DE69737216T2

DE69737216T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung eines Abzweigstückes an einem Knoten eines Hauptbohrlochs

Info

Publication number: DE69737216T2
Application number: DE69737216T
Authority: DE
Inventors: Herve Houston Ohmer
Original assignee: Anadrill International SA
Current assignee: Anadrill International SA
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: EP0795679B1; NO312688B1; MX9701748A; MY141286A; CN1092744C; CN1211563C; EP0795679A3; NO971093D0; ID18117A; NO971093L; EP1158137B1; US6170571B1; CN1313449A; AU720261B2; AU1488097A; MY123087A; US6079495A; US5944107A; EP0795679A2; DE69712565D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Bohrlöchern und insbesondere auf das Gebiet des Bildens von Verzweigungsbohrlöchern ausgehend von einem Kohlenwasserstoffhauptbohrloch. Genauer bezieht sich die Erfindung auf das Bilden mehrfacher Verzweigungsbohrlöcher tief im Bohrloch von einem gemeinsamen tiefen Punkt aus, der Knoten genannt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Vor allem während des Bohrens von einer Offshore-Plattform aus, wo eine Vielzahl von Bohrlöchern gebohrt werden muss, um die hohen Kosten des Offshore-Bohrens zu decken, werden mehrfache Bohrlöcher von einem gemeinsamen Ort aus gebohrt. Wie in den 1A und 1B gezeigt ist, werden solche Bohrlöcher durch ein gemeinsames Zuführungsrohr hindurch gebohrt, wobei jedes Bohrloch Oberflächenverrohrungsfutterrohre, eine Zwischenverrohrung und eine Hauptverrohrung aufweist, wie auf dem Gebiet der Offshore-Bohrung von Kohlenwasserstoffbohrlöchern wohlbekannt ist.
Verzweigungsbohrlöcher sind auf dem Gebiet des Schacht- oder Brunnenbohrens ebenfalls bekannt, wie in 2 gezeigt ist. Verzweigungsbohrlöcher werden von dem Hauptbohrloch aus erzeugt, jedoch erstreckt sich das Hauptbohrloch notwendigerweise über den Verzweigungspunkt des Primärbohrlochs hinaus. Die Folge ist, dass das Verzweigungsbohrloch typischerweise einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als jener des Primärbohrlochs, das sich unterhalb des Verzweigungspunktes erstreckt. Ferner ist die Technik zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Verzweigungsbohrloch und dem Primärbohrloch großen Abdichtungsproblemen gegenübergestanden.
Das US-Patent 5.388.648 beschreibt beispielsweise Verfahren, die sich auf das Abdichten einer Bohrlochverbindungsstelle mit verschiedenen Sätzen von Ausführungsformen, um ein solches Abdichten zu bewerkstelligen, beziehen. Die Offenbarung des '648-Patents schlägt Lösungen für einige ernste Abdichtungsprobleme, denen beim Bilden von Verzweigungen in einem Bohrloch begegnet wird, vor. Solche Abdichtungsprobleme beziehen sich auf die Forderung, die Verbindbarkeit des Verzweigungsverrohrungsfutterrohrs mit der Hauptverrohrung sicherzustellen und eine hydraulische Isolation der Verbindungsstelle unter Differenzdruck aufrechtzuerhalten.
Das US-Patent 5.330.007 beschreibt eine Schablone und einen Prozess für das Bohren und Fertigstellen einer Mehrzahl von Bohrlöchern von einem einzigen Hauptbohrloch aus. Die in dem '007-Patent offenbarte Schablone besitzt dieselbe Größe wie die Hauptbohrlochverrrohrung und enthält eine Vielzahl von Bohrungen, die unter kleinen Winkeln zueinander orientiert sind. Da die Schablone nicht expandierbar ist, sind die Durchmesser der Vielzahl von Bohrlöchern, die aus der Schablone heraus gebohrt werden können, allesamt durch den Durchmesser der Hauptverrohrung begrenzt.
Ein grundsätzliches Problem besteht beim Bilden von Verzweigungsbohrlöchern in einer Tiefe in einem Primärbohrloch insofern, dass die Vorrichtung zum Bilden solcher Bohrlöcher an einer Hauptverrohrung eingefahren werden muss, die in eine Zwischenverrohrung des Bohrlochs passen muss. Daher muss eine solche Vorrichtung zum Bilden von Verzweigungsbohrlöchern einen Außendurchmesser aufweisen, der größer als jener der Hauptverrohrung ist. Ferner sollten Verzweigungsbohrlöcher, wenn sie gebildet werden, einen Durchmesser besitzen, der so groß wie möglich ist. Des Weiteren sollten solche Verzweigungsbohrlöcher mit einer Verrohrung ausgefuttert werden können, die mit der Verzweigungseinrichtung mit herkömmlichen Verrohrungshängevorrichtungen gebildet und abgedichtet werden kann.
Eine wichtige Aufgabe dieser Erfindung ist das Schaffen einer verbesserten Vorrichtung und eines verbesserten Verfahrens, durch die eine Mehrzahl von Verzweigungen mit einem Primärbohrloch in einer einzigen Tiefe im Bohrloch verbunden werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgaben und weitere Vorteile und Merkmale werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden mehrfacher Verzweigungsbohrlöcher von einem Hauptbohrloch aus gelöst bzw. geschaffen. Es wird eine Mehrfachverzweigungsuntereinheit für den Einsatz bzw. die Entfaltung in einem Bohrloch mittels einer Hauptverrohrung durch ein Hauptbohrloch geschaffen. Die Verzweigungsuntereinheit umfasst eine Verzweigungskammer, die ein offenes erstes Ende mit zylindrischer Form besitzt. Die Verzweigungskammer besitzt ein zweites Ende, mit dem Verzweigungsauslasselemente verbunden sind. Das erste Ende ist für den Einsatz an einem Verzweigungsort in dem Hauptbohrloch in herkömmlicher Weise wie etwa durch Verschrauben mit der Hauptbohrlochverrohrung verbunden.
Eine Mehrzahl von Verzweigungsauslasselementen, wovon jedes mit dem zweiten Ende der Verzweigungskammer eine Einheit bildend verbunden ist, stellt eine Fluidkommunikation mit der Verzweigungskammer her. Jedes der Auslasselemente ist so vorgefertigt, dass sich solche Elemente für die Einführung in die Untereinheit und durch das Hauptbohrloch hinab zu einem Einsatzort tief im Bohrloch in einer zurückversetzten Position befinden. Jeder der Mehrzahl von Auslässen befindet sich im Wesentlichen vollständig in einem imaginären Zylinder, der im Wesentlichen den gleichen Radius wie das erste Ende der Verzweigungskammer besitzt und koaxial zu diesem ist. Die Vorfertigung der Auslasselemente bewirkt, dass jedes Auslasselement in der Querschnittsform von einer runden oder kreisförmigen Form zu einer länglichen oder anderen geeigneten Form transformiert wird, derart, dass sein Außenprofil in den imaginären Zylinder passt. Das Außenprofil jedes Auslasselements wirkt mit den Außenprofilen von anderen Auslasselementen so zusammen, dass die Fläche eines Querschnitts des imaginären Zylinders im Wesentlichen ausgefüllt wird. Folglich wird im Vergleich zu einer entsprechenden Anzahl rohrförmiger mehrfacher Auslasselemente mit kreisförmigem Querschnitt eine wesentlich größere Querschnittsfläche der mehrfachen Auslasselemente in einem Querschnitt des imaginären Zylinders erreicht.
Die mehrfachen Auslasselemente sind aus einem Material konstruiert, das durch Kaltformen plastisch verformt werden kann. Nachdem die Mehrfachverzweigungsuntereinheit in dem Hauptbohrloch stationiert ist, wird ein Formungswerkzeug verwendet, um wenigstens eines der mehrfachen Verzweigungsauslasselemente von der Verbindung mit der Verzweigungskammer nach außen zu verformen. Vorzugsweise werden sämtliche der Auslasselemente gleichzeitig verformt. Gleichzeitig mit der Expansion nach außen werden die mehrfachen Auslasselemente zu einer im Wesentlichen kreisförmigen radialen Querschnittsform längs ihrer axialen Weite expandiert.
Nachdem die mehrfachen Auslasselemente, die von der Verzweigungskammer abzweigen, expandiert worden sind, wird jeder der mehrfachen Verzweigungsauslässe verstopft. Als Nächstes wird durch ein ausgewähltes der mehrfachen Verzweigungsauslässe ein Bohrloch gebohrt. Durch den ausgewählten Verzweigungsauslass wird ein im Wesentlichen rundes Futterrohr in das Verzweigungsbohrloch geschafft. Das Futterrohr mit kreisförmigem Querschnitt wird mittels einer herkömmlichen Verrohrungshängevorrichtung mit dem kreisförmigen Querschnitt des ausgewählten Verzweigungsauslasses versiegelt. Für mehrere der mehrfachen Verzweigungsauslässe wird ein Bohrloch mit Futterrohr gebildet. In der Verzweigungskammer wird ein Bohrlochverzweiger installiert. Als Nächstes werden die mehrfachen Verzweigungsbohrlöcher fertiggestellt. Mit dem Verzweiger wird die Förderung jedes Verzweigungsbohrlochs zu dem Hauptbohrloch gesteuert.
Die Vorrichtung zum Expandieren eines Auslasses der Mehrfachverzweigungsuntereinheit umfasst eine Leistungs- und Steuereinheit außerhalb des Bohrlochs und eine Betriebseinheit innerhalb des Bohrlochs. Eine elektrische Drahtleitung (wireline) verbindet die Leistungs- und Steuereinheit außerhalb des Bohrlochs mit der Betriebseinheit innerhalb des Bohrlochs. Die Drahtleitung schafft eine physische Verbindung zum Absenken der Bohrlochbetriebseinheit in die Verzweigungsuntereinheit und einen elektrischen Pfad für die Übertragung von Leistung und bidirektionalen Steuer- und Zustandssignale.
Die Bohrlochbetriebseinheit umfasst einen Formungsmechanismus, der für die Einführung in wenigstens ein zurückversetztes Verzweigungsauslasselement der Untereinheit (und vorzugsweise in sämtliche der Auslasselemente gleichzeitig) und für das Expandieren des Auslasselements von dem imaginären Zylinder nach außen bei der Entfaltung angeordnet und entworfen ist. Vorzugsweise wird jedes Auslasselement gleichzeitig nach außen und zu einem kreisförmigen radialen Querschnitt expandiert. Die Bohrlochbetriebseinheit umfasst Verriegelungs- und Orientierungsmechanismen, die mit entsprechenden Mechanismen der Untereinheit zusammenarbeiten. Solche zusammenarbeitende Mechanismen ermöglichen das radiale Orientieren des Formungsmechanismus innerhalb der Mehrfachverzweigungsuntereinheit, um ihn mit einem ausgewählten Auslass der Untereinheit und vorzugsweise mit sämtlichen der Auslässe der Untereinheit auszurichten. Die Bohrlochbetriebseinheit umfasst eine Hydropumpe und einen Kopf mit Hydraulikfluidleitungen, die mit der Hydropumpe verbunden sind. Der Formungsmechanismus umfasst ein hydraulisch angetriebenes Formungsglied. Eine Teleskopverbindung zwischen jedem Formungsglied und dem Kopf liefert unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu den Formungsgliedern, wenn sie während des Expandierens der Auslasselemente nach unten bewegt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher durch Bezugnahme auf die Zeichnungen, die hier beigefügt sind und in denen eine veranschaulichende Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, wobei:
1A und 1B ein in einem Zuführungsverrohrungsende verpacktes Dreifachfutterrohr des Standes der Technik zeigen, bei dem die Auslasselemente während der Installation rund sind und so verpackt sind, dass sie in die Zuführungsverrohrung passen;
2 ein Hauptbohrloch oder vertikales Bohrloch und von diesem ausgehende seitliche Verzweigungsbohrlöcher des Standes der Technik zeigt;
3A, 3B und 3C eine Verzweigungsuntereinheit mit drei Auslässen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 3A ein radialer Querschnitt durch die Verzweigungsauslässe der Untereinheit ist, wobei sich ein Auslass vollständig in einer zurückversetzten Position befindet, sich der andere Auslass in einer Position zwischen seiner zurückversetzten Position und seiner voll expandierten Position befindet und sich der dritte Auslass in einer voll expandierten Position befindet, während 3B ein radialer Querschnitt durch die Verzweigungsauslässe der Untereinheit ist, wobei jeder der Auslässe nach der Entfaltung in einem Hauptbohrloch voll expandiert worden ist, und 3C ein axialer Querschnitt der Verzweigungsuntereinheit ist, der zwei zu einer runden Form voll expandierte Verzweigungsauslässe zeigt, wobei die Verrohrung in ein Verzweigungsbohrloch eingefahren und bezüglich der Verzweigungsauslässe mittels herkömmlicher Futterrohrhängevorrichtungs-Dichtungsstücke abgedichtet worden ist;
4 eine perspektivische Ansicht einer Verzweigungsuntereinheit der vorliegenden Erfindung mit drei symmetrischen Auslässen ist, wobei die Auslassverzweigungen expandiert worden sind;
5A, 5B, 5C und 5D Konfigurationen der vorliegenden Erfindung mit asymmetrischen Verzweigungsauslässen zeigen, wobei wenigstens ein Auslass größere Innenabmessungen als die anderen zwei besitzt, wobei 5A ein radialer Querschnitt längs der der Linien 5A–5A durch die Verzweigungsauslässe in einer zurückversetzten Position ist, wobei 5B ein axialer Querschnitt durch die Linien 5B–5B von 5A ist, 5C ein radialer Querschnitt längs der Linien 5C–5C von 5D ist, wobei sich die Verzweigungsauslässe in einer expandierten Position befinden, und wobei 5D ein axialer Querschnitt längs der Linien 5D–5D von 5C ist, wobei sich die Verzweigungsauslässe in einer expandierten Position befinden;
6A–6E radiale Querschnitte von einigen Beispielen von Verzweigungsauslasskonfigurationen der Verzweigungsuntereinheit gemäß der Erfindung zeigen, wobei alle Auslassverzweigungen während der Entfaltung in einem Hauptbohrloch voll aus ihrem zurückversetzten Zustand expandiert worden sind, wobei 6A zwei Auslassverzweigungen mit gleichem Durchmesser zeigt, wobei 6B drei Auslassverzweigungen mit gleichem Durchmesser zeigt, wobei 6C wie 5C drei Auslassverzweigungen zeigt, wobei eine Verzweigung durch einen Durchmesser gekennzeichnet ist, der größer als jener der anderen zwei ist, wobei 6D vier Auslassverzweigungen mit gleichem Durchmesser zeigt und wobei 6E fünf Auslassverzeigungen zeigt, wobei die Mittelverzweigung einen kleineren Durchmesser als die anderen vier besitzt;
7A–7E Stadien der Expansion der Auslasselemente einer expandierbaren Verzweigungsuntereinheit gemäß der Erfindung zeigen, wobei 7A einen axialen Querschnitt der Untereinheit zeigt, die mehrfache Verzweigungsauslässe aufweist, wobei sich ein solcher Auslass in einer zurückversetzten Position befindet und der zweite solche Auslass expandiert worden ist, beginnend mit seiner Verbindung mit dem Verzweigungskopf und die Expansion nach unten in Richtung der unteren Öffnung der Verzweigungsauslässe fortsetzend, wobei 7B einen radialen Querschnitt an einer axialen Position B von 7A zeigt und angenommen wird, dass alle drei symmetrischen Verzweigungsauslässe gleichzeitig expandiert werden, und wobei die 7C bis 7E verschiedene Stadien der Expansion als Funktion eines axialen Abstands längs der Verzweigungsauslässe zeigen;
8A und 8B in einem axialen Querschnitt bzw. in einem radialen Querschnitt längs der Linien 8B–8B Verriegelungs- und Orientierungsprofile einer Verzweigungskammer der Verzweigungsuntereinheit zeigen, wobei 8A ferner ein Verlängerungsbein mit Stützschuh für den Einsatz in einem Hauptbohrloch und zum Verschaffen von Stabilität für die Verzweigungsuntereinheit während des Expandierens der Verzweigungsauslässe aus ihrer zurückversetzten Position zeigt;
9 schematisch eine oberirdische Vorrichtung und eine unterirdische Vorrichtung zum Expandieren der Verzweigungsauslässe der Verzweigungsuntereinheit zeigt;
10 Schritte des Prozesses des Expandierens und Formens der Verzweigungsauslässe mit einem Druck-Formungsglied der Vorrichtung von 9 zeigt; 11A–11H Schritte einer Installationsabfolge für eine Knoten-Verzweigungsuntereinheit und zum Erzeugen von Verzweigungsbohrlöchern von einem Hauptbohrloch aus gemäß der Erfindung zeigen;
12 eine in einem Hauptbohrloch eingesetzte bzw. entfaltete Verzweigungsuntereinheit zeigt, ferner Verzweigungsbohrloch-Futterrohre, die an Verzweigungsauslässen aufgehängt sind, zeigt und nochmals ferner eine in der Verzweigungsuntereinheit eingesetzte Fördervorrichtung zum Steuern der Förderung von Verzweigungsbohrlöchern in das Hauptbohrloch zeigt;
13A und 13B die Zunahme der Verzweigungsbohrlochgröße, die im Vergleich zu herkömmlichen axialen Verzweigungsbohrlöchern des Standes der Technik von am Ende der Hauptverrohrung verpackten Futterrohren bei dieser Erfindung erreichbar ist, geometrisch darstellen;
14A–14D veranschaulichende Skizzen einer Knotenverzweigung gemäß der Erfindung sind, wobei 14A das Einrichten eines Knotens in einem Hauptbohrloch und das Bilden von Verzweigungsbohrlöchern an einem gemeinsamen Tiefenpunkt in einem Hauptbohrloch, die alle am Knoten des Hauptbohrlochs mit diesem in Verbindung stehen, zeigt, wobei 14B eine expandierte Verzweigungsuntereinheit zeigt, deren Verzweigungsauslässe über den Durchmesser der Hauptverrohrung hinaus expandiert und so geformt worden sind, dass sie im Wesentlichen rund sind, wobei 14C die Verwendung eines primären Knotens und von sekundären Knoten, um Kohlenwasserstoffe aus einer einzelnen Gesteinsschicht zu fördern, zeigt, und wobei 14D die Verwendung einer expandierten Verzweigungsuntereinheit von einem primären Knoten aus, um mehrfache unterirdische Ziele zu erreichen, zeigt;
15A eine Version einer erfindungsgemäßen Verzweigungsuntereinheit mit zwei Auslässen zeigt, wobei die 15B, 15B', 15C und 15D Querschnittsprofile einer solchen Version einer Verzweigungsuntereinheit mit zwei Auslässen und einem alternativen Nachformungswerkzeug an verschiedenen Tiefenorten in den Auslasselementen zeigt;
16 eine alternative Version eines Nachformungswerkzeuges mit zwei Armen zeigt; und
17A–17D die Funktionsweise eines solchen alternativen Nachformungswerkzeuges veranschaulichen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie oben beschrieben worden ist, veranschaulichen die 1A und 1B die Probleme bei Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik zum Bilden von Verzweigungsbohrlöchern von einem Hauptbohrloch aus. Die 1A und 1B zeigen einen radialen und einen axialen Querschnitt von mehrfachen Auslassfutterrohren 12, die an einem Zuführungsrohr 10 mit großem Durchmesser aufgehängt und abgedichtet sind. Die Auslässe sind rund, um die Verwendung von herkömmlichen Futterrohrhängevorrichtungs-Dichtungsstücken 14 zum Abdichten der Auslassfutterrohre 12 für die Verbindung mit dem Zuführungsrohr 10 zu erleichtern. Die Anordnung nach den 1A und 1B erfordert, dass mehrfache runde Auslässe mit dem Durchmesser Do in den Durchmesser Ds1 des Zuführungsrohrs 10 passen. In vielen Fällen, vor allem dort, wo das Zuführungsrohr in einer Tiefe in dem Bohrloch anstatt an der Oberfläche des Bohrlochs eingesetzt werden muss, ist es nicht durchführbar, ein Bohrloch mit einem Durchmesser zu schaffen, der ausreicht, um das Installieren von Verzweigungsbohrlochauslässen mit ausreichendem Durchmesser zu erlauben.
Die Technik des Schaffens von Verzweigungsbohrlöchern gemäß der in 2 gezeigten Anordnung des Standes der Technik erzeugt Verzweigungsbohrlöcher 22, 24 von einem Primärbohrloch 20 aus. Zum Abdichten eines ausgefutterten Verzweigungsbohrlochs 22, 24 an dem Primärbohrloch 20 müssen spezielle Abdichtungsanordnungen 26, die sich von herkömmlichen Verrohrungshängevorrichtungen unterscheiden, vorgesehen sein.
Beschreibung einer Verzweigungsuntereinheit gemäß der Erfindung
Die 3A, 3B und 3C zeigen eine Verzweigungsuntereinheit 30 gemäß der Erfindung. Die Verzweigungsuntereinheit umfasst eine Verzweigungskammer 32 (die mit der Hauptbohrlochverrohrung verbunden und von dieser getragen sein kann (siehe Hauptverrohrung 604 von 12)) und mehrfache Auslasselemente, beispielsweise drei Auslasselemente 34, 36, 38, die in den 3A, 3B und 3C gezeigt sind. 3A ist eine radiale Querschnittsansicht durch die Verzweigungskammer 32, die ein Auslasselement 34 in einem zurückversetzten Zustand, ein zweites Auslasselement 36 im Zustand, in dem es gerade nach außen expandiert wird, und ein drittes Auslasselement 38, das gänzlich nach außen expandiert worden ist. (3A ist zum Zweck der Veranschaulichung präsentiert, da gemäß der Erfindung bevorzugt wird, die Auslässe gleichzeitig zu expandieren und kreisförmig zu machen.) Im zurückversetzten Zustand wird jeder Auslass verformt, wie insbesondere für das Auslasselement 34 gezeigt ist. Ein rundes Rohr wird so verformt, dass seine Querschnittsinnenfläche im Wesentlichen gleich jener eines kreisförmigen oder runden Rohrs bleibt, seine äußere Form jedoch derart ist, dass es gemeinsam mit der verformten Form der anderen Auslasselemente sämtlich in einen imaginären Zylinder passt, der einen Durchmesser besitzt, der im Wesentlichen gleich jener der Verzweigungskammer 32 ist. In dieser Weise besitzen die Verzweigungskammer 32 und ihre zurückversetzten Auslasselemente einen effektiven Außendurchmesser, der, während sie an einer Hauptverrohrung angebracht sind, ihr Bewegen in ein Hauptbohrloch zu einem Einsatzort zulässt. Das Auslasselement 34 ist in seinem zurückversetzten Zustand in einer länglichen Form gezeigt, jedoch können auch andere zurückversetzte Formen nachweisen, dass sie vorteilhafte Eigenschaften besitzen. Beispielsweise kann ein konkaver mittlerer Verformungsbereich an der Außenseite eines zurückversetzten Auslasselements vorteilhaft sein, um ein steiferes Auslasselement zu schaffen. Eine solche Verformung wird, beginnend von der Oberseite, zur Unterseite des Auslasselements hin progressiv größer und tiefer.
3A zeigt das Auslasselement 36 in einem Zustand, in dem es in einem bogenförmigen Weg von der Verzweigungskammer 32 nach außen ausgedehnt wird, während es gleichzeitig durch ein Bohrloch-Formungs-Expansionswerkzeug, das weiter unten beschrieben wird, gerundet wird. Die mit F markierten Pfeile repräsentieren Kräfte, die von der Innenseite des Auslasselements 36 aus ausgeübt werden, um das Auslasselement sowohl in einem bogenförmigen Weg von der Verzweigungskammer 32 weg nach außen zu expandieren als auch von seinem zurückversetzten Zustand (der dem Zustand des Auslasselements 34 entspricht) aus wie das Auslasselement 38 zu seinem expandierten oder gänzlich entfalteten Zustand kreisförmig zu machen.
3B ist eine längs der Linien B–B von 3C aufgenommene radiale Querschnittsansicht durch die Verzweigungsuntereinheit 30 auf Höhe der Auslasselemente 36, 38. 3C zeigt herkömmliche Verrohrungsfutterrohre 42, 44, die durch die Verzweigungskammer 32 hindurch in die betreffenden Auslasselemente 36, 38 eingebaut worden sind. Herkömmliche Futterrohrhängevorrichtungs-Dichtungsstücke 46, 48 dichten die Verrohrungsfutterrohre 42, 44 an den Auslasselementen 36, 38 ab. Wie in den 3B und 3C gezeigt ist, ist dann, wenn der Durchmesser Ds2 der Verzweigungskammer 32 gleich dem Durchmesser Ds1 des Zuführungsrohrs nach 1B, die den Stand der Technik zeigt, ist, der Auslassdurchmesser Dc nach 3C 1,35-mal so groß wie der Außendurchmesser Do nach 1B. Die Futterrohr-Querschnittsfläche Sc der Untereinheit nach 3C ist 1,82-mal so groß wie die Futterrohr-Querschnittsfläche So nach 1A. Der effektive Durchmesser der expandierten Auslasselemente 34, 36, 38, wenn diese gänzlich expandiert worden sind, übersteigt jenen der Verzweigungskammer 32.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Verzweigungsuntereinheit 30 aus den 3A, 3B, 3C, wo die Verzweigungsuntereinheit nach der Expansion gezeigt ist. Am oberen Ende der Verzweigungskammer 32 sind Gewinde 31 vorgesehen. Die Gewinde 31 ermöglichen das Verbinden der Verzweigungsuntereinheit 30 mit einer Hauptverrohrung zur Entfaltung an einem unterirdischen Ort. Die Auslasselemente 34, 36, 38 sind expandiert, wie sie im Bohrloch am Ende eines Hauptbohrlochs aussehen würden, gezeigt.
Die 5A–5D zeigen eine alternative Verzweigungsuntereinheit 301 mit drei Auslässen gemäß der Erfindung. Die 5A und 5B zeigen in einer radialen und einer axialen Querschnittsansicht die Untereinheit 301 in ihrer zurück versetzten Position. Es sind Auslasselemente 341, 361 und 381 gezeigt, wobei das Auslasselement 361 etwa gleich der kombinierten radialen Querschnittsfläche der kombinierten Auslasselemente 341 und 381 ist. Jedes der Auslasselemente ist nach innen von einer runden, rohrförmigen Form zu den in 5A gezeigten Formen verformt, wodurch die kombinierten verformten Flächen der Auslasselemente 341, 361 und 381 die Kreisfläche der Verzweigungskammer 321 im Wesentlichen ausfüllen. Wie oben erwähnt worden ist, können auch andere Verformungsformen vorteilhaft sein. Jede verformte Form der Auslasselemente 341, 361 und 381 von 5A (beispielsweise des Auslasselements 341) ist durch einen kreisförmigen äußeren Abschnitt 342 und einen oder mehrere verbindende nicht kreisförmige Abschnitt 343, 345 gekennzeichnet. Solche nicht kreisförmige Abschnitte 343, 345 sind gemeinsam mit dem Abschnitt 362 des Auslasselements 361 und dem Abschnitt 382 des Auslasselements 381 so geformt, dass die inneren radialen Querschnittsflächen der Auslasselemente 341, 361 und 381 maximal sind.
Die 5C und 5D zeigen die Verzweigungsuntereinheit 301 aus den 5A und 5B, nachdem die Auslasselemente nach der Entfaltung in einem Hauptbohrloch gänzlich expandiert worden sind. Die Auslasselemente 361 und 381 sind so gezeigt, als wären sie gleichzeitig in einem sanft gekrümmten Weg von der Achse der Verzweigungskammer 321 nach außen und radial expandiert worden, um aus dem verformten zurückversetzten Zustand nach den 5A und 5B kreisförmige, rohrförmige Formen zu bilden.
Die 6A–6E zeigen in schematischer Form die Größe der expandierten Auslasselemente im Vergleich zu jener der Verzweigungskammer. 6A zeigt zwei Auslasselemente 241, 242, die aus einem verformten zurückversetzten Zustand expandiert worden sind. Die Durchmesser der Auslasselemente 241 und 242 sind in einem expandierten Zustand im Vergleich zu ihren Kreisdurchmessern, wenn sie nicht expandiert werden könnten, wesentlich größer. 6B wiederholt den Fall von 3B. 6C wiederholt die in den 5A–5D gezeigte ungleichmäßige Dreifachauslasskonfiguration. 6D zeigt vier von einer Verzweigungskammer 422 expandierbare Auslasselemente. Jedes der Auslasselemente 441, 442, 443, 445 besitzt denselben Durchmesser. 6E zeigt fünf Auslasselemente, wobei das Auslasselement 545 kleiner als die anderen vier Auslasselemente 541, 542, 543, 544 ist. Das Auslasselement 545 kann, muss jedoch nicht, in dem zurückversetzten Zustand der Verzweigungsuntereinheit verformt werden.
Beschreibung des Verfahrens zum Expandieren eines verformten zurückversetzten Auslasselements
Die 7A–7E zeigen Bohrloch-Formungsköpfe 122, 124, 126, die bei verschiedenen Tiefen in Auslasselementen 38, 34, 36 arbeiten. Auf der rechten Seite von 7A ist ein verallgemeinerter Formungskopf 122 gezeigt, wie er in ein verformtes zurückversetztes Auslasselement, beispielsweise das Auslasselement 38, an einem Ort B eindringt. Noch keiner der Formungsköpfe 122, 124, 126 hat ein Auslasselement erreicht, jedoch haben die Köpfe bereits begonnen, die Auslasswand der Verzweigungskammer 32 nach außen zu expandieren, wie in 7B gezeigt ist. Die Formungsköpfe 122, 124, 126 setzen damit fort, die Auslasselemente, wie an der Stelle C gezeigt ist, zu expandieren. 7C zeigt die Formungsköpfe 122, 124, 126 beim Expandieren der Auslasselemente nach außen, wobei sie diese gleichzeitig kreisförmig machen. Durch einen Kolben in jedem der Formungsköpfe 122, 124, 126 werden Formungsglieder 123, 125, 127 nach außen gezwungen. Die Formungsköpfe drücken gleichzeitig gegen den mittleren Wandbereich 150, der als Reaktionskörper wirkt, um so die Auslasselemente 38, 34, 36 gleichzeitig zu expandieren und zu formen und dabei die Reaktionskräfte während des Expandierens auszugleichen. Die 7D und 7E zeigen die Verformungsschrittorte D und E von 7A.
Die 8A und 8B zeigen einen axial verlaufenden Schlitz 160 in der Verzweigungskammer 32 der Verzweigungsuntereinheit 30. Dieser Schlitz 160 wirkt mit einer Orientierungs- und Verriegelungsuntereinheit eines Bohrloch-Formungswerkzeugs für radiales Positionieren einer solchen Orientierungs- und Verriegelungsuntereinheit zum Formen und Expandieren der mehrfachen Auslasselemente im Bohrloch zusammen. Um das Bohrloch-Formungswerkzeug an einer vorgegebenen axialen Position zu verriegeln, wird eine Kerbe 162 in der Verzweigungskammer 32 verwendet.
Von dem mittleren Wandbereich 150 der Verzweigungsuntereinheit 30 steht ein Verlängerungsbein 170 nach unten. Am Ende des Verlängerungsbeins 170 wird ein Fuß 172 getragen. Im Betrieb wird der Fuß 172 am Einsatzort zur Sohle des Bohrlochs abgesenkt. Er verschafft der Verzweigungsuntereinheit 30 eine Unterstützung während des Expansionsvorgangs des Formungswerkzeugs und anderer Vorgänge.
Beschreibung des Formungswerkzeugs
a) Beschreibung der Ausführungsform nach den 9, 10
Die 9 und 10 zeigen das Formungswerkzeug, das zum Expandieren von mehrfachen Auslasselementen, beispielsweise der Auslasselemente 34, 36, 38 aus den 3A, 3B und 3C und den 7B, 7C, 7D und 7E. Das Formungswerkzeug umfasst eine Vorrichtung 100 außerhalb des Bohrlochs und eine Vorrichtung 200 innerhalb des Bohrlochs. Die Vorrichtung 100 außerhalb des Bohrlochs umfasst einen herkömmlichen Computer 102, der programmiert ist, um die Telemetrie- und Leistungsversorgungseinheit 104 zu steuern und Befehle von einer Bedienungsperson zu empfangen und dieser Informationen anzuzeigen. Eine oberirdische Windeneinheit 106 besitzt eine elektrische Drahtleitung 110, die daran abgespult wird, um die Bohrlochvorrichtung 200 durch eine Hauptbohrlochverrohrung in die Verzweigungskammer 32 einer Verzweigungsuntereinheit 30 abzusenken, die mit der Hauptverrohrung verbunden und an deren Ende getragen ist.
Die Vorrichtung 200 innerhalb des Bohrlochs umfasst einen herkömmlichen Kabelkopf 202, der eine feste/elektrische Verbindung mit der Drahtleitung 110 herstellt. Ein Telemetrie-, Leistungsversorgungs- und Steuermodul 204 umfasst herkömmliche Telemetrie-, Leistungsversorgungs- und Steuerschaltungen, die dazu dienen, über die Drahtleitung 110 mit dem Computer 102 außerhalb des Bohrlochs zu kommunizieren und Leistungs- und Steuersignale zu Modulen im Bohrloch zu schicken. Eine Hydraulikleistungseinheit 206 umfasst eine herkömmliche elektrisch angetriebene Hydropumpe zum Fördern von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in das Bohrloch. Eine Orientierungs- und Verriegelungsuntereinheit 208 umfasst eine Verriegelungsvorrichtung 210 (schematisch dargestellt) zum Einpassen in die Kerbe 162 der Verzweigungskammer 32 von 8A und eine Orientierungsvorrichtung 212 (schematisch dargestellt) für das Zusammenwirken mit dem Schlitz 160 der Verzweigungskammer 32. Wenn die Bohrlochvorrichtung 200 in die Verzweigungsuntereinheit 30 abgesenkt wird, dringt die Orientierungsvorrichtung 212 in den Schlitz 160 ein, wobei die Bohrlochvorrichtung 200 weiter abgesenkt wird, bis die Verriegelungsvorrichtung 210 in die Kerbe 162 eindringt und in dieser sperrt.
Ein fester Verfahrkopf 213 stellt eine Hydraulikfluidverbindung zwischen der Hydraulikleistungseinheit 206 und beispielsweise den verfahrbaren Formungsköpfen 122, 124, 126 her. Teleskopische Verbindungsglieder 180 liefern unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu den verfahrbaren Formungsköpfen 122, 124, 126, wenn sich die Köpfe 122, 124, 126 in den mehrfachen Auslasselementen, beispielsweise den Auslasselementen 34, 36, 38 aus den 7B–7E, nach unten bewegen. Um die während des radialen Formens eines Auslasselements zurückgelegte radiale Strecke zu bestimmen, sind Überwachungsköpfe 182, 184, 186 vorgesehen.
10 zeigt verfahrbare Formungsköpfe 126, 124, 122 in verschiedenen Stadien des Formens eines Auslasselements der Verzweigungsuntereinheit 30. Der Formungskopf 126 ist in dem Auslasselement 36 gezeigt, das vor dem radialen Formen in dem zurückversetzten Auslasselement 36 durch eine fette Linie dargestellt ist. Das Auslasselement ist in dünnen Linien 36', 36'' gezeigt, wobei es in einem Zwischenstadium als 36' und in seinem endgültigen geformten Stadium als 36'' gezeigt ist.
Der Formungskopf 124 ist gezeigt, wie er das zurückversetzte Auslasselement 34 (in einer dünnen Linie) zu einem Zwischenstadium 34' formt. Ein endgültiges Stadium ist als kreisförmig gemachtes Auslasselement 34'' gezeigt. Der Formungskopf 124 umfasst wie die anderen zwei Formungsköpfe 126, 122 einen Kolben 151, an dem ein Formungsglied 125 angebracht ist. Der Kolben 151 wird durch Hydraulikfluid, das auf die öffnende Hydraulikleitung 152 aufgebracht wird, nach außen gezwungen und durch Hydraulikfluid, das auf die schließende Hydraulikleitung 154 aufgebracht wird, nach innen gezwungen. Um beispielsweise das Maß des radialen Verfahrwegs des Kolbens 151 und des Formungsglieds 125 zu bestimmen, ist ein Messsensor 184 vorgesehen. Zwischen dem Kolben 151 und dem Formungskopf 124 sind geeignete Dichtungen vorgesehen.
Der Formungskopf 122 und das Formungsglied 123 sind in 10 gezeigt, um anzugeben, dass unter bestimmten Umständen die Form des Auslasselements 38 übermäßig expandiert werden kann, um einen etwas länglich geformten Auslass zu schaffen, so dass dann, wenn die radiale Formungskraft von dem Formungsglied 123 und dem Formungskopf 122 weggenommen wird, der Auslass infolge der Restelastizität des Stahlauslasselements zu einer Kreisform rückfedert.
Auf Höhe der Verzweigungskammer 32 halten die Formungsköpfe 122, 124, 126 die Reaktionskräfte gegenseitig im Gleichgewicht, wobei sie die Wände der Kammer nach außen zwingen. Dementsprechend werden die Formungsköpfe 122, 124, 126 gleichzeitig, beispielsweise auf einer Höhe B in 7A, betrieben, während das untere Ende der Wand der Verzweigungskammer 32 nach außen getrieben wird. Wenn ein Formungskopf 122 beispielsweise in ein Auslasselement 38 eindringt, werden die Gliedreaktionskräfte durch den mittleren Wandbereich 150 der Verzweigungskammer 32 gleichmäßig aufgefangen. Die teleskopischen Verbindungsglieder 180 können um ein kleines Maß gedreht werden, so dass die Formungsglieder 127, 125, 123 Druck nach rechts oder nach links von der Normalachse ausüben und dadurch die Rundheit oder Kreisförmigkeit der Auslasselemente verbessern können. Nachdem beispielsweise an der Stelle D in 7A eine Formungsabfolge ausgeführt worden ist, wird der Druck von dem Kolben 151 weggenommen, womit die teleskopischen Verbindungsglieder 180 beispielsweise die Formungsköpfe 122 um eine Stufe nach unten absenken. Dann wird der Druck zum Formen der Auslasselemente erhöht und so weiter.
Die Zusammensetzung der Materialien, aus denen die Verzweigungsuntereinheit 30 konstruiert ist, ist vorzugsweise ein legierter Stahl mit austenitischer Struktur wie etwa Manganstahl oder eine Nickellegierung wie etwa aus der "Monel"- und "Inconel"-Reihe. Solche Materialien weisen bei Kaltformung eine wesentliche plastische Verformung und dabei Festigkeit auf.
b) Beschreibung der alternativen Ausführungsform nach den 15A–15D 16 und 17A–17D
In den 15A, 15B, 15B', 15C, 15D, 16 und 17A–17D ist ein alternatives Nachformungswerkzeug gezeigt. Das Nachformungswerkzeug 1500 wird durch gemeinsame Bohrlochkomponenten von 9, die einen Kabelkopf 202, ein Telemetrie-, Leistungsversorgungs- und Steuermodul 204, eine Hydraulikleistungseinheit 206 und eine Orientierungs- und Verriegelungsuntereinheit 208 umfassen, unterstützt. 16 zeigt, dass das Nachformungswerkzeug 1500 ein Verfahrstellglied 1510 umfasst. Ein Kolben 1512 des Verfahrstellglieds 1510 bewegt sich von einer oberen, eingefahrenen Position, wie sie in 17A gezeigt ist, zu einer unteren, ausgefahrenen Position, wie sie in den 17C und 17D gezeigt ist. 17B zeigt den Kolben 1512 in einer Zwischenposition. Der Kolben 1512 bewegt sich in Zwischenpositionen in Abhängigkeit von den gewünschten Verfahrpositionen der Formungsköpfe in den Auslasselementen.
Die 16 und 17D zeigen eine Ausführungsform des Nachformungswerkzeugs 1500 mit zwei Formungsköpfen, wobei zwei Auslasselemente (siehe z. B. die Auslasselemente 1560 und 1562 aus den 15A–15D) gezeigt sind. Bei einer entsprechenden Anzahl vorgesehener Formungsköpfe und Stellglieder können drei oder mehr Auslasselemente vorgesehen sein. Verbindungsglieder 1514 verbinden den Kolben 1512 mit Stellzylindern 1516. Demgemäß werden die Stellzylinder 1516 nach unten in die Auslasselemente 1560, 1562 gezwungen, wenn sich der Kolben 1512 nach unten bewegt.
Die Stellzylinder 1516 weisen jeweils einen hydraulisch angetriebenen Kolben 1518 auf, der unter Druck stehendes Hydraulikfluid über das Verfahrstellglied 1510 und die Verbindungsglieder 1514 von der Hydraulikleistungseinheit 206 (9) empfängt. Der Kolben 1518 befindet sich in einer oberen Position, wie sie in den 17A und 17C gezeigt ist, und in einer unteren Position, wie sie in den 17B und 17D gezeigt ist.
Die Stellzylinder 1516 sind über Verbindungsglieder 1524 schwenkbar mit Formungsgliedern 1520 verbunden. Die Kolben 1518 sind über Stangen 1526 mit Expansionsrollen 1522 verbunden. Wie in den 17A und 15B' gezeigt ist, dringen die Formungsglieder 1520 in eine Öffnung von zwei zurückversetzten Auslasselementen ein, wie in 15B gezeigt ist. Die Expansionsrollen 1522 und die Formungsköpfe 1520 befinden sich in einer zurückversetzten Position in den zurückversetzten Auslasselementen 1560, 1562.
Der Kolben 1512 wird um ein kleines Maß nach unten gestoßen, um die Stellzylinder 1516 um ein kleines Maß dach unten zu bewegen. Als Nächstes werden die Kolben 1518 nach unten gestoßen, um zu veranlassen, dass sich die Expansionsrollen 1522 längs der geneigten Innenfläche der Formungsglieder 1520 bewegen und bewirken, dass die Glieder nach außen gegen die Innenwände der zurückversetzten Auslasselemente 1560, 1562 drücken, bis die Auslasselemente auf jener Höhe eine Kreisform erreichen. Gleichzeitig werden die Auslasselemente nach außen von der Achse der Untereinheit 1550 mit mehrfachen Auslässen gezwungen. Als Nächstes werden die Kolben 1518 nach oben gestoßen, wodurch die Expansionsrollen 1522 in die Positionen, wie sie in 15C gezeigt sind, zurückgeführt werden. Der Kolben 1512 wird um eine weitere kleine Strecke nach unten gestoßen, wodurch die Formungsglieder 1520 weiter in die Auslasselemente 1560, 1562 hinab bewegt werden. Wiederum werden die Kolben 1518 nach unten gestoßen, um die Auslasselemente 1560, 1562 weiter nach außen zu expandieren und die Auslässe kreisförmig zu machen. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die Positionen nach den 15D und 17D erreicht sind, die die Position der Formungsglieder 1520 und der Stellzylinder 1516 am distalen Ende der mehrfachen Auslasselemente 1560, 1562 zeigen.
Beschreibung des Verfahrens zum Bilden von Verzweigungsbohrlöchern
Die 11A–11H und 12 beschreiben den Prozess zum Bilden von Verzweigungsbohrlöchern in einem Bohrloch von einer Verzweigungsuntereinheit 30 aus. Die Verzweigungsuntereinheit 30 ist mit drei Auslasselementen 34, 36, 38 (nach dem Beispiel der 3A, 3B, 3C und den 7A–7E) gezeigt, jedoch kann auch irgendeine Anzahl von Auslässen verwendet werden, wie in den 6A–6E gezeigt ist. Von den präsentierten axialen Querschnittsansichten ausgehend sind nur die Auslässe 38, 36 gezeigt, jedoch ist bei dem Beispiel mit drei Auslässen natürlich ein dritter Auslass 34 vorhanden, der jedoch in den Ansichten der 11A–11H oder 12 nicht sichtbar ist.
11A zeigt, dass die Verzweigungsuntereinheit 30 zuerst mit dem unteren Ende einer Hauptverrohrung 604 verbunden ist, die durch eine Zwischenverrohrung 602 (falls vorhanden) befördert wird. Die Zwischenverrohrung 602 futtert das Bohrloch aus und wird typischerweise durch die Oberflächenverrohrung 600 hindurch bewegt. Die Oberflächenverrohrung 600 und die Zwischenverrohrung 602 sind typischerweise zum Ausfuttern des Bohrlochs vorgesehen. Die Hauptverrohrung 604 kann an der Zwischenverrohrung 602 oder an dem Bohrlochkopf an der Erdoberfläche oder an einer Förderplattform aufgehängt sein.
Die Auslasselemente 36, 38 (34, nicht gezeigt) befinden sich in der zurückversetzten Position. In der Verzweigungskammer 32 der Verzweigungsuntereinheit 30 (siehe 12) sind ein Schlitz 160 und eine Kerbe 162 vorgesehen, um mit einer Orientierungsvorrichtung 212 und einer Verriegelungsvorrichtung 210 der Orientierungs- und Verriegelungsuntereinheit 208 der Bohrlochvorrichtung 200 (siehe 9) zusammenzuarbeiten. Wenn die Hauptverrohrung 604 im Bohrloch gesetzt ist, kann die Verzweigungsuntereinheit 30 durch Drehen der Hauptverrohrung 604 oder lediglich durch Drehen der Verzweigungsuntereinheit 30 orientiert werden, wobei an der Verbindung der Verzweigungsuntereinheit 30 mit der Hauptverrohrung 604 eine Schwenkverbindung (nicht gezeigt) installiert ist. Der Orientierungsprozess kann durch Gyroskop- oder Inklinometer-Überwachungsverfahren überwacht werden.
11B zeigt den oben beschriebenen Formungsschritt mit Formungsköpfen 122, 126, die beim Formen von Auslasselementen 38, 36 gezeigt sind, wobei Hydraulikfluid über teleskopische Verbindungsglieder 180 von einer Hydraulikleistungseinheit 206 und einem festen Verfahrkopf 213 geliefert wird. Die Auslasselemente 36, 38 werden gerundet, um den Durchmesser der Verzweigungsbohrlöcher zu maximieren und durch ihr Zusammenpassen mit Futterrohrhängevorrichtungen oder Dichtungsstücken in den weiter unten beschriebenen Schritten zusammenzuwirken. Der Formungsschritt von 11B festigt die Auslasselemente 36, 38 dadurch, dass sie kaltgeformt werden. Wie oben beschrieben worden ist, ist das bevorzugte Material der Auslasselemente 36, 38 der Verzweigungsuntereinheit legierter Stahl mit austenitischer Struktur wie etwa Manganstahl, der eine wesentliche plastische Verformung in Kombination mit einer hohen Festigkeit aufweist. Das Kaltverformen (die plastische Verformung) eines mit Nickel legierten Stahls wie etwa "Inconel" erhöht somit die Fließfestigkeit des Basismaterials am unteren Ende der Verzweigungskammer 32 und in den Auslasselementen 36, 38. Die Auslasselemente werden durch plastische Verformung zu einem endgültigen im Wesentlichen kreisförmigen radialen Querschnitt geformt.
Wie oben beschrieben worden ist, wird in den meisten Fällen bevorzugt, die Bohrloch-Formungsvorrichtung 200 mittels der Drahtleitung 110 zu befördern, jedoch kann unter bestimmten Bedingungen, z. B. unter Bohrlochbedingungen unterhalb des Gleichgewichts (under-balanced) (oder in einem stark abgelenkten oder horizontalen Bohrloch), eine mit einer Drahtleitung ausgestattete Verrohrungsspindel die alleinige Drahtleitung ersetzen. Wie in 11B gezeigt und oben beschrieben worden ist, wird die Bohrloch-Formungsvorrichtung 200 in der Verzweigungsuntereinheit 30 orientiert, angesetzt und verriegelt. Die Verriegelungsvorrichtung 210 schnappt in die Kerbe 162 ein, wie in 11B gezeigt ist (siehe auch 12). Der durch die Hydraulikleistungseinheit 206 erzeugte Hydraulikdruck wird auf Kolben in den Formungsköpfen 122, 126, die durch teleskopische Verbindungsglieder 180 unterstützt werden, aufgebracht.
Nachdem eine Formungsabfolge ausgeführt worden ist, wird der Druck von den Kolben weggenommen, womit die teleskopischen Verbindungsglieder 180 die Formungsglieder um eine Stufe absenken. Dann wird der Druck wieder erhöht und so weiter, bis der Formungsschritt bei kreisförmig gemachten Auslasselementen abgeschlossen ist. Nachdem die Auslasselemente expandiert worden sind, wird die Bohrloch-Formungsvorrichtung 200 aus der Hauptverrohrung 604 entfernt.
Die 11C und 11D zeigen die Zementierschritte zum Verbinden der Hauptverrohrung 604 mit der Verzweigungsuntereinheit 30 in dem Bohrloch. In die Auslasselemente 36, 38 werden Stopfen oder Dichtungsstücke 800 eingesetzt. Der bevorzugte Weg zum Setzen der Dichtungsstücke 800 ist mit einer Mehrkopf-Vorschubstange 802, die entweder durch einen Zementierstrang 804 oder eine Verrohrungsspindel (nicht gezeigt) befördert wird. Eine Mehrkopf-Vorschubstange umfasst mehrfache Köpfe, wovon jeder mit einem Zementierströmungsschuh ausgestattet ist. Die Vorschubstange 802 wird in der Verzweigungskammer 32 der Verzweigungsuntereinheit 30 in einer Weise verriegelt und orientiert, die zu jener ähnlich ist, die oben im Zusammenhang mit 11B beschrieben worden ist. Wie in 11D gezeigt ist, wird Zement 900 über den Zementierstrang 804 in die Dichtungsstücke 800 eingespritzt bzw. eingeleitet, der nach dem Aufblasen der Dichtungsstücke 800 durch herkömmliche Rückschlagventile (nicht gezeigt) in den Ringraum außerhalb der Hauptverrohrung 604 einschließlich des Sohlenverzweigungsabschnitts 1000 strömt. Als Nächstes wird der Zementierstrang 804, nachdem die Dichtungsstücke 800 getrennt und an Ort und Stelle belassen worden sind, wie in 11E gezeigt ist, aus dem Loch gezogen.
Wie in 11F gezeigt ist, werden einzelne Verzweigungsbohrlöcher (z. B. 802) wahlweise unter Anwendung einer geeigneten Bohrtechnik gebohrt. Nachdem ein Verzweigungsbohrloch gebohrt worden ist, wird ein Futterrohr 805 in dem Auslasselement, beispielsweise 36 mit einer herkömmlichen Verrohrungshängevorrichtung 806 am Auslass der Verzweigungsuntereinheit 30 installiert, verbunden und abgedichtet (siehe 11G und 11H). Das Futterrohr kann je nach Förder- oder Einspritzparameter zementiert werden (wie in 11G gezeigt ist) oder zurückholbar sein; außerdem kann ein zweites Verzweigungsbohrloch 808 gebohrt werden, wie in 11H gezeigt ist.
12 zeigt die Fertigstellung von Verzweigungsbohrlöchern von einer Verzweigungsuntereinheit an einem Knoten eines Hauptbohrlochs, dessen Hauptverrohrung 604 durch die Zwischenverrohrung 602 und die Oberflächenverrohrung 600 von dem Bohrlochkopf 610 eingefahren worden ist. Wie oben erwähnt worden ist, kann die Hauptverrohrung 604 an der Zwischenverrohrung 602 anstatt an dem Bohrlochkopf 610 aufgehängt sein, wie gezeigt ist. Das bevorzugte Verfahren zum Fertigstellen des Bohrlochs ist das Verbinden der Verzweigungsbohrlöcher 802, 808 mit einem über der Verbindungsstelle der Verzweigungsbohrlöcher 802, 808 in die Verzweigungskammer 32 gesetzten Bohrlochverzweiger 612. Der Bohrlochverzweiger 612 wird in einer Weise verriegelt und orientiert, die zu jener des Bohrloch-Formungswerkzeugs, wie es in den 8A, 8B und 11B gezeigt ist, ähnlich ist. Der Bohrlochverzweiger 612 ermöglicht die Steuerung der Förderung jedes betreffenden Verzweigungsbohrlochs und verschafft einen wahlweisen Wiederzugang zu den Verzweigungsbohrlöchern 802, 808 mit einer Test- oder Wartungseinrichtung, die durch die Förderrohrleitung 820 von der Oberfläche aus befördert werden kann.
Im Fall von Reparaturarbeiten an der Hauptverrohrung 604 kann der Bohrlochverzweiger 612 die Hauptverrohrung von den Verzweigungsbohrlöchern 802, 808 isolieren, indem der Auslass des Bohrlochverzweigers 612 verstopft wird. Dies erfolgt, indem ein Dichtungsstück durch die Förderrohrleitung 820 hindurch befördert und in den Auslass des Bohrlochverzweigers 612 gesetzt wird, bevor die Förderrohrleitung 820 getrennt und entfernt wird, In der Bohrlocheinrichtung können auch von der Oberflächen- und Testeinrichtung steuerbare Ventile angeordnet sein. Der Bohrlochverzweiger 612 kann außerdem mit einer Mehrfach-Fertigstellungsrohrleitung verbunden sein, so dass jedes Verzweigungsbohrloch 802, 808 unabhängig mit dem Oberflächen-Bohrlochkopf verbunden werden kann.
Die Verwendung einer Verzweigungsuntereinheit zur Verzweigungsbohrlochbildung bei einer Dreifach-Verzweigungsbohrlochkonfiguration, wie sie oben beschrieben worden ist, ermöglicht die Verwendung einer Hauptverrohrung, die im Vergleich zu jener, die bei der Anordnung des Standes der Technik nach den 1A und 1B erforderlich ist, wesentlich kleiner ist. Die Beziehungen zwischen dem Durchmesser Ds der Verzweigungsuntereinheit, dem Durchmesser Do eines maximal expandierten Auslasses und dem maximalen Durchmesser Dc einer herkömmlichen axialen Verzweigung für den Fall mit zwei Auslässen sind in 13A und für den Fall mit drei Auslässen in 13B gezeigt. Für andere Anordnungen mit mehrfachen Auslässen wird die gleiche Art von Analyse angewandt. Im Vergleich zu einem äquivalenten axialen Verzweigen, das an Futterrohren ausgeführt werden könnte, die am Ende der Hauptverrohrung verpackt sind, ermöglichen die Verzweigungsbohrlochverfahren und -vorrichtungen der vorliegenden Erfindung einen Gewinn an Querschnittsfläche, der von 20 bis 80 Prozent geht.
Die 14A–14D zeigen verschiedene Verwendungen von Zweiknoten-Verzweigungsbohrlochkonfigurationen gemäß der Erfindung. Die 14A und 14B zeigen eine Verzweigungsuntereinheit an einem Knoten gemäß der Erfindung. 14C zeigt, wie Verzweigungsbohrlöcher verwendet werden können, um eine einzige Gesteinsschicht oder Lagerstätte 1100 zu dränieren, während 14D die Verwendung eines einzigen Knoten zeigt, durch den mehrfache Verzweigungsbohrlöcher zu verschiedenen Zielzonen 1120, 1140, 1160 gelenkt werden. Jedes Verzweigungsbohrloch kann bei jedem Eingriff, Verstopfen oder Verlassen getrennt von den anderen Bohrlöchern als ein einziges Bohrloch behandelt werden.
Aus dem Obigen werden Fachleuten auf dem Gebiet verschiedene Modifikationen und Änderungen an den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen offenbar.

Claims

Verfahren zum Bilden eines Verzweigungsbohrlochs (801, 808) von einem Hauptbohrloch mit einer Hauptverrohrung (604) und einer Verzweigungsuntereinheit (30), wobei die Verzweigungsuntereinheit (30) eine Verzweigungskammer (32) und eine Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38) aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Orientieren der Verzweigungsuntereinheit (30), bis ihre Mehrzahl von Auslässen (34, 36, 38) in einer vorgegebenen Orientierung angeordnet ist; Bewegen der Verzweigungsuntereinheit (30) zusammen mit der Hauptverrohrung (604) durch das Hauptbohrloch an einen Verzweigungsort; und anschließend Expandieren und Formen wenigstens eines der Verzweigungsauslässe (34, 36, 38), bis er sich in einen Weg über den Durchmesser der Verzweigungskammer (32) hinaus erstreckt und eine im Wesentlichen runde Gestalt annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Expansions- und Formungsschritt an mehreren der Verzweigungsauslässe (34, 36, 38) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Verstopfen jedes der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38); Bilden eines Verzweigungsbohrlochs (801) durch einen Ausgewählten (36) der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38); Installieren eines Futterrohrs (805) in dem Verzweigungsbohrloch (801); und Abdichten eines Endes des Futterrohrs (805) zu dem Ausgewählten (36) der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38).
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Abdichten des Endes des Futterrohrs (805) zu dem Ausgewählten (36) der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38) mittels eines Futterrohrhängevorrichtungs-Dichtungsstücks (806) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Verzweigungsbohrlochs (808) durch mehrere der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38); Installieren eines Futterrohrs (810) in jedem der mehreren der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38); und Abdichten eines Endes jedes der Futterrohre (810) zu einem entsprechenden Ende eines der mehreren der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38).
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Installieren eines Bohrlochverzweigers (612) in der Verzweigungskammer (32); Fertigstellen jedes Verzweigungsbohrlochs (801, 808); und Steuern der Förderung jedes Verzweigungsbohrlochs (801, 808) zu dem Hauptbohrloch mit dem Verzweiger (612).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Orientierens der Verzweigungsuntereinheit (30) mittels einer Schwenkverbindung erfolgt, die zwischen der Verzweigungsuntereinheit (30) und der Hauptverrohrung (604) angeordnet ist, bis die Mehrzahl der Verzweigungsauslässe (34, 36, 38) in einer vorgegebenen Orientierung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Expandieren und Formen wenigstens eines der Verzweigungsauslässe (34, 36, 38) den folgenden Schritt umfasst: Kreisförmigmachen des wenigstens einen der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38) durch mechanischen Druck.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Bohren eines Verzweigungsbohrlochs (801) durch wenigstens einen der Verzweigungsauslässe (36) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Expandieren und Formen wenigstens eines der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38), bis er sich in einen Weg über den Durchmesser der Verzweigungskammer (32) hinaus erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Expansion und die Formung mittels eines Formungswerkzeugs (100, 200) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Formungswerkzeug (100, 200) hydraulisch angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bohren eines Verzweigungsbohrlochs (801) durch wenigstens einen der mehreren Verzweigungsauslässe (34, 36, 38); und Installieren eines Futterrohrs (805) in dem Verzweigungsbohrloch (36).
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Installieren eines Verzweigers (612) in der Verzweigungskammer (32), derart, dass eine Einlassöffnung in den Verzweiger auf das Verzweigungsbohrloch (801) ausgerichtet ist; und Bewegen einer Förderverrohrung (820) von einer Auslassöffnung in dem Verzweiger (612) durch das Hauptbohrloch zu der Erdoberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Verformen wenigstens eines der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38) in eine nicht kreisförmige Querschnittsform, bevor die Verzweigungsuntereinheit (30) durch das Hauptbohrloch zu dem Verzweigungsort bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Installieren eines Dichtungsstücks (800) in jedem der mehreren Verzweigungsauslässe (34, 36, 38); und Einspritzen von Zement durch die Dichtungsstücke (800) und um die äußere Umgebung der Hauptverrohrung (604).
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Dichtungsstücke (800) mittels einer Mehrkopf-Vorschubstange (802) installiert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, bei der die Mehrkopf-Vorschubstange (802) mittels einer Verrohrungsspindel befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Expansion und die Formung wenigstens eines der Verzweigungsauslässe (34, 36, 38), bis er eine im Wesentlichen runde Gestalt annimmt, die folgenden Schritte umfassen: Positionieren eines Formungswerkzeugs (200) in der Verzweigungsuntereinheit (30), wobei das Formungswerkzeug (200) wenigstens einen Formungskopf (122, 124, 126) besitzt; Positionieren des wenigstens einen Formungskopfes (122, 124, 126) in dem wenigstens einen Verzweigungsauslass (34, 36, 38); und Betätigen des wenigstens einen Formungskopfes (122, 124, 126), um den wenigstens einen Verzweigungsauslass (34, 36, 38) zu expandieren und zu formen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der wenigstens eine Formungskopf (122, 124, 126) hydraulisch betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bewegen des wenigstens einen Formungskopfes (122, 124, 126) zu einer weiteren Position progressiv weiter in den wenigstens einen Verzweigungsauslass (34, 36, 38); und Betätigen des wenigstens einen Formungskopfes (122, 124, 126), um den wenigstens einen Verzweigungsauslass (34, 36, 38) weiter zu expandieren und zu formen.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen einer Mehrzahl von Formungsköpfen (122, 124, 126) an dem Formungswerkzeug (200), die so beschaffen sind, dass sie in getrennten der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38) positioniert werden können; Positionieren wenigstens eines der Mehrzahl von Formungsköpfen (122, 124, 126) in einem getrennten der Mehrzahl von Verzweigungsauslässen (34, 36, 38); und Ausgleichen der Gegenkräfte, die durch die mehreren Formungsköpfe (122, 124, 126) während der Betätigung gegen einen mittleren Wandbereich (150) der Verzweigungsuntereinheit (30) ausgeübt werden.