NO343292B1 - Apparat for nedihulls avvirkning av brønnveggsmateriale - Google Patents

Abstract

Det beskrives en maskineringsenhet (1) for avvirkning av materiale fra en i bruksstilling omsluttende rørvegg (411) i et borehull (4) i en undergrunnsstruktur (42), hvor maskineringsenheten (1) er tilknyttet en rotasjonsdrivenhet (31) innrettet til å tilveiebringe en kontrollert periferihastighet på en avvirkningsenhet (11), samt er tilknyttet en aksialdrivenhet (15) innrettet til å tilveiebringe en kontrollert aksiell forskyvning av i det minste avvirkningsenheten (11), og er tilknyttet en ledning (21) for tilførsel av fluid, hvor avvirkningsenheten (11) er forsynt med minst ett roterbart fresehode (111) som ved hjelp av en fresehodeaktuator (12) er forskyvbart i avvirkningsenhetens (11) radielle retning og som via en transmisjon (132) er tilkoplet en trykkfluiddrevet motor (13) anordnet i maskineringsenheten (1).

Description

APPARAT FOR NEDIHULLS AVVIRKNING AV BRØNNVEGGSMATERIALE

Oppfinnelsen vedrører en maskineringsenhet for avvirkning av materiale fra en i bruksstilling omsluttende rørvegg i et borehull i en undergrunnsstruktur, hvor maskineringsenheten er tilknyttet en rotasjonsdrivenhet innrettet til å tilveiebringe en kontrollert periferihastighet på en avvirkningsenhet, er tilknyttet en aksialdrivenhet innrettet til å tilveiebringe en kontrollert aksiell forskyvning av i det minste avvirkningsenheten, og er tilknyttet en ledning for tilførsel av fluid.

Når en hydrokarbonbrønn skal oppgis og forlates, må den plugges slik at brønnhode og andre installasjoner over brønnhullet kan fjernes uten at en risikerer lekkasje av formasjonsfluider ut av brønnhullet. Plugging betinger vanligvis at et parti av fôringsrør som avgrenser brønnhullet mot den omkringliggende undergrunnsformasjonen, må fjernes slik at pluggen kan komme i direkte kontakt med formasjonen. Fjerning av fôringsrørpartiet utføres med sponavvirkende verktøy, for eksempel et radielt ekspanderende skjæreverktøy som ved rotasjon og aksiell forskyvning gradvis fjerner fôringsrørmaterialet og eventuell sement som har fylt ringrommet mellom fôringsrøret og strukturen. Et velkjent problem med dagens avvirkningsmetoder er knyttet til fjerning av avvirket spon fra avvirkningsområdet. Dette skyldes at spon som avvirkes etter dreieprinsippet, dvs. med skjæreverktøy som ved rotasjon omkring brønnhullets senterakse, er i kontinuerlig skjærende inngrep med fôringsrøret, på grunn av sin store lengde filtres sammen på grunn av sin store lengde og danner samlinger av spon som ikke lar seg transportere bort ved hjelp av sirkulerende væske.

Fra US2015211314A1 er det kjent et kutteapparat for avskjæring av fôringsrør i en hydrokarbonbrønn, hvor et kuttehode er forsynt med ett langstrakt, fresehode opplagret roterbart på en svingarm som er festet nær periferien av et hus og er utsvingbar fra en inntrukket, passiv stilling til en utstrakt, aktiv stilling ved hjelp av en hydraulisk sylinder som er festet nær husets periferi diametralt motsatt av opplagringen av en svingarm. Et støtteelement strekker seg forbi fresehodet i husets lengderetning og er innrettet til å ligge støttende an mot et parti av fôringsrøret diametralt motsatt av fresehodet for å ta opp reaksjonskreftene fra fresehodets radielle trykk mot rørveggen. Kutteapparatet er forsynt med hydrauliske motorer for rotasjon av fresehodet og rotasjon og aksiell forskyvning av kuttehodet. Apparatet kan være forankret i brønnhullet ved hjelp av en hydraulisk betjent pakning anordnet over kuttehodet.

US2011209872A1 beskriver et kutteapparat i det vesentlige likt US2015211314A1.

US2013092444A1 beskriver kutteverktøy i en utrømmer som utgjør en del av en borestreng som i et endeparti er forsynt med ei borkrone. Kutteverktøyene er anordnet i sideåpninger i utrømmeren. Kutteverktøyene kan rotere om sine senterakser som står perpendikulært på borestrengens senterakse. Ved sine ikke-sirkulære, koniske former vil kutteverktøyene ved rotasjon fra en ikkeavvirkende utgangsstilling, hvor de ikke rager ut fra utrømmeren, til en stilling hvor de med sine perifere partier rager maksimalt ut fra utrømmerens periferi, kunne bearbeide borehullsveggen for å utvide borehullet. Ved utrømming av borehullet roterer kutteverktøyene kontinuerlig. Kutteverktøyene kan ha ulik størrelse og være anordnet i en aksiell avstand fra hverandre og dermed tilveiebringe ulike diametere på det ferdig utrømmede borehullet.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkravene.

Det er tilveiebrakt en maskineringsenhet som omfatter en avvirkningsenhet som ved radiell forskyvning av ett eller flere roterbare fresehoder kan gå i inngrep med en rørvegg som omkranser maskineringsenheten. Hvert fresehode er tilkoplet en drivmotor. Fresehodet har en diameter som er betydelig mindre enn røret som skal bearbeides. Dermed avvirkes det materiale fra rørveggen i korte snitt, noe som fører til at det dannes korte spon under avvirkningen. Maskineringsenheten er forsynt med eller er tilknyttet en rotasjonsdrivenhet som kan sette i det minste avvirkningssenheten i rotasjon om dens senterakse slik at fresehodene beveges i rørveggens periferiretning, og maskineringsenheten er tilknyttet en aksialdrivenhet som sørger for at fresehodene oppnår en forskyvning i rørets aksiale retning, idet både fresehodenes rotasjonshastighet og matehastighet i rørets radielle, perifere og aksielle retning styres.

Rotasjonsdrivenheten kan være anordnet ved eller i maskineringsenheten eller fjernt fra denne, idet maskineringsenheten kan være tilkoplet en kabel eller et kveilerør eller en roterbar rørstreng. I det minste når maskineringsenheten er tilkoplet en kabel, er rotasjonsenheten forsynt med inngrepsmidler som er innrettet til å oppta reaksjonskreftene som oppstår når maskineringsenheten settes i rotasjon ved at nevnte inngrepsmidler går i rotasjonshindrende inngrep med rørveggen. Ved tilkopling til en roterbar rørstreng kan maskineringsenheten settes i rotasjon ved rotasjon av rørstrengen når denne er tilkoplet et rotasjonsbord, en toppdrevet boremaskin eller lignende på overflaten, for eksempel på en borerigg.

Maskineringsenhetens forskyvning i rørets aksielle retning tilveiebringes ved hjelp av aksialdrivenheten som kan være en frammatingsenhet for rørstrengen, kveilerøret eller kabelen anordnet på overflaten, eller aksialdrivenheten kan være anordnet ved eller integrert i maskineringsenheten og kan ved drivhjuls anlegg mot rørveggen bevege seg i rørets aksielle retning. I en fordelaktig utførelse er aksialdrivenheten forsynt med en mateanordning av den typen som er beskrevet i søkers eget NO-patent 336371, hvor flere matehjul er radielt forskyvbare mellom en tilbaketrukket, inaktiv stilling og en utskjøvet, aktiv stilling hvor matehjulene ligger an mot fôringsrøret. Matehjulenes senterakse er skråstilt i forhold til nevnte maskineringsenhets senterakse. Når maskineringsenheten dreies om sin egen senterakse, vil matehjulenes skråstilling virke til at matehjulene vil følge en skruelinje slik at maskineringsenheten forskyves i aksial retning uten at det er påført en skyvkraft på rørstrengen. Ved valg av egnet skråstilling på matehjulene kan maskineringsenheten derved oppnå en ønsket matehastighet.

Den radielle forskyvningen av maskineringsenhetens freseenhet(er) kan være tildannet ved at freseenheten er opplagret i et fritt utragende første endeparti av en arm som i et andre endeparti er opplagret i maskineringsenheten og er dreibar i maskineringsenhetens radielle retning. Armen er forbundet med en aktuator som tilveiebringer den radielle forskyvningen av freseenheten. Aktuatoren kan være en hydraulisk betjent lineæraktuator, fortrinnsvis forsynt med et ringformet stempel med arbeidsretning sammenfallende med maskineringsenhetens aksielle retning, og alle freseenhetene forskyves fortrinnsvis av den samme aktuatoren. Overføringen av aktuatorens aksielle bevegelse til armens radielle dreiebevegelse kan utføres på mange ulike måter, for eksempel ved at aktuatorens aksielt bevegelige element og armen er innbyrdes forbundet med en lenkearm eller ved at et parti av aktuatorens aksielt bevegelige element forskyves langs en radielt innovervendende skråplanflate på armen. Armens tilbaketrekking kan tilveiebringes av aktuatoren eller ved hjelp av andre midler, for eksempel ett eller flere fjørende elementer. I en foretrukket utførelse returneres det ringformede stempelet ved hjelp av ei spiralfjør som ligger an mot stempelet.

Freseenheten er via transmisjonselementer forbundet med drivmotoren som tilveiebringer rotasjon av freseenheten. Alle freseenhetene kan være forbundet med samme drivmotor, for eksempel via en sentralt anordnet drivaksel. I en foretrukket utførelse er drivakselen rørformet og omkranser et senterløp som strekker seg i det minste gjennom et parti av maskineringsenheten.

Av hensyn til balanseringen av reaksjonskreftene som påføres maskineringsenheten fra freseenhetenes avvirkning av materialet i rørveggen, er det en fordel om maskineringsenheten er forsynt med minst to freseenheter jevnt fordelt omkring maskineringsenhetens periferi.

En eller flere av fresehodenes drivmotor, maskineringsenhetens rotasjonsdrivenhet og aksialdrivenhet er fortrinnsvis drevet av et trykksatt fluid, typisk en væske som tilføres maskineringsenheten gjennom en ledning som er forbundet med et reservoar og en pumpe på overflateinstallasjonen.

Det er en fordel om fresehodene tilføres en kjølende og smørende væske. Væsken kan være deler av den trykksatte væskemengden som har blitt til tilført maskineringsenheten for drift av dens motorer.

Avvirket materiale kan deponeres nær avvirkningsområdet, typisk ved hjelp av gravitasjonen som sørger for at det avvirkede materiale synker ned og avsettes, eventuelt at det transporteres ut av røret sammen med returstrømmen av væske fra maskineringsenheten via et ringrom mellom maskineringsenheten og rørveggen.

Oppfinnelsen er definert av det selvstendige patentkravet. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vedrører mer spesifikt en maskineringsenhet for avvirkning av materiale fra en i bruksstilling omsluttende rørvegg i et borehull i en undergrunnsstruktur, hvor maskineringsenheten er tilknyttet en rotasjonsdrivenhet innrettet til å tilveiebringe en kontrollert periferihastighet på en avvirkningsenhet, er tilknyttet en aksialdrivenhet innrettet til å tilveiebringe en kontrollert aksiell forskyvning av i det minste avvirkningsenheten, og er tilknyttet en ledning for tilførsel av fluid, kjennetegnet ved at avvirkningsenheten er forsynt med minst to roterbare fresehoder som er jevnt fordelt omkring maskineringsenhetens periferi, og som ved hjelp av en fresehodeaktuator er forskyvbare i avvirkningsenhetens radielle retning og som via en transmisjon er tilkoplet en trykkfluiddrevet motor anordnet i maskineringsenheten, og en fluidtilførselsledning er anordnet nedstrøms den trykkfluiddrevne motoren og er forsynt med ett eller flere første utløp anordnet på avvirkningsenhetens periferi nær fresehodene.

Fresehodet kan være opplagret i et fritt utragende første endeparti av en pendelarm som i et andre endeparti er forsynt med et hengsleledd og er dreibart innfestet i avvirkningsenheten.

Pendelarmen kan være forbundet med fresehodeaktuatoren i form av en lineæraktuator som via en leddarm er forbundet med pendelarmen.

Maskineringsenheten kan være tilkoplet en roterbar borerørstreng, idet maskineringsenhetens rotasjonsdrivenhet er en borestrengrotasjonsenhet anordnet på en overflateinstallasjon.

Aksialdrivenheten kan være anordnet i maskineringsenheten og kan være forsynt med flere matehjul som ligger i et plan som er skråstilt i forhold til et plan som står perpendikulært på maskineringsenhetens senterakse, idet matehjulene ved hjelp av en aktuator er forskyvbare mellom en tilbaketrukket, inaktiv stilling og en aktiv stilling hvor de ligger an mot rørveggen.

Fluidtilførselsledningen kan være forsynt med ett eller flere andre utløp som munner ut på avvirkningsenhetens periferi oppstrøms de første utløpene.

En settbar pakning kan omslutte et parti av maskineringsenheten, idet den er innrettet til å avgrense et avvirkningsområde i brønnhullet fra et ringrom som tildanner et strømningsløp for returfluid fra maskineringsenheten.

En fluidreturledning kan strekke seg ut fra avvirkningsenheten, idet den fjernt fra avvirkningsenheten er forsynt med ett eller flere innløp innrettet til å holde tilbake materiale avvirket av avvirkningsenheten.

Fluidreturledningen kan være forbundet med ett eller flere returutløp som munner ut i et ringrom som tildanner et strømningsløp for returfluid fra maskineringsenheten.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor:

Fig.1 viser et sideriss av en maskineringsenhet ifølge oppfinnelsen under bearbeiding av et parti av et fôret brønnhull, hvor et øvre parti av en roterbar rørstreng samt en tilknyttet overflateinstallasjon er vist i mindre målestokk;

Fig.2 viser i større målestokk et aksialsnitt gjennom maskineringsenheten hvor en freseenhets fresehoder er i en inaktiv, tilbaketrukket stilling;

Fig.3 viser i større målestokk et grunnriss av maskineringsenheten med fresehodene i en aktiv, utskjøvet stilling; og

Fig.4 viser et aksialsnitt av freseenheten med fresehodene i en aktiv utskjøvet stilling.

Det henvises først til figur 1, hvor en maskineringsenhet 1 ifølge oppfinnelsen er anordnet i et endeparti av en rørstreng 2 og er anbrakt i et borehull 4 som på i og for seg kjent vis er avgrenset mot en undergrunnsstruktur 42 av et fôringsrør 41. I et ringrom mellom fôringsrøret 41 og undergrunnsstrukturen 42 er det på i og for seg kjent vis fylt sement 43. Fôringsrøret 41 tildanner en innvendig rørvegg 411. Maskineringsenheten 1 tilkoplet en rotasjonsdrivenhet 31, her vist som en toppdrevet boremaskin anordnet på en overflateinstallasjon 3 og forbundet med maskineringsenheten 1 via rørstrengen 2.

Det henvises nå til figurene 2, 3 og 4. En avvirkningsenhet 11 er forsynt med tre fresehoder 111 som er anordnet i et første endeparti 112a av hver sin pendelarm 112 dreiestivt fastgjort på en aksel 111a som er dreibart opplagret i pendelarmen 112. Pendelarmene 112 er i et andre endeparti 112b fastgjort med et hengsleledd 112c til et endeparti av et hus 19 som av monteringshensyn er seksjonert, idet flere husseksjoner 19a-19l er løsgjørbart sammenføyd.

Fresehodene 111 har betydelig mindre diameter enn fôringsrøret 41, typisk i størrelsesorden 1/3-1/4 av fôringsrørets 41 diameter.

Hver pendelarm 112 er i det første endepartiet 112a forbundet med en fresehodeaktuator 12 via leddarmer 125, et stempelstanghode 124, flere stempelstenger 123 som er fastgjort i en lineæraktuator 121, her vist som et ringformet stempel 121 anordnet i et aktuatorringrom 127 i huset 19. Stempelet 121 skyver fresehodene 111 til en aktiv stilling ved tilførsel av trykkfluid til aktuatorringrommet 127 gjennom en port 128. Tilbaketrekking av fresehodene 111 skjer ved at trykkfluidet dreneres ut av aktuatorringrommet 127 og stempelet skyves tilbake av ei returfjør 122.

Stempelstanghodet 124 er forskyvbart langs en føring som i den viste utførelsen er en fluidreturrør ledning 17 anordnet sentrisk i avvirkningsenheten 11 og rager ut fra avvirkningsenheten 11.

Fresehodene 111 er forbundet med en drivmotor 13 via transmisjon, her vist som en rørformet drivaksel 131 hvor det er fastgjort et første tannhjul 132 som går i inngrep med et andre tannhjul 133 som er fastgjort på hvert fresehodes 11 aksel 111a. Tannhjulene 132, 133 er formet slik at de er i tilstrekkelig inngrep med hverandre i alle mulige vinkelposisjoner av pendelarmene 112. Motoren 13 drives av trykksatt fluid, for eksempel ei borevæske, som tilføres fra et fluidanlegg 32 på overflateinstallasjonen 3 (se figur 1) via en fluidtilførselsledning 21, her vist som et senterløp i rørstrengen 2.

En aksialdrivenhet 15 er forsynt med flere matehjul 151 som ligger i et plan som er skråstilt i forhold til et plan som står perpendikulært på maskineringsenhetens 1 senterakse, idet matehjulene 151 ved hjelp av en aktuator 152 er forskyvbare mellom en tilbaketrukket, inaktiv stilling og en aktiv stilling hvor de ligger an mot rørveggen 411. Aksialdrivenheten 15 er fortrinnsvis utført slik det er beskrevet i WO 2013/129938 som herved er inntatt ved referanse.

I maskineringsenheten 1 er det i forlengelsen av drivmotoren 13 tilveiebrakt en fluidtilførselsledning 16, her vist som et ringrom som omkranser et parti av den rørformede drivakselen 131. Fluidtilførselsledningen 16 er forsynt med flere første utløp 161 anordnet på avvirkningsenhetens 11 periferi nær fresehodene 111. Fluidtilførselsledningen 16 er også forsynt med flere andre utløp 162 som munner ut på avvirkningsenhetens 11 periferi oppstrøms de første utløpene 161.

En settbar pakning 18 omkranser et parti av avvirkningsenheten 11 mellom de første og de andre utløpene 161, 162. Pakningen 18 avgrenser et avvirkningsområde 44 fra et ringrom 45 (se figur 1) som på i og for seg kjent vis blant annet fungerer som returstrømningsvei for fluid fra maskineringsenheten 1. Det andre utløpet 162 fungerer som overløp for fluid, idet drivmotoren 13 vanligvis har større behov for drivfluid enn fresehodene 111 har for kjøle- og smørefluid.

Fra et nedre parti av den rørformede drivakselen 131 strekker det seg en rørformet fluidreturledning 17 ut av avvirkningsenheten 11. I et fritt utragende endeparti er det anordnet flere returinnløp 172 som er utformet til å holde tilbake avvirket metallspon etc. som avsettes i brønnhullet 4 under maskineringsenheten 1, når fluid som har blitt tilført fresehodene 111, strømmer inn i fluidreturledningen 17. Returinnløpene er typisk forsynt med et egnet filter (ikke vist). Fluidreturledningen 17 munner ut innvendig i den rørformede drivakselen 131, hvor det i drivakselen 131 er anordnet flere åpninger 134 som står i fluidkommunikasjon med flere returfluidutløp 173 (se figur 1) anordnet i avvirkningsenheten 11 på ringromsiden av pakningen 18.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de vedlagte kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende.

Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims (9)

Patentkrav

1. Maskineringsenhet (1) for avvirkning av materiale fra en i bruksstilling omsluttende rørvegg (411) i et borehull (4) i en undergrunnsstruktur (42), hvor maskineringsenheten (1) er tilknyttet en rotasjonsdrivenhet (31) innrettet til å tilveiebringe en kontrollert periferihastighet på en avvirkningsenhet (11), er tilknyttet en aksialdrivenhet (15) innrettet til å tilveiebringe en kontrollert aksiell forskyvning av i det minste avvirkningsenheten (11), og er tilknyttet en ledning (21) for tilførsel av fluid, k a r a k t e r i s e r t v e d at avvirkningsenheten (11) er forsynt med minst to roterbare fresehoder (111) som er jevnt fordelt omkring maskineringsenhetens (1) periferi, og som ved hjelp av en fresehodeaktuator (12) er forskyvbare i avvirkningsenhetens (11) radielle retning, og som via en transmisjon (132) er tilkoplet en trykkfluiddrevet motor (13) anordnet i maskineringsenheten (1), og en fluidtilførselsledning (16) er anordnet nedstrøms den trykkfluiddrevne motoren (13) og er forsynt med ett eller flere første utløp (161) anordnet på avvirkningsenhetens (11) periferi nær fresehodene (111).

2. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor fresehodet (111) er opplagret i et fritt utragende første endeparti (112a) av en pendelarm (112) som i et andre endeparti (112b) er forsynt med et hengsleledd (112c) og er dreibart innfestet i avvirkningsenheten (11).

3. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 2, hvor pendelarmen (112) er forbundet med fresehodeaktuatoren (12) i form av en lineæraktuator (121) som via en leddarm (125) er forbundet med pendelarmen (112).

4. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor maskineringsenheten (1) er tilkoplet en roterbar borerørstreng (2), idet maskineringsenhetens (1) rotasjonsdrivenhet (31) er en borestrengrotasjonsenhet anordnet på en overflateinstallasjon (3).

5. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor aksialdrivenheten (15) er anordnet i maskineringsenheten (1) og er forsynt med flere matehjul (151) som ligger i et plan som er skråstilt i forhold til et plan som står perpendikulært på maskineringsenhetens (1) senterakse, idet matehjulene (151) ved hjelp av en aktuator (152) er forskyvbare mellom en tilbaketrukket, inaktiv stilling og en aktiv stilling hvor de ligger an mot rørveggen (411).

6. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor fluidtilførselsledningen (16) er forsynt med ett eller flere andre utløp (162) som munner ut på avvirkningsenhetens (11) periferi oppstrøms de første utløpene (161).

7. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor en settbar pakning (18) omslutter et parti av maskineringsenheten (1) og er innrettet til å avgrense et avvirkningsområde (44) i brønnhullet (4) fra et ringrom (45) som tildanner et strømningsløp for returfluid fra maskineringsenheten (1).

8. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 1, hvor en fluidreturledning (17) strekker seg ut fra avvirkningsenheten (11) og er fjernt fra avvirkningsenheten (11) forsynt med ett eller flere innløp (171) innrettet til å holde tilbake materiale avvirket av avvirkningsenheten (11).

9. Maskineringsenhet (1) i henhold til krav 8, hvor fluidreturledningen (17) er forbundet med ett eller flere returutløp (173) som munner ut i et ringrom (46) som tildanner et strømningsløp for returfluid fra maskineringsenheten (1).