NO329173B1 - Grunnfjerningsapparat og fremgangsmåte for boring med fôringsrør - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og apparat for boring med foringsrør inkluderer en boresko (10) konfigurert for senere gjennomboring derav in situ, med kuttere som holdes på plass derpå i respons til de krefter som de møter under boring av borehull, men som likevel er bevegelige fra den omhylling hvorigjennom den senere boresko vil passere når den kutter gjennom den in situ boresko (10). Boreskoen (10) inkluderer én eller flere profiler derpå, hvori blad (26) som bærer formasjonsborekutterne er anbrakt. Profilene inkluderer minst ett fremspring derpå, som opptas inne i en samsvarende sliss i bladene. Bladene (26) kan også være konfigurert til å ha motsatte seksjoner som er konfigurert i forhold til hverandre til å ha en åpningsvinkel (136) på mindre enn nitti grader.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsesområdet

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt området av brønnboring, spesielt området av brønnboring for ekstraksjon av hydrokarboner fra undergrunnsformasjoner hvori borestrengen anvendes som foringsrør for brønnen.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Boring av brønner for å utvinne hydrokarboner fra undergrunnsformasjoner gjennomføres typisk ved å rette et roterbart boreelement, som for eksempel en borekrone, inn i grunnen på enden av rør kjent som en "borestreng" hvorigjennom boreslam føres for å avkjøle og rense boreflaten på borekronen og fjerne ut-boret materiale eller borekaks fra borehullet mens dette bores. Etter at borehullet er blitt boret eller boret til sin ønskede dybde og lokalisering, blir borehullet typisk foret, det vil si metallrør lokaliseres langs lengden av borehullet og sementeres på plass for å isolere borehullet fra den omgivende grunn, hindre at formasjonen styrter sammen inn i borehullet, og å isolere grunnformasjonene fra hverandre. Foringsrøret blir så perforert ved spesifikke lokaliseringer hvor hydrokarboner er forventet å bli funnet, for å muliggjøre deres utvinning gjennom borehullet.

Det er kjent å anvende foringsrøret som borestrengen og når boring kompletteres til en ønsket dybde sementeres foringsrøret på plass og derved elimineres behovet for å fjerne borestrengen fra borehullet. Når foringsrør anvendes i stedet for borestrengen må imidlertid ethvert utstyr eller verktøy anvendt i boringen av brønnen fjernes fra det indre av foringsrøret for å tillate at et ytterligere foringsrør og borekrone med mindre diameter borer borehullet videre inn i grunnen. Borekronen eller boreskoen lokalisert ved enden av borestrengen må således fjernes som en hindring, uten å trekke foringsrøret opp fra borehullet. Fjernelse av boreskoen gjennomføres typisk ved å gjennombore boreskoen med en andre boresko eller borekrone som forlenges inn i det tidligere sementerte foringsrør og deretter inn i grunnen under den nettopp gjennomborede boresko. Boreskoen må således konfigureres som et borbart materiale, noe som begrenser den belastning som kan anbringes på boreskoen under boring og begrenser således effektiviteten av boring med den gjennomborbare boresko. Typisk er en "gjennomborbar" boresko konfigurert av et relativt mykt materiale som for eksempel aluminium, med forholdsvis harde innsatser av materialer som for eksempel syntetisk diamant lokalisert derpå for å tjene som kuttematerialet. I tillegg, selv om hoveddelen av den gjennomborbare boresko er konfigurert av et lett borbart materiale vil de harde kuttere av boreskoen tendere til å bevirke hurtig slitasje og fysisk skade på boreskoen anvendt for å bore gjennom den foregående boresko slik at levetiden for borekronen og således den dybde av formasjon som boreskoen kan penetrere før den må gjennombores av en ytterligere boresko ført gjennom foringsrøret begrenses.

Det er også kjent å tilveiebringe en boresko med en forholdsvis myk metallhoveddel, hvori et flertall sterkere metallblad er opptatt, idet kuttere er anordnet på disse blad for kutting inn i grunnen ettersom borehullet går videre og hvilke blad kan beveges ut av det areal hvorigjennom boreskoen bores og påfølg-ende foringsrør penetrerer, som vist i US-patent 6.443.247 (Weatherford) og som er innlemmet heri i sin helhet som referanse. Denne boresko inkluderer en integrert stempelsammenstilling deri og som etter aktivering av en boreoperatør skyver gjennom boreskoen og fysisk presser de hardere metallblader, med kutterne derpå, inn i det ringformede område og/eller den tilstøtende formasjon og ut av det område hvorigjennom den neste boresko vil passere. Deretter føres en ytterligere boresko ned gjennom det eksisterende foringsrør for å fjerne den gjenværende, relativt bløte metallmasse av boreskoen og inn i formasjonen forbi den nettopp gjennomborede boresko. Selv om denne boreskokonfigurasjon løser det problem som man støter på når boreskoen ellers måtte gå til kontakt med å male opp harde metalldeler lider boreskoene av begrensede brukstider på grunn av at bladene vil ekstrudere eller på annen måte bli separert fra den forholdsvis bløte metallhoveddel av boreskoen hvis belastning derpå overstiger en bestemt terskel. Selv om denne utforming av boresko har vunnet en høy grad av kommersiell godtak-else, forblir således levetiden av boreskoen begrenset.

Fra US 5,560,440 fremgår det en roterende borkrone for boring av undergrunnsformasjoner. Borkronen omfatter et separat fremstilt borkronelegeme og skjærstøtteelementer. Skjærstøtteelementene kan konstrueres som blader, ribber, klosser eller tilsvarende, avhengig av borkroneutformingen.

Fra US 4,466,498 fremgår det skoelementer og borskaftelementer for bor-kroner for kabelboring med stor diameter og som er tilveiebrakt med en tunge på ett av elementene som strekker seg radielt i forhold til borskaftet og som omfatter en bueformet leppe og fremover ragende stoppdel på det andre av elementene for å fange opp tungen og for å hindre radiell bevegelse av skoelementet.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnesen vedrører et gunnfjerningsapparat tilpasset for bruk under boring med foringsrør. Grunnfjerningsapparatet omfatter en første hoveddel, en andre hoveddel for i det minste delvis å kunne mottas inne i den første hoveddel, og en profil tildannet på en ytre overflate av den andre hoveddel. Et kutteelement er løsbart forbundet med profilen. Forbindelsen er løsbar langs i det minste to akser og profilen er innrettet til å opprettholde kutteelementet på profilen under operasjon.

Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å danne en brønnbor-ing med et foringsrør. Fremgangsmåten omfatter å tilveiebringe et grunnfjerningsapparat ved en nedre ende av foringsrøret. Grunnfjerningsapparatet omfatter en første hoveddel, og en andre hoveddel i det minste delvis mottakbar inne i den første hoveddelen. Et kutteelement kan løsbart forbindes med profilen, hvori forbindelsen er løsbar langs minst to akser og profilen er tilpasset for å opprettholde kutteelementet på profilen under drift. Grunnfjerningsapparatet anvendes for å danne brønnboringen.

Den foreliggende oppfinnelse kan generelt tilveiebringe metoder og appa-ratur for boring av borehull, hvori borestrengen anvendes som foringsrør for borehullet, hvori boreskoen anvendt for boring av borehullet inkluderer et integrert for-trengningselement hvorved kutteelementene på boreskoen kan fortrenges inn i formasjonen som omgir boreskoen når brønnen kompletteres. Boreskoen kan inkludere ett eller flere blad med kuttere derpå og hvert av bladene kan inkludere en inngrepsprofil for sikkert inngrep med hoveddelen av boreskoen under boreoperasjonen, men blir likevel lett deformert til å bli innleiret inn i formasjonen inntil boreskoen når boring kompletteres.

I én utførelsesform kan bladene inkludere en ytre aksiell seksjon, en tverr-gående seksjon, og en generelt aksiell basisseksjon som er opptatt i en kontinuerlig sliss tildannet inne i hoveddelen av boreskoen. Slissen og bladet inkluderer komplementære profiler for å opprettholde bladene i posisjon mot belastningen av bladene forårsaket av inngrepet derav med den formasjon som bores, mens bladene tillates å bli fortrengt inn i formasjonen etter at boring er fullført.

For å muliggjøre fortrengning av bladene inn i formasjonen kan boreskoen fortrinnsvis inkludere en passasje derigjennom hvorigjennom boreslam bringes til å strømme og som selektivt blokkeres mens boreslam fortsettes å bli pumpet inn i borestrengen. Blokkeringen av slampassasjene kompletterer en stempelstruktur, som aktiveres gjennom borestrengen og derved skyver bladene inn i den tilstøt-ende formasjon.

I et ytterligere aspekt kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe et grunnfjerningsapparat omfattende en første hoveddel og en andre hoveddel som i det minste delvis kan opptas inne i den første hoveddel. En profil er tildannet på en ytre overflate av den andre hoveddel og et kutteelement er i inngrep med profilen, hvori profilen er innrettet til å opprettholde kutteelementet på profilen under operasjon.

I et ytterligere aspekt kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe et grunnfjerningsapparat omfattende en borbar hoveddel og minst én profil tildannet på en ytre overflate av den borbare hoveddel. Nevnte minst én profil inkluderer minst to kryssende flater, hvori én av flatene inkluderer et fremspring derpå. Et blad kan samsvarende bringes til inngrep med nevnte minst én profil.

I et ytterligere aspekt kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en borekrone omfattende en første hoveddel og en borbar andre hoveddel. Minst én profil er tildannet integrert med minst én av den første hoveddel og den borbare andre hoveddel, idet nevnte minst én profil har minst to motstående segmenter med en spesiell orientering. Et kutteelement er opptatt i nevnte minst én profil og har den spesielle orientering og den spesielle orientering inkluderer en åpningsvinkel mellom de motstående segmenter på mindre enn nitti grader.

I et ytterligere aspekt kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en fremgangsmåte for boring med foringsrør (DWC), hvori en borestreng borekrone er tilveiebrakt, omfattende tilveiebringelse av en borekronestøtte ved en nedre ende av foringsrøret, lokalisering av en borbar hoveddel inne i borekronestøtten, og tilveiebringe et bladopptakende element integrert med minst én av borkrone-støtten og hoveddelen. Det mottakende element inkluderer en profil. Fremgangsmåten inkluderer også posisjonering av et blad med en samsvarende profil på det mottaende element og anvendelse av borekronen for å danne et borehull, hvori profilen er tilpasset til i vesentlig grad å opprettholde bladet på det bladmottaende element under boring.

I et ytterligere element kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en fremgangsmåte for komplettering av et borehull omfattende tilveiebringelse av et grunnfjerningsapparat ved en nedre ende av en borestreng. Grunnfjerningsapparatet har en første hoveddel og en borbar del anordnet i den første hoveddel, idet den borbare del inkluderer en boring. Fremgangsmåten inkluderer også å danne borehullet, blokkere boringen fra fluidkommunikasjon, bevege den borbare del i forhold til den første hoveddel, og å reetablere fluidkommunikasjon mellom en indre del av grunnfjerningsapparatet og borehullet.

I et ytterligere aspekt kan den foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en brønnventil omfattende en første hoveddel, en boring anordnet gjennom den første hoveddel, og en obstruksjonselementholder i det minste delvis anbrakt i boringen, hvori obstruksjonselementholderen er innrettet til å samvirke med et obstruksjonselement for å tilveiebringe selektiv fluidkommunikasjon gjennom boringen.

Kort beskrivelse av tegningene

For at den måte hvorpå de ovenfor angitte trekk ved den foreliggende oppfinnelse kan bli forstått i detalj, gis en mer spesiell beskrivelse av oppfinnelsen, kort oppsummert i det foregående, med henvisning til utførelsesformer hvorav noen er illustrert i de vedføyde tegninger. Det skal imidlertid bemerkes at de ved-føyde tegninger bare illustrerer typiske utførelsesformer av denne oppfinnelsen og de skal derfor ikke betraktes som begrensende for dens omfang idet oppfinnelsen kan tilpasses andre like effektive utførelsesformer.

Figur 1 er et perspektivriss av en boresko ifølge den foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er en tverrsnittstegning av boreskoen i figur 1 i en brønn-lokalisering; Figur 3 er en tverrsnittstegning av boreskoen i figur 2 etter at boreskoen har nådd total dybde og boreskoen er forberedt for å bli gjennomboret; Figur 4 er et perspektivriss av en bladdel av boreskoen i figur 1; Figur 5 er en tverrsnittstegning av bladdelen anbrakt på utsparingen i boreskoen; Figur 6 er en ytterligere tverrsnittstegning av bladdelen anbrakt på utsparingen i boreskoen; Figur 7 er en tverrsnittstegning av boreskoen som vist i figur 2, etter å være blitt gjennomboret; Figur 8 viser en ytterligere utførelsesform av boreskoen ifølge aspekter av den foreliggende oppfinnelse; Figur 9 viser ennå en ytterligere utførelsesform av en boresko ifølge aspekter av den foreliggende oppfinnelse; og Figur 10 viser boreskoen i figur 9 etter at kulen er blitt ekstrudert gjennom kulesetet for å reetablere sirkulasjon.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesform

Med initial henvisning til figur 1 vises der i perspektiv et grunnfjerningsapparat som for eksempel en boresko 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse, for anbringelse på enden av en streng av foringsrør for å bore et borehull inn i grunnen, primært for utvinning eller mulig utvinning av hydrokarboner fra undergrunns-lokaliteter. Boreskoen 10 inkluderer generelt en støtte, som for eksempel en hylsedel 20, hvori er opptatt et borbart element, som for eksempel en hoveddel 30, og hvor over det er festet et flertall kutteelementer eller blad 26 (bare fire av totalt seks kan anbringes på denne måte) i utsparinger 70 tildannet på utsiden av boreskoen 10. Boreskoen 10 er spesifikt konfigurert til å muliggjøre boringen av et borehull ved hjelp av boreskoen 10, med etterfølgende sementering av forings-røret i borehullet, og deretter etterfølgende gjennomboring av boreskoen 10 med en etterfølgende boresko 10.

Idet det nå vises til figurene 2 og 3 vises der i tverrsnitt borekronen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse, opphengt i foringsrøret 12 lokalisert inne i et borehull 14, idet foringsrøret 12 roteres ved hjelp av et rotasjonsbord, toppdrevet rotasjonssystem eller lignende system (ikke vist) på overflaten for å muliggjøre at boreskoen 10 borer eller kutter inn i formasjonene som påtreffes og derved danner borehullet 14. Boreskoen 10 inkluderer generelt en ytre rørformet hylse 20 hvorpå et flertall blad 26 er festet og hvori der er posisjonert en hoveddel 30 av et borbart materiale som for eksempel aluminium. I operasjon tilveiebringer hoveddelen 30 en stivhet for å hindre deformasjon av hylsen 20 og opprettholde boreskoen 10 på en gjenget forbindelse på den nederste forlengelse av foringsrøret i borehullet mens boreoperasjoner gjennomføres, og tilveiebringer også et ekstrusjonselement som kan skyves gjennom hylsen 20 og derved skyve bladene 26 inn i den tilstøt-ende formasjon i det ringformede område og/eller sidene av borehullet 14 for å muliggjøre gjennomboring av boreskoen 10 under etterfølgende operasjoner i borehullet 14.

Hylsen 20 er generelt konfigurert som et rørformet eller sylindrisk element og inkluderer en første gjenget ende 22 for gjengemottak på den nederste forlengelse av foringsrøret 12, en ytre sylindrisk flate 24 hvorpå et flertall blad 26 (foretrukket 6) er anordnet, og en nedre åpen ende 28. Den indre sylindriske flate av hylsen 20 inkluderer en første større diameterboring 34 som strekker seg fra den første ende 22, og en andre mindre diameterboring 36 som strekker seg fra et an-slag 38 tildannet ved krysningen av disse to kollineære boringer. Inne i hylsen 20 mottas hoveddelen 30 av et borbart materiale, som for eksempel aluminium som danner en masse inne i hylsen for å opprettholde formen av hylsen 20 mens boreskoen 10 skyves mot bunnen 16 av borehullet 14 og roteres. Hylsen 20 inkluderer videre et flertall slamutløp 37, anordnet radielt gjennom hylsen 20 ved den større diameterboring 34.

Hoveddelen 30 er en generelt rett sirkulær masse av borbart materiale, med trekk tildannet deri for eksempel ved hjelp av maskinbearbeiding, for å tilveiebringe en masse av materiale for å understøtte den forholdsvis tynne vegg av hylsen 20 under boring, for å muliggjøre ekstrusjonen av hoveddelen 30 gjennom eventuelle potensielt borehullinterfererende seksjoner av hylsen 20 og bladene 26 når boringen er komplettert med boreskoen 10, og å tilveiebringe et lett borbart materiale for fjernelse av massen fra borehullet 14. Hoveddelen 30 inkluderer generelt en hovedsenkeboring 40 som strekker seg innover fra den første ende 42 derav, og avsluttes ved en generelt konisk konkav bunn 44 hvorfra en slamboring 46 strekker seg innover fra den understøttende del av den hoveddel dannende understøttelsesmasse for å begrense deformasjonen av hylsen 20 og bladene 26 under boreoperasjoner. Slamboringen 46 oppdeles til et flertall slampassasjer 50 som avsluttes ved en nedre overflate av hoveddelen 30. Slamboringen 46 inkluderer også en konisk setedel 52 hvori kulen 51 (figur 2) kan plasseres, som skal beskrives nærmere heri. Den ytre overflate av hoveddelen 30 inkluderer en gene-reit rett sirkulær ytre overflate 54, og en endedel 56 som er profilert og maskin-bearbeidet til å motta en del av bladene 26 deri, som skal beskrives nærmere heri Den andre flate 54 inkluderer ved åpningen av senkeboringen 40 en utover ragende leppe 58 som tettende, eller i det minste hovedsakelig passer tett til den indre flate av den større diameterboring 34, så vel som minst én aksiell sliss 60, som strekker seg langs den ytre flate 54 fra endedelen 56. En bolt 62 er festet inne i hylsen 20 og strekker seg inn i slissen 60 og tjener til å hindre rotasjon av hoveddelen 30 inne i hylsen 20 når en ytterligere borekrone innført ned gjennom det indre av foringsrøret borer ut hoveddelen 30.

For å holde hoveddelen 30 tilbake inne i hylsen 20 inkluderer hylsen 20 en holdering 64, lokalisert inne i den større diameterboring 34 generelt over hoveddelen 30 og festet dertil ved hjelp av bolter eller lignende, og som hindrer tilbaketrekning av hoveddelen 30 fra hylsen 20, og en innover ragende leppe 66 som strekker seg innover ved den nedre åpne ende derav og som er opptatt i en ringformet utsparing 68 maskinbehandlet eller støpt inn i flaten av hoveddelen 30 omkring dennes omkrets (best vist i figur 3). Leppen 66 kan være et kontinuerlig innover ragende fremspring på enden av hylsen 20, eller kan være en separat holderring som er festet ved sin indre ende til enden av hylsen 20.

Med fornyet henvisning til figur 1 vises der en generell oversikt over struk turen av bladene 26, så vel som deres fastsetting på boreskoen 10. Generelt er bladene 26 opptatt inne i en profil som strekker seg langs den ytre overflate av hylsen 20 og bunndelen av hoveddelen 30. En eksempelvis profil er en utsparing 70 konfigurert til gjensidig å virke med bladet 26 til å holde bladet 26 i posisjon på hylsen 20 under boreoperasjonen. Hvert blad 26 er tildannet som en eneste lengde av stål, eller lignende materiale som både har relativ høy styrke, stivhet og duktilitet, bøyd til å danne motstående første og andre lineære seksjoner 72, 74 gjensidig forbundet av et krumt skuldersegment 76. Et flertall kuttere 78 er lokalisert på den ytre flate av bladene 26 for å bringes i inngrep med og kutte inn i formasjonen ettersom borehullet forlenges deri. Selv om seks blad 26 er vist i figurene er det tatt med i betraktningen at et hvilket som helst egnet antall blader 26 kan være anbrakt på boreskoen 10. For eksempel kan boreskoen 10 inkludere fire eller fem blad.

Grensesnittet og sammenkoplingen av bladet 26 og utsparingen 70 er vist i detalj i figurene 5 og 6, hvori bladet 26 har generelt rektangulært tverrsnitt og inkluderer en flerfasettert basis 80 som er i kontakt med en flerfasettert første flate 82 på utsparingen 70, og en sidevegg 84 som butter mot en andre flate 86 av utsparingen 70. Den multifasetterte basis 80 inkluderer en sentralt, lokalisert, generelt rektangulær sliss 88 som strekker seg deri over hele lengden derav og hvori et samsvarende rektangulært fremspring 90 av utsparingen 70 strekker seg, langs hele lengden av bladet 26. Fremspringet 90, som har generelt rektangulært tverrsnitt, danner i samvirkning med den multifasetterte første flate 82 en første kompresjonsflate 104 som strekker seg oppover på fremspringet 90, og første og andre nedre kompresjonsflater 106, 108 anordnet på hver sin side av den første kompresjonsflate 104, en anti-rotasjonsflanke 100 i kontaktforhold med den andre flate 86 av utsparingen 70, og en sekundær anleggsflate 93 på den motstående flanke av fremspringet fra anti-rotasjonsflanken 100 og generelt parallelt med denne og til den andre flate 86 av utsparingen 70.

Med fornyet henvisning til figur 1, for å skape den flerfasetterte utsparing 70, kuttes en kontinuerlig rille (ikke vist) inn i den ytre flate av både hylsen 20 og hoveddelen 30 hvori preformer 112 og 114, med den spesifikke geometri av utsparingen 70 tilveiebrakt deri, innføres og sveises på plass. Alternativt kan preformen 114 i hoveddelen 30 skapes ved direkte støping av en knast inn i hoveddelen 30 når hoveddelen 30 initialt konfigureres for eksempel i form av et aluminium støpestykke og deretter gjennomføres den spesifikke geometri av utsparingen 70 deri ved maskinbearbeiding. Ennå mer alternativt kan preformen 112, 114 dannes inn i både hylsen 20 og hoveddelen 30 ved maskinbearbeiding. I tillegg inkluderer den ytre overflate av hylsen 20 stabilisatorer eller avstandsdeler 132, posisjonert ved øverste terminus av utsparingen 70 og som har en høyde tilsvarende generelt høyden av kutterne 78 på den første lineære seksjon 72 av bladene 26, for å sentrere eller stabilisere boreskoen 10 i borehullet 14.

Med fornyet henvisning til figurene 5 og 6 inkluderer bladet 26 geometri komplementær til utsparingen 70, slik at slissen 88 som rager frem inn i den flerfasetterte basis 80 skaper en multinivå inngrepoverflate, inklusive en utsparings-flate 91 og to utstående flater 92, 94 generelt parallelle dertil og som strekker seg derfra ved dybden av slissen 88, så vel som en første fremstående flate 96 og en andre fremstående flate 98, tildannet som flankene av slissen i et motvendt, gene-reit parallelt forhold til hverandre og sideveggen 84. Dybden av slissen 88 er variabel, slik at slissen 88 er dypere, og arealet av flatene 96 og 98 er således større i den andre lineære seksjon 74 av bladet 26 som i bruk er lokalisert inne i utsparingen 70 opptatt i hoveddelen 30 av boreskoen 10. Likeledes, som vist i figur 5, er høyden av sideveggen 84 økt for å opprettholde et større areal for full dybdekontakt mellom sideveggen 84 og en andre flate 86. Ettersom det er spesielt tatt med i betraktning at hoveddelen 30 er konfigurert fra et lett borbart materiale, som sannsynlig vil ha en lavere skjærstyrke eller flytemotstand enn det materiale som anvendes for hylsen 20 vil dette større areal av flatene (og tilsvarende av sideveggen 84) hjelpe til med å fordele belastningen i utsparingen 70 over et større areal i hoveddelen 30 sammenlignet med hylsen 20, og derved redusere sannsynligheten for plastisk flytesvikt av utsparingen 70 ettersom denne strekker seg inn i hoveddelen 30 under borebetingelser. Som vist i figurene 5 og 6 vil aspektforholdet av slissen 88 (og tilsvarende i de samsvarende overflater av utsparingen 70), og likeledes av fremspringet 90, definert som forholdet mellom høyden av fremspringet (eller dybden av slissen) og dens bredde, i den viste utfør-elsesform være i området fra litt over 1:1 ved den første lineære seksjon 72 av bladet 26, til omtrent 2:1 ved den andre lineære seksjon 74 av bladet 26. Det er tatt med i vurderingen at høyere aspektforhold kan være fordelaktig, for eksempel når bladet har meget stor bredde, det vil si omkretsretningen av hylsen 20, for eksempel omtrent 12,5 cm bred, en slissdybde på bare 0,25 mm kan være passende, som resulterer i et aspektforhold på 0,002:1. Likeledes, hvor bladet gjøres forholdsvis høyt, kan et høyt aspektforhold på omtrent 500:1 være passende.

På den ytre overflate av bladet 26 er det opptatt et flertall kuttere 78, typisk herdede syntetiske diamantkompresser, som er festet dertil ved bruk av sveising, høystyrke klebemidler, gjenget inngrep inn i boringer i bladet 26, eller lignende. For å feste bladet 26 og fylle gapene eller klaringene mellom bladet 26 i utsparingen 70, påføres klebestoff eller fyllstoff, som for eksempel "Tubelok" som kan fås fra Weatherford Corporation, Houston, Texas, på bladet 26 og utsparingen 70, og bladet 26 skyves deri. Det er spesielt tatt med i betraktning at pasningen av bladet 26 i utsparingen 70 ikke må være en presspasning ved vanlige tempe-raturer, og at en klaring på noen tiendedels mm mellom slissen 88 og fremspringet 90 kan tillates så lenge som pasningen er tettsittende.

Under boreoperasjonen roterer boreskoen 10 generelt omkring aksen 120 (figur 2) slik at, som vist i figur 5, bladet 26 beveger seg i retningen av pilen 122 til inngrep med formasjonen. Som et resultat vil kraft bli utøvet mot bladet 26 som vist ved pilen 124 og forsøke å bringe bladet 26 til å rotere (eller belastes inn i utsparingen 70) som vist ved pilen 126. Konfigurasjonen av bladet 26 og utsparingen 70 er spesifikt anordnet for å hindre slik bevegelse. Når denne belastning på-går skyves således sideveggen 84 mot den andre flate 86 av rillen og den første fremstående flate 96 kommer til å ligge an mot den andre anleggsflate 93 av rillen for å tilveiebringe lateral eller direkte understøttelse mot den primære belastning fra formasjonen, mens samtidig den andre fremstående flate 98 ved hjelp av momentet som bevirkes av innfyllingen av bladet 26 mot kutterne 78 koples mot anti-rotasjonsflanken 100, og hver av flatene 91, 92 og 94 på bladet 26 belastes av momentet mot deres respektive kompresjonsflater 104, 106 og 108, slik at signifikant bevegelse av bladet 26 i utsparingen 70 hindres. Ettersom kraft utøves mot bladet 26 i retningen av pilen 126 vil således enhver tipping eller rotasjon av bladet 26 bli absorbert av utsparingen 70. For å feste bladet 26 på hylsen 20 er bladet 26 sveiset derpå ved én eller flere lokaliseringer langs sin lengde.

Bladgeometrien hjelper i tillegg til bladprofil til med å opprettholde bladet 26 på hylsen 20. Under boreoperasjoner er det usannsynlig at hele lengden av et blad 26 vil samtidig være i inngrep mot formasjonen. Videre begrenser nærværet av avstandsdeler 132 på sideveggen av hylsen 20 penetrasjonen av kutterne 78 på den første lineære seksjon 72 av bladet 26. Når således boreskoen 10 skyves mot bunnen av borehullet 14 vil den andre lineære del 74 av bladet 26 komme i inngrep med formasjonen, mens de ytre deler ikke behøver dette. Kraften vil således bli utøvet mot den andre lineære del 74 av bladet 26, og vil prøve å bringe til å tippe eller rotere i utsparingen 70 i retningen av pilen 126 (figur 5). Det kan imidlertid ses fra figur 4 at geometrien av bladet 26 resulterer i at den første lineære seksjon 72 og det krumme segment 76 som da blir hevarmer i forhold til den andre lineære seksjon 74, og plasseringen av disse deler av bladet 26 inne i utsparingen 70 vil bevirke at disse deler av bladet 26, sammen med den strukturelle stivhet av bladet 26, hjelper bladet 26 til å motstå rotasjon ut av utsparingen 70. I tillegg opprettholdes foretrukket åpningsvinkelen 136 mellom de to lineære seksjoner 72, 74 under 90 grader, noe som ytterligere øker sannsynligheten for at bladet 26 opprettholdes i utsparingen 70. Ettersom den ytre flate 38 på bladet 26 foretrukket er parallell med utsparingsflaten 91 og to fremstående flater 92, 94 av bladet 26 som hviler mot kompresjonsflater 104, 106 og 108 av utsparingen 70, blir åpningsvinkelen 136 også gjentatt mellom disse flater.

Med fornyet henvisning til figurene 2 og 3 vises virkemåten av boreskoen 10 for bruk av foringsrøret 12 som borestreng. Spesifikt, når borehullet 14 har nådd total dybde for den spesifikke boresko 10 i bruk som er en funksjon av slitasjen av boreskoen 10, trekkes foringsrøret 12 oppover i borehullet 14 for å etterlate et rom mellom boreskoen 10 og bunnen av borehullet 14 som vist i figur 2. I denne posisjon fortsetter boreslam å strømme ned gjennom midten av foringsrøret 12 og deretter utover gjennom slampassasjene 50 i boreskoen 10 og deretter til overflaten gjennom rommet mellom boreskoen 10 og foringsrøret 12 og borehullet 14.

For å begynne den operasjon som til slutt fører til eliminasjon av boreskoen 10 som en hindring i borehullet 14 bringes en kule 51 til å falle ned gjennom foringsrøret 12 inn i slamboringen 52 fra en avstandslokalitet, som kan inkludere jordens overflate. Når kulen 51 går inn i slamboringen 52 tetter den slamboringen 52 og bringer slammet til å presse ned på hoveddelen 30 og bevirker at hoveddelen 30 glir inne i hylsen 20 fra posisjonen i figur 2 og figur 3. Ettersom hoveddelen 30 begynner å gli deformerer den bunnen hylsen 20 utover og deformerer også den andre seksjon 74 omkring den vinklede del 76 av bladet 26 slik at bladene 26 bøyes til en generell lineær tilstand som vist i figur 3. I én utførelsesform kan den andre seksjon 74 innleires inne i veggene av borehullet sammen med den likeledes deformerte bunn av hylsen 20. I en ytterligere utførelsesform kan det være at en klaring foreligger mellom veggen av borehullet og den andre del 74. Bevegelse av hoveddelen 30 inne i hylsen 20 til den posisjon som er vist i figur 3 eksponerer også slamåpningene 37 overfor boreslammet slik at det tilveiebringes en ny bane for at slamstrømningen kan reetableres sirkulasjon. I denne forbindelse kan den nye bane anvendes for å innføre sement i borehullet for å sementere foringsrøret 10. I én utførelsesform kan sement tilføres gjennom slamåpningene 37 for å sementere i det minste en del av foringsrøret 10 på plass. I tillegg bevirker reetablering av den nye bane også et trykkfall i slamsøylen som indikerer til operatøren at hoveddelen 30 med hell har beveget seg inne i hylsen 20 til å bøye bladene 26 utover. Deretter føres en etterfølgende borekrone eller boresko ned gjennom foringsrøret 12 og bringes til inngrep i hoveddelen 30 for å bore gjennom hoveddelen og fortsette boring av borehullet 14 til ytterligere dybde som vist i figur 7. Figur 8 viser en ytterligere utførelsesform av boreskoen ifølge aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Boreskoen 10 inkluderer en hylse 220 med en hoveddel 230 anordnet deri. Hoveddelen 230 omfatter en støttehylse 235 og en indre del 240. Den indre del 240 kan inkludere komponenter som for eksempel kulesetet 252 og den indre kjerne 245. I én utførelsesform kan kulesetet 252 og den indre kjerne 245 være to separate komponenter, som vist i figuren. I en ytterligere utførelsesform kan den indre del 240, for eksempel kulesetet 252 og den indre kjerne 245, produseres i ett stykke, som vist i figur 2. Foretrukket omfatter den indre del 240 et borbart materiale som for eksempel aluminium, og støttehylsen 235 omfatter stål eller et annet komposittmateriale med tilstrekkelig styrke til å tilveiebringe stivhet til hoveddelen 230. Figur 9 viser en ytterligere utførelsesform av boreskoen 10 ifølge aspekter av den foreliggende oppfinnelse. Som vist tilveiebringer boreskoen 10 en alter-nativ metode for reetablering av sirkulasjonen. Boreskoen 10 inkluderer en hoveddel 330 anordnet i en ytre hylse 320. Ett eller flere blad er anbrakt på den ytre overflate av den ytre hylse 320 og den nedre overflate av hoveddelen 330. Hoveddelen 330 inkluderer en boring 346 som deles seg opp i én eller flere passa-sjer for fluidkommunikasjon med borehullet 14. Boringen 346 kan inkludere en obstruksjonselementholder for å holde et obstruksjonselement på plass. For eksempel kan boringen 346 inkludere et kulesete 352 for å oppta en kule 351. Foretrukket omfatter kulesetet 352 et fleksibelt materiale slik at kulen 351 kan pumpes gjennom kulesetet 352 når et forut bestemt trykk er nådd. Boringen 346 inkluderer også et trykkelement 360 som for eksempel en fjær 360 anbrakt under kulesetet 352. Fjæren 360 kan anvendes for å presse kulen 351 mot kulesetet 352 til å virke som en ventil for å regulere fluidstrømningen i boringen 346. Selv om et kulesete er vist kan andre typer av obstruksjonselementholdere kjent for en vanlig fagkyndig tas i betraktning, for eksempel en obstruksjonselementholder med en anleggsoverflate for å motta et obstruksjonselement for å regulere fluid-strømningen. Figur 9 viser boreskoen 10 etter fullført boring og at hoveddelen 330 har deformert bunnen av hylsen 320 utover. Spesielt har en kule 351 landet i kulesetet 352 for å tillate trykkoppbygning slik at hoveddelen 330 bringes til å gli ned-over i forhold til hylsen 320. Som et resultat bøyes den andre seksjon av bladene til en generelt lineær tilstand.

For å reetablere sirkulasjon økes trykket over 351 ytterligere for å pumpe kulen 351 til å passere gjennom det fleksible kulesetet 352, som vist i figur 10. Kulen 351 lander på fjæren 360 som presser fjæren 360 mot den nedre del av kulesetet 352, som virker som en andre anleggsoverflate for kulen 351. I denne forbindelse dannes en tetning mellom kulen 351 og kulesetet 352 slik at fluidkommunikasjon avstenges.

Når trykket av sementen eller annet fluid i foringsrøret 12 er større enn trykkraften utøvet av fjæren 360 kan kulen 351 bringes til å frikoples fra kulesetet 352 slik at boringen 346 åpnes for fluidkommunikasjon med borehullet 14. På denne måte kan sement tilføres for å sementere foringsrøret 12 i borehullet 14. Etter at sementeringsoperasjonen er fullført avlastes trykket i foringsrøret 12. I sin tur tillates fjæren 360 på nytt å presse kulen 351 mot kulesetet 352 slik at boringen 346 avstenges for fluidkommunikasjon. I denne forbindelse kan kulen 351 og kulesetet 352 virke som en tilbakeslagsventil for å hindre at sement eller annet fluid på nytt kan komme inn i foringsrøret 12.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en spesifikk utførelsesform, kan disse utførelsesformer modifiseres uten å påvirke rammen av de etterfølgende patentkrav. Spesielt kan rille- og slisskonfigurasjonen modifiseres. For eksempel kan slissen posisjoneres i rillen og bladet kan inkludere fremspringet, eller alternativt kan det anordnes flere slisser og samsvarende fremspring.

Mens det foregående er rettet på utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse kan andre og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen utvikles uten å gå utenfor oppfinnelsens grunnleggende omfang idet omfanget derav bestem-mes av de etterfølgende patentkrav.

Claims (14)

1. Grunnfjerningsapparat tilpasset for bruk under boring med foringsrør, omfattende: en første hoveddel; en andre hoveddel (30) for i det minste delvis å kunne mottas inne i den første hoveddel; en profil tildannet på en ytre overflate (54) av den andre hoveddel (30) karakterisert ved: et kutteelement (26) som løsbart forbundet med profilen, hvori forbindelsen er løsbar langs i det minste to akser og profilen er innrettet til å opprettholde kutteelementet (26) på profilen under operasjon.

2. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori profilen omfatter minst to skjær-ende flater, hvori én av flatene tilveiebringer en understøttelse mot rotasjon av kutteelementet (26).

3. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori profilen hovedsakelig hindrer bevegelse av kutteelementet (26) i profilen.

4. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori kutteelementet (26) omfatter en første ende og en andre ende, hvori den andre ende er selektivt frigivelsesbar fra profilen.

5. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 4, hvori den andre ende er festet til den andre hoveddel (30).

6. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 4, hvori profilen omfatter minst to motstående segmenter (76) med en spesiell orientering.

7. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 6, hvori kutteelementet (26) har den spesielle orienteringen.

8. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 7, hvori den spesielle orienteringen har en inkludert vinkel mellom de motstående segmentene på mindre enn nitti grader.

9. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori kutteelementet (26) har en seg-mentert profil med en slisse (60, 88) deri; profilen har et fremspring som kan gå i inngrep med slissen (60, 88); og hvori kutteelementet (26) er posisjonert i profilen slik at fremspringet mottas i slissen (60, 88).

10. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori profilen strekker seg innenfor den andre hoveddelen (30) og den første hoveddelen.

11. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori den første hoveddelen omfatter en hylse (20).

12. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori det videre omfatter en fyllmasse plassert mellom kutteelementet (26) og profilen.

13. Grunnfjerningsapparat ifølge krav 1, hvori profilen omfatter et innsnitt.

14. Fremgangsmåte for å danne en brønnboring med et foringsrør (12), idet fremgangsmåten omfatter: tilveiebringe et grunnfjerningsapparat ved en nedre ende av foringsrøret (12), idet grunnfjerningsapparatet omfatter: en første hoveddel; en andre hoveddel (30) i det minste delvis mottakbar inne i den første hoveddelen; karakterisert ved: et kutteelement (26) som løsbart kan forbindes med profilen, hvori forbindelsen er løsbar langs minst to akser og profilen er tilpasset for å opprettholde kutteelementet (26) på profilen under drift; og anvende grunnfjerningsapparatet for å danne brønnboringen.