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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung, die bei Bohrungszementierungsoperationen nützlich sind.
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Beim herkömmlichen Bohren einer Bohrung wie
etwa einer Ölbohrung
werden üblicherweise
aufeinander folgend im Bohrloch eine Reihe Verrohrungen und/oder
Futter montiert. In der Standardpraxis besitzt jedes nachfolgende
Futter, das in dem Bohrloch angeordnet wird, einen Außendurchmesser, dessen
Größe im Vergleich
zu dem der Verrohrung oder des Futters, das zuvor montiert worden
ist, wesentlich reduziert ist. Üblicherweise
wird nach der Montage jeder Verrohrung oder jedes Futters Zementschlamm
in einer Menge, die ausreichend ist, den Raum zu füllen, nach
unten und zurück
in den Zwischen- oder Ringraum zwischen der Verrohrung oder dem
Futter und der Wand des Bohrlochs gepumpt. Beim Härten stabilisiert
der Zementschlamm die Verrohrung oder das Futter in dem Bohrloch,
verhindert einen Fluidaustausch zwischen oder unter den Formationsschichten,
durch die das Bohrloch geleitet wird, und verhindert, dass Gas in
dem Bohrloch aufsteigt.
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Die Verwendung einer Reihe von Futtern,
die aufeinander folgend reduzierte Durchmesser haben, ist aus langer
Erfahrung abgeleitet und darauf gerichtet, Probleme zum Zeitpunkt
der Einführung
der Verrohrung oder der Futtermontage im Bohrloch zu vermeiden.
Die Anzahl der Futter oder Verrohrungen, die erforderlich sind,
um einen gegebenen Zielort zu erreichen, ist prinzipiell durch die
Eigenschaften der durchdrungenen Formationen und durch die Drücke der
in den Formationen enthaltenen Fluide bestimmt. Wenn der Bohrer
eine ausgedehnte Reihe von Hochdruck/Niederdruck-Konfigurationen
feststellt, kann die Anzahl der Futter, die unter diesen Umständen erforderlich
sind, so sein, dass die Bohrung wegen der erforderlichen fortgesetzten
Reduzierung der Futterdurchmesser nicht nutzbringend abgeschlossen
werden kann. Ein wiederum weiteres Problem der Standardbohrfutterkonfiguration
ist, dass anfangs Abfall in großen
Volumina erzeugt wird und dass während der
Frühphasen
des Bohrens eine starke Logistik erforderlich ist.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 9800626 offenbart ein Verfahren zum Aufweiten einer Stahlverrohrung
in einem Bohrloch, das die Verwendung eines aufweitbaren Rohrstrangs,
der aus einer formbaren Stahlsorte hergestellt ist, und eines Aufweitungsdorns
mit einer kegelförmigen
Nichtmetalloberfläche
umfasst. Der aufweitbare Rohrstrang wird als Förderrohrstrang und/oder als
Schutzmantel für den
Schutz der Bohrungsverrohrung, jedoch nicht, um einen Teil der Verrohrung
zu ersetzen, verwendet.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 9325799 betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Bohrlochs in
einer unterirdischen Formation, das die Verwendung einer Verrohrung
aus einem schmiedbaren Material und einer radialen Last mit einer
kleineren elastischen radialen Verformung als die umgebende Formation
enthält.
Dieses Verfahren ist nicht für
die Zementierung der Aufweitungsverrohrung geeignet.
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Das US-Patent 3 699 190 schafft ein
Verfahren zur Fertigstellung einer Bohrung, das das Montieren einer
Futtermanschette in einem Bohrungsleiter enthält, wobei die Futtermanschette
in Form eines gewellten Futters vorgesehen ist und zu einem verankerten
und dichtenden Eingriff mit dem Bohrungsleiter aufgeweitet wird.
Der Zweck des Futters ist es, eine innere Dichtungsoberfläche für den Bohrungsleiter
zu schaffen, und nicht ein zusätzliches
gebohrtes Segment der Bohrung zu verrohren. Eine Zementierung des
Futters ist nicht vorgesehen und das zum Aufweiten des Futters verwendete
Härtungswerkzeug
ist für
eine solche Zementierung ungeeignet.
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Obgleich mehrere Zugänge zur
Lösung
dieser Probleme versucht worden sind, hat sich keiner als vollständig befriedigend
bewiesen. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Bohrungsverfutterungstechnik
und an einer Bohrungszementierungstechnik oder -prozedur sowie an
Mitteln, um sie auszuführen,
die den Grad der Durchmesserreduzierung, der erforderlich ist, wenn
eine Reihe von Bohrungsfuttern eingeführt werden müssen, beseitigen oder
wesentlich reduzieren. Die Erfindung erfüllt diesen Bedarf.
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Die Erfindung, wie sie in Anspruch
1 beschrieben ist, beruht auf der Lehre der WO 9325799 und umfasst:
Bereitstellen eines Futterrohrs in einem Bohrloch; Bereitstellen
eines Futters durch das Futterrohr, wobei das Futter einen Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser, der aus einem verformbaren Futtermaterial
gewählt
ist, und ein Restsegment mit einem Außendurchmesser, der etwa gleich
dem Innendurchmesser des ersten Futterrohrs ist, besitzt, wobei
das Futter an seinem Boden mit Dichtungsmitteln versehen ist; Bereitstellen
eines beweglichen Stempelelements, das den Futterabschnitt mit reduziertem
Durchmesser aufweiten kann; Erzeugen einer Aufwärtsbewegung des Stempelelements
und Bewirken, dass das Stempelelement den Futterabschnitt mit reduziertem
Durchmesser auf einen Durchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser
des Restsegments ist, aufweitet, und Entfernen des Stempelelements
aus dem aufgeweiteten Abschnitt, wobei das Verfahren ferner die
folgenden Schritte umfasst: Weiterbohren eines vergrößerten Bohrlochs unterhalb
des Futterrohrs; Positionieren des Futters in der Weise, dass sich
sein Restsegment in dem vergrößerten Bohrloch
befindet und dass sich der Abschnitt mit reduziertem Durchmesser
in dem unteren Abschnitt des Futterrohrs erstreckt, um dadurch eine Fluidzirkulation
ohne wesentliche Behinderung um das Futter zu ermöglichen;
Abdichten des Futters mit dem Stempelelement und den Dichtungsmitteln,
die am Ende des Futters am Boden des Restsegments vorgesehen sind;
Ausüben
eines Fluiddrucks auf das abgedichtete Futter, um die Aufwärtsbewegung
des Stempelelements zu erzeugen und um zu bewirken, dass das Stempelelement
den Futterabschnitt mit reduziertem Durchmesser auf einen Durchmesser
aufweitet, der etwa gleich dem Durchmesser des verbleibenden Segments
ist; Abdichten des Bodens der verbleibenden Segments gegenüber einem
Austreten von Fluid; und Transportieren eines Fluids in und Ausüben eines
ausreichenden Fluiddrucks auf die Bohrung des Restsegments unter
dem Stempelelement, um das Stempelelement längs des Futters nach oben zu
bewegen und um den Abschnitt mit reduziertem Durchmesser aufzuweiten,
um einen Außendurchmesser
des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser zu schaffen, der gleich
oder etwa gleich jenem des Restsegments ist.
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Ferner umfasst die Erfindung eine
Futter/Stempel-Baueinheit, die ein Futter mit einem Abschnitt mit
reduziertem Außen-
und Innendurchmesser, der aus einem verformbaren Futtermaterial
gebildet ist, und einem Restsegment mit vergrößertem Außen- und Innendurchmesser,
und ein Stempelelement, das in der Bohrung des Restsegments angeordnet
ist, umfasst, wobei das fluiddichte Stempelelement Mittel zum Transportieren
eines Fluids durch das Stempelelement umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass sie ferner Mittel, die ein Ende des Futters abdichten, und
Dichtungsmittel am Umfang des Stempelelements, die eine fluiddichte
Abdichtung zwischen der Bohrung des Futters und dem Stempelelement
schaffen können,
umfasst.
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In einer Ausführungsform wird ein Verfahren oder
Prozess geschaffen, das bzw. der beim Zementieren einer Bohrung,
insbesondere einer Kohlenwasserstoffbohrung, nutzbar ist, wobei
das Verfahren oder der Prozess gekennzeichnet ist durch die Verwendung
von Futtern mit erhöhtem
Außen-
und Innendurchmesser, d. h. durch eine Reduzierung des Grads der
erforderlichen Durchmesserreduzierung der Futter, wobei das Verfahren
oder der Prozess keine übermäßig große Anfangsleiterverrohrung
und kein übermäßig großes Oberflächenrohr
erfordert. Dementsprechend bezieht sich die Erfindung in dieser
Ausführungsform
auf ein Verfahren zum Zementieren eines Bohrlochs, in dem eine Verrohrung
oder ein erstes Futter in einem Bohrloch vorgesehen ist. (Die Begriffe "erster" und "zweiter" usw., wie sie hier in
Bezug auf die erwähnte
Verrohrung oder auf die erwähnten
Futter verwendet werden, sind relativ, wobei die anfangs "zweite" Verrohrung oder
das anfangs "zweite" Futter, nachdem
sie bzw. es zementiert worden ist, für die nächste Zementierungsoperation selbstverständlich zu
einem "ersten" Futter werden kann,
während
diese Operationen das Bohrloch hinab fortschreiten.)
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Daraufhin werden weitere Bohroperationen durchgeführt, um
ein vergrößertes Bohrloch
zu schaffen. Der Begriff "vergrößertes Bohrloch", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf ein Bohrloch mit einem Durchmesser, der größer als
der Innendurchmesser des vorausgehenden Futterrohrs ist (wobei sich
der Begriff Rohr, wie er hier verwendet wird, entweder auf eine
Verrohrung oder auf ein Futter bezieht) und vorzugsweise größer als
der Außendurchmesser
des vorangehenden Rohrs ist, so dass, wie im Folgenden umfassender
beschrieben wird, ein Bohrloch auf eine Weise geschaffen oder gebohrt wird,
wie es dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. In einer gewünschten
Tiefe oder wenn anders entschieden wird, das vergrößerte Bohrloch
zu füttern und
zu zementieren, wird daraufhin in der vergrößerten Bohrung durch das Rohr
ein zweites Futter vorgesehen, dessen größter Außendurchmesser (äußerer Durchmesser)
etwa gleich dem Innendurchmesser des vorausgehenden Rohrs, d. h.
nur geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser des vorausgehenden Rohrs, ist. Das zweite
Futter umfasst einen Abschnitt oder ein Segment mit einem (in Bezug
auf das verbleibende oder Restsegment des zweiten Futters) wesentlich
oder weiter reduzierten Außen-
und Innendurchmesser und ist wenigstens in dem Abschnitt aus einem
verformbaren Futtermaterial gewählt.
Gemäß der Erfindung
wird das zweite Futter in Bezug auf das vergrößerte Bohrloch in der Weise
positioniert, dass sich der Abschnitt mit reduziertem Außendurchmesser
in dem unteren Abschnitt der Verrohrung oder des ersten Futters
befindet oder positioniert ist, während das Restsegment in der
Weise unter dem unteren Abschnitt angeordnet oder positioniert wird,
dass das Fluid frei, d. h. ohne wesentliche oder erhebliche Behinderung,
in dem Ringraum, der durch das zweite Futter und das vergrößerte Bohrloch
und die Innenwand des Futterrohrs ausgebildet ist, zirkulieren kann.
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Wie im Folgenden umfassender beschrieben wird,
ist innerhalb der Bohrung des verbleibenden oder Restsegments des
zweiten Futters ein bewegliches, fluiddichtes Stempelelement mit
geeigneten Abmessungen angeordnet oder vorgesehen, das vorzugsweise
entfernt vom Boden des Restsegments und in der Nähe des Abschnitts mit reduziertem
Außen-
und Innendurchmesser in dem zweiten Futter positioniert wird und
nach der Anfangspositionierung oder -montage in dem vergrößerten Bohrloch in
Bezug auf das Bohrloch befestigt wird. Selbstverständlich gibt
der Begriff "fluiddicht", wie er hier verwendet
wird, in Bezug auf das Stempelelement an, dass das Stempelelement
geeignet bemessen und geformt ist und geeignete Dichtungsmittel
enthält, die,
wie im Folgenden beschrieben wird, selbst unter erheblichem Druck
einen wesentlichen Durchgang von Fluid durch seinen Umfang oder
seinen Kreisumfang, der mit der Innenwand oder -bohrung des Restsegments
des zweiten Futters aneinandergrenzt, verhindern. Das fluiddichte
Stempelelement, das die Dichtungsmittel enthält, ist ferner eine Komponente oder
ein Element der neuen Stempelaufweitungsbaueinheit der Erfindung,
die Mittel zum Transportieren eines Fluids in die Bohrung eines
Futters und Mittel zum Verbinden des Stempelelements mit einem Bohrstrang
enthält.
Wie im Folgenden umfassender beschrieben wird, sind die letzteren
Mittel wichtig beim Anfangspositionieren der neuen Futter-Stempel-Baueinheit
in dem vergrößerten Bohrloch
und beim Reagieren auf einen ausgeübten Fluiddruck. Selbstverständlich enthält der Begriff "Bohrstrang", wie er hier verwendet
wird, Werkzeugelemente oder Kragen usw., die normalerweise in Bohrlochoperationen
verwendet werden. In dem spezifischen Kontext der Erfindung umfasst
die Stempelaufweitungsbaueinheit Mittel zum Transportieren eines
Fluids in die Bohrung des Restsegments des zweiten Futters, damit
der Bohrung des Restsegments des zweiten Futters ein Fluid unter
wesentlichem Druck zugeführt werden
kann, und ferner Mittel zum Verbinden des Stempelelements mit einem
Bohrstrang.
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Gemäß dem Verfahren der Erfindung
wird daraufhin nach dem richtigen Positionieren der Futter-Stempel-Baueinheit
der Erfindung in dem Bohrloch Zementschlamm in einer Menge, die
ausreicht, den Bohrlochringraum zu zementieren, durch die Verrohrung
oder das erste Futter und das zweite Futter (über die Mittel zum Transportieren
eines Fluids) den Bohrstrang hinab und in den vergrößerten Bohrlochring
gepumpt. Nachdem der Zement am Ort ist, wird der Boden oder das
untere Ende des zweiten Futters mit Standardtechniken, die dem Fachmann auf
dem Gebiet bekannt sind, abgedichtet, um das Austreten von Fluid
aus dem Futter zu verhindern. Die Bezugnahme auf "Boden" oder "unteres Ende" des Futters, wie
sie hier verwendet wird, soll so verstanden werden, dass sie sich
auf eine Stelle im Bohrloch an oder in dem Futter anstatt auf einen
genauen Ort des Futterkörpers
bezieht. Die Dichtung des unteren Endes des Futters in Verbindung
mit der Dichtung, die durch das fluiddichte Stempelelement geschaffen
wird, schafft oder bildet unter der Annahme eines von dem Boden
des Futters entfernten oder fernen Orts des Stempelelements und
mit Ausnahme der Verbindung mit den oben erwähnten Mitteln zum Transportieren
eines Fluids ein abgedichtetes Fach oder eine Aussparung in der
Bohrung des Restsegments des zweiten Futters. Dadurch, dass durch
das Mittel zum Transportieren eines Fluids, das mit dem Fach oder
der Aussparung in Verbindung steht, ein Fluid, z. B. ein Bohrlochfluid
wie etwa ein Bohrfluid oder ein Abstandsfluid gepumpt wird, wird
daraufhin auf das Innere dieser abgedichteten Restsegmentaussparung
ein erheblicher Fluiddruck ausgeübt. Während das
Fluid unter Druck in die ansonsten abgedichtete Aussparung eingeführt wird,
neigt der zunehmende Druck darin dazu, das fluiddichte Stempelelement
die zweite Futterbohrung hinauf zu drücken. Gemäß der Erfindung wird die Position
der Stempelaufweitungseinheit, die das Stempelelement enthält, durch
Verdrängung
in dem Futter (und in dem Bohrloch) nach oben eingestellt oder ermöglicht, dass
sie sich einstellt, während
der Fluiddruck in der abgedichteten Aussparung erhöht wird.
Wie im Folgenden umfassender beschrieben wird, sind die Geschwindigkeit
der Einstellung oder Bewegung der Stempelaufweitungsbaueinheit nach
oben durch die Bewegung des Laufstrangs nach oben und die Ausübung des
Drucks auf die zweite Futterbohrungsaussparung korreliert, um so
eine Bewegung des Stempelelements durch den Abschnitt mit reduziertem Durchmesser
nach oben mit gleichzeitiger allmählicher Verformung und Aufweitung
des Abschnitts mit reduziertem Durchmesser zu erzeugen, wodurch
ein aufgeweiteter Abschnitt oder ein aufgeweitetes Segment mit einem
Außendurchmesser
geschaffen wird, der gleich oder etwa gleich dem, vorzugsweise etwas höher oder
größer als
der des Restsegments des zweiten Futters ist. Die Aufweitung des
Abschnitts schafft einen Außendurchmesser
für den
Abschnitt, der den Innendurchmesser der Verrohung oder des ersten
Futters besser annähert,
während
sie intern einen größeren Durchfluss
für die
Förderfluide schafft.
Die fortgesetzte Ausübung
des Fluiddrucks und die korrelierte Verdrängung oder Einstellung der Position
der Stempelaufweitungsbaueinheit nach oben befreien das Stempelelement
von dem zweiten Futter, wobei das zweite Futter daraufhin positioniert wird
oder ermöglicht
wird, dass es mit einem wesentlichen Anteil des neu ausgedehnten
Segments in der Verrohrung oder in dem ersten Futter verbleibt.
Daraufhin wird ermöglicht,
dass der Zementschlamm in dem Bohrlochringraum härtet.
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In nochmals weiteren Ausführungsformen bezieht
sich die Erfindung auf ein neues Futter, das außerdem Aufweitungsmittel enthalten
kann; auf eine Vorrichtung oder auf ein Werkzeug zur Aufweitung
des Futters mit einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser; und
auf eine neue Futter-Stempel-Baueinheit
oder -kombination, die in Zementierungsoperationen nutzbar ist.
Insbesondere umfasst das Futter der Erfindung ein Bohrlochfutter
mit einem Abschnitt mit reduziertem Außen- und Innendurchmesser,
der aus einem verformbaren Material gewählt ist, und mit einem Restabschnitt
mit erhöhtem Außen- und
Innendurchmesser. Die Aufweitungsvorrichtung oder der Aufweitungsmechanismus
der Erfindung umfasst einzigartige fluiddichte Stempelmittel, die
für die
Aufweitung eines Futterabschnitts mit reduziertem Innen- und Außendurchmesser
geeignet sind, und umfasst vorzugsweise Mittel zum Transportieren
eines Fluids, z. B. ein Rohr; ein Stempelelement, das dazu geeignet
ist, die Bohrung eines Futters am Umfang des Rohrs zumindest im
Wesentlichen gleichförmig
aufzuweiten; und Dichtungsmittel, die am Umfang des Stempelelements
positioniert sind und die dazu geeignet sind, zwischen der Bohrung
eines Futters und dem Stempelelement eine fluiddichte Abdichtung
zu schaffen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr an
seinem einen Ende mit Mitteln zum Verbinden des Rohrs mit einem
Bohrstrang oder zum Aufhängen
des Rohrs an einem Bohrstrang versehen, während es vorzugsweise ferner
an seinem gegenüberliegenden
Ende mit Mitteln zum Aufhängen
eines Werkzeugs, vorzugsweise von Komponenten, die in Zementierungsoperationen
verwendet werden, und insbesondere in einem Aspekt der Erfindung
mit Mitteln, die beim Abdichten des Endes des Futters, das fern
von dem gegenüberliegenden
Ende des Rohrs ist, helfen, versehen ist.
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Ferner bezieht sich die Erfindung
auf eine neue Futter-Stempel-Baueinheit.
In diesem Aspekt umfasst die Erfindung das neue Bohrlochfutter,
in dem die Stempelaufweitungsbaueinheit der Erfindung wie beschrieben
angeordnet ist, wobei die Baueinheit in dem Futter angeordnet ist,
wobei die Längsachse
der Mittel zum Transportieren des Fluids oder des Rohrs mit der
Achse des Futters und des fluiddichten Stempelelements, das im Restsegment des
Futters positioniert ist, zusammenfällt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
schematisch die Praxis des Standes der Technik des Ineinanderschiebens
von Futterabschnitten.
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2 zeigt
schematisch ein Futter und eine Futterbaueinheit gemäß der Erfindung.
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3 und 4 zeigen Schnittansichten
der Futteraufweitungswerkzeuge gemäß der Erfindung.
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5 bis 7 zeigen schematisch das
Futteraufweitungsverfahren oder den Futteraufweitungsprozess der
Erfindung.
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Für
ein umfassenderes Verständnis
der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Dementsprechend
ist in 1 ein Bohrstrang 1 gezeigt,
der in die Erdoberfläche 2 und
in ein Leiterrohr oder eine Verrohrung 3 verläuft. Das
Leiterrohr 3 ist in dem Abschnitt 4a des Bohrlochs 4 positioniert, während das
Rohr 5 in dem Abschnitt 4b mit reduziertem Durchmesser
desselben Bohrlochs positioniert ist. Das Bohrloch bildet mit den
Rohren 3 und 5 einen segmentierten Ringraum 6,
wobei die Breite der Ringraumsegmente die gleiche oder etwa die gleiche
ist. Es ist ein Abschnitt 9 mit weiter reduziertem Durchmesser
veranschaulicht. Wie gezeigt ist, schaffen Standardzementierungsoperationen
einen zementierten Ringraum, der das Bohrloch stabilisiert, wobei
aber der effektive Durchmesser des leitenden Durchgangs fortschreitend
und wesentlich reduziert ist, während
die Bohrung vertieft wird.
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2 zeigt
einen wichtigen Aspekt der Erfindung. Dementsprechend ist in 2 eine allgemein mit 10 bezeichnete
Futter-Stempel-Baueinheit gezeigt. Die Baueinheit enthält die Futterkomponente 11,
die, wie gezeigt ist, einen Futterkopfabschnitt 12 umfasst,
der einen Abschnitt mit reduziertem Außen- und Innendurchmesser enthält, der
mit einem Hauptkörperabschnitt
oder Restsegment 13 verbunden ist. In einem praktischen
Fall kann der Außendurchmesser
des Abschnitts mit reduziertem Außen- und Innendurchmesser gegenüber dem
des Restsegments in der Größenordnung
von 5 Zentimetern (zwei Zoll) oder ähnlich, mit einer entsprechenden
Verringerung des Innendurchmessers des Abschnitts mit reduziertem
Durchmesser, reduziert sein. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet
selbstverständlich
ist, enthält ein "Futter" oder eine "Verrohrung" Segmente oder Abschnitte,
die mit geeigneten Mitteln wie etwa durch ein Gewinde zusammengesetzt
und verbunden sind. In der vorliegenden Erfindung kann der Abschnitt
mit reduziertem Außen-
und Innendurchmesser 12 in einem Abschnitt des Futters
ausgebildet sein oder mehr als einen Abschnitt umfassen, wobei erkannt wird,
dass der Restabschnitt oder das Restsegment normalerweise viele
Abschnitte (9,1 m [30 Fuß])
bis zum Ende oder Bodenende davon umfasst. Der Kopfabschnitt 12,
der ein verformbares Material umfasst, ist vorzugsweise mit einem
geeigneten Gewinde der zwei Segmente mit dem Hauptsegment des Futters 13 verbunden.
Alternativ können
der Kopfabschnitt und ein Abschnitt des Rest- oder Hauptkörpersegments,
nicht gezeigt, eine einteilige Konstruktion sein. Für die Stabilität und Abdichtung
können
an dem Kopfabschnitt 12 eine oder mehrere elastische oder
komprimierbare Hülsen
(z. B. Gummi) 12a vorgesehen sein. Es ist eine bevorzugte
fluiddichte Stempelbaueinheit vorgesehen, die allgemein als 14 bezeichnet
ist und im Folgenden umfassender beschrieben wird. Die bevorzugte
Baueinheit 14 enthält geeignete
Anbringungsmittel oder Verbindungsmittel wie etwa eine Gewindeverbindung 15 zum
Verbinden mit einem Laufstrang oder einem anderen Werkzeug und kann
mit einem Gewinde oder mit anderen geeigneten Verbindungsmitteln
zum Verbinden mit anderen Werkzeugen, z. B. Zementierungsoperationskomponenten,
die allgemein mit 16 bezeichnet sind, wie etwa einer Wiper-Plug-Startvorrichtung,
versehen sein. Um das Eintreten von Fluid in das Futter während dessen
Einführung
in das vergrößerte Bohrloch
zu ermöglichen,
um das Futter gegenüber
dem Eintreten des Fluids aus dem Bohrloch nach dem Einführen abzudichten
und um das Austreten von Fluid aus der Bohrung des Segments 13 (wie
im Folgenden umfassender beschrieben wird) zu verhindern, ist das
Futtersegment 13 an dem Ende oder in der Nähe des Endes
des Futters, das den Aufhängungs-
oder Verbindungsmitteln gegenüberliegt,
mit geeigneten Teildichtungsmitteln 17 wie etwa mit einem
Differenzauffüllkragen
versehen. Wie für
den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich ist, kann ein Abschnitt
des Futters, der die Stempelbaueinheit enthält, geeignet als eine Einheit
in ein Bohrloch abgesenkt werden, damit nach Abschluss der Zementierungs-
und Verformungstechnik, die im Folgenden umfassender beschrieben
wird, eine geeignete zementierte Futterkombination von wirklichem
Vorteil erhalten wird.
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3 zeigt
die einfachste Form der Stempelelementbaueinheit. Darin ist ein
Stempelelement 20 von geeigneter Form und Zusammensetzung
wie etwa aus gehärtetem
Stahl gezeigt, das so beschaffen oder bemessen und geformt ist,
dass es einen Futterabschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweitet.
Andere geeignete Stempelausbildungsmaterialien sind wohl bekannt,
wobei das besondere verwendete Stempelelementmaterial eine Frage
der Wahl ist. Obgleich andere Verformungsformen des Stempelelements
vorgesehen sein können,
umfasst das Stempelelement 20 in der Figur vergrößerte Abschnitte
mit veränderlichem
Durchmesser, wobei es allgemein kegelstumpfförmig ist und in dem Segment des
Stempelelements, wo die Formung des Futterabschnitts beginnt, mit
einer geeigneten Abschrägung versehen
ist. In jeder Anwendung der Erfindung ist das Stempelelement so
geformt oder konstruiert, dass ein wenigstens wesentlich gleichförmig aufgeweitetes
oder verformtes Futtersegment mit kreisförmigem oder etwa kreisförmigem Umfang
geschaffen wird, wobei die Struktur so gewählt ist, dass ein Umfang des
verformten und aufgeweiteten Segments geschaffen wird, der gleich
oder etwa gleich (etwas größer oder
kleiner als) der Umfang des Restsegments des Futters ist. Wie der
Fachmann auf dem Gebiet erkennt, sind z. B. Stempelstrukturen bekannt,
die das Segment mit reduziertem Durchmesser verformen, um einen
aufgeweiteten Innenumfang zu schaffen, der etwas größer als
der des Stempels ist. Dieser Aspekt der Erfindung ist bevorzugt,
da die Möglichkeit
einer virtuellen Presspassung des aufgeweiteten Abschnitts in der
Verrohrung oder in dem oberen Futter besteht.
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Wie zuvor beschrieben wurde, umfasst
das Stempelelement 20 in dieser Figur ferner eine fluiddichte
Dichtung 21 wie etwa eine Polymer-Becherdichtung zum Abdichten
des Stempels in einem Futter und um einen ausreichenden Fluiddruck
zu ermöglichen,
um, wie im Folgenden beschrieben wird, eine Bewegung des Stempelelements
zu erzeugen. Das besondere Dichtungsmaterial kann von dem Fachmann
auf dem Gebiet ausgewählt
werden, wobei eine umfassende Vielfalt von Dichtungsmaterialien
geeignet ist. Beispielsweise können
ebenfalls Gummi oder Neopren verwendet werden. Das Stempelelement
ist in seiner Mitte mit einer Bohrung oder mit Mitteln 22 zum
Transportieren eines Fluids versehen, wobei die Bohrung an ihren
beiden Enden mit oder in Verbindungsmitteln abgeschlossen ist. Somit ist
bei 23 bzw. 24 ein Gewinde vorgesehen, um das Stempelelement
mit einem Laufstrang oder mit einem Werkzeug zu verbinden und Komponenten
aufzuhängen
und/oder bzw. zu positionieren.
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In 4 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der Stempelbaueinheit ausführlicher
gezeigt. Die gezeigte Stempelbaueinheit umfasst ein Rohr oder einen
allgemeinen rohrförmigen
Körper 25,
das bzw. der Gewindeverbindungsmittel oder -segmente 26 und 27 (Mutter-
und Bolzengewinde) zum Verbinden mit einem Laufstrang bzw. zum Aufhängen eines Werkzeugs
oder geeigneter Zementierungskomponenten in einem Futter besitzt.
An dem Rohr 25 ist ein Stempelelement 28 vorgesehen,
das vorzugsweise einteilig damit konstruiert ist und eine geeignete
Form und Zusammensetzung besitzt, wie sie in Bezug auf 3 beschrieben wurde, und
das auf ähnliche
Weise bemessen und geformt ist, so dass es einen Futterabschnitt
wie etwa den Futterabschnitt 12 aufweitet. Somit ermöglichen
die Verbindungsmittel unabhängig
von der verwendeten Form, z. B. wie sie außerdem in 3 gezeigt ist, das Positionieren oder die
Einstellung der Position des Stempelelements in einem Futter durch
Bewegung beispielsweise eines daran befestigten Bohrstrangs. Falls
sie nicht einteilig konstruiert sind, kann das Stempelelement 28 mit geeigneten
(nicht gezeigten) Anbringungsmitteln am Rohr 25 angebracht
sein. Obgleich andere Verformungsformen des Stempelelements vorgesehen sein
können,
umfasst das Stempelelement 28 auf ähnliche Weise wie in der Ausführungsform
aus 3 vergrößerte Abschnitte
mit veränderlichem Durchmesser,
wobei es allgemein kegelstumpfförmig und
in dem Segment des Stempelelements, wo die Formgebung des Futterabschnitts 12 beginnt,
mit einer geeigneten Abschrägung
versehen ist. Wie zuvor beschrieben wurde, umfasst das Stempelelement 28 ferner
eine fluiddichte Dichtung 29.
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Das Verfahren der Erfindung und der
Betrieb der Futterbaueinheit 10 und der Stempelbaueinheit 14 werden
umfassender verständlich
anhand der schematischen Darstellungen der 5 bis 7.
Die zuvor anhand der 1 bis 4 beschriebenen Elemente
sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dementsprechend
ist die Futterbaueinheit in 5 in
einem Bohrloch 30 wie etwa in einem Öl- oder Gasbohrloch vorgesehen
und wie gezeigt in Bezug auf die zementierte Verrohrung 31 positioniert. Das
Bohrloch 30 besitzt einen Durchmesser, der größer als
der Außendurchmesser
der Verrohrung 31 ist, wobei solche Bohrlöcher unter
Verwendung eines Bi-Center-Bohrmeißels, eines Under-Reamer-Bohrmeißels oder
eines ähnlichen
Werkzeugs erhalten werden können,
die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Der Außendurchmesser
des Futtersegments 13 ist vorzugsweise etwas kleiner als
der Innendurchmesser der Verrohrung 31, wobei er gerade ausreichend
kleiner ist, um das Absenken des Futtersegments 13 durch
die Verrohrung 31 zu ermöglichen. Die Futterbaueinheit
ist wie gezeigt in dem vergrößerten Bohrloch
positioniert, so dass die Fluide, z. B. Bohrschlamm oder Zementschlamm,
den Strang 1 hinab und über
das Rohr oder die Bohrung 25 in das Futtersegment 13 oder
in geeignete Werkzeuge oder eine geeignete Struktur darin, die im
Folgenden ausführlicher
beschrieben werden, außerhalb
des Futtersegments 13 und in den Bohrlochringraum 32 und durch
das Ringraumsegment 33, das durch die Außenwand
des Abschnitts 12 und durch den unteren Abschnitt der Verrohung 31 gebildet
wird, geleitet werden können.
Wie erwähnt
wurde, ist der Futterabschnitt 12 aus einem verformbaren
Futtermaterial wie etwa aus einem Metall, z. B. aus Stahl oder aus
einer anderen für
den Futterbetrieb geeigneten Legierung, ausgebildet. Der Begriff "verformbar", wie er hier verwendet
wird, wird in seinem üblichen
Sinn verstanden und gibt eine Fähigkeit
zur Verformung oder Aufweitung durch geeignetes Ausüben von
mechanischem Druck an. Die fluiddichte Stempelbaueinheit ist in
der Weise in dem Futter positioniert oder angeordnet, dass die Längsachse
des Rohrs und des Futters zusammenfallen. Das Rohr 25 kann
eine veränderliche
Länge besitzen
und von dem Futter 11 ausgehen oder nicht. Wie für den Fachmann
auf dem Gebiet offensichtlich ist, ist die Erfindung besonders zur
Verwendung von Futtern mit verringerter Wanddicke geeignet.
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Wie zuvor erwähnt wurde, ist das Futtersegment 13 an
dem Ende oder in der Nähe
des Endes des Restsegments des Futters, das von der Stempelbaueinheit
entfernt angeordnet ist, mit einer geeigneten Struktur 17 versehen,
die das Eintreten von Fluid aus dem Bohrloch wie etwa eines Verdrängungsfluids
während
des Einführens
des Futters ermöglicht, während sie
das Futter gegenüber
dem Eintreten von Zementschlamm nach dem Zementieren abdichtet. Normalerweise
wird am Boden oder in der Nähe
des Bodens des Futters ein Differenzauffüll-Kragen verwendet, die verhindert,
dass Bohrfluide in das Futter eintreten, wobei irgendein geeigneter
solcher Kragen oder eine ähnliche
Vorrichtung verwendet werden kann. Eine Vielzahl solcher Vorrichtungen
sind beschrieben in Well Cementing, herausgegeben von E. I. Nelson,
Schlumberger Educational Services (1990), wobei die Auswahl einer
besonderen Vorrichtung gut im Bereich des Fachmanns auf dem Gebiet liegt.
Wie im Folgenden umfassender beschrieben wird, können außerdem dem Fachmann auf dem
Gebiet bekannte geeignete Dichtungsmittel vorgesehen sein, die den
Austritt von Fluid aus dem Futter verhindern, um den Boden des Futters
abzudichten, nachdem der Zement in dem Bohrlochringraum angeordnet
worden ist. Vorzugsweise wird ein Wiper-Plug-System verwendet, das
bewirkt, dass an dem von der Baueinheit fernen Ende des Futters oder
am Boden des Futters eine fluiddichte Dichtung gebildet wird.
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In der in 5 gezeigten Position ist die Futterbaueinheit
besonders für
eine Zementierungsoperation geeignet, wobei keine Gehängeelemente
erforderlich sind, da die Futterbaueinheit durch den Strang 1 gehalten
sein kann. Insbesondere kann Zementschlamm nach den Standardzementierungsprozeduren über das
Rohr 25 in der Stempelbaueinheit, durch den Flussverteiler 16,
der der des oben erwähnten
Wiper-Plug-Startsystems sein kann, und durch die offenen Dichtungsmittel 17 aus
dem Boden des Futters durch den Strang 1 und durch das
Futter 11 in das Bohrloch gepumpt werden. Der Zementschlamm
verdrängt
das Bohrfluid und/oder ein geeignetes Abstandsfluid zwischen dem
Zementschlamm und dem Bohrfluid in dem Bohrlochringraum, wobei das
Bohrfluid und/oder das Abstandfluid ohne wesentliche Behinderung
aus dem Ringraum 32 in den Ringraum 33 in der
Verrohrung 31 geleitet wird. Hierbei wird der Vorteil des
reduzierten Querschnitts des Segments 12, der das Fließen von
Fluiden aus dem Bohrloch ermöglicht,
veranschaulicht. Ohne dieses Merkmal kann das Endziel eines breiteren
Querschnitts für
die Förderfluide
wegen der Forderung der Entfernung der Fluide aus dem Bohrlochringraum nicht
erreicht werden. Zum Füllen
des Ringraums 32 wird ausreichend Zementschlamm verwendet.
Nun gewährleistet
die Erfindung die Aufweitung des Abschnitts 12, um einen
Querschnitt mit größerem Durchmesser
zu gewährleisten,
der dem des Abschnitts 13 entspricht.
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Wie in 6 gezeigt
ist, sind die (schematisch gezeigten) Dichtungsmittel 17 am
Boden des Futterabschnitts 13 für den Ein- und Austritt von
Fluid abgedichtet. Im Normalfall wird ein Wiper-Plug, der fest ist,
in das Bohrloch geschickt, um den Boden des Futters mit einem Differenzauffüllkragen
gegenüber dem
Eintritt von Fluid abzudichten, nachdem ausreichend Zementschlamm
in den Ringraum 32 geschickt worden ist. Daraufhin wird
auf die Bohrung des Futtersegments 13 ein Fluiddruck ausgeübt, indem
ein Fluid durch das Rohr 25 in die Bohrung des Futters 13 gepumpt
wird. Es kann irgendein geeignetes Bohrlochfluid oder irgendeine
geeignete Bohrlochflüssigkeit,
z. B. ein Verdrängungsfluid,
ein Fertigstellungsfluid, Wasser oder Meerwasser, verwendet werden.
Um eine Bewegung des Stempelelements 28 nach oben zu schaffen,
falls das Element zur Bewegung befreit ist, wird das Fluid mit ausreichendem
Druck, z. B. 3000 Psi, durch das Rohr 25 gepumpt. Zu diesem
Zweck wird die Position der Stempelbaueinheit (die das Stempelelement 28 enthält) durch
allmähliches
Bewegen des Laufstrangs 1 nach oben eingestellt oder ermöglicht,
dass sie sich nach oben einstellt. Die Einstellung der Drillstranglänge erfolgt
mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend ist, um das Stempelelement
nach oben zu bewegen oder zu ermöglichen,
dass es sich, verursacht durch den Druck auf den Stempel, mit einer gesteuerten
Geschwindigkeit in Reaktion auf diese fortgesetzte ausreichende
Ausübung
von Fluiddruck nach oben bewegt, wobei die fortgesetzte Ausübung von
ausreichendem Druck durch die Änderung
des Drillstranggewichts angegeben wird. Während fortgesetzter ausreichender
Fluiddruck das Stempelelement 28 nach oben bewegt, bewirkt
seine Bewegung, dass das Stempelelement 28 den verformbaren
Futterabschnitt 12 in der Weise aufweitet und formt, dass
der Abschnittsdurchmesser und der radiale Querschnitt des Abschnitts
gleich oder etwa gleich dem Durchmesser und dem radialen Querschnitt
des unteren Abschnitts 13 werden. Weiteres Ausüben des
Fluiddrucks in der Bohrung des Futters 11 mit fortgesetzter
Einstellung der Position des Stempelelements 28 befreit
den Stempel 28 wie in 7 gezeigt
von dem Futter 11. Das Ergebnis der Verformungsoperation
ist die Schaffung eines oberen Segments 12 des Futters 11,
dessen Größe jetzt
der des unteren Segments 13 entspricht. Daraufhin wird
ermöglicht,
dass der Zement härtet,
was ein stabilisiertes Bohrloch mit erhöhter Flussfähigkeit gegenüber der
herkömmlichen
Futtersequenztechnik erzeugt.
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Obgleich die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden dem Fachmann auf dem Gebiet beim Lesen
und Verständnis
dieser Offenbarung selbstverständlich
verschiedene Änderungen
und Ausführungsformen
nahegelegt. Dementsprechend sollen alle diese Änderungen und Ausführungsformen
in der Erfindung enthalten sein, wobei der Umfang der Erfindung
lediglich durch die beigefügten
Ansprüche
beschränkt
ist.