DE60123612T2 - Vorrichtung und verfahren zum bohren und verrohren eines bohrloches mit pumpbarem zementschwimmer - Google Patents
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Description
- Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft einen Zementschwimmerkragen und ein Verfahren zum Bohrlochvervollständigen und insbesondere einen Through-Tubing-Zementschwimmerkragen und ein Verfahren zum Bohren und Vervollständigen eines Bohrlochs unter Verwenden von Rohren als Bohrstrang.
- Allgemeiner Stand der Technik
- Das Bohren von Bohrlöchern, zum Beispiel für die Öl- und Gasproduktion, verwendet gewöhnlich Bohrrohrstränge mit relativ kleinem Durchmesser, an welchen ein Bohrer mit etwas größerem Durchmesser befestigt ist. Nach dem Bohren eines ausgewählten Abschnitts des Bohrlochs, wird das Bohrloch gewöhnlich mit einem Strang von Rohren, als Rohrstrang bekannt, ausgelegt. Der Begriff Rohrstrang wird hier für jede beliebige Bohrlochverrohrung verwendet. Der Rohrstrang hat normalerweise einen größeren Durchmesser als das Bohrrohr und einen kleineren Durchmesser als der Arbeitsbohrer. Dieses herkömmliche System, das sequenzielles Bohren des Bohrlochs mit Bohrrohr, an dem der Bohrer befestigt ist, Herausziehen des Bohrrohrs aus dem Bohrloch und Einführen des Rohrstrangs in das Bohrloch erfordert, ist zeitaufwändig und kostspielig. Jedes Mal, wenn der Bohrer gewechselt werden muss, was während jeder Bohroperation mehrmals eintritt, muss das Bohrrohr herausgezogen und wieder eingeführt werden. Der Bohrprozess mit einem Bohrstrang gewinnt daher als ein Verfahren zum Bohren, bei dem der Bohrstrang als Bohrschacht, durch welchen der Bohrer bewegt wird, verwendet wird, an Beliebtheit, und nach dem Bohren bleibt der Rohrstrang als Bohrlochverrohrung im Bohrloch.
- Um gleichzeitig das Bohren und Verrohren zu erzielen, ist eine spezielle Bohreinheit erforderlich, die ein Bohrloch mit ausreichendem Durchmesser bohrt, um die Verrohrung aufzunehmen, und die durch die Verrohrung rückholbar ist. Die Bohreinheit umfasst typischerweise einen Bohrer und ein oder mehrere Bohrlochvergrößerungswerkzeuge, wie zum Beispiel einen Nachbohrer. Die Bohreinheit wird an dem Vorschubende der Verrohrung eingesetzt. Der Bohrer kann rückziehbar und/oder durch die Verrohrung durch elektrische Drahtleitung, geflochtenes Drahtseil oder andere Mittel entfernbar sein.
- Wenn ein Bohrvorgang abgeschlossen ist, wird der Bohrer durch die Verrohrung zurückgezogen, und die Verrohrung wird als Bohrlochverrohrung zurückgelassen. Das Vervollständigen des verrohrten Bohrlochs, das das Pumpen von Zement in den Ringraum zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwand erfordert, ist bei Bohrlöchern schwierig, die unter Einsatz von Verrohrungsbohren gebildet werden, da die Verrohrung keinen Zementschwimmerschuh, auch als Zementschwimmerkragen bekannt, enthält. Da es erforderlich ist, ein Bohrloch mit Zement zu vervollständigen, wurde der Zement durch die Verrohrung hinunter gepumpt und in dem Ringraum gehalten, indem ein Druck innerhalb der Verrohrung bis zum Aushärten des Zements aufrechterhalten wurde.
- US-A-5 894 897 beschreibt einen Schwimmerkragen mit einem Einwegventil, das in der Nähe des Bohrers des Bohrstrangs installiert ist.
- Während frühere Through-Tubing-Zementschwimmerkrägen wie die in den US Patenten Nr. 4 413 682, 5 323 858, 3 159 219 und 4 589 495 beschriebenen bekannt sind, sind diese Schwimmerkragen und Verfahren zum Vervollständigen bei Rohrbohroperationen nicht von Nutzen. Insbesondere ist ein Rohrstrang mit inneren Einschnürungen zum Einrasten eines Through Tubing-Schwimmerkragens nicht für den Gebrauch beim Verrohrungsbohren geeignet. Das Handhaben des Rohrstrangs oder des Zementschwimmerkragens unter Einsatz eines Rohrstrangs innerhalb der Verrohrung ist für die meisten Verrohrungsbohroperationen nicht geeignet.
- Kurzdarstellung der Erfindung
- Es wird ein Zementschwimmerkragen offenbart, der in das Bohrloch hinunter positioniert und in einem Bohrlochvervollständigungsvorgang nach dem Bohren eines Bohrlochs mit Verrohrung verwendet werden kann. Ein Bohrlochbohr- und Vervollständigungsverfahren wird ebenfalls offenbart. Der Zementschwimmerkragen wird zum Pumpen in das Bohrloch hinunter bis zum Eingreifen in eine Aussparung, die in der Verrohrung ausgebildet ist, Profilnippel genannt, hergestellt. Daher ist keine Einschnürung in der Verrohrung zum Aufnehmen oder Einrasten des Schwimmerkragens erforderlich, und der Abschnitt der Verrohrung, der die Aussparung enthält, kann am Beginn des Bohrvorgangs installiert werden. Zusätzlich kann der Profilnippel verwendet werden, um andere Bohrwerkzeuge eingreifen zu lassen und kann daher bereits an Ort und Stelle sein, wenn die endgültige Bohrlochtiefe (TD) erreicht wird.
- Gemäß einem allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zementschwimmerkragen zum Gebrauch in einem Rohrstrang bereitgestellt, der zum Verrohren eines Bohrlochs verwendet werden soll, wobei die Verrohrung eine ringförmige Aussparung an einem unteren distalen Ende aufweist, wobei die ringförmige Aussparung einen Durchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des Rohrstrangs, wobei der Zementschwimmerkragen Folgendes aufweist: einen Hauptkörper, der eine Bohrung hat, die sich von seinem oberen Ende zu seinem unteren Ende erstreckt; eine Fließbeschränkungseinheit, die in die Bohrung montiert werden kann, um den Fluss von Fluiden dadurch zumindest von dem unteren Ende zun dem oberen Ende des Hauptkörpers zu verhindern, ein Dichtelement, das um den Hauptkörper angeordnet ist, einen radial nach außen vorgespannten Kragen, der in einer ringförmigen Ausnehmung um den Hauptkörper gehalten wird, wobei der expandierte Außendurchmesser des Kragens größer ist als der Innendurchmesser des Rohrstrangs, in dem er verwendet werden soll, wobei der Zementschwimmer mit dem in die Ausnehmung komprimierten Kragen bemessen ist, um durch den Rohrstrang zu gehen, wobei das Dichtelement eine Abdichtung zwischen dem Hauptkörper und dem Rohrstrang schafft, wobei die Abdichtung ausreicht, um im Wesentlichen gegen Fluide abzudichten, die zwischen dem Hauptkörper und dem Rohrstrang bei Fluiddrücken durchgehen, die bei einer Bohrlochvervollständigungsoperation angetroffen werden, und wobei der Kragen in die Aussparung des Rohrstrangs einrastbar ist.
- Der Kragen wird vorzugsweise aus einer äußeren Auflagefläche aus dauerhaftem Werkstoff und einem inneren Abschnitt aus bohrbarem Material gebildet. Diese Kombination von Materialien sorgt dafür, dass der Kragen den Strapazen des Hinuntergehens in das Bohrloch standhält und in die Aussparung eingreifen kann, dabei aber auch ausgebohrt werden kann, um das Entfernen im Wesentlichen des ganzen Schwimmerkragens bei Bedarf, zum Beispiel zum Erweitern des Bohrlochs, zu erlauben.
- Bei einer Ausführungsform hat die ringförmige Ausnehmung einen geneigten oberen Abschnitt und einen geneigten unteren Abschnitt, und der Kragen ist an seinem oberen Ende verjüngt, um mit dem geneigten oberen Abschnitt der Ausnehmung zusammenzuwirken, und ist an seinem unteren Ende verjüngt, um mit dem geneigten unteren Abschnitt der Ausnehmung zusammenzuwirken, so dass sich der Kragen zwischen den Hauptkörper und den Rohrstrang, in dem der Zementschwimmer verwendet wird, klemmen kann.
- Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Rohrstrangs mit einem bekannten Innendurchmesser und darin eine ringförmige Aussparung, die eine Durchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser des Rohrstrangs an einem unteren distalen Ende des Rohrstrangs, wobei der Rohrstrang geeignet ist, in dem Bohrloch zu bleiben, um es auszukleiden, und als Bohrstrang während des Bohrens des Bohrlochs dienen kann, und eine Bohreinheit, die durch den Rohrstrang rückholbar an dem unteren distalen Ende des Rohrstrangs verbunden ist; Bohren eines Bohrlochs unter Einsatz der Bohreinheit; Zurückholen der Bohreinheit zu der Oberfläche durch den Rohrstrang, ohne Herausziehen des Rohrstrangs aus dem Bohrloch; Bereitstellen eines Zementschwimmers, der ausgewählt ist, um durch den Rohrstrang zu gehen und in der Aussparung einzurasten; Pumpen des Zementschwimmerkragens durch den Rohrstrang, bis er in der Aussparung einrastet, und Vervollständigen des Bohrlochs durch Pumpen von Zement durch den Rohrstrang und den Zementschwimmerkragen.
- Der Zementschwimmerkragen weist eine Bohrung auf und kann einen scherbaren Schwimmerkragen in Abdichtposition innerhalb der Bohrung aufweisen. Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren das Erhöhen des Fluiddrucks über dem Zementschwimmerkragen auf, sobald der Zementschwimmer in der Aussparung eingerastet ist, um den scherbaren Schwimmerkragen von der Bohrung zu scheren.
- Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Bohren durch den Zement und zumindest einen Abschnitt des Zementschwimmerkragens auf, um das Bohrloch nach dem Vervollständigen des Bohrlochs zu erweitern.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Eine weitere detaillierte Beschreibung der Erfindung, die oben kurz beschrieben wurde, folgt unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung. Diese Zeichnungen stellen nur typische Ausführungsformen der Erfindung dar und können daher nicht als ihren Geltungsbereich einschränkend betrachtet werden. In den Zeichnungen:
- ist
1 ein senkrechter Schnitt durch einen Abschnitt einer Bohrlochverrohrung mit einem erfindungsgemäßen Zementschwimmerkragen in einer Konfiguration zum Durchgehen durch die Bohrungsverrohrung, - sind
2 und3 senkrechte Schnittansichten des Zementschwimmerkragens der1 in eingerasteten Positionen in einem Abschnitt der Bohrlochverrohrung. In2 ist das Schwimmerkragenventil offen und erlaubt das Durchfließen von Fluiden nach unten durch den Schwimmerkragen, während das Schwimmerkragenventil in3 geschlossen ist und das umgekehrte Fließen verhindert, - sind
4 und5 perspektivische Endansichten jeweils eines Kragens, der bei einem erfindungsgemäßen Zementschwimmerkragen nützlich ist, und - sind die
6A ,6B und6C schematische, senkrechte Schnitte durch ein Bohrloch, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, - ist
7 ein senkrechter Schnitt durch einen Abschnitt der Bohrlochverrohrung mit einem anderen erfindungsgemäßen Zementschwimmerkragen in einer eingerasteten Position in einem Abschnitt der Bohrlochverrohrung. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
- Unter Bezugnahme auf die
1 bis3 ist ein erfindungsgemäßer Zementschwimmerkragen10 gezeigt. Der Zementschwimmerkragen10 wird ausgebildet, um durch einen Strang von Verrohrungsrohren durchzugehen, von welchen ein Abschnitt in12a gezeigt ist. Die Verrohrungsrohre12a haben einen Standard-Mindestinnendurchmesser ID1, um die Größe eines Werkzeugs, das durchgehen kann, nicht einzuschränken. Eine ringförmige Aussparung14 (2 und3 ) wird zum Beispiel durch Fräsen in einem Profilnippel12b gebildet, der sich zum Beispiel durch Gewindeverbindungen mit dem Rohrstrang verbinden kann. Der Durchmesser D2 in der Aussparung14 ist etwas größer als der Mindestinnendurchmesser des Rohrstrangs. Der Zementschwimmerkragen wird gebildet, um durch einen Strang von Rohren gepumpt zu werden und in die ringförmige Aussparung einzurasten und in ihr gehalten zu werden, wie unten kompletter beschrieben wird. Die ringförmige Aussparung ist ausgebildet, um es dem Zementschwimmerkragen zu erlauben, ungeachtet der Drehausrichtung des Schwimmerkragens in der Verrohrung aufgenommen zu werden. -
1 zeigt den Zementschwimmerkragen in einer Position, während er durch einen Abschnitt der Verrohrung bewegt wird, während die2 und3 den Zementschwimmerkragen10 in der Verrohrung in der ringförmigen Aussparung eines Profilnippels gesichert zeigen. - Der Zementschwimmerkragen
10 weist einen Hauptkörper16 auf, der eine Längsbohrung18 hat, die sich von seinem oberen Ende16' zu seinem unteren Ende16'' erstreckt. Der Hauptkörper16 ist bemessen, um leicht durch ID1, die Größe der Verrohrung, in der er verwendet werden soll, durchzugehen. Um das Herstellen zu erleichtern, wird der Hauptkörper vorzugsweise aus mehreren Teilen gebildet, die zum Beispiel einen oberen Abschnitt16a und einen unteren Spindelabschnitt16b aufweisen. Die Teile16a und16b können miteinander in einer Art verbunden werden, die eine steife Verbindung zwischen ihnen bereitstellt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform werden die Abschnitte16a und16b an der Gewindeverbindung20 miteinander verbunden. Die Teile16a und16b können aus jedem beliebigen Werkstoff hergestellt werden, der zumindest kurzfristig den Bedingungen beim Hinuntergehen in das Bohrloch standhält. Bei bestimmten Ausführungsformen müssen die Teile16a ,16b ebenfalls aus Werkstoffen hergestellt werden, die gebohrt werden können, wie zum Beispiel aus Aluminium oder Polyvinylchlorid. - Ein Schwimmerventil wird in der Bohrung
18 positioniert, um einen Fluss nur in eine Richtung von dem oberen Ende16' zu dem unteren Ende16'' zu gestatten. Während andere Einwegventile, wie zum Beispiel Kugelventile nützlich sind, weist das veranschaulichte Ventil ein Klappenventil22 auf, das über einen Scharnierstift24 an dem Klappenventilgehäuse26 montiert ist. Wie der Fachmann versteht, ist das Klappenventil22 ausgebildet, um gegen einen Sitz26' abzudichten, der von dem Gehäuse26 gebildet wird, wenn sich ein Fluss von Fluid durch die Bohrung in eine Richtung von dem unteren Ende16'' zu dem oberen Ende16' (3 ) bewegt. Das Klappenventil22 wird normal durch eine Feder27 , wie zum Beispiel eine Torsionsfeder, die um den Scharnierstift24 wirkt, in der Dichtposition gegen den Sitz26' vorgespannt. Die Bohrung18 wird in28 vergrößert, um das Klappenventilgehäuse26 aufzunehmen. Das Klappenventilgehäuse26 wird in der Bohrung durch Anliegen gegen den unteren Abschnitt16b in Position gehalten, wo es in Eingriff mit dem oberen Abschnitt16a geschraubt wird. Andere Ventiltypen, wie zum Beispiel Kugelventile, können nach Wunsch verwendet werden, sofern sie dauerhaft genug sind, um dem Durchgehen von Zement standzuhalten. - Zum Pumpen in das Bohrloch hinunter wird ein freigebbarer Stopfen
30 angeordnet. Der freigebbare Stopfen30 wird ausgewählt, um innerhalb der Bohrung18 bis zu einem ausgewählten Maximaldruck in der Verstopfposition zu verbleiben. Bei Drücken über dem ausgewählten Maximaldruck wird der Stopfen30 aus der Bohrung18 getrieben. Obwohl viele geeignete durch Druck freigebbare Stopfen bekannt sind, weist der veranschaulichte Schwimmerkragen einen Stopfen mit einem Flansch32 eingefügt zwischen das Ventilgehäuse26 und den unteren Abschnitt16b auf. Der Stopfen wird durch Eingreifen des Flanschs32 gegen die Schultern, die von dem Ventilgehäuse26 und dem unteren Abschnitt16b gebildet werden, sowie durch Reibungseingriff des Körpers des Stopfens30 gegen die Wände der Bohrung18 gehalten. Wenn die Drücke, die gegen den Stopfen wirken, über den ausgewählten Maximaldruck erhöht werden, wird der Flansch von dem Stopfenkörper abgeschert, und die Kraft des Reibungseingreifens zwischen dem Stopfen30 und den Bohrungswänden wird überwunden, so dass der Stopfen aus der Bohrung18 ausgeworfen wird. Der Stopfen kann durch verschiedene Mittel an Ort und Stelle gehalten werden, wie zum Beispiel durch Scherschrauben. Bei einer anderen Ausführungsform wird an Stelle eines Stopfens, der ausgeworfen wird, eine Berstscheibe verwendet. Bei einer Standard-Vervollständigungsoperation ist der ausgewählte Maximaldruck zum Auswerfen des Stopfens größer als der normale Druck, der erforderlich ist, um den Stopfen in die Verrohrung hinunter zu pumpen, der normalerweise kleiner ist als 3,45·106 Pa (500 psi). Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der freigebbare Stopfen30 ausgewählt, um in der Bohrung zu verbleiben, außer wenn Fluiddrücke über dem Stopfen etwa 6,9·106 Pa (1000 psi) überschreiten. - Ein Kragen
36 wird um den Hauptkörper montiert und radial nach außen von diesem vorgespannt, um in die Aussparung14 des Profilnippels einzugreifen. Unter weiterer Bezugnahme auf die4 und5 weist der Kragen36 einen äußeren C-Ring38 und daran befestigt, wie zum Beispiel durch Befestigungen39 , mehrere beabstandete Anschläge40 auf. Der Kragen36 wird von dem C-Ring38 , der einen expandierten Außendurchmesser größer als D2 hat, nach außen vorgespannt. - Die Räume zwischen den Anschlägen
40 erlauben es dem Kragen, gegen die Federkraft in dem C-Ring38 komprimiert zu werden, um in ID1 des Rohrstrangs zu passen. Die Federkraft in dem C-Ring38 wird so ausgewählt, dass, wenn der Kragen in die Bohrung eines Rohrstrangs komprimiert wird, die Kraft, die von dem Kragen nach außen ausgeübt wird, überwunden werden kann, um den Kragen und den Schwimmerkragen durch den Rohrstrang durch Anlegen eines Fluiddrucks von etwa 3,45·106 Pa (500 psi) an den Zementschwimmerkragen zu bewegen. Der C-Ring braucht nur die Kraft zu haben, sich in die Aussparung, wenn sie erreicht wird, zu expandieren. - Der C-Ring
38 hat eine Länge zwischen seiner Vorderkante38' und seiner Hinterkante38'' , die kleiner ist als die Breite w der Aussparung14 , so dass sich der C-Ring in die Aussparung expandieren kann. Die Aussparung14 wird mit einer Wand14' ausgebildet, die allgemein abrupt von D2 auf ID1 übergeht. Die exponierte Ecke41 der Wand14' kann wie gezeigt gerundet werden, um das Bewegen der Ausstattung darüber hinaus, zum Beispiel während des Bohrens zu erlauben. Der Radius sollte jedoch nicht so groß sein, dass er das feste Einrasten des C-Rings in die Aussparung14 verhindert oder gefährdet. Wenn sich der C-Ring in die Aussparung14 expandiert, rastet er in sie durch Anstoßen der Vorderkante38' gegen die Wand14' der Aussparung14 (2 ) ein. Das Aufwärtsbewegen des Zementschwimmerkragens10 wird durch das Anstoßen der Kante38'' gegen die obere Wand der Aussparung (3 ) eingeschränkt. Während die obere Wand der Aussparung vorzugsweise abrupt von D2 auf ID1 übergeht, kann es erforderlich sein, diese Wand als Abschrägung auszubilden, um das Verfangen von Bohrausrüstung an der Wand zu vermeiden. Die Rampe sollte jedoch nicht mit dem sicheren Einrasten des Kragens in die Aussparung interferieren. Die Vorderkante38' ist vorzugsweise gebogen, wie zum Beispiel durch Walzen, um die Bewegung durch den Rohrstrang und über Unterbrechungen, wie zum Beispiel Verrohrungsverbindungen, zu erleichtern. Jede solche Krümmung muss jedoch einen eingeschränkten Radius haben, um ein Interferieren mit dem sicheren Einrasten des C-Rings in die Aussparung14 und Anliegen gegen die Wand14' zu vermeiden. Während ein Zementstopfen, der nicht bohrbar ist, verwendet werden kann, ist es bei den meisten Anwendungen erforderlich, dass der Stopfen herausnehmbar ist, um das Bohrloch zu erweitern. Bei einer Ausführungsform werden die Anschläge aus leicht bohrbaren Werkstoffen hergestellt, wie zum Beispiel aus Aluminium oder Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel Glasfaser. Die Befestigungen werden ebenfalls aus bohrbarem Werkstoff, wie zum Beispiel aus Messing hergestellt. Da bohrbare Werkstoffe jedoch im Allgemeinen schwach und empfindlich sind, insbesondere was Spannung betrifft, können sie eventuell nicht in der Lage sein, entlang der Verrohrungswand zu laufen, ohne zu versagen, und nicht die Federspannung besitzen, die zum Funktionieren des Kragens erforderlich ist. Der C-Ring wird daher vorzugsweise aus einem dauerhaften Werkstoff hergestellt, der den Strapazen des Durchgehens in das Bohrloch hinunter in Eingriff mit der Verrohrungswand standhält, während der Werkstoff auch Federspannung hat, wie zum Beispiel Federstahl. Der C-Ring braucht nicht aus bohrbaren Werkstoffen hergestellt zu werden, da er sich in der Aussparung für ein Bohrwerkzeug unerreichbar befindet, falls eines zum Entfernen des Zementstopfens von der Verrohrung verwendet werden sollte. - Der Kragen
36 wird in einer ringförmigen Ausnehmung42 auf dem Hauptkörper16 zurückgehalten. Die ringförmige Ausnehmung42 ist im Wesentlichen orthogonal zu der Längsachse 10× des Hauptkörpers positioniert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ausnehmung42 mit einem geneigten frusto-konischen unteren Abschnitt46 ausgebildet. Anschläge40 werden mit verjüngten Enden40' ausgebildet, so dass die Innenflächen des Kragens auch zwei allgemein frusto-konische Flächen definieren, die ausgewählt werden, um im Wesentlichen zu der Fläche der Ausnehmung zu passen. Das Bewegen des Schwimmerkragens10 durch den Kragen36 wird durch das Zusammenwirken der verjüngten Enden40' mit frusto-konischen Abschnitten44 ,46 der Ausnehmung42 eingeschränkt. Insbesondere bewirkt die Bewegung des Schwimmerkragens durch den Kragen, dass die Anschläge40 , wie in2 und3 gezeigt, zwischen den Schwimmerkragenkörper16 und den Profilnippel12b geklemmt werden. - Um das Durchgehen des Zementschwimmerkragens durch den Rohrstrang zu erleichtern, weist die Ausnehmung
42 vorzugsweise eine Stoppwand48 auf, gegen welche die Anschläge40 anstoßen, wenn sie sich in der komprimierten Position befinden. Die Stoppwand48 verhindert das Bewegen des Kragens6 aufwärts auf dem Zementschwimmerkragen-Hauptkörper und dadurch das Verklemmen der Anschläge zwischen dem Hauptkörper und der Verrohrung. - Um Fluidfluss zwischen dem Zementschwimmerkragen
10 und dem Rohrstrang12a während des Hinunterpumpens und Pumpens zwischen dem Zementschwimmerkragen10 und Profilnippel12b bei der Position in der Aussparung14 zu verhindern, werden mehrere Dichtungen50a ,50b um den Zementschwimmerkragen-Hauptkörper bereitgestellt. - Es ist klar, dass die Dichtungen bemessen sind, um sich von dem Hauptkörper nach außen in dichtendem Eingriff mit der Verrohrung zu erstrecken, wenn der Zementschwimmerkragen in einem Strang von Rohren positioniert wird. Die Dichtungen
50a ,50b werden in eine Ausnehmung montiert, die in dem Hauptkörper ausgebildet ist, und werden von einem Gewindeschalenrückhalter52 , einem Koppelring54 und einem Abstandsring56 in Position gehalten. Weitere sichere Montageanordnungen können nach Wunsch verwendet werden. Die Dichtungen50a ,50b sind jeweils Dichtungen des Schalentyps. Die Dichtung50a ist eingerichtet, um gegen das Durchgehen von Fluid in eine Richtung abwärts in das Bohrloch zu wirken, während die Dichtungen50b eingerichtet sind, um gegen das Durchgehen von Fluid in dem Bohrloch aufwärts zu wirken. Obwohl drei Dichtungen des Schalentyps in der veranschaulichten Ausführungsform verwendet wurden, können andere Anzahlen und Typen von Dichtungen verwendet werden, sofern sie eine Abdichtung gegen das Durchgehen von Fluiden zwischen dem Zementschwimmerkragen und der Verrohrung schaffen. Selbstverstärkende Dichtungen, wie zum Beispiel Schalendichtungen, werden vorgezogen, weil die Arbeit mit ihnen einfach ist und sie das Pumpfördern des Schwimmerkragens erleichtern. Andere Dichtungen, wie zum Beispiel Stopfdichtungen, könnten verwendet werden, erfordern jedoch eventuell Verstärken, wie zum Beispiel durch Pumpdruck, Bohrrohr oder Verrohrung usw. - Die Dichtungen müssen signifikanten Drücken standhalten können, die man bei dem Bohrloch-Vervollständigungsvorgang antrifft. Bei einer Ausführungsform müssen die Dichtungen zum Beispiel etwa 6,9·106 Pa (1000 psi) von oben her während des Scherens des Stopfens
30 standhalten, und wenn sie den Zement in dem Ringraum an Ort und Stelle halten, müssen die Dichtungen typischerweise 13,7·106 Pa (2000 psi) von unten her standhalten, manchmal aber sogar 20,7·106 Pa (3000 psi) von unten her. - Der nach unten gepumpte Zementschwimmer
10 ist beim Verrohrungsbohren von Nutzen. Unter Bezugnahme auf6A , wird der Bohrlochrohrstrang12a beim Bohren mit Verrohren als Bohrstrang verwendet und danach als Bohrlochverrohrung. Das Bohrloch58 wird unter Einsatz des Rohrstrangs12a mit einer Bohreinheit60 , die an dem distalen Enden des Rohrstrangs befestigt ist, das als ein Profilnippel12b ausgebildet ist, gebildet. Die Bohreinheit kann von dem unteren distalen Ende des Bohrstrangs ohne Herausziehen des Rohrstrangs aus dem Bohrloch, das durch die Bohreinheit60 gebildet wird, entfernt werden. Die Verrohrung muss offen sein, um das Durchgehen und Handhaben der Bohreinheit zu gestatten. Die Aussparung14 in dem Profilnippel12b schränkt das Durchgehen und das Handhaben der Bohreinheit nicht ein und kann auf dem Rohrstrang zu Beginn der Bohroperation installiert werden, und das Bohrloch wird unter Einsatz eines Rohrstrangs mit ringförmiger Aussparung14 an einem unteren distalen Ende an der Stelle, an der ein Zementschwimmer während einer Vervollständigungsoperation liegen soll, gebohrt. Als Beispiel kann die ringförmige Aussparung14 etwa 9,14 bis 12,2 m (30 bis 40 Fuß) von dem distalen Ende des Rohrstrangs entfernt angeordnet werden. Der Profilnippel kann andere Ausnehmungen für den Gebrauch beim Sichern anderer Werkzeuge, die in das Bohrloch hinuntergehen, aufweisen. - Wenn das Bohren beendet ist und man wünscht, den Ringraum zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch abzudichten, wird die Bohreinheit durch den Rohrstrang entfernt, während man den Rohrstrang in dem Bohrloch an Ort und Stelle lässt. Die Aussparung
14 mit einem Durchmesser größer als der Durchmesser des Rohrstrangs verhindert das Durchgehen der Bohreinheit und anderer Werkzeuge, die unten im Bohrloch sind, nicht. - Unter Bezugnahme auf die
6B und1 und nach dem Entfernen der Bohreinheit, wird ein Zementschwimmer10 zum Hinunterpumpen ausgewählt, der dichtend durch den Rohrstrang gehen und in die Ausnehmung14 einrasten kann. Der ausgewählte Zementschwimmer wird in den Rohrstrang durch Komprimieren des Kragens36 in die Ausnehmung42 und hinter die Stoppwand48 , so dass der Schwimmerkragen in ID1 des Rohrstrangs passt, eingefügt. Der Druck des Fluids, wie zum Beispiel Zementbrei oder Wasser (angezeigt durch den Pfeil A), wird gegen das obere Ende16' des Schwimmers10 gesteigert, um ihn durch den Rohrstrang zu bewegen. Der Fluiddruck wirkt gegen die Dichtung50b , den Hauptkörper16 und den Stopfen30 , um den Schwimmer gegen die Kraft des C-Rings38 , der in die Rohrstrangwand eingreift, zu treiben. Drücke zwischen etwa 0,345·106 Pa (50 psi) und 3,45·106 Pa (500 psi) sind erforderlich, um einen Schwimmerkragen wie in1 gezeigt durch einen Rohrstrang zu bewegen. - Der Zementschwimmer
10 wird durch den Rohrstrang gepumpt, bis der Kragen36 landet und sich in der Aussparung14 , wie in den2 ,3 und6C gezeigt, erweitert. Wenn das eintritt, wird der Zementschwimmer durch Anstoßen der Vorderkante38' gegen die Aussparungswand14' und darauf folgendes Verklemmen der Anschläge40 zwischen dem Verrohrungsprofilnippel12b und dem Hauptkörper16 gestoppt. - Zum Vorbereiten des Zementschwimmers zum Regulieren des Flusses des Zements, wird der Druck des Fluids (angezeigt durch den Pfeil B) über dem Zementschwimmerkragen auf einen ausgewählten Druck gesteigert, um den Stopfen
30 auszuscheren und es dem Fluid zu gestatten, durch die Bohrung18 des Schwimmerkragens zu fließen. Der umkehrende Fluidfluss zur Oberfläche bewirkt das Aufsitzen des Klappenventils22 . Der Zement kann dann in das Bohrloch durch den Zementschwimmer10 und bis zu dem Ringraum um den Rohrstrang gepumpt werden, um das Bohrloch zu vervollständigen. Ein Verlagerungsstopfen (nicht gezeigt) kann nach dem Zement hinunter gepumpt werden und landet auf dem Zementschwimmer. Wenn der Druck an der Oberfläche aufhört, tendiert der Zement in dem Ringraum dazu, Druck auszuüben, um sich in die Verrohrung zurückzubewegen, was „U-Verrohren" genannt wird. Das bewirkt, dass das Klappenventil22 gegen den Sitz26' abdichtet und den Zement in dem Ringraum hält. Sollte sich der Zementkragen10 in der Aussparung14 nach oben bewegen, werden die Anschläge40 zwischen der oberen konischen Fläche44 der Ausnehmung und dem Profilnippel12b verklemmt, um ein weiteres Bewegen des Schwimmerkragens zu verhindern. Die Dichtungen50b hindern den Zement daran, um den Schwimmerkragen herumzugehen. - Das Bohrloch kann gebohrt werden, der Zementschwimmer kann angebracht und das Bohrloch kann vervollständigt werden, und all das ohne Entfernen des Rohrstrangs aus dem Bohrloch.
- Wünscht man später, das Bohrloch zu erweitern, kann man wieder eine Bohreinheit in den Rohrstrang geben. Der Zementschwimmer
10 , der vorzugsweise aus bohrbaren Werkstoffen hergestellt ist, wie zum Beispiel aus Verbundwerkstoffen, Aluminium, Messing und/oder Polymeren, kann mit dem gehärteten Zement gemeinsam herausgebohrt werden. Da die Aussparung einen Durchmesser hat, der größer ist als der des Rohrstrangs, kann der Bohrvorgang die Verrohrung bis im Wesentlichen zu ihrem Originalinnendurchmesser ohne Interferieren durch den Zementschwimmer oder die Aussparung aufweiten. - Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zementschwimmers
300 ist in6 gezeigt. Der Zementschwimmer300 weist einen Hauptkörper316 mit einer axialen Bohrung318 auf. Ein freigebbarer Stopfen30 (der beim Auswerfen aus der Bohrung gezeigt ist) und ein Kragen36 sind wie oben unter Bezugnahme auf die1 bis3 beschrieben. Das Beschränken des Flusses in eine Richtung durch den Schwimmer wird durch einen Verlagerungsstopfen320 bereitgestellt. Der Verlagerungsstopfen320 kann in das Bohrloch hinunter gepumpt werden und rastet in die Bohrung318 ein. Insbesondere weist der Stopfen320 Dichtungen324 auf, die sich von ihm aus erstrecken, um eine Abdichtung gegen die Verrohrung bereitzustellen und dadurch das Pumpen in das Bohrloch hinunter zu erleichtern. Das Vorderende320' des Stopfens ist bemessen, um in die Bohrung318 eingesetzt werden zu können, und hat mehrere Haken oder Rippen326 , die sich von ihm aus erstrecken und sicher in mehrere der Aussparungen328 , die in dem oberen Ende der Bohrung318 ausgebildet sind, eingreifen. Andere Eingreifanordnungen können verwendet werden, wie zum Beispiel ein Schnappring an Stelle der Aussparungen. Das Eingreifen zwischen den Haken326 und den Aussparungen328 ist stark genug, um den Stopfen320 in der Bohrung gegen die Drücke von typischerweise weniger als 13,7·106 Pa (2000 psi) zu halten, vorzugsweise aber von unten bis 20,7·106 Pa (3000 psi). - Beim Gebrauch wird der Hauptkörper
316 mit dem freigebbaren Stopfen30 in der Bohrung318 nach unten gepumpt, bis sich der Kragen36 in die Aussparung14 expandiert. Der Druck wird gesteigert, bis der freigebbare Stopfen30 von der Bohrung318 abgeschert wird. Zement wird dann in das Bohrloch hinunter durch den Rohrstrang und die Bohrung318 des Zementschwimmers300 gepumpt. Sobald die richtige Menge an Zement nach unten gepumpt wurde, wird der Verlagerungsstopfen320 gestartet und nach dem Zement nach unten gepumpt, bis er in die Bohrung318 des Hauptkörpers316 einrastet. Der Stopfen320 wirkt gegen das U-Verrohren des Zements. - Es ist klar, dass viele andere Änderungen an den veranschaulichten Ausführungsformen vorgenommen werden können, die in den Geltungsbereich der Erfindung fallen, und alle solche Änderungen sollen durch die anliegenden Ansprüche gedeckt werden.
Claims (10)
- Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs, Folgendes umfassend: Bereitstellen eines Rohrstrangs (
12 ) mit einem bekannten Innendurchmesser und darin eine ringförmige Aussparung (14 ), die einen Durchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser des Rohrstrangs an einem unteren distalen Ende des Rohrstrangs, und eine Bohreinheit, die durch den Rohrstrang rückholbar an dem unteren distalen Ende des Rohrstrangs verbunden ist; Bohren eines Bohrlochs unter Einsatz der Bohreinheit und des Rohrstrangs; Zurückholen der Bohreinheit durch den Rohrstrang ohne Entfernen des Rohrstrangs aus dem Bohrloch; Bereitstellen eines Zementschwimmers (10 ), der ausgewählt ist, um durch den Rohrstrang in abdichtender Anlage mit diesem zu gehen und in der Aussparung einzurasten; Pumpen des Zementschwimmers durch den Rohrstrang, bis er in der Aussparung einrastet; und Vervollständigen des Bohrlochs durch Pumpen von Zement durch den Rohrstrang und den Zementschwimmer. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zementschwimmer eine Bohrung aufweist und einen scherbaren Stopfen in Abdichtposition innerhalb der Bohrung, und wobei das Verfahren ferner das Erhöhen des Fluiddrucks über dem Zementschwimmer aufweist, sobald der Zementschwimmer in der Aussparung eingerastet ist, um den scherbaren Stopfen von der Bohrung zu scheren.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zementschwimmerkragen einen Verlagerungsstopfen aufweist und das Verfahren ferner nach dem Pumpen von Zement durch den Rohrstrang und den Zementschwimmer das Pumpen des Verlagerungsstopfens durch den Rohrstrang aufweist, um in dem Zementschwimmer einzurasten.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner nach dem Vervollständigen des Bohrlochs das Ausbohren zumindest eines Abschnitts des Zementschwimmers und des Zements, der in dem Rohrstrang enthalten ist, aufweist.
- Zementschwimmer (
10 ) für den Gebrauch in einem Rohrstrang, umfassend eine ringförmige Aussparung (14 ) an einem unteren distalen Ende, wobei die ringförmige Aussparung einen Durchmesser hat, der größer ist als der Innendurchmesser des Rohrstrangs, wobei der Zementschwimmerkragen Folgendes aufweist: einen Hauptkörper (16 ), der eine Bohrung (18 ) hat, die sich von seinem oberen Ende zu seinem unteren Ende erstreckt; eine Fließbeschränkungseinheit (22 ), die in die Bohrung montiert werden kann, um den Fluss von Fluiden dadurch zumindest von dem unteren Ende zu dem oberen Ende des Hauptkörpers zu verhindern; ein Dichtelement (50 ), das um den Hauptkörper angeordnet ist; wobei das Dichtelement ausgewählt wird, um eine Abdichtung zwischen dem Zementschwimmer und dem Rohrstrang zu ergeben, in dem es verwendet werden soll; einen radial nach außen vorgespannten Kragen (36 ), der in einer ringförmigen Ausnehmung um den Hauptkörper gehalten wird, wobei der expandierte Außendurchmesser des Kragens größer ist als der Innendurchmesser des Rohrstrangs, in dem er verwendet werden soll, wobei der Zementschwimmer mit dem in die Ausnehmung komprimierten Kragen bemessen ist, um durch den Rohrstrang zu gehen, wobei das Dichtelement eine Abdichtung zwischen dem Hauptkörper und dem Rohrstrang schafft und der Kragen in die Aussparung des Rohrstrangs einrastbar ist. - Zementschwimmer nach Anspruch 5, wobei die Fließbeschränkungseinheit ein Einwegventil ist, das in die Bohrung montiert ist.
- Zementschwimmer nach Anspruch 5, wobei die Fließbeschränkungseinheit ein Verlagerungsstopfen ist, der getrennt von dem Hauptkörper in das Bohrloch hinunter gepumpt werden und in der Bohrung eingerastet werden kann.
- Zementschwimmer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die ringförmige Ausnehmung einen geneigten oberen Abschnitt und einen geneigten unteren Abschnitt hat, und der Kragen an seinem oberen Ende verjüngt ist, um mit dem geneigten oberen Abschnitt der Ausnehmung zusammenzuwirken, und an seinem unteren Ende verjüngt ist, um mit dem geneigten unteren Abschnitt der Ausnehmung zusammenzuwirken, so dass sich der Kragen zwischen den Hauptkörper und den Rohrstrang, in dem der Zementschwimmer verwendet wird, klemmen kann.
- Zementschwimmer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Hauptkörper aus leicht bohrbaren Werkstoffen besteht.
- Zementschwimmer nach Anspruch 9, wobei zumindest ein Abschnitt des Kragens aus leicht bohrbaren Werkstoffen gebildet ist.
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