NO335122B1

NO335122B1 - Ekspanderbar borekrone og borekronesystem omfattende en slik borekrone

Info

Publication number: NO335122B1
Application number: NO20064690A
Authority: NO
Inventors: Henri Denoix
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2014-09-22
Also published as: US7410015B2; ATE438783T1; US20070102195A1; EP1777365B1; EP1777365A1; NO20064690L; DE602005015865D1

Abstract

En ekspanderbar borekrone (1) omfatter: en hoveddel (2) for montering på en støttestreng (DS), et flertall borearmer (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) koplet til hoveddelen (2) og som strekker seg langs en sentral lengdeakse (LL'), idet minst én borearm understøtter skjæreelementer (6A), og flertallet av borearmer (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) er svingbare mellom en tilbaketrukket konfigurasjon og en ekspandert konfigurasjon, idet den tilbaketrukne konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone (1) med en første skjærediameter (D1), idet den ekspanderte konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone (1) med en andre skjærediameter (D2) større enn den første skjærediameter. Borearmene (3A, 3B, 3C, 31), 4A, 4B, 4C, 4D) drives fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon når den ekspanderbare borekrone (1) roteres med en rotasjonshastighet som er i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet.

Description

Oppfinnelsesområdet

Oppfinnelsen vedrører en ekspanderbar borekrone.

Borekronen ifølge oppfinnelsen kan anvendes for boring av borehull, nemlig å skape borehull eller utføre etterfølgende boreoperasjoner i et eksisterende borehull. Oppfinnelsen finner en spesiell anvendelse innenfor oljefeltindustrien.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Figur 1 viser skjematisk en typisk hydrokarbon brønnlokalisering på land og overflateutstyr SE over en hydrokarbon geologisk formasjon GF etter at noen brønnhulls WB boreoperasjoner er blitt gjennomført.

En første del P1 av brønnhullet er en foret del. En foringsrørstreng CS er blitt ført inn i denne første del av brønnhullet. Sementeringsoperasjoner er blitt gjennomført i denne første del, for tetting av ringrommet CA (det vil si rommet mellom brønnhullet WB og foringsrørstrengen CS). En andre del P2 av brønn-hullet er et åpent (ikke-foret) borehull. En tredje del P3 av brønnhullet er et hovedsakelig horisontalt lateralt borehull. Disse forskjellige deler av brønnhullet har forskjellige diametre.

Typisk omfatter overflateutstyret et flertall slamtanker og slampumper, et boretårn, et heisespill, et rotasjonsbord, en kraftgenereringsinnretning og forskjellige hjelpeinnretninger, etc. En borestreng DS kopler overflateutstyret med en boresammenstilling DA. Boresammenstillingen omfatter en borekrone DB. Typisk omfatter borestrengen og boresammenstillingen en indre ledning hvorigjennom borefluidstrømningen sirkulerer.

Etter at den første del P1 av brønnhullet er blitt boret kan boresammenstillingen anvendes videre for å bore brønnhullet, for eksempel den andre del P2 og/eller den tredje del P3. I tillegg kan boresammenstillingen beveges inn og ut av brønnhullet i tilfellet av at noen del av boresammenstillingen svikter. Videre bør boresammenstillingen når den beveges inn i brønnhullet være i stand til å passere gjennom brønnhullsrestriksjoner uten å bli blokkert.

Det foreligger således et behov for å kunne tilpasse diameteren DB1, DB2 og DB3 av borekronen for å passere gjennom de forskjellige deler av borehullet henholdsvis P1, P2 og P3.

Dokument WO 01/81708 beskriver en ekspanderbar borekrone for anvendelse med jordboringsutstyr. Borekronen inkluderer armer som holdes i en lukket konfigurasjon, slik at borekronen kan innføres gjennom foringsrør eller et lite borehull. Armene er ekspanderbare for å skape en ekspandert borekrone med en kroneprofil i samsvar med en kompakt borekrone. Arrangementet av armene til-veiebringer en kort målelengde slik at den ekspanderbare borekrone kan styres nede i borehullet. Den ekspanderbare borekrone omfatter mekanismer for aktivering av armene mellom den åpne og den lukkede konfigurasjon. Det fremgår at den ekspanderbare borekrone kan utvides ved å anvende hydraulisk kraft og/eller en pallmekanisme. En begrensning assosiert med denne ekspanderbare borekrone er behovet for å kontrollere trykk eller strømning for aktivering av borekronens ekspansjon/tilbaketrekking.

Dokumentet US 1,899,727 beskriver en ekspanderbar borekrone i samsvar med den innledende del av krav 1.

En ytterligere begrensning assosiert med de ovenfor nevnte ekspanderbare borekroner er at formen av borekronen ikke er tilpasset for bruk med lav strømningssirkulasjon. I tilfellet av lav strømningssirkulasjon (revers eller standard sirkulasjon) kan fluidhastigheten ikke være tilstrekkelig for rensing av borekronen, noe som resulterer i svikt på grunn av at borekakset blir sittende fast.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det er formål for oppfinnelsen å tilveiebringe en ekspanderbar borekrone som overvinner i det minste én av manglene ved den tidligere kjente teknikk, spesielt en ekspanderbar borekrone som er tilpasset for boring selv med lav strømningstakt.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ekspanderbar borekrone omfattende:

en hoveddel for montering på en støttestreng,

et flertall borearmer koplet til hoveddelen og som strekker seg langs en sentral lengdeakse, idet minst én borearm understøtter skjæreelementer, og

flertallet av borearmer er svingbare mellom en tilbaketrukket konfigurasjon og en ekspandert konfigurasjon, idet den tilbaketrukne konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone med en første skjærediameter, idet den ekspanderte konfigurasjon definerer en

ekspanderbar borekrone med en andre skjærediameter større enn den første skjærediameter,

borearmene drives fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon når den ekspanderbare borekrone roteres med en rotasjonshastighet som er i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet,

den ekspanderbare borekronen er kjennetegnet ved at

borearmene omfatter i det minste to hovedborearmer og minst to mellomliggende borearmer, idet hovedborearmene definerer en ende av en

indre ledning i borekronen koaksiale til den sentrale lengdeakse,

i den tilbaketrukne konfigurasjon kommer hver hovedborearm i kontakt med en ytterligere hovedborearm og de mellomliggende borearmer er

posisjonert inne i enden av den indre ledning i borekronen, og

i den ekspanderte konfigurasjon svinger hovedborearmene og de mellomliggende borearmer lateralt i forhold til hoveddelen ifølge retninger perpendikulære til den sentrale lengdeakse slik at hver mellomliggende borearm innpasses mellom to hovedborearmer.

Ytterligere utførelsesformer av den ekspanderbare borekrone i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav 2-11.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et borekronesystem omfattende en roterende innretning og en støttestreng kjennetegnet ved at systemet videre omfatter en ekspanderbar borekrone ifølge den foreliggende oppfinnelse koplet til støttestrengen.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en ekspanderbar borekrone som ekspanderer når den roterer og trekker seg tilbake når den ikke roterer. Den ekspanderte konfigurasjon oppnås forårsaket av effekten av sentrifugalkrefter ved en bestemt rotasjonshastighet. Borekronen kan videre blokkeres når vekt utøves på borekronen. Den tilbaketrukne konfigurasjon oppnås når rotasjonshastighet reduseres under den bestemte rotasjonshastighet og når en passende aksial kraft utøves på borekronen.

Ifølge et aspekt vedrører oppfinnelsen en ekspanderbar borekrone omfattende en hoveddel for montering på en støttestreng, et flertall borearmer koplet til hoveddelen og som strekkes langs en sentral lengdeakse, idet minst én borearm understøtter kutteelementer. Flertallet av borearmer er svingbare mellom en til baketrukket konfigurasjon og en ekspandert konfigurasjon, idet den tilbaketrukne konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone med en første skjærediameter, idet den ekspanderte konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone med en andre skjærediameter større enn den første skjærediameter. Armene drives fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon når den ekspanderbare borekrone roteres med en rotasjonshastighet i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet.

Borearmene av den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen omfatter minst to hovedborearmer, og minst to mellomliggende borearmer, idet hovedborearmene definerer en ende av en indre borekroneledning koaksial til den sentrale lengdeakse. I den tilbaketrukne konfigurasjon kommer hver hovedborearm i kontakt med en ytterligere hovedborearm, og de mellomliggende borearmer er posisjonert inne i enden av den indre ledning i borekronen. I den ekspanderte konfigurasjon svinger hovedborearmene og de mellomliggende borearmer lateralt slik at hver mellomliggende borearm passer mellom to hovedborearmer.

Armene kan blokkeres i en av konfigurasjonene når en vekt ytterligere utøves på den ekspanderbare borekrone.

Ifølge et ytterligere aspekt omfatter hoveddelen et åpent ringformet hulrom koaksialt til den sentrale lengdeakse mellom den indre ledning i borekronen og en ekstern borekrone hoveddelvegg, og hver borearm omfatter en øvre del og en nedre del som er svingbare inne i det åpne ringformede hulrom.

Hulrommet kan omfatte et ringformet spor og den nedre del av borearmene kan ha en profil tilsvarende det ringformede spor slik at når en vekt utøves på den ekspanderbare borekrone til den ekspanderte konfigurasjon passer den nedre del inne i det ringformede spor for å blokkere borearmene.

Eventuelt kan hulrommet ytterligere omfatte et andre ringformet spor konsentrisk til det ringformede spor. Profilen av den nedre del av borearmene tilsvarer det andre ringformede spor slik at når en vekt utøves på den ekspanderbare borekrone til den tilbaketrukne konfigurasjon, passer den nedre del inne i det andre ringformede spor til å blokkere borearmene.

Hulrommet kan ytterligere omfatte minst én utsparing og et elastisk element i inngrep med en av sine ender inn i utsparingen og som virker på i det minste én av borearmene slik at virkningen av det elastiske element letter armenes svingning fra den ekspanderte konfigurasjon inn i den tilbaketrukne konfigurasjon.

Ifølge et enda ytterligere aspekt omfatter hver borearm ytterligere et perifert spor og hulrommet omfatter en åpning med redusert størrelse som samvirker med det perifere spor slik at den nedre del av borearmene opprettholdes i hulrommet.

Eventuelt kan den nedre del av borearmen ha en avskrånet profil i tverrsnitt, idet tykkelsen av borearmen minsker mot en ytterste ende av den nedre del.

Ifølge enda et ytterligere aspekt kan den ekspanderbare borekrone ytterligere omfatte en ring omkring utsiden av armene slik at borearmene beveges samtidig. Ringen kan være posisjonert inne i det perifere spor på borearmene.

Ifølge et enda ytterligere aspekt omfatter hver hovedborearm ytterligere en første lateral side og en andre lateral side, idet den andre laterale side er motsatt den første laterale side, idet den første laterale side omfatter en lateral sliss og den andre laterale side omfatter en ytterligere lateral sliss. I den tilbaketrukne konfigurasjon er hver mellomliggende borearm innpasset mellom to hovedborearmer i kontakt, idet en lateral side av den mellomliggende borearm passer inne i den laterale sliss i den første hovedborearm og den andre laterale sliss av en andre hovedborearm.

Med den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen er det mulig å tilpasse borekronens diameter til borehullets indre diameter. Spesielt kan den ekspanderbare borekrone ekspanderes når den roterer for å bore borehullet. Den ekspanderbare borekrone kan således anvendes for å bore tilbakevendings laterale hull med diameter større enn minimums diameteren av foret brønnhull eller av hvilken som helst kompletteringssammenstilling hvori borekronen må passere gjennom. Den ekspanderbare borekrone kan tilbaketrekkes når den ikke roterer for å lette turer inn i og ut av borehullet.

Den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen tillater også boring av hull med forskjellige typer av boresystem. Spesielt kan den ekspanderbare borekrone anvendes med boresystemer som kan kontrollere den nøyaktige mengde aksial kraft (eller vekt på borekronen) som utøves på denne.

Videre er med oppfinnelsen den ekspanderbare borekrone ikke begrenset med hensyn til den mengde av fluidstrømning som er tilgjengelig under boring. Spesielt er den ekspanderbare borekrone godt tilpasset for boring når bare en lav fluidstrømningsmengde er tilgjengelig (med omvendt standard sirkulasjon).

Ifølge et ytterligere aspekt vedrører oppfinnelsen et boresystem.

Borekronesystemet omfatter en roterende innretning, en støttestreng og en ekspanderbar borekrone som er koplet sammen. Den ekspanderbare borekrone omfatter en hoveddel montert på støttestrengen, et flertall borearmer koplet til hoveddelen og som strekker seg langs en sentral lengdeakse, minst én borearm understøtter kutteelementet, flertallet av borearmer er svingbare mellom en tilbaketrukket konfigurasjon og en ekspandert konfigurasjon, idet den tilbaketrukne konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone med en første skjærediameter, den ekspanderte konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone med en andre skjærediameter større enn den første skjærediameter. Armene drives fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon når de roterende innretninger roterer den ekspanderbare borekrone med en rotasjonshastighet i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet.

Den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen er innrettet for anvendelse i et boresystem omfattende en elektrisk motor som en roterende innretning.

Oppfinnelsen er spesielt veltilpasset når den anvendes for lateral tilbake-vendingsboring i eksisterende produksjonsbrønner ved hjelp av en boring gjennom produksjonsrøret. En boring gjennom produksjonsrøret er en intervensjon bestå-ende i at produksjonsrørstrengen får være på plass og at boresystemet føres gjennom den minimums indre diameter av røret (det vises til WO 2004/011766 for detaljer vedrørende boring av brønnhull fra et eksisterende brønnhull). En slik intervensjon tillater å redusere kostnadene for laterale hull. Typisk kan slik boring gjennom produksjonsrøret gjennomføres med en helelektrisk borehullsammen-stilling.

Disse og andre aspekter av oppfinnelsen vil fremgå av og belyses med henvisning til de utførelsesformer som er beskrevet i det følgende.

Den foreliggende oppfinnelse er illustrert ved hjelp av eksempler og er ikke begrenset til de vedføyde figurer, hvori like henvisningstall angir lignende elementer og hvori: Figur 1 er et sterkt skjematisk riss av en typisk hydrokarbonbrønnlokaliser-ing på land og overflateutstyr over en hydrokarbon geologisk formasjon; Figur 2 er et perspektivriss som delvis viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon; Figur 3 er et riss sett fra undersiden og viser borearmene av den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon; Figur 4 er en tverrsnittstegning langs linjen AA i figur 3 og viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon; Figur 5 er en tverrsnittstegning langs linjen BB i figur 3 og viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon; Figur 6 er et perspektivriss som delvis viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon; Figur 7 er et riss sett fra undersiden og viser borearmene av den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon; Figur 8 er en tverrsnittstegning langs linjen AA i figur 3 og viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon; og Figur 9 er en tverrsnittstegning langs linjen BB i figur 3 og viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figurene 2, 3, 4 og 5 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon. Figur 2 viser delvis den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon ifølge et perspektivriss. Figur 3 viser en ytterste ende av den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon ifølge et riss sett fra undersiden.

Den ekspanderbare borekrone 1 omfatter et hovedlegeme 2 og et flertall borearmer 3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C og 4D.

I figur 2 er hovedlegemet 2 avbildet i stiplet strek av hensyn til tegnings klarhet. Hoveddelen 2 omfatter en ytterste ende som er tilpasset for montering på en støttestreng, for eksempel en gjenget ende (ikke vist). Hoveddelen 2 omfatter en indre ledning 5A koaksial til den sentrale langsgående akse LU. Den indre ledning er avbildet i stiplet strek av hensyn til tegningens klarhet. Typisk sirkuleres et borefluid gjennom støttestrengen og den indre ledning i borekronen.

Flertallet av borearmene er koplet til hoveddelen og strekker seg langs en sentral lengdeakse LL'. Flertallet av borearmer kan svinge lateralt i forhold til hoveddelen ifølge retninger perpendikulære til den sentrale lengdeakse LL'. I eksemplet i figur 2 omfatter borearmene fire hovedborearmer 3A, 3B, 3C og 3D, og fire mellomliggende borearmer 4A, 4B, 4C og 4D.

Hver hovedborearm har et generelt T-formet tverrsnitt (ifølge et plan hovedsakelig perpendikulært til den sentrale lengdeakse LL'). Fordelaktig omfatter hver hovedborearm ytterligere en første lateral sliss og en andre lateral sliss. Den første og den andre laterale sliss er posisjonert under den horisontale del av T-formen langs henholdsvis en første og en andre lateral side. Den andre laterale side er motsatt den første laterale side. De er hovedsakelig parallelle til den sentrale lengdeakse LL' i den tilbaketrukne konfigurasjon.

Hver hovedborearm understøtter i det minste et skjæreelement, for eksempel et flertall skjærelementer 6A. Fordelaktig er skjæreelementene lokalisert ved den øvre del av hver hovedborearm som er bestemt for kontakt med/boring av undergrunnsmaterialet. Foretrukket er skjæreelementene fremstilt av et hardt materiale, typisk metallkarbid eller diamant, som er i stand til å bore de forskjellige geologiske materialer som påtreffes i undergrunnen. I den tilbaketrukne posisjon er hovedborearmen arrangert til å tillate at skjæreelementene kommer i kontakt med/borer undergrunnsmaterialet som vender mot den ekspanderbare borekrone og ikke rømmer opp brønnhullsveggen eller det omgivende foringsrør.

Hovedborearmene definerer en endedel 5B av den indre ledning i borekronen koaksial til den sentrale lengdeakse LL' og i kontinuitet med hoveddelens indre ledning 5A. Fordelaktig er der ikke noen åpning mellom ringrommet og den indre ledning. Dette trekk kombinert med en kontrollerbar seksjon av fluid-strømning på skjæreflaten av borekronen tillater en effektiv rensing av borekronen og en effektiv transport av borekakset.

Hver mellomliggende borearm har en form som i det minste delvis passer inne i en lateral sliss i hovedborearmen.

I den tilbaketrukne konfigurasjon kommer hver hovedborearm i kontakt med to andre hovedborearmer. For eksempel kommer den første hovedborearm 3A i kontakt med den andre hovedborearm 3B og den fjerde hovedborearm 3D; den andre hovedborearm 3B kommer videre i kontakt med den tredje hovedborearm 3C; den tredje hovedborearm 3C kommer videre i kontakt med den fjerde hovedborearm 3D.

Mer detaljert, med hensyn til den første hovedborearm 3A, kommer den første laterale side av den første hovedborearm 3A i kontakt med en lateral side av den andre hovedborearm 3B. Videre kommer den andre laterale side av den første hovedborearm 3A i kontakt med en lateral side av den fjerde hovedborearm 3D. En analog posisjon gjelder for de andre hovedborearmer 3B, 3C og 3D og skal ikke beskrives videre. Fordelaktig er kontaktområdet mellom to hovedborearmer begrenset til den ytterste ende av den laterale side av hovedborearmen.

I den tilbaketrukne konfigurasjon er de mellomliggende hovedborearmer posisjonert inne i endedelen 5B i den indre borekroneledning. De mellomliggende borearmer er innpasset inne i to hovedborearmer som de er i kontakt med. Spesielt passer en lateral side av hver mellomliggende borearm inne i en første lateral sliss i hovedborearmen og en andre lateral sliss i hovedborearmen. For eksempel passer den mellomliggende borearm 4A inne i den andre sliss 8 av den første hovedborearm 3A og en første sliss 9 av den andre hovedborearm 3B. En analog posisjonering gjelder for de andre mellomliggende borearmer 4B, 4C og 4D og skal ikke beskrives videre.

I den tilbaketrukne konfigurasjon har den ekspanderbare borekrone en første skjærediameter D1 (se figur 4). Den første skjærediameter er hovedsakelig ekvivalent til diameteren av hoveddelen 2. For eksempel er den første skjærediameter D1 omtrent 8,9 cm. Figur 4 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon ifølge en tverrsnittstegning langs linjen AA i figur 3. To hovedborearmer 3B og 3D er vist i figur 4. Figur 5 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en tilbaketrukket konfigurasjon ifølge en tverrsnittstegning langs linjen BB i figur 3. To mellomliggende borearmer 4A og 4C er vist i figur 5.

Hoveddelen 2 omfatter et åpnet ringformet hulrom 10 koaksialt til den sentrale lengdeakse LL'. Hulrommet 10 er posisjonert mellom veggen av den indre ledning 5A i borekronen og en ekstern borekronelegemevegg 11. Hulrommet omfatter en ringformet åpning 12. Fordelaktig omfatter hulrommet 12 en ringformet krans 20 som definerer en åpning med en redusert størrelse i forhold til hulromstørrelsen.

Hulrommet 10 omfatter et ringformet spor 15. Fordelaktig er det ringformede spor 15 lokalisert ved en bunn av hulrommet som vender mot den ringformede åpning 12.

Hver borearm, nemlig hver hovedborearm og hver mellomliggende borearm, omfatter en øvre del 13 og en nedre del 14. Den øvre del 13 er en del av borearmen rettet mot det område som skal bores. Den nedre del er en del av borearmen som er innført i det åpnede ringformede hulrom og er svingbar inne i dette hulrom.

Den ytterste ende av den nedre del av borearmene har en profil 16 tilsvarende det ringformede spor 15. Mer detaljert er profilen 16 av den ytterste ende av den nedre del tilpasset til å passe inne i det ringformede spor 15 i hulrommet.

Hver borearm, nemlig hver hovedborearm og hver mellomliggende borearm, omfatter et perifert spor 19. Det perifere spor er lokalisert mellom den nedre del og den øvre del av borearmen. Det perifere spor samvirker med den reduserte størrelsesåpning slik at den nedre del av hver borearm opprettholdes i hulrommet.

Fordelaktig har den nedre del 14 av borearmen en avsmalnende profil i tverrsnitt (ifølge et plan hovedsakelig parallelt til lengdeaksen LL'). Tykkelsen av borearmen reduseres mot den ytterste ende av den nedre del. Under produk-sjonsprosessen for den ekspanderbare borekrone kan således hver borearms nedre del lett innsettes i hulrommet. Videre, når den ekspanderbare borekrone er i bruk og når den er i den tilbaketrukne konfigurasjon danner kransen 20 av hulromsåpningen tett anslaget for den nedre del 14. Derved unngås eller i det minste begrenses faren for at noen borearm slipper ut av hulrommet.

Som en konsekvens av den i den foregående beskrevne konstruksjon av borearmene, er den øvre del 13 tyngre enn den nedre del 14 av borearmen. Det perifere spor 19 utgjør et svingeområde.

Fordelaktig kan den ekspanderbare borekrone ytterligere omfatte en ring (ikke vist) omkring den eksterne flate av borearmene. Ringen kan sikre at borearmene beveger seg samtidig når den ekspanderbare borekrone beveges aksialt. Fordelaktig er ringen posisjonert inne i det perifere spor 19 av borearmene. Fordelaktig er ringen fremstilt av et elastisk materiale.

Hulrommet omfatter videre i det minste én utsparing 17. Fordelaktig er et flertall utsparinger anordnet i regelmessig avstand fra hverandre inn i veggen mellom hulrommet 10 og den indre ledning 5A. Utsparingene er rettet mot det indre av hulrommet. Foretrukket vender hver utsparing mot en borearm. I eksemplet i figur 5 vender en utsparing mot hver nedre del av en mellomliggende borearm 4A, 4C. I det minste ett elastisk element 18 er i inngrep med en av sine ender i utsparingen 17 og virker på i det minste én av de mellomliggende borearmer.

Virkningen av det elastiske element tilrettelegger for at borearmene svinger fra den ekspanderte konfigurasjon inn i den tilbaketrukne konfigurasjon og/eller hjelper til med å opprettholde den tilbaketrukne konfigurasjon. Det elastiske element utøver en bestemt elastisk kraft som deltar i å definere en ekspanderende rotasjonshastighet. Fordelaktig utøver hvert elastisk element en forskjellig forut bestemt elastisk kraft for å tillate en riktig relativ bevegelse av borearmene når de beveger seg fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon og vice-versa.

Det elastiske element 18 kan for eksempel være en fjær, et stykke elastisk materiale, etc...

Eventuelt kan hulrommet omfatte et andre ringformet spor (ikke vist på tegningen) for å blokkere borekronen i den tilbaketrukne konfigurasjon. Det andre ringformede spor er konsentrisk til det ringformede spor 15. Profilen 16 av enden av den nedre del av borearmene tilsvarer det andre ringformede spor. Mer detaljert er profilen 16 av den ytterste ende av den nedre del innrettet til å passe inne i det andre ringformede spor. Når en vekt utøves på den ekspanderbare borekrone i den tilbaketrukne konfigurasjon passer den nedre del inne i det andre ringformede spor til å blokkere borearmene. I den tilbaketrukne konfigurasjon oppnås således en større stabilitet av borekronen når aksial kraft utøves på borekronen før denne roteres. Figurene 6, 7, 8 og 9 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon. Figur 6 viser delvis den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon ifølge et perspektivriss. Figur 7 viser en ytterste ende av den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon ifølge et riss sett fra undersiden. Figur 8 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon ifølge en tverrsnittstegning langs linjen AA i figur 7. To hovedborearmer 3B og 3D er vist i figur 8. Figur 9 viser den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen i en ekspandert konfigurasjon ifølge en tverrsnittstegning langs linjen BB i figur 7. To mellomliggende borearmer 4A og 4C er vist i figur 9.

Under ekspansjonsfase opereres den ekspanderbare borekrone fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon som beskrevet i det følgende.

Når den ekspanderbare borekrone roteres med en rotasjonshastighet i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet drives armene utover fra den tilbaketrukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon (se pilene i stiplet strek i figur 2). Hver borearm beveges i en retning perpendikulær til den sentrale lengdeakse LL'. Hver borearm svinger omkring svingeområdet definert av kransen 20 i hulromsåpningen 12 og det perifere spor 19. Borearmene kan således svinge inne i hulrommet uten behov for at de skal være festet for eksempel ved hjelp av et flertall hengselbolter.

Mer detaljert, når den bestemte ekspanderende rotasjonshastighet er nådd skyver sentrifugalkreftene den øvre del av borearmene, nemlig den tunge del av borearmene utover. Videre sammentrykkes de elastiske elementer 18 i sine respektive utsparinger 17.

Den bestemte ekspanderende rotasjonshastighet avhenger hovedsakelig av forskjellige parametere, for eksempel størrelsen og vekten av armene, posisjonen av svingningsarealet og kraften av de elastiske elementer. Den bestemte ekspanderende rotasjonshastighet kan reguleres for å passe til karakteristikken av det boresystem hvori den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen er koplet.

Når de beveges til den ekspanderte konfigurasjon er den relative bevegelse av borearmene slik at hver mellomliggende borearm forlater de laterale slisser i hovedborearmene og innpasses mellom to hovedborearmer. For eksempel forlater den første mellomliggende borearm 4A slissene 8 og 9 i første 3A henholdsvis 3B hovedborearmer og innpasses mellom disse.

I det foreliggende eksempel, ved slutten av ekspansjonsfasen innpasses den første mellomliggende borearm 4A mellom den første 3A og den andre 3B hovedborearm, den andre mellomliggende borearm 4B innpasses mellom den andre 3B og den tredje 3C hovedborearm; den tredje mellomliggende borearm 4C innpasses mellom den tredje 3C og den fjerde 3D hovedborearm; og den fjerde mellomliggende borearm 4A innpasses mellom den fjerde 3D og den første 3A hovedborearm. En krone på den ekspanderbare borekrone dannes takket være ekspansjonen av de T-formede hovedborearmer 3A, 3B, 3C og 3D.

Ved utøvelse av en aksial kraft, for eksempel en vekt på den ekspanderbare borekrone, for eksempel når en boreoperasjon startes, blir så alle borearmene skjøvet bakover mot bunnen av hulrommet. Profilen 16 av den ytterste ende av den nedre del av hver borearm innføres av seg selv i det ringformede spor 15 (se figurene 8 og 9). Som en konsekvens blokkeres borearmene i den ekspanderte konfigurasjon og borearmene blokkeres mot å trekke seg tilbake. Borearmene opprettholdes fast i posisjon uansett den kraft som utøves aksialt eller lateralt på den ekspanderbare borekrone, og uansett borekronerotasjons-retningen under boreoperasjonene. Ringen (ikke vist) hjelper til med å bringe alle borearmer til å bevege seg samtidig i den aksiale retning. Hvert elastisk element 18 kan utøve en forskjellig elastisk kraft på den assosierte borearm slik at den riktige relative bevegelse av borearmene under ekspansjonsfasen tillates.

Foretrukket er geometrien av hver borearm konstruert til å frembringe minimums friksjonskrefter under de relative bevegelser av borearmene. Spesielt har hver hovedborearm og hver mellomliggende borearm assosierte kontaktflater, for eksempel er kontaktflaten 21 på den første hovedborearm 3A assosiert med kontaktflaten 22 på den mellomliggende borearm 4A. Disse kontaktflater er avskrånet og plane for å lette deres relative bevegelse. Den samme karakteristikk vedrører de andre borearmer og skal ikke beskrives videre. I den ekspanderte konfigurasjon er der således en kontinuitet av skjæreoverflaten som unngår at borekaks samles mellom borearmene i området for flatene som kommer i kontakt med hverandre.

I den ekspanderte konfigurasjon kommuniserer endedelen 5B av borekronens indre ledning i stor grad med hoveddelens indre ledning 5A. Dette sikrer en god kontroll av sirkulasjonen av borefluid som injiseres inn i den ekspanderbare borekrone under boreoperasjoner. Borekroneformen når den er ekspandert er godt tilpasset boring med lav strømningsmengde på grunn av at der er ikke noen åpning mellom brønnhullringrommet og hoveddelens indre ledning 5A.

I den ekspanderte konfigurasjon definerer den ekspanderbare borekrone en andre skjærediameter D2 (se figur 8). Den andre skjærediameter er større enn diameteren av hoveddelen 2. For eksempel er den andre skjærediameter D2 omtrent 11,4 cm.

Den ekspanderbare borekrone opereres fra den ekspanderte konfigurasjon inn i den tilbaketrukne konfigurasjon som beskrevet i det følgende.

Først frigjøres borearmene fra det ringformede spor, nemlig profilen 16 av den ytterste ende av den nedre del av hver borearm skyves utenfor det ringformede spor 15 ved å utøve en passende aksial kraft på den ekspanderbare borekrone. Deretter, når den ekspanderbare borekrone roteres med en rotasjonshastighet lavere enn den bestemte ekspanderende rotasjonshastighet, overstiger virkningen av det sammenpressede elastiske element 18 mot borearmene sentrifugalkreftene. Borearmene drives innover (se piler i stiplet strek i figur 6) fra den ekspanderte konfigurasjon inn i den tilbaketrukne konfigurasjon. Hver borearm beveges innover i en retning perpendikulær til den sentrale lengdeakse LL'. Hver borearm svinger omkring svingeområdet definert av kransen 20 på hulromsåpningen 12 og det perifere spor 19.

Når de beveger seg inn i den tilbaketrukne konfigurasjon er den relative bevegelse av borearmene slik at hver mellomliggende borearm passer inn i to motvendte laterale slisser i hovedborearmene.

Ved dette trinn holder de elastiske elementer 18 den ekspanderbare borekrone i en tilbaketrukket konfigurasjon ved å skyve i det minste noen av borearmene.

I den tilbaketrukne konfigurasjon kan den ekspanderbare borekrone føres inn i hull eller foringsrør med en diameter litt større enn den første skjærediameter D1. Innføringen eller utføringen av borestrengen når den beveges i hullet/forings-røret lettes således.

Sluttbemerkninger

Den i den foregående beskrevne utførelsesform av oppfinnelsen illustrerer en ekspanderbar borekrone omfattende fire hovedborearmer og fire mellomliggende borearmer. Det vil imidlertid være klart for en fagkyndig at den ekspanderbare borekrone ifølge oppfinnelsen ikke er begrenset til denne spesielle utførelsesform og at i det minste to hovedborearmer og to mellomliggende borearmer er nødvendige. Oppfinnelsen er videre ikke begrenset til det spesielle antall og posisjon av kutteelementene som vist i tegningene.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med et spesielt eksempel på hydrokarbonbrønnlokalisering på land, vil det også være selvfølgelig for en fagkyndig at oppfinnelsen er anvendbar for hydrokarbonbrønnlokalisering til havs.

Tegningene og deres beskrivelse i det foregående illustrerer snarere enn begrenser oppfinnelsen.

Claims

1. Ekspanderbar borekrone (1) omfattende: en hoveddel (2) for montering på en støttestreng (DS), et flertall borearmer (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) koplet til hoveddelen (2) og som strekker seg langs en sentral lengdeakse (LL'), idet minst én borearm understøtter skjæreelementer (6A), og flertallet av borearmer (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) er svingbare mellom en tilbaketrukket konfigurasjon og en ekspandert konfigurasjon, idet den tilbaketrukne konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone (1) med en første skjærediameter (D1), idet den ekspanderte konfigurasjon definerer en ekspanderbar borekrone (1) med en andre skjærediameter (D2) større enn den første skjærediameter, borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) drives fra den tilbake trukne konfigurasjon inn i den ekspanderte konfigurasjon når den ekspanderbare borekrone (1) roteres med en rotasjonshastighet som er i det minste lik en forut bestemt ekspanderende rotasjonshastighet, den ekspanderbare borekronen erkarakterisert vedat borearmene omfatter i det minste to hovedborearmer (3A, 3B, 3C, 3D) og minst to mellomliggende borearmer (4A, 4B, 4C, 4D), idet hovedborearmene definerer en ende (5B) av en indre ledning (5A) i borekronen koaksiale til den sentrale lengdeakse (LL'), i den tilbaketrukne konfigurasjon kommer hver hovedborearm (3A, 3B, 3C, 3D) i kontakt med en ytterligere hovedborearm (3A, 3B, 3C, 3D) og de mellomliggende borearmer (4A, 4B, 4C, 4D) er posisjonert inne i enden (5B) av den indre ledning (5A) i borekronen, og i den ekspanderte konfigurasjon svinger hovedborearmene (3A, 3B, 3C, 3D) og de mellomliggende borearmer (4A, 4B, 4C, 4D) lateralt i forhold til hoveddelen ifølge retninger perpendikulære til den sentrale lengdeakse LL' slik at hver mellomliggende borearm innpasses mellom to hovedborearmer.

2. Ekspanderbar borekrone ifølge krav 1, hvori den ekspanderbare borekrone videre omfatter midler for å blokkere borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) i en av konfigurasjonene når en vekt utøves ytterligere på den ekspanderbare borekrone (1).

3. Ekspanderbar borekrone ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori: hoveddelen (2) omfatter et åpnet ringformet hulrom (10) koaksialt til den sentrale lengdeakse (LL') mellom borekronens indre ledning (5A) og en ekstern borekrone hoveddelvegg (11), og hver borearm (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) omfatter en øvre del (13) og en nedre del (14) svingbare inne i det åpnede ringformede hulrom (10).

4. Ekspanderbar borekrone ifølge krav 3, hvori: hulrommet (10) omfatter et ringformet spor (15), og den nedre del (14) av borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) har en profil (16) tilsvarende det ringformede spor (15) slik at når en vekt utøves på den ekspanderbare borekrone i den ekspanderte konfigurasjon passer den nedre del (14) inne i det ringformede spor (15) for å blokkere borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D).

5. Ekspanderbar borekrone ifølge krav 4, hvori: hulrommet omfatter ytterligere et andre ringformet spor konsentrisk til det ringformede spor (15), og profilen (16) av den nedre del (14) av borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) tilsvarer det andre ringformede spor slik at når en vekt utøves på den ekspanderbare borekrone til den tilbaketrukne konfigurasjon passer den nedre del (14) inne i det andre ringformede spor til å blokkere borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D).

6. Ekspanderbar borekrone ifølge hvilket som helst av kravene 3 til 5, hvori: hulrommet (10) omfatter videre minst én utsparing (17), og et elastisk element (18) i inngrep med en av sine ender i utsparingen (17) og som virker på minst én av borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) slik at virkningen av det elastiske element letter armenes svingning fra den ekspanderte konfigurasjon til den tilbaketrukne konfigurasjon.

7. Ekspanderbar borekrone ifølge et hvilket som helst av kravene 3 til 6, hvori: hver borearm (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) omfatter videre et perifert spor (19), og hulrommet (10) omfatter en åpning med redusert størrelse som samvirker med det perifere spor (19) slik at den nedre del (14) av hver borearm opprettholdes i hulrommet (10).

8. Ekspanderbar borekrone ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori den nedre del (14) av hver borearm (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) har en avsmalnende profil i tverrsnitt, idet tykkelsen av borearmen reduseres mot en ytterste ende av den nedre del.

9. Ekspanderbar borekrone ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori den ekspanderbare borekrone (1) ytterligere omfatter en ring omkring yttersiden av borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D) slik at borearmene beveger seg samtidig.

10. Ekspanderbar borekrone ifølge krav 9, hvori ringen er posisjonert inne i det perifere spor (19) på borearmene (3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D).

11. Ekspanderbar borekrone ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori: hver hovedborearm omfatter ytterligere en første lateral side og en andre lateral side, idet den andre laterale side er motsatt den første laterale side, idet den første laterale side omfatter en lateral sliss og den andre laterale side omfatter en ytterligere lateral sliss, og i den tilbaketrukne konfigurasjon er hver mellomliggende borearm (4A) inn passet mellom to hovedborearmer (3A, 3B), idet en lateral side av den mellomliggende borearm (4A) passer inn i den laterale sliss (8) i en første hovedborearm (3A) og den andre laterale sliss (9) av en andre hovedborearm (3B).

12. Borekronesystem omfattende en roterende innretning og en støttestreng (DS)karakterisert vedat systemet videre omfatter en ekspanderbar borekrone (1) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 11 koplet til støttestrengen.