B og dybdeskjærebegrenseren 1015A. Ettersom skjæreelementene 1010A og 1010B kommer i kontakt med formasjonen 1030, danner det seg en ikke-boret bro 1035 mellom disse. I tilfelle av en plutselig overdreven vekt-på-krone-overføring til opprømmeren, kommer dybdeskjærebegrenseren 1015A i kontakt med ryggen 1035, for derved å redusere størrelsen på det maksimalt genererte dreiemomentet og begrense skaden på skjæreelementene 1010A og 1010B. I tillegg, ettersom dybdeskjærebegrenserryggen på ryggen 1035, kan overdreven opprømmervibrasjon forebygges, noe som kan hindre skade på andre komponenter på omrømmeren.

[0060] Under henvisning til figur 10A og 10B, i alternative utførelsesformer, kan en dybdeskjærebegrenser 1015 anordnes på en kniv i innstilling med et skjæreelement av en annen kniv. F.eks. er dybdeskjærebegrenseren 1015B av kniven 1005A på linje med skjæreelementene 1010B til kniven 1005B. I en annen utførelsesform kan dybdeskjærebegrenseren 1015A til den andre kniven 1005B være på linje med skjæreelementene 1010C for den første kniven 1005A.

[0061] I enda andre utførelsesformer kan minst én dybdeskjærebegrenser anordnes slik at de overlapper hverandre med minst ett skjæreelement. Dybdeskjærebegrenseren 1015A kan f.eks. anordnes for å overlappe skjæreelementet 1010A og/eller skjæreelementene 1010C. I visse utførelsesformer kan overlappingen begrenses til en viss diameter av skjæreelementet. Overlappingen kan f.eks. være mindre enn halvparten av diameteren til minst ett av skjæreelementene. I andre utførelsesformer kan overlappingen være førti prosent, tretti prosent, tjuefem prosent, tjue prosent eller mindre.

[0062] Fordelaktig kan utførelsesformer av den foreliggende offentliggjøringen gi forbedret opprømmerblokk, kniv og skjærestrukturutforming for å forbedre driften av opprømmeren. De med ordinære ferdigheter innen teknikken vil forstå at de ovenfor identifiserte fremgangsmåtene for å redusere vibrasjoner, redusere størrelsen på det maksimale dreiemomentet som genereres under overdreven vekt-på-krone-overføring, forskyving av bøyemomenter, og redusering av overdreven skjærerbelasting anvendes alene eller i kombinasjon.

[0063] Mens den foreliggende offentliggjøringen er blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelsesformer, vil de med ferdigheter innen teknikken, som har fordel av denne beskrivelsen, forstå at andre utførelsesformer kan anvendes, som ikke avviker fra omfanget til offentliggjøringen beskrevet i dette dokumentet. Følgelig skal omfanget til offentliggjøringen bare begrenses av de vedlagte kravene.

Claims

PATENTKRAV

1. Sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, k a r a k t e r i s e r t v e d at den sekundære skjærestrukturen omfatter:

et rørformet legeme; og

en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken omfattende:

en første oppstilling av skjæreelementer anordnet på en første kniv;

en første stabiliseringsseksjon anordnet i nærheten av den første oppstillingen av skjæreelementer;

en andre oppstilling av skjæreelementer anordnet på den første kniven; og en andre stabiliseringsseksjon anordnet i nærheten av den andre oppstillingen av skjæreelementer.

2. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 1, der blokken videre omfatter:

en tredje oppstilling av skjæreelementer anordnet på en andre kniv;

en tredje stabiliseringsseksjon anordnet i nærheten av den tredje oppstillingen av skjæreelementer.

en fjerde oppstilling av skjæreelementer anordnet på den første kniven; og

en fjerde stabiliseringsseksjon anordnet i nærheten av den fjerde oppstillingen av skjæreelementer.

3. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 1, der blokken videre omfatter en andre kniv og der den første stabiliseringsseksjonen strekker seg mellom den første kniven og den andre kniven.

4. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 3, der den andre stabiliseringsseksjonen strekker seg mellom den første kniven og den andre kniven.

5. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 1, der blokken videre omfatter:

en tredje oppstilling av skjæreelementer anordnet på en tredje kniv.

6. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 5, der den tredje kniven er asymmetrisk forskjøvet i forhold til en sentralakse av blokken.

7. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 6, der den tredje kniven er aksialt forskjøvet i en fremadrettet stilling.

8. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 5, der den tredje kniven er aksialt forskjøvet i en bakovervendt stilling.

9. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 5, der blokken videre omfatter:

en fjerde oppstilling av skjæreelementer anordnet på en fjerde kniv.

10. Sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, k a r a k t e r i s e r t v e d at den sekundære skjærestrukturen omfatter:

et rørformet legeme; og

en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken omfattende:

flere skjæreelementer anordnet på en første kniv; og

minst én dybdeskjærebegrenser anordnet mellom toppen til minst to tilstøtende skjæreelementer.

11. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 10, der blokken videre omfatter:

en andre mengde skjæreelementer anordnet på en andre kniv; og

minst én dybdeskjærebegrenser anordnet mellom toppen til minst to tilstøtende skjæreelementer av den andre mengden skjæreelementer.

12. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 11, der den minst ene dybdeskjærebegrenseren til den første kniven er på linje med minst ett skjæreelement til den andre kniven.

13. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 10, der den minst ene dybdeskjærebegrenseren overlapper minst ett skjæreelement.

14. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 13, der overlappingen omfatter mindre enn 50 prosent av diameteren til det minst ene skjæreelementet.

15. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 10, der den minst ene dybdeskjærebegrenseren er omkretsmessig forskjøvet fra de to tilstøtende skjæreelementene.

16. Sekundær skjærestruktur for anvendelse i en bore-montasje, k a r a k t e r i s e r t v e d at den sekundære skjærestrukturen omfatter:

et rørformet legeme; og

en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, blokken er omfattende minst tre kniver.

17. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 16, der minst én kniv er asymmetrisk i forhold til et senter av blokken.

18. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 16, der blokken omfatter fire kniver.

19. Den sekundære skjærestrukturen ifølge krav 16, der det rørformede legemet omfatter et åpent spor, der blokken strekker seg radialt forbi det åpne sporet når den sekundære skjærestrukturen er i en komprimert konfigurasjon.

20. Fremgangsmåte for boring, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter: å anordne en bore-montasje i et borehull, der bore-montasjen er omfattende en sekundær skjærestruktur som har et rørformet legeme og en blokk, som kan strekkes ut fra det rørformede legemet, der blokken er omfattende minst tre kniver;

å aktuere den sekundære skjærestrukturen, der aktueringen omfatter å strekke blokken fra det rørformede legemet; og

å bore formasjonen med den utvidede blokken.