PL189235B1 - Sposób tworzenia co najmniej jednego odwiertu bocznego w istniejącym odwiercie oraz zespół wznoszonego ramienia do zastosowania przy odwiertach - Google Patents

Abstract

1. Sposób tworzenia co najmniej jednego odwiertu bocznego w istniejacym odwier- cie, znamienny tym, ze opuszcza sie zespól wznoszonego ramienia w glab odwiertu az do pozadanego polozenia, przy czym zespól ten sklada sie z korpusu glównego oraz wznoszonego elementu ramienia; nastepnie ustawia sie kroczace narzedzie do ciecia hydraulicznego, które jest podtrzymywane przez element ramienia przynajmniej wów- czas, gdy element ramienia jest w pozycji wzniesionej, oraz steruje sie narzedziem do ciecia hydraulicznego tak, ze narzedzie do ciecia hydraulicznego wysuwa sie z elemen- tu ramienia w kierunku bocznej sciany od- wiertu w celu wykonania odwiertu boczne- go o kierunku wyznaczonym przez poloze- nie elementu ramienia w odwiercie. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób tworzenia co najmniej jednego odwiertu bocznego w istniejącym odwiercie oraz zespół wznoszonego ramienia do zastosowania przy odwiertach, a zwłaszcza zespół, który może nakierowywać narzędzie do hydrodynamicznego przecinania w kierunku ściany odwiertu.

Urządzenia do odchylania otworu są znane w przemyśle górniczym i naftowym w postaci układów służących do zmiany kierunku wiercenia (wiercenia kierunkowego). Od najwcześniejszych czasów zmieniano kierunki odwiertów przez umieszczanie w odwiercie stożkowatych klinów, lub innych urządzeń do odchylania otworu, w celu wymuszenia przesunięcia odwiertu w bok w nowym kierunku, i jest rzeczą znaną, że różne urządzenia umieszczane w odwiertach miały tendencję albo do zmniejszania, albo do zwiększania nachylenia otworu. Nie istnieje metoda, która działałaby satysfakcjonująco przy wszystkich promieniach krzywizny. Zazwyczaj, wyróżnia się zatem sposoby służące do uzyskiwania dużych, średnich, małych i bardzo małych promieni krzywizny. Niniejszy wynalazek odnosi się do metod uzyskiwania bardzo krótkiego promienia krzywizny, przeważnie definiowanego jako mającego co najwyżej długość 2 stóp (60 cm).

Odwierty wykonywane kierunkowo dzielą się na dwie zasadnicze kategorie. W pierwszej kategorii zadanie polega na dotarciu do punktów, których nie można osiągnąć przy pomocy prostych odwiertów pionowych. Celem jest zatem pokonanie stosunkowo dużych odległości w poziomie w stosunku do otworu wiertniczego. W drugiej kategorii mamy do czynienia z szybami, w których część szybu położona w obrębie danego zbiornika ropy naftowej lub gazu powinna mieć określony konkretny kierunek w celu zapewnienia zwiększonej wydajności. Przykładem pochodzącym z drugiej kategorii jest wąski pionowy szyb, w sytuacji, gdy otwór poziomy może zapewniać większą powierzchnię styku ze zbiornikiem niż otwór pionowy, zwiększając w ten sposób powierzchnię odpływu. Niniejszy wynalazek odnosi się przede wszystkim do drugiej ze wspomnianych kategorii.

Opracowano urządzenia do odchylania otworu służące do uzyskiwania bardzo krótkich promieni krzywizny, znajdujące zastosowanie w drugiej z wymienionych kategorii odwiertów kierunkowych.

Wspólną cechą istniejących urządzeń do odchylania otworu służących do uzyskiwania bardzo małych promieni krzywizny jest wymaganie wyposażenia w pewne urządzenie znajdujące się na końcu odwiertu, które albo popycha zespół wiercący wzdłuz krzywizny o bardzo małym promieniu w kierunku złoża, jakie ma być nawiercone, albo wykorzystuje skomplikowany tłokowy hydrauliczny układ napędzający. Kolumny rur wiertniczych używane w tych urządzeniach do odchylania otworu bądź to składają się z segmentów, bądź są skręcane.

Znane są także bardziej skomplikowane urządzenia, które skierowują całość układu wiertniczego lub samo wiertło w kierunku ściany odwiertu. I tak, na przykład, z amerykańskiego opisu patentowego nr 5,197,783 znane jest urządzenie tworzące wydrążenia, do wykorzystania w odwiertach, posiadające wznoszony element ramienia, wyposażony w hydrodynamiczne wiertło strumieniowe do wycinania dużych otworów w odwiercie.

189 235

Amerykański dokument patentowy nr 4,497,381 opisuje układ do zginania kolumny rur wiertniczych, posiadający wysuwany podzespół ramienia do skierowywania kolumny rur wiertniczych w kierunku ściany bocznej.

Niekorzystną cechą istniejących urządzeń do odchylania otworu i innych im podobnych zespołów jest konieczność prawidłowego określania różnych parametrów w odniesieniu do szybu i procesu wiercenia. I tak, na przykład, koniecznym jest wyznaczenie odległości pokonywanej przez narzędzie do cięcia hydrodynamicznego, sprawdzenie czy segmentowe lub skręcane kolumny rur wiertniczych są prawidłowo wprowadzane do światła otworu, oraz kiedy narzędzie do cięcia hydrodynamicznego zostało odpowiednio cofnięte tak, że element ramienia może zostać złożony, jaka jest orientacja w przestrzeni elementu ramienia, jaki jest kąt nachylenia tego elementu itd.

Zespół według wynalazkowi może być stosowany z systemem wiertniczym wykorzystującym wąż wysokociśnieniowy jako giętką kolumnę rur wiertniczych oraz samo-kroczącą dyszę hydrodynamicznego strumienia przecinającego. Dysza taka została opisana w zgłoszeniu międzynarodowym nr PCT/AU96/00783.

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu kierunkowego wiercenia otworów bocznych w istniejących odwiertach, oraz zespołu, który może zostać opuszczony w głąb istniejącego odwiertu, przy czym zespół ten posiada element ramienia, który może być ustawiony w położeniu umożliwiającym skierowanie urządzenia tnącego i/lub kolumny rur wiertniczych w stronę ściany bocznej odwiertu.

Ewentualnie, zespół może wycinać szczeliny w ścianie bocznej odwiertu przy wznoszeniu i wyprostowywaniu ramienia.

Przedmiotem wynalazku jest sposób tworzenia co najmniej jednego odwiertu bocznego w istniejącym odwiercie, cechujący się tym, że opuszcza się zespół wznoszonego ramienia w głąb odwiertu aż do pożądanego położenia, przy czym zespół ten składa się z korpusu głównego oraz wznoszonego elementu ramienia; następnie ustawia się kroczące narzędzie do cięcia hydraulicznego, które jest podtrzymywane przez element ramienia przynajmniej wówczas, gdy element ramienia jest w pozycji wzniesionej, oraz steruje się narzędziem do cięcia hydraulicznego tak, że narzędzie do cięcia hydraulicznego wysuwa się z elementu ramienia w kierunku bocznej ściany odwiertu w celu wykonania odwiertu bocznego o kierunku wyznaczonym przez położenie elementu ramienia w odwiercie.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zespół wznoszonego ramienia do wykorzystania w odwiertach, składający się z korpusu głównego oraz elementu ramienia, ruchomego pomiędzy pozycją złozoną, w której zespół może zostać usunięty z odwiertu, a pozycją wzniesioną; przy czym zespół ramienia zawiera zespół do wiercenia hydraulicznego zawierający narzędzie do cięcia hydraulicznego oraz giętki wąż stanowiący kolumnę, wiertniczą; przy czym w trakcie wznoszenia element ramienia mieści w sobie przynajmniej część zespołu do wiercenia hydraulicznego, zaś w pozycji wzniesionej element ramienia naprowadza narzędzie do cięcia hydraulicznego w kierunku ściany odwiertu; przy czym zespół jest ewentualnie wyposażony, w co najmniej jeden czujnik nadzorujący element ramienia lub zespół do wiercenia hydraulicznego.

W korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że narzędzie do ciecia hydraulicznego jest chowane w elemencie ramienia.

W innym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że czujnik wykrywa moment, gdy narzędzie do cięcia hydraulicznego zostało schowane w elemencie ramienia.

W następnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że czujnik zawiera czujnik elektromagnetyczny, wykrywający obecność narzędzia do cięcia hydraulicznego.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że czujnik zawiera czujnik elektryczny, wykrywający obecność narzędzia do cięcia hydraulicznego.

W dalszym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że czujnik określa kąt wzniesienia elementu ramienia w stosunku do korpusu głównego.

W następnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że czujnik zawiera przetwornik przechylenia.

189 235

W innym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że zawiera hydrauliczny lub pneumatyczny tłok przemieszczający element ramienia pomiędzy pozycją złożoną i pozycją wzniesioną; przy czym tłok jest przymocowany na jednym końcu do korpusu głównego, zaś na drugim końcu do elementu ramienia, a czujnik jest dostosowany do określania stopnia wysunięcia tłoka.

W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że zawiera prowadniki prowadzące giętki wąz stanowiący kolumnę wiertniczą poprzez korpus główny i element ramienia.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, ze zawiera czujnik określający położenie i/lub kierunek ruchu giętkiego węża stanowiącego kolumnę wiertniczą.

W dalszym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, ze zawiera kompas określający azymut elementu ramienia.

W innym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że element ramienia obejmuje co najmniej dwa sprzężone elementy ramienia, zapewniające uzyskanie większego zakrzywienia kolumny wiertniczej.

W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że element ramienia jest wyposażony w co najmniej jedną dyszę do cięcia hydraulicznego do wycinania szczeliny w ścianie odwiertu w trakcie wznoszenia ramienia, przy czym dysza ta jest dostosowana do przyłączenia jej do źródła cieczy pod wysokim ciśnieniem.

W następnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że korpus główny jest wydłużony, zaś element ramienia jest obrotowo połączony z korpusem głównym, tak, że może on poruszać się wokół osi obrotu pomiędzy pozycją złożoną i wzniesioną.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że element ramienia w pozycji złożonej znajduje się całkowicie lub w znacznej swojej części wewnątrz korpusu głównego.

W dalszym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że zawiera korpus główny oraz element ramienia ruchomy poruszający się pomiędzy pozycją złożoną, kiedy to zespół może zostać umieszczony w odwiercie lub z niego usunięty, a pozycją wzniesioną, w której element ramienia naprowadza zespół do wiercenia hydraulicznego w kierunku ściany odwiertu.

W jeszcze dalszym korzystnym wariancie realizacji zespół według wynalazku cechuje się tym, że kiedy element ramienia jest w pozycji wzniesionej, korpus główny i element ramienia stanowią prowadnik, skręcający zespół do wiercenia hydraulicznego o kąt około 90° przy promieniu krzywizny mniejszym niż około 300 mm.

Sposób według wynalazku może być wykorzystywany do utworzenia szeregu bocznych otworów położonych w przybliżeniu w tej samej płaszczyźnie, ale rozchodzących się w różnych kierunkach, co może być osiągnięte przez obracanie zespołu w istniejącym odwiercie przed rozpoczęciem pracy narzędzia do cięcia hydrodynamicznego. Sposób może być także wykorzystywany do wykonania wielu bocznych otworów położonych w różnych płaszczyznach.

Sposób, może obejmować zespół taki, jak opisany poprzednio, wyposażony w różne czujniki, o których również była mowa poprzednio.

Sposób i zespół mogą być wykorzystywane jako układ do wiercenia otworów o małych promieniach krzywizny (TRD), co oznacza, że giętka kolumna rur wiertniczych może być skręcona o 90 stopni na stosunkowo krótkim odcinku, przy promieniu krzywizny zazwyczaj nie przekraczającym 30 cm.

Sposób i zespół mogą być wykorzystywane do wiercenia wielu bocznych odwiertów w pojedynczym istniejącym odwiercie w tej samej płaszczyźnie bądź/oraz w wielu płaszczyznach, na przykład w celu wydobycia metanu ze złóż węgla. Istniejące odwierty są zazwyczaj pionowe lub prawie pionowe. Odwierty boczne są na ogół ukierunkowane wzdłuż złóz węgla i są zazwyczaj poziome lub zbliżone do kierunku poziomego. Odwierty boczne są zwykle zgodne z kierunkiem pokładu węgla i są zwykle poziome. Po wykonaniu bocznych odwiertów wydobycie gazu z szybu rozpoczynane jest poprzez obniżenie poziomu wody w istniejącym odwiercie przy pomocy zwykłej pompy wgłębnej lub jakiejkolwiek innej podobnej. Technika ta

189 235 jest szczególnie efektywna w złożach metanu, w których ciśnienie desorpcji wydzielania się metanu jest równe lub mniejsze niż hydrostatyczne ciśnienie wody gruntowej, jak w przypadku większości złóż węgla na świecie.

Niniejszy sposób i zespół mogą tworzyć boczne poziome odwierty o ponad 200 m długości, praktycznie wprost z istniejącego szybu. Tak więc, możliwe staje się wykonanie odpływu dla znacznych złóż węgla z jednego odwiertu. Odwiert może rozciągać się do głębokości co najmniej 400 m, a w niektórych przypadkach przekraczać 600 m.

Niewielki promień skrętu pomaga w wyeliminowaniu szeregu problemów, które pojawiają się przy odwadnianiu szybów o większym promieniu krzywizny, ponieważ wymagana jest tylko prosta pompa wgłębna opuszczona do istniejącego odwiertu w celu odwodnienia wszystkich szybów odchodzących od głównego szybu.

Sposób i zespół opisane powyżej są szczególnie - choć bynajmniej nie wyłącznie - odpowiednie do odzyskiwania metanu ze złóż podziemnych, takich jak pokłady węgla. Alternatywnie, jedną z postaci wynalazku jest sposób i zespół do odzyskiwania metanu z pokładów podziemnych, zawierające opisany powyżej sposób wiercenia kierunkowego oraz zespół.

Korpus główny zespołu powinien najlepiej być wydłużony, o kształcie graniastosłupa lub walca. Przekrój korpusu głównego może mieć charakter kanału.

Element ramienia może być przymocowany obrotowo do korpusu głównego, tak, by móc poruszać się wokół osi obrotu pomiędzy pozycją złożoną i wzniesioną. Korzystne jest, by element ramienia w pozycji złożonej mieścił się całkowicie lub prawie całkowicie w obrębie korpusu głównego. Korpus główny może na przykład mieć otwartą jedną ścianę, pozwalającą na rozłożenie elementu ramienia. W innej realizacji, korpus główny może mieć część wnękową, w której element ramienia znajduje się będąc w pozycji złożonej.

Element ramienia może składać się z jednego członu, lub kilku członów połączonych. I tak, na przykład, jeśli giętki wąż ciśnieniowy będący kolumną wiertniczą wymaga przy przeprowadzaniu przez zespół większej krzywizny, to element ramienia może być utworzony z dwóch połączonych członów.

Element ramienia może składać się z jednego członu lub szeregu osobnych członów, połączonych zawiasowo lub teleskopowo, lub w inny podobny sposób.

Kiedy element ramienia jest w pozycji złożonej, nie powinien stanowić żadnej przeszkody w przemieszczaniu się zespołu w odwiercie.

Element ramienia może być poruszany pomiędzy pozycją złożoną i wyprostowaną przy pomocy serwomotoru. Serwomotor ten może być umieszczony w korpusie głównym. Serwomotor ten może być wyposażony w hydrauliczny lub pneumatyczny tłok, którego jeden koniec jest przymocowany do korpusu głównego, zaś drugi koniec jest przymocowany do elementu ramienia.

Element ramienia może zawierać układ połączenia przesuwnego ślizgowego. W takim układzie element ramienia może być połączony zawiasowo z korpusem głównym. Człon łączący może być obrotowo połączony z elementem ramienia i prowadnicą ślizgową. Element ślizgowy może poruszać się wzdłuż prowadnicy i być połączony z serwomotorem. Serwomotor może wywołać ruch elementu ślizgowego wzdłuż prowadnicy, co z kolei może spowodować ruch elementu ramienia pomiędzy jego pozycjami: złożoną i wyprostowaną.

Korzystne jest, by element ramienia był tak ukształtowany, aby podtrzymywać giętką kolumnę rur wiertniczych. Tak więc, gdy zespół jest umieszczony w położeniu roboczym, zaś element ramienia został przeprowadzony do pozycji rozłożonej, element ramienia może pozostawać w pozycji rozłozonej, a giętki wąż ciśnieniowy, stanowiący kolumnę rur wiertniczych, może zostać przeprowadzony w głąb istniejącego odwiertu poprzez górną część cylindrycznego korpusu i wzdłuż elementu ramienia, w ten sposób ustawiając kolumnę rur wiertniczych do wykonania otworu bocznego.

W celu uzyskania tego efektu, element ramienia może mieć kształt cylindryczny, aby umożliwić przejście przezeń giętkiej kolumny rur wiertniczych. Ewentualne inne metody podtrzymywania giętkiej kolumny rur wiertniczych mogą również być wykorzystywane, takie jak rozporki, prowadnice i inne. .

Element przecinający może być połączony z giętką kolumną rur wiertniczych w postaci rury lub węza, albo ich kombinacji, poprzez które może przepływać ciecz pod ciśnieniem, aby

189 235 zapewnić wymagany napęd elementu przecinającego, i ewentualnie również, aby zapewnić dopływ cieczy pod ciśnieniem do dyszy przednich.

W opisanej postaci wynalazku, element przecinający może być przytrzymywany przez element ramienia, a jeśli element ramienia jest cylindryczny, to może on być umieszczony wewnątrz elementu ramienia.

Elementy prowadzące w postaci krążków, bloków itp., mogą być umieszczone wewnątrz cylindrycznego korpusu i/lub na elemencie ramienia, w celu przeprowadzenia rury albo węża poprzez zespół w miarę jak urządzenie wiertnicze wysuwa się z zespołu.

Element przecinający, w określonej postaci wynalazku, ma w zasadzie cylindryczny stalowy korpus z przynajmniej jedną wysuniętą do przodu dyszą, z której wypływa tnący strumień wody pod ciśnieniem, oraz z przynajmniej jednym strumieniem skierowanym do tyłu mającym na celu przemieszczanie elementu do przodu.

Zespół może być umieszczony na dowolnej głębokości w istniejącym odwiercie i użyty do wywołania działania elementu przecinającego polegającego na wycięciu szeregu bocznych otworów. Zespół może być obrócony w odwiercie zanim element przecinający znów rozpocznie swoje działanie. Można zastosować elementy zakleszczające w celu umocowania zespołu w odwiercie pod pożądanym kątem. Elementy zakleszczające mogą być umieszczone na zespole poniżej elementu ramienia i mogą zawierać człon rozciągalny, który można rozciągnąć tak, by zakleszczyć zespół przy ścianie odwiertu lub jego osłonie.

W celu ułatwienia bezkolizyjnego ruchu elementu ramienia można przewidzieć co najmniej jedną dyszę przeznaczoną do spłukiwania ewentualnych odłamków, które mogłyby osiąść na zespole, a zwłaszcza wokół elementu ramienia, w trakcie funkcjonowania urządzenia przecinającego.

Jeśli zespół nie ma możliwości wykonania nacięcia w ścianie odwiertu, to potrzebne jest wykonanie zagłębienia w ścianie istniejącego odwiertu, które pozwalałoby na wyprostowanie elementu ramienia. Znane są urządzenia służące do wykonywania takich zagłębień, ale urządzenia te nie są w ogólności w stanie utworzyć zagłębień o określonej wielkości i kształcie. Jeśli zespół jest opuszczany do otworu, który jest zbyt szeroki, zaś element ramienia wyprostowany, to wolny koniec elementu ramienia może być w pewnej odległości od ściany zagłębienia. Po uruchomieniu narzędzia do hydraulicznego przecinania może ono zakleszczyć się między elementem ramienia a ścianą zagłębienia, bądź utracić pożądane ukierunkowanie.

Tak więc, można zastosować w wynalazku rozszerzacz, który mógłby wycinać zagłębienia z dokładnością wystarczającą do zapewnienia właściwego funkcjonowania zespołu. Rozszerzacz zagłębień może zawierać obrotowy korpus główny, który może być opuszczany w głąb istniejącego odwiertu oraz szereg wznoszonych elementów ramieniowych, mogących zmieniać swoje położenie pomiędzy pozycją złożoną, zasadniczo wzdłuż korpusu, oraz pozycją rozwartą, przy której elementy ramieniowe dotykają ściany bocznej odwiertu, przy czym elementy ramieniowe zaopatrzone są w urządzenia tnące w celu wycięcia zagłębienia w odwiercie przy obrocie rozszerzacza w odwiercie, jak również w urządzenia do nadawania elementom ramieniowym pozycji rozwartej.

W innym wariancie wynalazku, element ramienia może posiadać element tnący w celu wycięcia szczeliny w ścianie odwiertu w miarę jak element ramienia przesuwa się do pozycji poziomej. W tej realizacji zespół może wyciąć szczelinę przy tym jak element ramienia wyprostowuje się wychodząc z korpusu głównego, a zatem potrzeba zagłębienia może zostać wyeliminowana bądź tez można wykorzystywać niewielkie tylko zagłębienie.

Urządzenie przecinające może zawierać dowolny typ narzędzia tnącego, które może wciąć się w ścianę boczną odwiertu przy rozkładaniu elementu ramienia. Zaleca się, by urządzenie tnące zawierało płyn pod wysokim ciśnieniem, który może przepływać przez jedną lub wiele dysz.

Zaleca się, by istniało szereg urządzeń przecinających rozstawionych wzdłuż elementu ramienia. Dobrze jest, by jedno lub więcej urządzeń przecinających znajdowało się na prowadzącej krawędzi elementu ramienia, to znaczy na tej krawędzi lub części elementu ramienia, która jest położona najbliżej ściany bocznej odwiertu, która ma być przecinana.

Jeśli urządzenie do przecinania zawiera płyn pod wysokim ciśnieniem przepływający przez dysze, to zaleca się, by dysze były rozlokowane w taki sposób, by odległość pomiędzy

189 235 pierwszą i drugą dyszą była równa odległości roboczej płynu znajdującego się pod wysokim ciśnieniem. Tak więc, jeśli płyn pod wysokim ciśnieniem może efektywnie ciąć z pewnej odległości, to zaleca się, by druga dysza była ulokowana w takiej odległości, żeby płyn pod wysokim ciśnieniem przepływający przez drugą dyszę powiększał odległość cięcia obu strumieni razem.

Zespół może zawierać szereg czujników i/lub innych instrumentów dodatkowych do sterowania układu wiertniczego. Podanie nadmiernej długości węża ciśnieniowego z powierzchni może spowodować wygięcie na wejściu do zespołu. Połączenie zawiasowe na jednym z walców może być wyposażone w miernik naprężenia do mierzenia siły działającej na ten walec. W ten sposób znane byłoby naprężenie przekazywane na zespół z węża ciśnieniowego. Przetwornik położeniowy w tłoku hydraulicznym oraz przetwornik wychyłu w elemencie ramienia mogą mierzyć pochylenie elementu ramienia. Czujnik kontaktowy lub indukcyjny może być umieszczony w elemencie ramienia wskazujące wycofanie zespołu drążącego z otworu bocznego. Przetworniki ciśnienia i mierniki temperatury mogą być umieszczone w zespole w celu mierzenia ciśnienia hydrostatycznego i temperatury w istniejącym odwiercie. Czujnik optyczny może być umieszczony w ramach zespołu w celu odbioru światła odbitego od odłamków skały w miarę jak opuszczają one boczne otwory, tak by ocenić zmianę barwy. Na tej podstawie można ustalić warstwy, które są przecinane w trakcie pracy zespołu.

Dokładniej, położenie narzędzia przecinającego w obrębie elementu ramienia może być ustalane przy pomocy czujnika elektromagnetycznego, wykrywającego obecność stalowego korpusu narzędzia przecinającego. Czujnik może być umieszczony w elemencie ramienia. Dodatkowo, lub jako rozwiązanie alternatywne w stosunku do wspomnianego czujnika elektromagnetycznego, można zastosować czujnik elektryczny, który wykrywa korpus stalowy narzędzia przecinającego przez wykorzystanie tego korpusu stalowego jako domknięcia obwodu elektrycznego.

Prawidłowe ustalenie, że narzędzie przecinające znajduje się w obrębie elementu ramienia jest istotne dla przeciwdziałania zakleszczeniu elementu ramienia przy jego składaniu.

Kąt wzniesienia elementu ramienia ma duże znaczenie dla wyznaczania kąta uruchamiania narzędzia przecinającego w obrębie elementu ramienia. Można użyć czujnika ustalającego wyciągnięcie tłoka, pozwalającego na wyznaczenie kąta wzniesienia elementu ramienia w stosunku do korpusu głównego zespołu. Ponadto - lub alternatywnie w stosunku do tego - można użyć czujnika pochylenia elementu ramienia. Czujnik ten może zawierać przetwornik pochyłu.

W dodatku do stopnia wyprostowania elementu ramienia w stosunku do części korpusowej, ważnym jest wyznaczenie ukierunkowanie zespołu, aby poprawnie ustawić element ramienia w celu wycięcia bocznych odwiertów wokół istniejącego odwiertu. W określonym wariancie realizacji wynalazku można użyć kompasu do wyznaczenia ukierunkowania zespołu.

Jeśli wąż ciśnieniowy jest wykorzystywany jako kolumna rur wiertniczych, to pojawia się tendencja węża do zwijania się lub zginania w odwiercie. Tak więc, długość węża opuszczonego do istniejącego odwiertu nie zawsze jest dobrym wskaźnikiem długości otworu bocznego wyciętego przez narzędzie hydrauliczne do przecinania. Zespół może zatem być wyposażony w czujnik do określania prędkości i kierunku przemieszczania się węża poprzez zespół. Czujnik ten może zawierać zliczające koło należące do zespołu, opierające się o wąż.

Można wykorzystywać inne czujniki, które nie są częściami zespołu, ale wyznaczają różne parametry giętkiego węża ciśnieniowego będącego kolumną wiertniczą. I tak, na przykład, można zainstalować czujnik powierzchniowy wyznaczający wielkość naprężenia w wężu opuszczanym w głąb istniejącego odwiertu, przy czym czujnik ten może zawierać komorę obciążeniową. Wąż może być nawinięty na bęben, który może zawierać komorę, obciążeniową do wyznaczania naprężenia węża.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematyczny widok pokazujący pionowy odwiert oraz pokład węgla; fig. 2, 2A i 2B przedstawiają widoki zespołu według realizacji wynalazku z elementem ramienia w pozycji złożonej.

Figury 3, 3A i 3B przedstawiają widoki zespołu z fig. 2 z ramieniem w pozycji wzniesionej.

Figura 4 przedstawia widok alternatywnej realizacji zespołu z pojedynczo połączonym elementem ramienia, bez narzędzi tnących, w pozycji poziomej.

189 235

Figura 5 przedstawia widok innego zespołu w pozycji złożonej, z narzędziami do hydraulicznego przecinania, i bez zapewnienia przejścia dla giętkiego węża będącego kolumną rur wiertniczych poprzez element ramienia (tj. wyłącznie element tnący).

Figura 6 przedstawia widok zespołu z fig. 5 w pozycji wzniesionej.

Figura 7 przedstawia widok zespołu według jeszcze innej realizacji wynalazku, zawierającego szereg czujników.

Figura 8 przedstawia powiększenie widoku elementu ramienia z fig. 7.

W odniesieniu do rysunku, poczynając od fig. 1, przedstawiono schematycznie sposób wiercenia otworów o bardzo krótkim promieniu krzywizny oraz zespół do wycinania w zasadzie poziomego odwiertu bocznego 63 w złożu węgla 10 z istniejącego odwiertu pionowego 11.

Figura 1 przedstawia pionowy odwiert 11 wykonany uprzednio i przechodzący przez złoże węgla 10.

Zespół rozkładanego ramienia 14 pokazany jest na fig. 1 jako umieszczony w uprzednio utworzonym zagłębieniu lub szczelinie 60 po jednej stronie pionowego odwiertu 11.

Samonapędzające sterowne narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 zostało umieszczone w zasadzie poziomo w złożu 10 przy pomocy zespołu 14.

Samonapędzające narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 posiada cylindryczny korpus stalowy o długości około 40-80 cm i średnicy 5-15 cm. Korpus jest wyposażony w szereg skierowanych do tyłu wstecznych dysz wysokiego ciśnienia, które poruszają narzędzie przecinające w kierunku do przodu. Strona przednia narzędzia tnącego jest wyposażona w jedną lub więcej tnących dysz hydraulicznych przeznaczonych do wykonywania odwiertów. Woda pod wysokim ciśnieniem jest dostarczana do narzędzia przecinającego przy pomocy pompy wysokociśnieniowej 61 i poprzez giętki wąż wysokociśnieniowy 62, przymocowany do strony tylnej narzędzia do cięcia hydraulicznego 16. Wąż 62 jest giętki i może być przesuwany przez zespół 14 w miarę jak narzędzie tnące porusza się w głąb odwiertu bocznego 63. W celu wycofania narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 jest ono wyciągane z powrotem wzdłuż odwiertu bocznego 63 przez nawijanie giętkiego węża 62 na wciągarkę kołowrotową 18, aż narzędzie tnące znajdzie się w elemencie rozkładanego ramienia 22.

Kolumna wiertnicza w postaci elastycznego węza 62, który rozciąga się do powierzchni i do pompy wysokociśnieniowej 61 oraz do wciągarki kołowrotowej 18. Ciecz pod wysokim ciśnieniem przepływa przez wąż 62 i zasila przednie dysze tnące narzędzia 16 oraz dysze wsteczne, które napędzają narzędzie w ruchu do przodu w kierunku przodka węglowego, jaki ma być cięty przy pomocy hydraulicznych narzędzi przecinających.

Narzędzie do cięcia hydraulicznego 16, w położeniu złożonym, „schowanym”, znajduje się początkowo wewnątrz elementu rozkładanego ramienia 22, który może poruszać się od pozycji złożonej, kiedy to znajduje się wewnątrz korpusu głównego 20 zespołu 14, do pozycji poziomej, jak to pokazano na fig. 1. Element ramienia może, naturalnie, przyjąć położenie częściowo wyprostowane, przy czym [to] położenie elementu ramienia wyznacza punkt działania narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 w stosunku do zagłębienia w ścianie bocznej.

Narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 może zostać opuszczone w głąb pionowego odwiertu i wprowadzone do elementu rozkładanego ramienia 22 kiedy element ramienia jest w położeniu złożonym, albo tez może być wstępnie umieszczone w elemencie ramienia zanim zespół zostanie opuszczony w głąb pionowego szybu. W obu przypadkach narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 znajduje się w elemencie ramienia w trakcie podnoszenia.

W miarę jak narzędzie przecinające wysuwa się z elementu rozkładanego ramienia 22 dzięki działaniu wstecznych dysz odrzutowych w narzędziu przecinającym, różne czujniki (opisane lepiej w odniesieniu do fig. 7) wykrywają fakt, że narzędzie tnące zostało wyprowadzone z elementu rozkładanego ramienia 22 i śledzą odległość wysuwu jaką przebywa narzędzie tnące. Czujniki te zapewniają również, że narzędzie tnące jest całkowicie schowane w elemencie rozkładanego ramienia 22 zanim zespół zostanie złożony w celu wycofania z odwiertu, albo w celu zmiany położenia w zagłębieniu do prowadzenia wiercenia kolejnego bocznego otworu przy pomocy narzędzia przecinającego.

Zespół 14 jest w sposób pozwalający na zwolnienie ustawiony w położeniu roboczym przy pomocy elementu zakleszczającego w postaci klamry odwiertu 70. Klamra 70 jest umieszczona na ośrodkowej części końcowej 64 zespołu 14 i poniżej zagłębienia 60. Klamra 70

189 235 składa się z hydraulicznego tłoka, szeregu elementów połączeniowych oraz mechanizmu rozpierającego, który wytwarza nacisk na obudowę odwiertu i w ten sposób zabezpiecza zespół przed obracaniem się w pionowym odwiercie. Siła hydrauliczna może wykorzystywać wodę pod ciśnieniem.

Klamra odwiertu 70 zabezpiecza zespół 14 przed niepożądanym obracaniem się w odwiercie podczas, gdy pracuje narzędzie przecinające. Kiedy narzędzie tnące wychodzi poza element rozkładanego ramienia 22, wysokociśnieniowe dysze wsteczne wywierają nacisk na boki elementu ramienia. Gdyby zespół się obrócił, to element ramienia odkręciłby się od wejścia do otworu utworzonego przez narzędzie tnące, co mogłoby spowodować uformowanie się ostrego zgięcia w wysokociśnieniowym wężu, które dalej mogłoby uniemożliwić posuwanie się narzędzia tnącego.

Obudowa oprzyrządowania 19, która znajduje się powyżej elementu rozkładanego ramienia 22, zawiera urządzenia do przetwarzania danych z różnych czujników.

Zagłębienie 60 powinno zostać uformowane przy zachowaniu właściwej kontroli nad średnicą zagłębienia, tak, aby zapewnić, że koniec elementu rozkładanego ramienia 22, w pozycji poziomej, dotyka, lub jest odpowiednio blisko, ściany zagłębienia, co powinno dawać pewność, że narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 w elemencie ramienia 22 jest uruchomione w sposób prawidłowy. I tak, na przykład, przestrzeń wolna pomiędzy końcem elementu ramienia 22 oraz ścianą zagłębienia powinna być mniejsza niż połowa długości narzędzia tnącego.

Zespół z fig. 1 jest podtrzymywany przez cylindryczną stalową kolumnę wiertniczą 17, składającą się ze sztywnych prętów stalowych połączonych ze sobą, według znanej techniki wiertniczej. W innym rozwiązaniu zespół może być opuszczany przez spiralne orurowanie, co jest również znanym rozwiązaniem. Centralna wiązka sterowania 65, zawierająca liny, kable i węże związane ze sterowaniem elektrycznym, hydraulicznym i wodnym, jest przymocowana do cylindrycznych stalowych elementów kolumny wiertniczej 17 i przesyła informację z czujników oraz instrumentów mieszczących się w obudowie oprzyrządowania 19 do komputera(ów) na powierzchni.

Tak więc, zespół pozwala na dokładne śledzenie położenia hydraulicznego narzędzia do przecinania w stosunku do zespołu.

Można wykorzystywać podstawę 9, zawierającą niezbędny sprzęt do opuszczania i podnoszenia zespołu i do sterowania narzędziem do cięcia hydraulicznego 16, wyposażoną ewentualnie także w komputery do dekodowania sygnałów z czujników.

Figura 1 jest wyłącznie schematyczną ilustracją zasadniczych części i cech wynalazku.

Figury 7 i 8 ilustrują zespół rozkładanego ramienia 80, wyposażony w różne czujniki i układy instrumentów. Analogiczne liczby oznaczają na nich analogiczne części. Zespół 80 posiada element rozkładanego ramienia 22, w którym umieszczone jest narzędzie do cięcia hydraulicznego 16, znajdujące się tam w pozycji złozonej. W tym rozwiązaniu element ramienia 22 jest w zasadzie zamknięty, tworząc klatkę. Wewnątrz elementu ramienia znajduje się czujnik elektromagnetyczny, który wykrywa obecność narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 o obudowie ze stali przy pomocy zmiennego pola magnetycznego. Czujnik elektromagnetyczny 81 używany jest do stwierdzania, kiedy narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 jest całkowicie schowane w elemencie ramienia zespołu. Należy mieć na względzie, ze nieudany manewr całkowitego schowania narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 przed złożeniem zespołu rozkładanego ramienia 80 może prowadzić do zakleszczenia zespołu w pionowym odwiercie. Czujnik elektromagnetyczny 81 jest umieszczony w taki sposób, że wykrywa on stalowy korpus narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 tylko wówczas, gdy narzędzie tnące jest całkowicie schowane w elemencie rozkładanego ramienia 22.

Jako zabezpieczenie zainstalowany jest drugi czujnik elektryczny 82. Czujnik ten jest także umieszczony na elemencie rozkładanego ramienia 22 i wykrywa całkowite schowanie narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 w elemencie ramienia wykorzystując stalowy korpus narzędzia tnącego jako domknięcie obwodu elektrycznego, co powoduje znaczący spadek oporności obwodu w chwili, gdy narzędzie tnące dotyka czujnika.

Zespół rozkładanego ramienia 80 wyposażony jest w tłok hydrauliczny 84, który rozkłada i składa element rozkładanego ramienia 22. Czujnik położenia tłoka 83 zawierający liniowy przetwornik jest umieszczony w kolumnie tłoka. Sygnał z przetwornika związany jest

189 235 bezpośrednio z rozciągnięciem tłoka, które może zostać odniesione do kąta wzniesienia elementu rozkładanego ramienia 22.

Jako wsparcie dla czujnika położenia tłoka 83, na elemencie rozkładanego ramienia 22 zainstalowany jest czujnik nachylenia ramienia 85. Czujnik 85 jest przetwornikiem nachylenia, w którym oporność elektryczna zależy wprost od względnego ukierunkowania przetwornika w stosunku do jego osi centralnej. Czujnik nachylenia ramienia 85, wraz z czujnikiem położenia tłoka 83, pozwala na osiągnięcie nadmiarowej informacji przy określaniu pochylenia ramienia, a w przypadku mechanicznej awarii elementu rozkładanego ramienia 22, te dwa czujniki razem pozwolą na uzyskanie pewnej informacji diagnostycznej.

Zespół rozkładanego ramienia 80 wyposażony jest poza tym w kompas 86. Kompas 86 jest strumieniowo-bramkowym kompasem magnetycznym używanym do wskazywania azymutu przedniej części zespołu 80. Kompas 86 jest zamontowany na skrajnym końcu zespołu, z dala od materiałów magnetycznych. Kompas 86 jest niezbędny do prawidłowego ustawienia zespołu w stosunku do promieniście wychodzących odwiertów położonych wokół istniejącego odwiertu [pionowego]. Kompas 86 pracuje w obudowie z włókna szklanego, ponieważ obudowa stalowa spowoduje błędy w odczytach pomiarów. W przypadku użycia obudowy stalowej wykorzystywać się będzie kompas żyroskopowy.

Zespół rozkładanego ramienia 80 zawiera ponadto czujnik przesuwu 87 giętkiego węża ciśnieniowego. Czujnik 87 zawiera koło zliczające używane do określania prędkości i kierunku przesuwu węża poprzez zespół 80. W przedstawionej realizacji czujnik 87 jest wałkiem wywierającym nacisk sprężysty na elastyczny wąż. W miarę jak wąż przesuwa się poprzez zespół, wałek obraca się. Wokół dwóch końców wałka umieszczonych jest ośrodkowo szereg magnesów. Dodatkowe czujniki są umieszczone w taki sposób, że magnesy przemieszczają się przed tymi czujnikami przy obrocie wałka. Sygnał pochodzący z tych dodatkowych czujników może być wykorzystany do określenia prędkości i kierunku przesuwu węza. Czujnik przesuwu węża 87 podaje dobre wskazania co do tego, czy narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 zagłębia się w złozu węgla i pomaga uniknąć podawania zbyt dużej długości węża ze znajdującej się na powierzchni wciągarki kołowrotowej 18. (Zbyt duże tempo podawania węża może spowodować wyginanie się węża i związane z tym ryzyko uszkodzenia węża oraz zakleszczenia zespołu w istniejącym odwiercie).

Obudowa oprzyrządowania 19 zawiera panele z obwodami elektrycznymi, dostarcza mocy elektrycznej do różnych czujników, odbiera sygnały z czujników, oraz wysyła dane na powierzchnię. Obudowa oprzyrządowania 19 zawiera przetwornik temperatury 88 do nadzorowania temperatury wewnątrz obudowy oprzyrządowania 19. Miernik ciśnienia 90 jest zainstalowany w celu mierzenia ciśnienia hydrostatycznego.

Na powierzchni, inne czujniki mogą być wykorzystane do wyznaczania wielkości naprężenia w wężu podawanym w głąb istniejącego odwiertu. I tak, na przykład, komory obciążeniowe mogą być umieszczone na bębnach wyciągarki oraz ich konstrukcji w celu odnotowywania obciążeń wskazujących na naprężenie węża, aby zapewnić, że wąż nie będzie nadmiernie naprężony. Dodatkowy powiązany z tym czujnik, który może zostać zainstalowany na bębnie wyciągarki węza, jest komorą obciążeniową wskazującą moment obrotowy wywierany przez silnik bębna węża. Dane te pomagają w wyznaczaniu naprężenia węża na powierzchni i stanowią uzupełnienie w stosunku do komory obciążeniowej położonej w stopie węża.

Komputer na powierzchni może być używany do przetwarzania sygnałów pochodzących z instrumentów zainstalowanych w obrębie zespołu i w różnych miejscach pochylni znajdującej się na powierzchni.

Poniżej podano objaśnienie fig. 2 i 3, na których zespół 14 jest pokazany z większą dokładnością.

Zespół 14 składa się z graniastosłupowego korpusu głównego 20, który jest wydłużony i pusty w środku wzdłuz swojej długości. Przekrój korpusu głównego jest połową sześciokąta i jest z jednej strony otwarty. Korpus 20 ma rozmiary pozwalające na opuszczanie go w głąb odwiertu 11 do pożądanego położenia, na przykład w pobliżu złoża węgla.

Korpus 20 jest całkowicie otwarty z przodu, z wyjątkiem pewnych usztywniających elementów konstrukcyjnych 21. Otwarcie to pozwala wewnętrznemu elementowi rozkładanego ramienia 22 na wysunięcie się poza korpus 20. Element ramienia 22 jest na fig. 2 usytuowany

189 235 całkowicie wewnątrz korpusu 20, co pozwala zespołowi na swobodne poruszanie się wzdłuż odwiertu 11.

Element ramienia 22, według ilustracji z fig. 2, jest utworzony z dwóch osobnych części, jednego krótszego elementu rozkładanego ramienia 23 i drugiego dłuższego elementu rozkładanego ramienia 22. Części 22, 23 są połączone zawiasowo w punkcie 24 i w ten sposób tworzą dwuczęściowy układ elementu ramienia. Części elementu ramienia są cylindryczne lub kanałowe, po to, by giętki wąż ciśnieniowy, będący kolumną wiertniczą, mógł przejść przez nie.

Para połączonych elementów rozkładanego ramienia 22, 23 zapewnia możliwość osiągnięcia większych krzywizn giętkiego węża ciśnieniowego przesuwanego w głąb odwiertu, w korpusie 20, wzdłuż krótszego elementu rozkładanego ramienia 23 i wzdłuż dłuższego elementu rozkładanego ramienia 22. Zapewnia to drogę o minimalnym tarciu, a także zmniejsza możliwość, by giętki wąż kolumny wiertniczej zginał się, został przytrzaśnięty, albo uszkodzony w trakcie, gdy ten giętki wąż kolumny wiertniczej zmienia swoje ułożenie z zasadniczo pionowego na zasadniczo poziome.

Elementy prowadzące w rolek prowadnicowych 36 lub im podobnych są umieszczone w częściach elementu ramienia 22, 23 w celu ułatwienia prowadzenia giętkiego węża kolumny wiertniczej wzdłuż części elementu ramienia.

Element rozkładanego ramienia 22 jest zawiasowo połączony z jednym końcem pary przeciwstawnych elementów płytowych 27, które to elementy płytowe są zawiasowo połączone w punkcie 28 z korpusem 20, pozwalając w ten sposób, by element ramienia poruszał się pomiędzy położeniem rozprostowanym i położeniem złożonym.

W dolnej części graniastego korpusu 20 znajduje się serwomotor 29, wyposażony w hydrauliczny tłok składający się z korpusu tłoka i kolumny tłoka 29A, która to kolumna może wysuwać się z korpusu tłoka i wsuwać do niego w zwykły sposób. Na fig. 3, kolumna tłoka 29A jest połączona z elementem ślizgowym 50. Element ślizgowy 50 jest zamontowany w celu zapewnienia ruchu ślizgowego w korpusie 20 i może wykonywać ruch ślizgowy pomiędzy położeniem górnym pokazanym na fig. 3 oraz położeniem dolnym pokazanym na fig. 2. Element ślizgowy jest poruszany pomiędzy swoją skrajną pozycją górną i dolną przy pomocy serwomotora 29. Jest to lepiej zilustrowane przy pomocy realizacji pokazanej na fig. 4.

Z elementem ślizgowym 50 połączony jest zawiasowo element łączący 51. Element łączący 51 jest ukształtowany z dwóch osobnych belek łączących, które układają się po obu stronach elementu rozkładanego ramienia 22 kiedy jest on w pozycji złożonej zilustrowanej na fig. 2. Pozwala to na ukształtowanie zespołu w sposób zwarty. Element łączący 51 jest przymocowany obrotowo na sworzniu do elementu rozkładanego ramienia 22 mniej więcej w połowie długości elementu ramienia 22.

Tak więc, kiedy tłok jest uruchamiany w ten sposób, że jego kolumna 29A się wysuwa, element ślizgowy 50 jest popychany w kierunku jego położenia górnego, co z kolei powoduje, że element łączący 51 jest wypychany z korpusu 20, to zaś porusza element rozkładanego ramienia 22 do jego pozycji rozłożonej zilustrowanej na fig. 3. Schowanie kolumny tłoka 29A powoduje złożenie elementu ramienia 22 z powrotem w korpusie 20. Układ silnika z elementem łączącym zapewnia mocniejszą i stabilniejszą konstrukcję zespołu.

Element rozkładanego ramienia 22 w prezentowanej realizacji jest pustym w środku członem o zasadniczo prostokątnym przekroju. Na górnej lub przedniej powierzchni elementu ramienia 30 znajduje się narzędzie do cięcia hydraulicznego zawierające pary lub cały zestaw rozstawionych dysz 31 - 34.

Dysze 31 - 34 są przymocowane do wysokociśnieniowego węża przewodzącego ciecz (nie pokazanego) i tnąca ciecz znajdująca się pod wysokim ciśnieniem może przechodzić przez dysze i dzięki temu wycinać szczeliny lub zagłębienia w złozu węgla.

Dysze 31-34 są oddalone jedna od drugiej o odległość mniej więcej równą odległości roboczej cieczy pod ciśnieniem przepływającej przez dysze. W ten sposób osiąga się możliwość wykonania szczeliny w złożu węgla w miarę jak element ramienia 22 wznosi się z wnętrza korpusu głównego 20.

Wewnątrz elementu ramienia znajduje się szereg rolki prowadnicowe 36. Rolki 36 służą do prowadzenia wysokociśnieniowego węża, który zaopatruje samonapędzające się, sterowalne

189 235 narzędzie do cięcia hydraulicznego 16 pokazane na fig. 1. Tak więc, rolki 36 zabezpieczają przed zginaniem się węża, w miarę jak wąż przesuwa się z wnętrza korpusu głównego 20 i dalej wzdłuż wnętrza elementu ramienia 22. Dalsze prowadniki w postaci rolek prowadnicowych 37 są umieszczone wewnątrz korpusu głównego 20 oraz na parze oddalonych od siebie płyt, pomiędzy którymi przesuwa się wysokociśnieniowy wąz zaopatrujący samonapędzającą się sterowną dyszę.

W użytkowaniu zespół 14 jest opuszczany w głąb odwiertu 11 aż do osiągnięcia pożądanego położenia (w obrębie złoża węgla). Wówczas woda pod wysokim ciśnieniem jest dostarczana do dysz 31 - 34 i w tym samym czasie serwomotor 29 jest uruchamiany w celu rozpoczęcia ruchu elementu ramienia 22. Na początku, przednia część elementu ramienia 22 wchodzi w kontakt z boczną ścianą odwiertu i dysze 31-34 przecinają złoże węgla. Woda pod wysokim ciśnieniem, która przechodzi przez dysze 31 - 34 również przecina złoże węgla w miarę jak element ramienia 22 jest dalej podnoszony. Wielkość przemieszczenia elementu ramienia 22 może być kontrolowana przy pomocy stopnia wysunięcia serwomotora 29, a zatem element ramienia może być podniesiony do 90° i dalej, ale może także zostać podniesiony częściowo, na przykład w zależności od względnego pochylenia złoża węgla, jeśli złoże to nie jest poziome.

Kiedy element ramienia 22 został podniesiony o odpowiednią wielkość kątową, dysze 31-34 są odcinane od wody pod wysokim ciśnieniem i giętki wąż kolumny wiertniczej może zostać opuszczony w głąb istniejącego złoża węgla 10 i do elementu ramienia 22. Koniec kolumny wiertniczej jest zaopatrzony w narzędzie do przecinania, na przykład narzędzie hydrauliczne, aby przeciąć przejście do złoża węgla.

W innej realizacji wynalazku, samonapędzająca sterowalna dysza może być wstępnie umieszczona w elemencie ramienia 22 zanim zespół zostanie opuszczony do odwiertu. W tym wariancie wysokociśnieniowy wąż, który zaopatruje samonapędzającą sterowalną dyszę hydrauliczną jest prowadzony przez rolki prowadnicowe 36 i 37 i przechodzi w górę odwiertu 11 do wysokociśnieniowej pompy i wciągarki kołowrotowej 18. Tak więc, wąż stanowi kolumnę wiertniczą prowadzącą do samonapędzającej sterowalnej dyszy hydraulicznej.

Woda z pompy wysokociśnieniowej 61 jest dostarczana poprzez wysokociśnieniowy wąż do narzędzia do cięcia hydraulicznego 16 pod ciśnieniem osiągającym maksymalnie 1150 barów przy wydajności 234 litry na minutę, zapewniając działanie hydraulicznych narzędzi tnących (jednego lub wielu) i napędzając odrzut wsteczny lub popychający. Samonapędzająca dysza zagłębia się w złozu węgla, a giętka kolumna wiertnicza, będąca wysokociśnieniowym wężem, jest ciągnięta za nią.

Samonapędzająca dysza może zagłębiać się w złożu na odległość do 200 m i więcej w czasie wynoszącym na ogół mniej niż dwie godziny. Dysza może być wycofana przez zwinięcie wysokociśnieniowego węża. Serwomotor 29 może wówczas być uruchomiony, aby spowodować powrót elementu rozkładanego ramienia 22 z powrotem do pozycji złożonej, jak to pokazano na fig. 2. Zespół 14 może wówczas zostać wciągnięty w górę otworu, albo, alternatywnie, może zostać obrócony wokół swojej osi podłużnej, a element ramienia rozłożony, aby przeciąć inne przejście do węgla.

Zespół rozkładanego ramienia 14 może być połączony z powierzchnią przy pomocy zazwyczaj stosowanych stalowych cylindrycznych kolumn wiertniczych lub innego podobnego systemu, takiego jak orurowanie spiralne. Cylindryczne kolumny stalowe lub inne rury podtrzymują zespół 14 w obrębie odwiertu. Kolumna wiertnicza lub orurowanie zapewnia przejście pozwalające na przepływ cieczy pod wysokim ciśnieniem poprzez kolumnę wiertniczą lub rury do dysz tnących 31 - 34a. W innej realizacji giętki wąż wysokociśnieniowy może być wykorzystany do dostarczania wody do tych narzędzi tnących. Rolki prowadnicowe 36-37 zapewniają odpowiedni promień krzywizny giętkiemu wężowi kolumny wiertniczej, który jest połączony z samonapędzającym się narzędziem do cięcia hydraulicznego 16 (dyszą wiertniczą), pozwalając w ten sposób giętkiemu wężowi kolumny wiertniczej na bezkolizyjne przesuwanie się, poprzez zespół w miarę jak dysza zagłębia się posuwając się prostopadle w bok od zespołu.

Figura 4 ilustruje zespól rozkładanego ramienia 40 zrealizowany według innego rozwiązania. W tej realizacji zespół sam nie ma możliwości wykonywania przecięcia początkowego,

189 235 ale zawiera w sobie samonapędzające hydrauliczne narzędzie tnące w obrębie rozkładalnego elementu ramienia. Zespół jest opuszczany w głąb odwiertu, w którym już utworzono zagłębienie. Zespół 40 jest podobny do opisanego w odniesieniu do fig. 2 i 3 pod tym względem, że posiada podłużny korpus główny 41, zasadniczo pusty w całej długości. W korpusie 41 mieści się element ramienia 42, który może być poruszany pomiędzy pozycją złożoną (nie pokazaną) i pozycją wyprostowaną, zilustrowaną na fig. 4. W pozycji złożonej, element ramienia 42 jest schowany całkowicie lub prawie całkowicie we wnętrzu korpusu 41, aby pozwolić zespołowi 40 na opuszczenie w głąb odwiertu.

Prowadniki 46, w postaci rolek lub podobne, są umieszczone w obrębie elementu ramienia 42 oraz małego zasadniczo wewnętrznego elementu ramienia 43 i mają za zadanie wspomaganie prowadzenia giętkiego węża kolumny wiertniczej wzdłuż korpusu głównego 40 oraz wzdłuż elementu ramienia 42 w celu minimalizacji zgięć kolumny wiertniczej.

W dolnej części korpusu 41 znajduje się serwomotor 47, który ma postać tłoka hydraulicznego posiadającego korpus tłoka 48 oraz kolumnę tłoka 49, przy czym kolumna tłoka 49 może wsuwać się do korpusu tłoka 48 i wysuwać się z niego w zwykły sposób. Kolumna tłoka 49 jest przymocowana do przesuwnego elementu ślizgowego 50. Element ślizgowy 50 jest zamontowany w celu zapewnienia ruchu poślizgowego w obrębie korpusu 41 i może ślizgać się pomiędzy położeniem górnym pokazanym na fig. 4 i położeniem dolnym nie pokazanym. Przesuwny element ślizgowy 50 porusza się pomiędzy górnym i dolnym położeniem na skutek działania serwomotora 47.

Do przesuwnego elementu ślizgowego 50 przyłączony jest zawiasowo element łączący 51. Element łączący 51 jest utworzony z dwóch rozstawionych łączących belek, które mogą obejmować element ramienia 42, kiedy ten element ramienia 42 jest w pozycji złożonej. Pozwala to na uformowanie zespołu w postaci zwartej. Element łączący 51 jest połączony obrotowo na sworzniu z elementem ramienia 42 mniej więcej w połowie długości tego elementu ramienia 42.

Tak więc, gdy tłok jest poruszany, tak, że kolumna tłoka 49 się wysuwa, element ślizgowy 50 jest popychany w kierunku swojego położenia górnego, co z kolei powoduje, że element łączący 51 jest wypychany z korpusu głównego 41, a dzięki temu element ramienia 42 przesuwany jest do pozycji poziomej pokazanej na fig. 4. Wsunięcie kolumny tłoka 49 powoduje złożenie elementu ramienia 42 z powrotem w korpusie głównym 41.

Figury 1 i 2 ilustrują zespół podobny do tego zespołu, jaki został pokazany na fig. 4, ale w tym przypadku zawierający dysze hydrauliczne 52 - 54. Dysze te są podobne do narzędzi do cięcia hydraulicznego i ich układu opisanego w odniesieniu do fig. 2 i 3, z wyjątkiem faktu, ze są one w tej realizacji przymocowane na sztywno do przesuwnego cylindra hydraulicznego nie pokazanego na rysunku. Umożliwia to dyszom 52 - 54 na oscylowanie podczas cięcia. W tej realizacji zespół nie zawiera układu kolumny wiertniczej przechodzącej przez korpus główny i element ramienia. Zespół według tej realizacji po prostu zapewnia wytworzenie wymaganych szczelin i może być następnie usunięty z odwiertu, po czym zespół z fig. 4 może zostać opuszczony w celu umożliwienia wiercenia.

Można zainstalować zasilanie powietrzem dla urządzenia wydmuchującego znajdującego się w stopie zespołu, pomagającego w usuwaniu okruchów pochodzących z wykonywanego odwiertu w trakcie zagłębiania się w kierunku bocznym przez dyszę wiertniczą i w trakcie wykonywania przez zespół wymaganej szczeliny.

Dla jednej z realizacji układu TRD właściwy jest następujący krótki opis działania:

Odwiert, zazwyczaj pionowy, wiercony jest na ogół z powierzchni (średnica 14 i 1/4 cala, tj. ok. 36,2 cm) i przecina złoża, z których chcielibyśmy odprowadzić wodę lub inne ciecze. Przewiduje się użycie osadnika o odpowiedniej objętości, mogącego pomieścić materiał pochodzący z rozszerzania lub cięcia szczelin oraz z pracy poziomej, a także pompę wgłębną używaną w fazie produkcyjnej funkcjonowania szybu. Szyb jest wyłożony obudową 9 i 5/8 cala [ok. 24,4 cm]. Materiał obudowy na poziomie przecięć z pokładami jest włóknem szklanym. Można wykorzystywać również inne materiały do wykonania obudowy, takie jak stal, włókno szklane, aluminium lub polichlorek winylu. Obudowa jest ustawiana i łączona w pozycji roboczej. Zazwyczaj stosowane urządzenie do otwierania odwiertów na polach naftowych jest opuszczane w głąb do poziomu przecięć z pokładami, zaś obudowa jest usuwana wraz z lepiszczem. Otwieracz odwiertów jest wciągany na powierzchnię i opuszczane jest zmodyfikowane

189 235 narzędzie tnące do prac morskich, przy pomocy którego wykonywane jest zagłębienie rozszerzające odwiert do takiej średnicy, która pozwoliłaby na pełne wyprostowanie zespołu, na przykład na cały pokład. Można zostawić nieco węgla w sklepieniu zagłębienia, jeśli to ma poprawić stabilność zagłębienia. Procedura taka jest powtarzana dla wszystkich pokładów, z których mamy odprowadzić wodę.

Po utworzeniu zagłębień pochylnia TRD przesuwana jest w pobliże górnego otworu szybu. Zespół jest przymocowywany do orurowania EUE 2 i 3/8 cala i giętki wąż stanowiący kolumnę wiertniczą jest przesuwany poprzez zespół w ten sposób, że dysza hydrauliczna jest umieszczona w rozprostowywalnym ramieniu. Wiązka sterownicza jest przymocowywana do zespołu i dokonywane jest sprawdzenie działania zespołu i związanych z nim instrumentów. Następnie zespół jest opuszczany w głąb odwiertu przy pomocy cylindrycznych stalowych prętów wiertniczych. Wąż wysokociśnieniowy oraz wiązka sterownicza są wypuszczane w dół z odpowiednią prędkością. Wiązka sterownicza jest przywiązana do prętów wiertniczych w regularnych odstępach w taki sposób, by jej ciężar był całkowicie podtrzymywany. Co 10 m dodaje się elementy wypośrodkowujące, aby po rozpoczęciu wiercenia poziomego zapewnić przesuwanie giętkiego węża kolumny wiertniczej z możliwie najmniejszym tarciem.

Po osiągnięciu głębokości złoża, z którego ma być odprowadzana woda lub inna ciecz, zespół jest odpowiednio nakierowywany przy pomocy kompasu pokładowego i jest zakleszczany przy ścianie odwiertu, a element ramienia jest wyprostowywany. To powoduje, że dysza hydrauliczna znajduje się blisko ściany zagłębienia. Zaleca się, by wiercenia poziome prowadzone były od dna w górę istniejącego odwiertu. Przed rozpoczęciem wiercenia pompa wysokociśnieniowa doprowadzana jest do pełnego ciśnienia (np. 1150 barów przy 234 litrach na minutę). Wysokociśnieniowe obrotowe strumienie działające z przodu dyszy zaczynają tworzyć poziomy odwiert. Parcie do przodu jest wytwarzane przez odrzut wstecznych strumieni wysokociśnieniowych. Parcie to powoduje, że zespół wiertniczy posuwa się do przodu w kierunku ściany zagłębienia w miarę jak wąż wysokociśnieniowy jest rozwijany z bębna na powierzchni.

W ten sposób można uzyskiwać poziome odwierty o długości do 200 m. Po pełnym rozwinięciu ciśnienie z pompy spada do około 700 barów i zespół wiertniczy jest wycofywany do wznoszonego ramienia przy pomocy napędzanego bębna zainstalowanego na pochylni powierzchniowej. Wyprostowywalne ramię jest składane, usuwa się zakleszczenie zespołu i zespół jest obracany w celu ustawienia go w nowym pożądanym kierunku. Następuje znów zakleszczenie zespołu, ramię zespołu jest wyprostowywane i wiercony jest kolejny otwór poziomy. Proces ten jest powtarzany aż do momentu, gdy wymagana liczba kierunkowych bocznych odwiertów została wykonana na wszystkich przewidzianych poziomach. Zespół jest wówczas wyciągany z otworu. Odłamki wytworzone podczas kształtowania bocznych otworów są wtedy usuwane z osadnika przy pomocy systemu cyrkulacji odwrotnej.

Widać zatem, że zespół, oraz połączenie zespołu z samonapędzającym sterowalnym narzędziem wiertniczym znajdującym się w elemencie rozkładanego ramienia 22 daje szereg wyraźnych korzyści w stosunku do zazwyczaj używanych urządzeń istniejących. I tak, na przykład, zespół zawiera znaczną liczbę, instrumentów do kontrolowania warunków wykonywania odwiertu i prowadzenia wiercenia w poziomych bocznych otworach przy pomocy samonapędzającego układu wiertniczego. Wynikiem jest efektywne formowanie bocznych odwiertów sięgających na ogół do 200 m w czasie mniej niż dwóch godzin. Zespół pozwala na szybką zmianę pozycji, co umożliwia wykonanie wielu bocznych odwiertów. Taki zestaw wielu bocznych odwiertów w jednej lub wielu płaszczyznach jest szczególnie dogodny do usuwania cieczy, takich jak woda, lub metanu, przy pomocy jednego istniejącego [pionowego] odwiertu.

Zespół może ustawiać końcowe narzędzie przecinające w sposób bardziej precyzyjny niż urządzenia zazwyczaj stosowane.

Należy zwrócić uwagę na to, że różne inne zmiany i modyfikacje mogą być wprowadzane do opisanych realizacji wynalazku bez naruszania ducha i zakresu wynalazku.

189 235

189 235

189 235

189 235

189 235

189 235

189 235

Departament Wydawnictw DP RP Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób tworzenia co najmniej jednego odwiertu bocznego w istniejącym odwiercie, znamienny tym, że opuszcza się zespół wznoszonego ramienia w głąb odwiertu aż do pożądanego położenia, przy czym zespół ten składa się z korpusu głównego oraz wznoszonego elementu ramienia; następnie ustawia się kroczące narzędzie do cięcia hydraulicznego, które jest podtrzymywane przez element ramienia przynajmniej wówczas, gdy element ramienia jest w pozycji wzniesionej, oraz steruje się narzędziem do cięcia hydraulicznego tak, że narzędzie do cięcia hydraulicznego wysuwa się z elementu ramienia w kierunku bocznej ściany odwiertu w celu wykonania odwiertu bocznego o kierunku wyznaczonym przez położenie elementu ramienia w odwiercie.
2. 2. Zespół wznoszonego ramienia do wykorzystania w odwiertach, znamienny tym, żeskłada się z korpusu głównego (20) oraz elementu ramienia (22), ruchomego pomiędzy pozycją złozoną, w której zespół (14) może zostać usunięty z odwiertu (11), a pozycją wzniesioną; przy czym zespół ramienia (14) zawiera zespół do wiercenia hydraulicznego zawierający narzędzie do cięcia hydraulicznego (16) oraz giętki wąż (62) stanowiący kolumnę wiertniczą; przy czym w trakcie wznoszenia element ramienia (22) mieści w sobie przynajmniej część zespołu do wiercenia hydraulicznego, zaś w pozycji wzniesionej element ramienia (22) naprowadza narzędzie do cięcia hydraulicznego (16) w kierunku ściany odwiertu (11); przy czym zespół jest ewentualnie wyposażony, w co najmniej jeden czujnik nadzorujący element ramienia (22) lub zespół do wiercenia hydraulicznego.
3. 3. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że narzędzie do cięcia hydraulicznego (16) jest chowane w elemencie ramienia (22).
4. 4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że czujnik wykrywa moment gdy narzędzie do cięcia hydraulicznego (16) zostało schowane w elemencie ramienia (22).
5. 5. Zespół według zastrz. 4, znamienny tym, że czujnik zawiera czujnik elektromagnetyczny (81), wykrywający obecność narzędzia do cięcia hydraulicznego (16).
6. 6. Zespół według zastrz. 4, znamienny tym, że czujnik zawiera czujnik elektryczny (82), wykrywający obecność narzędzia do cięcia hydraulicznego (16).
7. 7. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, ze czujnik określa kąt wzniesienia elementu ramienia (22) w stosunku do korpusu głównego (20).
8. 8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, ze czujnik zawiera przetwornik przechylenia (85).
9. 9. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że zawiera hydrauliczny lub pneumatyczny tłok (84) przemieszczający element ramienia (22) pomiędzy pozycją złożoną i pozycją wzniesioną; przy czym tłok (84) jest przymocowany na jednym końcu do korpusu głównego (20), zaś na drugim końcu do elementu ramienia (22), a czujnik jest dostosowany do określania stopnia wysunięcia tłoka (84).
10. 10. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera prowadniki (46) prowadzące giętki wąż stanowiący kolumnę, wiertniczą poprzez korpus główny (41) i element ramienia (42).
11. 11. Zespół według zastrz. 10, znamienny tym, ze zawiera czujnik określający położenie i/lub kierunek ruchu giętkiego węza stanowiącego kolumnę wiertniczą.
12. 12. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera kompas (86) określający azymut elementu ramienia (22).
13. 13. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że element ramienia obejmuje co najmniej dwa sprzężone elementy ramienia (22, 23; 42, 43), zapewniające uzyskanie większego zakrzywienia kolumny wiertniczej.
14. 14. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że element ramienia (22) jest wyposażony w co najmniej jedną dyszę (31) do cięcia hydraulicznego do wycinania szczeliny w ścianie odwiertu w trakcie wznoszenia ramienia, przy czym dysza (31) ta jest dostosowana do przyłączenia jej do źródła cieczy pod wysokim ciśnieniem.

    189 235
15. 15. Zespól według zastrz. 2, znamienny tym, że korpus główny (41) jest wydłużony, zaś element ramienia (42) jest obrotowo połączony z korpusem głównym (41), tak, że może on poruszać się wokół osi obrotu pomiędzy pozycją złożoną i wzniesioną.
16. 16. Zespół według zastrz. 15, w którym element ramienia (42) w pozycji złożonej znajduje się całkowicie lub w znacznej swojej części wewnątrz korpusu głównego (41).
17. 17. Zespół wznoszonego ramienia do wykorzystania w odwiertach, znamienny tym, że zawiera korpus główny (20, 41) oraz element ramienia (22, 42), ruchomy poruszający się pomiędzy pozycją złożoną, kiedy to zespół może zostać umieszczony w odwiercie lub z niego usunięty, a pozycją wzniesioną, w której element ramienia naprowadza zespół do wiercenia hydraulicznego w kierunku ściany odwiertu.
18. 18. Zespół według zastrz. 17, znamienny tym, że kiedy element ramienia (22, 42) jest w pozycji wzniesionej, korpus główny (20, 41) i element ramienia (22, 42) stanowią prowadnik, skręcający zespół do wiercenia hydraulicznego o kąt około 90° przy promieniu krzywizny mniejszym niż około 300 mm.