Vorrichtung zum Bohren einer Neben- oder Ablenkbohrung eines insbesondere verrohrten Bohrlochs

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren einer Neben- oder Ablenkbohrung eines insbesondere verrohrten Bohrlochs in unterirdischen Gesteins- oder Erdformationen mit einer mittels eines Packers 1 im Bohrloch festlegbaren Ablenkkeileinheit 2 sowie mit einem an einem Bohrstrang 10 befestigbaren Startschneidwerkzeug 6 zum Anschneiden eines Bohrlochfensters, welchem eine zur Einleitung eines Ablenkvorgangs mit der Ablenkkeileinheit 2 in Wirkverbindung stehende Ablenkführung 9 zugeordnet ist. Um insbesondere mit vermindertem Arbeits- und damit Zeitaufwand ein Bohrlochfenster erstellen zu können, ist die Ablenkführung 9 dem Startschneidwerkzeug 6 in Bohrfortschrittsrichtung nachgeordnet (Fig. 2).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren einer Neben- oder Ablenkbohrung eines inbesondere verrohrten Bohrlochs in unterirdischen Gesteins- oder Erdformationen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Beim Erstellen einer Bohrlochablenkung konventioneller Art aus z. B. der Rohrwandung eines verrohrten Bohrloches wird in dem Bohrloch zunächst ein Packer gesetzt, eine eine Keilfläche aufweisende Ablenkkeileinheit in bestimmte Richtung orientiert und über eine Ankervorrichtung an dem Packer festgelegt. Die Ablenkkeileinheit wird dabei herkömmlicherweise über eine Scherbolzenverbindung an einem Startschneidwerkzeug befestigt und mit dem das Startschneidwerkzeug aufweisenden Bohrstrang in das Bohrloch eingebracht. Das herkömmlicherweise eingesetzte Startwerkzeug hat einen vorderen, zur Ablenkkeileinheit hin orientierten Kegel, der eine mit dem Ablenkkeilstück am oberen Ende der Ablenkkeileinheit zusammenwirkende Ablenkführung bildet. Nach Abscheren der Bolzenverbindung ist mit dem Startwerkzeug während der ablenkenden Abwärtsbewegung des Kegels in den Rohrwandungsbereich ein Fenster anzufräsen. Ist der Kegel jedoch an dem Ablenkkeilstück entlanggelaufen, befindet sich das Startwerkzeug noch mit seiner Stirnfläche direkt oberhalb der Ablenkkeileinheit und damit in seiner Schneidendstellung. Der Kegel des Startwerkzeuges verklemmt sich zwischen Ablenkkeilstück und Rohrwand. Mithin ist für die weiteren notwendigen Schneidarbeiten zur Erstellung der Ablenkarbeiten wie Auffräsen, Erweitern und Aufräumen des Fensters der eingesetzte Bohrstrang mehrfach zu ziehen, mit neuen Schneidwerkzeugen zu versehen und wieder abzulassen. Der damit einhergehende Arbeits- und Montageaufwand ist erheblich.

[0003] Es ist Aufhabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der mit vermindertem Arbeits- und Montageaufwand eine Ablenkbohrung zu erstellen ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 11 verwiesen.

[0004] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der den Fensterausschneidvorgang unmittelbar bewirkenden, hinter dem Schneidwerkzeug gelegenen Ablenkführung, ist das Startschneidwerkzeug nach Einleitung des Ablenkvorganges in einem Bereich des Bohrlochs gelegen, wo es mit seinen stirnseitigen bzw. vorderen Schneidflächen nicht mehr an der Stirnkante der Ablenkkeileinheit zur Anlage kommt. Darüber hinaus kann ein nicht schneidfähiges Führungselement wie zum Beispiel ein Konusteil den Fortschritt des Werkzeuges nicht behindern. Das Startschneidwerkzeug befindet sich nach dem Startschneid- bzw. fräsvorgang mit seiner Stirnfläche im Futterrohr und ist voll schneidfähig, ohne daß eine Zerstörung der Ablenkkeileinheit zu befürchten wäre. Ein Ziehen des Stranges und Auswechseln des Startschneidwerkzeuges bei Erreichen eines der Länge der Ablenkführung entsprechenden Bohrfortschritts ist daher nicht erforderlich. Die damit einhergehende Zeitersparnis ist erheblich. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist damit die Voraussetzung geschaffen, dem vorauseilenden Schneidwerkzeug weitere Fräswerkzeuge nachzuordnen, um mit einer Bohrgarnitur das Fenster auszuschneiden, zu erweitern, Räumarbeiten durchzuführen und insgesamt die Ablenkbohrung so weit herzustellen, bis mit einer üblichen Bohrgarnitur weitergearbeitet werden kann.

[0005] Bevorzugtermaßen umfaßt die Ablenkkeileinheit eine das Startschneidwerkzeug bzw. das vorauseilende Werkzeug in der Startposition hintergreifende, mit der Ablenkführung zusammenwirkende Ablenkrampe, wobei z. B. die Ablenkführung des Startschneidwerkzeuges durch einen diesem nachgeordneten, konisch zulaufenden Werkzeughalterbereich gebildet ist. Hieran können sich dann weitere Schneidwerkzeuge direkt anschließen, z. B. ein Fräswerkzeug mit gegenüber dem Schneidwerkzeug größeren Schneiddurchmesser, mit dem das angeschnittene Bohrlochfenster im Futterrohrbereich zu erweitern ist. Einem solchen Fräswerkzeug kann sich ein weiteres Räumschneidwerkzeug mit gegenüber dem ersten nachgeordneten Werkzeug vergrößertem Schneiddurchmesser anschließen. Gleichfalls besteht die Möglichkeit, diesem noch weitere Räumschneidwerkzeuge nachzuordnen, falls die Räumkapazität im jeweiligen Einzelfalle nicht ausreichen sollte.

[0006] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht ist. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1

eine abgebrochene schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung mit Packer, Ablenkkeileinheit sowie dem Startschneidwerkzeug;

Fig. 2

eine abgebrochene Darstellung des in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung mit Startschneidwerkzeug sowie mit weiteren, diesem nachgeordneten Schneidwerkzeugen, und

Fig. 3A, 3B, 3C

schematische Darstellungen beim Betrieb des veranschaulichten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.

[0007] Die in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichte Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt einen Packer 1 sowie eine Ablenkkeileinheit 2 mit Ablenkkeilfläche 3. Wie insbesondere auch näher in Fig. 1 veranschaulicht ist, sind Packer 1 und Ablenkkeileinheit 2 als Komplettbaueinheit ausgebildet und mithin gemeinsam in einem Bohrloch festzulegen. Die Ablenkkeileinheit 2 bzw. die Ablenkkeilfläche 3 soll in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel einen Aus- bzw. Ablenkwinkel von etwa 2° bis 3° haben. Die Ablenkkeilfläche 3 besteht aus einem vergüteten Hochleistungsstahl, so daß ein Fräswerkzeug an dieser entlang geführt werden kann unter gleichzeitigem Ausschneiden eines Futterrohrfensters, ohne Keilflächenzerstörungen befürchten zu müssen. Die Ablenkkeileinheit 2 ist direkt mit dem Packer 1 verbunden und hat einen hydraulischen Durchgang 4, um den Packer 1 mitsamt der Ablenkkeileinheit 2 in dem Bohrloch zu setzen. Im übrigen umfaßt die Ablenkkeileinheit 2 noch eine in der Darstellung nach Fig. 1 nicht sichtbare rückseitige Hydraulikleitung, an deren oberem Ende sich ein Schlauch 5 mit einer im einzelnen nicht sichtbaren Schnellkupplung anschließt. Der Schlauch 5 ist mit dem mit 6 bezifferten Startschneidwerkzeug zu verbinden und schafft somit eine direkte Verbindung zur Spülungsversorgung, schließt gleichzeitig jedoch auch die in der Zeichnung nicht sichtbaren Spülungsöffnungen des Startschneidwerkzeugs 6.

[0008] Im Bereich 8 zwischen den Schneidwerkzeugen 6 und 7 befindet sich die durch Überlast lösbare Aufhängung der Ablenkkeileinheit 12 (Fig. 2). Im Werkzeughalterbereich unter dem nachgeordneten Frässchneidwerkzeug 7 ist die Ablenkführung 9 des vorauseilenden Schneidwerkzeuges 6 in Gestalt eines konisch nach unten zulaufenden Werkzeughalterbereiches angebracht, die mithin in Bohrfortschrittsrichtung ebenfalls dem Schneidwerkzeug 6 nachgeordnet ist.

[0009] Die Ablenkkeileinheit 2 umfaßt ihrerseits an ihrem oberen, den Schwerstangen des allgemein mit 10 bezifferten Bohrstranges zugewandtem Ende eine das Startschneidwerkzeug 6 hintergreifende Ablenkrampe 11. Im einzelnen nicht sichtbar ist im Bereich der Ablenkrampe 11 des Startschneidwerkzeugs 6 über eine Scherbolzenverbindung zum Setzen und Positionieren der Vorrichtung an der Ablenkkeileinheit 2 und damit auch am Packer 1 festgelegt.

[0010] Die Ablenkrampe 11 weist ihrerseits eine Ablenkkeilfläche 13 auf, an der zu Beginn eines Ablenk- bzw. Fensterschneidvorganges der untere Bereich der Ablenkführung 9 anliegt. In der Anschneid- bzw. Ablenkstartposition überragt entsprechend dar Darstellung nach Fig. 2 die Ablenkführung 9 die Keilfläche 13 der Ablenkrampe 11, so daß das Startschneidwerkzeug 6 über die Ablenkführung 9 und die Ablenkkeilfläche 13 der Ablenkrampe 11 weg von der Bohrlochlängsachse abgelenkt werden kann, ohne zunächst mit der Ablenkkeilfläche 3 der Ablenkkeileinheit 2 in Berührung zu kommen.

[0011] Das dem Startschneidtwerkzeug 6 in Bohrfortschrittsrichtung unmittelbar nachgeordnete Frässchneidwerkzeug 7 hat einen äußeren Schneiddurchmesser, der zwar größer ausgebildet ist als der äußere Durchmesser des Startschneidwerkzeuges 6, jedoch noch nicht dem Durchmesser der zu erstellenden Ablenkbohrung entspricht. Mit dem Frässchneidwerkzeug 7 soll ein angeschnittenes Fenster erweitert werden. Oberhalb des Fräsers 14 des ersten nachgeordneten Schneidwerkzeuges 7 ist dieses über eine Einschnürung 15 dergestalt flexibel und damit selbst in gewissem Maße auslenkbar ausgebildet, so daß beim Ablenken auftretende Materialbelastungen infolge Biegemomente gering gehalten werden können. An das Werkzeug 7 schließt sich ein weiteres Werkzeug 7.2 an, das gleichfalls mit einem Fräser 16 ausgerüstet ist. Das Werkzeug 7.2 umfaßt gleichfalls eine Einschnürung 17 und ist damit ebenfalls zwecks Verringerung der auftretenden Materialbelastungen flexibel ausgebildet. Der Fräser 16 des Werkzeuges 7.2 hat einen Schneidaußendurchmesser, der im wesentlichen dem Durchmesser der zu erstellenden fertigen Ablenkbohrung entspricht und bildet somit ein Räumschneidwerkzeug. Zwischen dem Räumschneidwerkzeug 7.2 und dem Strang 10 können sich weitere Schneidwerkzeuge bzw. Fräser anschließen, falls im jeweiligen Einzelfall die vorhandene Räumkapazität nicht ausreichen sollte.

[0012] Wie in der Fig. 3 mit den Darstellungen A, B und C näher veranschaulicht ist, ist die Packer-Ablenkkeil-Kompletteinheit mitsamt den Werkzeugen 6, 7, 7.2 am Bohrturm zu montieren, wobei Ablenkkeileinheit 2 und Fräser 6, 7, 7.2 auszurichten sind. Packer 1, Ablenkkeileinheit 2 sowie Fräswerkzeuge 6, 7, 7.2 werden dann in das Bohrloch abgelassen. Ist die angestrebte Teufe erreicht, ist die Ablenkkeileinheit 2 mittels besonderer Werkzeuge auszurichten und der Packer 1 über die hydraulischen Durchgänge 4 der Ablenkkeileinheit 2 durch Überdruck zu setzen. Alsdann sind die Verbindungsbolzen zwischen Startschneidwerkzeug 6 und Ablenkeinheit 2 abzuscheren, wonach die Vorrichtung bereit ist für den durchzuführenden Ablenk- bzw. Fensterschneidvorgang. Dazu wird die Schneidwerkzeugeinheit in Betrieb genommen, wobei zunächst das Startschneidwerkzeug 6 bei Abwärtsbewegung der Ablenkführung 9 entlang der Ablenkkeilfläche 13 der Ablenkrampe 11 ein Fenster in der Bohrlochwand anschneidet, bevor es im Rahmen einer weiteren Abwärtsbewegung mit der Ablenkkeilfläche 3 der Ablenkkeileinheit 2 in Berührung kommt (Fig. 3A). Dadurch ist sichergestellt, daß über das Startschneidwerkzeug 6 die Ablenkkeileinheit 2 in ihrem oberen Bereich nicht beschädigt wird, sondern das Startschneidwerkzeug 6 für den Fensteranschneidvorgang genutzt werden kann. Nachdem die Ablenkführung 9 vollständig über die Ablenkrampe 11 bewegt ist, fräst das nachgeordnete Schneidwerkzeug 7 zunächst die Ablenkrampe 11 bereichsweise weg, erweitert dabei aber auch schon das vom Startschneidwerkzeug 6 angeschnittene Fenster in der Bohrlochwandung (Fig. 3B). Dabei übernimmt die Führung von dem nun an der Ablenkkeilfläche 3 der Ablenkkeileinheit 2 anliegende Schneidwerkzeugs 6, das an der aus vergütetem Hochleistungsstahl bestehende Ablenkkeilfläche 3 sicher entlanggleiten kann, ohne Schäden zu verursachen. Um im übrigen Metallspäne aus der Schneidwerkzeugspülung aufzufangen, kann es je nach Bedarf zweckmäßig sein, magnetische Stangen einzusetzen. Je nach Drehmoment ist die Drehzahl und auch die Last umzustellen. Nach weiterem Bohrfortschritt hat das Startschneidwerkzeug 6 die Futterrohrwandung direkt unter seinem Zentrum, was sich durch ein vermindertes Drehmoment bei ebenfalls abfallendem Bohrfortschritt bemerkbar macht. Die Last wird daher zweckmäßigerweise zunächst weiter erhöht, um das Startschneidwerkzeug 6 aus dieser Lage herauszubringen. Nachdem das Startschneidwerkzeug 6 die Bohrlochwandung dann vollständig durchdrungen hat (Fig. 3C), ist mit dem Fräser 16 bzw. dem weiteren nachgeordneten Schneidwerkzeug 7.2 der Fensterbereich zu erweitern und zu räumen, wobei das Startschneidwerkzeug 6 weiter in die Formation bohrt, bis sichergestellt ist, daß das Fräswerkzeug 7.2 den Bohrwandungsbereich vollständig durchfahren hat. Bevor mit einer Standardbohrgarnitur durch das Fenster gefahren wird, ist es zweckmäßig, den Fensterbereich der Bohrlochwandung zu erweitern bzw. eventuell noch vorstehende Teile zuerst zu entfernen, was gleichfalls mit der Vorrichtung nach der Erfindung und den Schneidwerkzeugen 6, 7 und 7.2 vollzogen werden kann. Nachdem die Fräs- bzw. Schneidarbeiten im Fenster der Bohrlochwandung abgeschlossen sind, kann der Bohrstrang gegen eine Standardbohrgarnitur ausgetauscht werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Bohren einer Neben- oder Ablenkbohrung eines insbesondere verrohrten Bohrlochs in unterirdischen Gesteins- oder Erdformationen mit einer mittels eines Packers (1) im Bohrloch festlegbaren Ablenkkeileinheit (2) sowie mit einem an einem Bohrstrang (10) befestigbaren Startschneidwerkzeug (6) zum Ausschneiden eines Bohrlochfensters, welchem eine zur Einleitung eines Ablenkbohrvorganges mit der Ablenkkeileinheit (2) in Wirkverbindung stehende Ablenkführung (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkführung (9) dem Startschneidwerkzeug (6) in Bohrfortschrittsrichtung nachgeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2) eine das Startschneidwerkzeug (6) hintergreifende, mit der Ablenkführung (9) zusammenwirkende Ablenkrampe (11) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkführung (9) des Startschneidwerkzeuges (6) durch einen diesem nachgeordneten, konisch zulaufenden Werkzeugschaftbereich gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Startschneidwerkzeug (6) ein erstes, das angeschnittene Bohrlochfenster erweiterndes Schneidwerkzeug (14) und diesem ein oder mehrere Räumschneidwerkzeuge (16) nachgeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Startschneidwerkzeug (6) nachgeordnete Schneidwerkzeuge (14, 16) bereichsweise flexibel ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dein Startschneidwerkzeug (6) nachgeordnete Schneidwerkzeuge (14, 16) Auslenkungen zulassende Einschnürungen (15, 17) umfassen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Packer (1) und die Ablenkkeileinheit (2) als eine gemeinsame, im Bohrloch festlegbare Komplettbaueinheit ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2) zumindest bereichsweise aus einem vergüteten Hochleistungsstahl besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Startschneidwerkzeug (6) hintergreifende Ablenkrampe (11) zumindest teilweise von einem dem Startschneidwerkzeug (6) nachgeordneten Schneidwerkzeug (14) wegfräsbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2), der Packer (1) und das Startschneidwerkzeug (6) zum Orientieren und Setzen der Vorrichtung in einem Bohrloch über ein an der Ablenkführung (9) des Startschneidwerkzeuges (6) angreifende Bolzenverbindung aneinander festlegbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkkeileinheit (2) einen hydraulischen Durchgang (4) für einen Packer (1) sowie einen mit dem Startschneidwerkzeug (6) mittels Schnellkupplungen verbindbaren Hydraulikanschluß umfaßt.

Zeichnung