NO820347L

NO820347L - Verktoey for undergrunnsformasjoner

Info

Publication number: NO820347L
Application number: NO820347A
Authority: NO
Inventors: John Michael Fuller
Original assignee: Drilling & Service Uk Ltd
Priority date: 1981-02-07
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1982-08-09
Also published as: EP0058061A3; EP0058061A2

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører verktøy for opp-boring eller utviding av diameteren av et dypt hull ved roterende bevegelse av et boreaggregat i en undergrunnsformasjon, eksempel-vis for utvinning av olje, gass, vann, mineraler eller jordvarme-energi, eller for injisering av gass eller væske med henblikk på trykkopprettelse i et reservoar, eller for plassering av avfall.

Det vil iblant være nødvendig at det i formasjonen bores

et hull med en diameter som er større enn innerdiameteren av brønnhodet og/eller føringsrøret og/eller brønnrøret som leder til den seksjon hvor hullet ønskes utvidet. Det kan også være nødvendig å øke diameteren av et tidligere boret styrehull.

Det er kjent et verktøy, "hullutvider med eksentrisk

blad" som er konstruert for å imøtekomme disse krav. Dette verk-tøy omfatter normalt en sentreringsanordning og en freseranord-ning, hvorav den sistnevnte befinner seg øverst når verktøyet er i bruk. Sentreringsanordningen kan være forbundet med eller innbefatte et styrehullbor. Freseranordningen omfatter et antall skjær som normalt rager ut bare på én side. Utelatelsen av skjær på den annen side gjør det mulig for verktøyet å passere gjennom brønnhodet eller brønnrøret av mindre innerdiameter enn den som opprettes ved hjelp av freseranordningen. Dette lar seg gjøre fordi sentreringsanordningen bringes ut av funksjon idet den passerer gjennom brønnhodet eller brønnrøret og ut av styre-hullet.

Da skjærene er konsentrert på én side eller hovedsakelig

på én side, vil kreftene som utøves mot skjærene, uheldigvis utvikle en siderettet resultantkomponent ,som i stor grad må balanseres av kreftene mot sentreringsanordningen. Disse krefter kan forårsake ekstra friksjon mellom sentreringsanordningen og formasjonen, slitasje på sentreringsanordningen og slitasje

på styrehullveggen. I sistnevnte tilfelle kan verktøyet tvinges til å rotere om den gale akse, og dette resulterer i en uregel-messig hullkanal med for liten eller variabel diameter.

Det er et formål ved oppfinnelsen å frembringe et verktøy, en eksentrisk hullåpner, hvor skjærekreftene som oppstår under bruk, har en relativt liten, siderettet resultantkomponent.

Et verktøy ifølge oppfinnelsen, som er bestemt for det angitte formål, omfatter en ringformet sokkel som i hvert fall i den ene ende er innrettet for sammenkopling med andre enheter i undermontasjen i en borstreng, hvor sammenkoplingsmidlene er slik anordnet at elementet monteres eksentrisk på undermontasjen, og hvor en endeflate av sokkelen er forbundet med skjære-elementer i et mønster som vil redusere den ubalanse mellom skjærekreftenes tverrkomponenter, som oppstår når hullutvideren er i drift.

Skjærene kan være anbrakt i hensiktsmessige posisjoner og/eller stillinger rundt endeflaten. I et arrangement er skjærene plassert tilnærmelsesvis i samme avstand fra endeflatens periferi. Skjærenes eksakte radialavstand fra hullutviderens midtakse velges individuelt, for å bestemme skjæremønstret og for å utjevne skjærenes levetid i størst mulig grad. Avhengig av anvendelsesformålene kan skjærene være jevnt eller ujevnt fordelt rundt periferien. Summen av de horisontale skjærekrefter som oppstår når verktøyet er i bruk, består av et kraftpar + en horisontalkomponent som skyldes ubalanse. Ifølge den foreliggende oppfinnelse kan denne ubalansekomponent reduseres til mindre enn 50%, fortrinnsvis ca. 20% av den totale horisontal-skjærekraft.

Den eksentriske hullutvider ifølge oppfinnelsen kan ut-formes på forskjellige måter. Selv om sokkelen kan være rund, sett i horisontalplanet, behøver den i praksis ikke å ha full-stendig rund sidevegg. Den eksentriske hullutviders endeflate kan være plan, konisk eller parabelformet.

Den eksentriske hullutvider vil under drift utgjøre en

av anordningene i borstrengens undermontasje. Hullutvideren vil som regel være forbundet med en sentreringsinnretning. Denne kan være integrert med den eksentriske hullutvider og/eller være anordnet i form av en stabilisator og/eller en rullebrotsj og/eller en styreborkrone, som i hvert av tilfellene kan sam-virke med et styréhull som er boret på forhånd eller som bores

av styrekronen mens hullet utvides. Hvis den eksentriske hullutvider anvendes i et verktøy med en styreborkrone, kan skjærenes plasseringsmønster på hullutvideren justeres under hensyntaking til de skjærekrefter som frembringes av borkronens skjærelementer. Det kan f.eks. være anordnet skjær bare på en side av styreborkronen, og skjærene på den eksentriske hullutvider kan

være plassert diametralt motsatt av skjærene på styreborkronen. -^-^^--^^-- E^ t^ rnifaYsrQeS f or no Id me\L i om diåmetrene av s t y r e h u 11 e t, hullet som skal bores og kanalen hvorigjennom verktøyet må passere kan være slik at det ikke er plass for skjær rundt hele den eksentriske periferi. Det kan i et slikt tilfelle oppnås en gunstig, delvis sidekraftbalanse ved at skjærene plasseres så langt som mulig rundt den eksentriske periferi. Ytterligere forbedring kan oppnås i dette tilfelle ved å variere skjærenes innbyrdes avstand og/eller orientering.

Ifølge et trekk ved oppfinnelsen kan skjærene være uregel-messig fordelt om' aksen, hovedsakelig på den side hvor det er mest plass, og de kan være slik orientert at de forløper i side-skråretning, for å redusere skjærekreftenes ubalanse i side-retning.

Kombinasjoner av de ovennevnte .plasseringsmåter kan gjen-nomføres. Skjærene behøver ikke å ligge i samme horisontalplan, idet de f.eks. kan være anordnet i en kjegleflate eller parabel-flate koaksial med sentreringsinnretningen.

Skjærene kan være tilvirket av hvilket som helst, egnet materiale, såsom naturlig diamant, syntetisk diamant og/eller wolframkarbid. De kan bestå av polykrystallinske kompaktdiamanter. De kan være anordnet i form av tannforsynte ruller,

i likhet med koniske rulle-fjellborkroner.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende

under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et sideriss av en eksentrisk hullutvider

ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et enderiss, sett i pilretningen A i fig.

Fig. 3 viser et planriss av hullutvideren ifølge fig.

1 og 2, innført i et brønnhull.

Fig. 4 viser et perspektivriss av en annen, eksentrisk

hullutvider.

Fig. 5 viser et sideriss av en annen, eksentrisk hullutvider . Fig. 6 viser et enderiss, sett nedenfra, av verktøyet ifølge fig. 5 . Fig. 7 viser et riss i likhet med fig. 5, men av et annet verktøy.

Hullutvideren ifølge fig. 1 og 2 omfatter en stabilisator-innretning 1, et eksentrisk nav 2 med skjærelementer 9 og 10

samt en øvre oppfiskingshals eller gripetanghals 3. Det er i hver ende av verktøyet anordnet et forbindelsesgjengeparti 4

og 14, og verktøyet er utstyrt med en gjennomgående kanal 5

for fremføring av borevæske. Stabilisatorinnretningen 1 innbefatter et antall glatte felter 6 som er delvis beskyttet av sliteplater av wolframkarbid eller annet, hardt materiale.

Skjærene 9 som fortrinnsvis kan bestå av naturlig diamant eller liknende, men fortrinnsvis av polykrystallinsk kompaktdiamant, er innsatt i den periferiske del P av det fremre flate-parti på det eksentriske nav. Det er ytterligere anordnet et fåtall skjær 10 oppad langs sideflaten av navet 2, for dimen-sjons justering av det utvidete hull. Det bakre endeparti av navet 2 er avfaset ved 11, for styring, særlig gjennom brønn-hodet, av verktøyet under tilbakehenting fra en brønn. Halspartiet 3 omgripes av riggtenger under opprettelse av verktøy-skjøtene 4 og 14. Halspartiet 3 er utformet for oppfisking,

i tilfelle av at verktøyet tapes i et hull.

Under drift er en roterende styreborkrone med tilnærmelsesvis samme diameter som stabilisatorinnretningen 6 forbundet -med gjengesonen 4, og gjengesonen 14 er forbundet med den laveste borflens i hullundermontasjen. Montasjen nedføres i hullet og drives i likhet med en roterende borkrone. Styrekronen borer forrest, og skjærene 9 utfreser eller tilsliper bunnet av hullets utvidete parti som således forlenges i samme tempo. Ved hjelp av skjærene 10 justeres det utvidete hull til full diameter.

Grunnet plasseringen av skjærene 9 rundt periferien av partiet P vil slitasjen på stabilisatorinnretningen 1 være liten og skaden som påføres styrehullveggen av stabilisatorinnretningen, minimal, hvorved det oppnås sikkerhet for at verktøyet vil rotere om den ønskete akse, med derav følgende, forbedrete hullutforming og minskete friksjons-vridningsmoment. En annen fordel med verktøyet er at all den borevæske som passerer gjennom styrebordet, tvinges til å strømme tett forbi skjærene, hvilket vil gi bedre rensing og kjøling. I tidligere kjente, eksentriske hullutvidere av bladtype vil en stor del av borevæsken passere uhindret mellom bladene.

Det kan være anordnet dyser (ikke vist) for fremføring

av borevæske til bunnen av det utvidete hull, som i andre hullutvidere.

Verktøyet ifølge fig. 1 og 2 er særlig egnet for anvendelse ved fremføring gjennom et brønnhode med kanaldiameter 386 mm, boring av et 211 mm styrehull og utviding av diameteren til ca. 4 4 5 mm.

Det fremgår av fig. 3. som skjematisk viser et verktøy

i et brønnhull 20, hvordan skjærene er orientert i en side-skråvinkel, for balansering av "sidekreftene i de tilfeller hvor det ikke er tilstrekkelig plass til å spre skjærene rundt hele omkretsen av verktøyet. For tydelighetens skyld er det bare vist tre skjær, men et større antall kan være anordnet. Side-skråvinkelen for skjæret 9a er lik null, og kraften som formasjonen utøver mot skjæret, er angitt som en vektor A. Side-skrå-vinkelen for skjæret 9b bevirker at skjærekraftvektoren B dreies og danner en komponent C som er motsatt rettet av kraften A.

En tilsvarende komponent D samvirker med komponenten C til delvis eller utstrakt sidebalansering av kraften A.

I den utførelsesform som er vist i fig. 4, omfatter den eksentriske hullutvider 40 en nedre, kjeglestumpformet sokkeldel 41 med rekker 43 av enkeltskjær 42. Det er anordnet'en integrert, øvre sokkeldel 44 for styring av hullutvideren under fjerning fra borehullet. Selv om skjærene er vist plassert i vertikale rekker 43, kan dette mønster erstattes av et annet, f.eks. en skruelinje. Sorn følge av at skjærene er fordelt rundt omkretsen av hullutvideren 40, vil ubalanse-komponentene av de horisontale skjærekrefter som oppstår under drift, reduseres.

I de utførelsesformer som er vist i fig. 5 og 6, omfatter hullundermontasjen en styreborkrone 51 som er utformet i ett med en eksentrisk hullutvider 52. Styrekronen innbefatter rekker av konvensjonelt anordnete skjær 53. Som det tydeligst fremgår av fig. 6, omfatter hullutvideren et stort sett sirkelformet sideparti X som går over i et sideparti Y med samme radius som i det utvidete hull som bores. Den nedre endeflate 54 av hullutvideren 52 heller mot hovedaksen for styreborkronen 51, som tydeligst vist i fig. 5. Skjærene 55 er plassert i grupper i sidepartiet X av flatedelen 54 i et mønster for balansering av de skjærekrefter som frembringes av elementene 54 ved periferien, av sidepartiet Y. Ytterligere skjær 56 er anordnet i sideflaten av partiet Y, som vist i fig. 5. Boreslam som utstrøm-mer gjennom et utløp 57 i styreborkronen 51, tvinges oppad gjennom kanaler W forbi skjærene 53 i kronen og skjærene 55 i hullutvideren .

I versjonen ifølge fig. 7 omfatter hullundermontasjen

en styreborkrone 71 som er utformet i ett med en eksentrisk hullutvider 72. Det er bare anordnet rekker av skjær 73 på én side av kronen, dvs. den venstre ifølge fig. 7. Hullutvideren har et stort sett sirkelformet sideparti som går over i et sideparti med samme radius som i det utvidete hull som bores. Hullutviderens 72 nedre endeflate 74 heller mot hovedaksen for styrebordet 71, og det er anordnet skjær 75 i grupper på den høyre side av borkronen, i et mønster for balansering av de skjærekrefter som frembringes av skjærene 73. Hullutvideren er på

denne måte balansert, selv om skjærene 73 og 75 er vertikalt atskilt langs verktøyet.

Det er underforstått at når verktøyet roterer eksentrisk,

er dette i forhold til den lokale rotasjonsakse. Videre blir ubalansen beregnet i forhold til den skalare sum av de horisontale skjærekrefter.

Claims

Verktøy for anvendelse i undergrunnsformasjoner, som omfatter en ringformet sokkel som i hvert fall i den ene ende er utstyrt med forbindelsesmidler for sammenkopling av verktøyet med andre anordninger i en borstrengs undermontasje, hvor for-bindelsesmidlene er slik plassert at sokkelen monteres eksentrisk på hullundermontasjen, og hvor sokkelen er forbundet med skjærelementer, karakterisert ved at skjærene (9,43,55,75) er fordelt rundt en endeflate (P) av sokkelen (2, 41,52,72) i et mønster for redusering av ubalansen mellom de siderettede komponenter av skjærekreftene som oppstår ved anvendelse av hullutvideren. 2. Verktøy i samsvar med krav 1, karakterisert
ved at skjærene er slik plassert at ubalanse-komponenten er mindre enn 50% av den horisontale skjærekraft.
3. Verktøy i samsvar med krav 2, karakterisert ved at skjærene er slik plassert at ubalanse-komponenten er ca. 20% av den horisontale skjærekraft.
4. Verktøy i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at skjærene er fremstilt av naturlig diamant, syntetisk diamant og/eller wolframkarbid, polykrystallinsk kompaktdiamant eller i form av tannforsynte ruller.
5. Verktøy i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at sokkelen er stort sett sirkulær eller oval, sett i horisontalplan, og at skjærene er fordelt stort sett jevnt rundt sokkelen, umiddelbart ved omkretsen av endeflaten.
6. Verktøy i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at skjærene er orientert med en side-skråvinkel for redusering av skjærekreftenes ubalanse i side-retning.
7. Verktøy i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at det er anordnet skjær på endeflaten, for utviding av hullet, og skjær (10,56,76) bakenfor endeflaten, for justering av hullveggen.
8. Verktøy i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at sokkelen er stort sett kjeglestumpformet (41, fig. 4) og at skjærene (42) er plassert i rekker (43) .
9. Verktøy i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at sokkelen (52,72) er forbundet med en styreborkrone (51, fig. 5 og 6;71, fig. 7) og innbefatter et stort sett sirkulært sideparti (X) som går over i et sideparti (Y) med praktisk talt samme radius som det hull som bores, og at skjærene (55) er plassert langs sokkelens (52) skrånende endeflate.
10. Verktøy i samsvar med krav 9, karakterisert ved at det er anordnet borskjær (73) hovedsakelig på den ene side av borkronen (71), og at den eksentriske sokkel (72) er utstyrt med skjær (75) hovedsakelig på den diametralt motsatte side av verktøyet.