DE60117372T2

DE60117372T2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer lateralbohrung

Info

Publication number: DE60117372T2
Application number: DE60117372T
Authority: DE
Inventors: Michael David League City HAUGEN; Thomas Frederick Spring TILTON
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2021-05-05
Also published as: CA2406663A1; DE60132936T2; NO20110424L; EP1278932A1; NO20024946L; AU5493101A; AU779222B2; WO2001086111A1; US20050161222A1; CA2406663C; EP1278932B1; DE60117372D1; NO330417B1; US20040159466A1; US7267175B2; NO20024946D0; NO338166B1; US20010040054A1; DE60132936D1; US6708769B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines seitlichen Bohrlochs in einer Bohrung, im einzelnen betrifft die Erfindung die Herstellung von seitlichen Bohrlöchern mit einer größeren Effizienz und mit weniger Einfahrten in das Bohrloch.
Das Herstellen von seitlichen Bohrlöchern von einem zentralen Bohrloch ist auf dem Gebiet gut bekannt. Seitliche Bohrlöcher werden typischerweise hergestellt, um auf eine erdölführende Formation angrenzend an das vorhandene Bohrloch zuzugreifen, um eine perforierte Förderzone auf einem gewünschten Niveau bereitzustellen, um eine Zementverbindung zwischen einem Futterrohr mit kleinem Durchmesser und der angrenzenden Formation bereitzustellen oder um eine lose Länge Oberflächenrohr zu entfernen. Seitliche Bohrlöcher sind vorteilhaft, weil sie es ermöglichen, ohne das Bohren eines gesonderten Bohrlochs von der Oberfläche aus auf einen angrenzenden Bereich der Formation zuzugreifen. In Abhängigkeit von den Notwendigkeiten und Zielen des Bedieners kann eine beliebige Zahl von seitlichen Bohrlöchern in einem Bohrloch hergestellt werden, und die seitlichen Bohrlöcher können wie das Hauptbohrloch der Bohrung, von der aus sie hergestellt werden, mit Verrohrung ausgekleidet werden.
Das am besten bekannte Verfahren zum Herstellen eines seitlichen Bohrlochs verwendet einen Verläufer oder einen Ablenkkeil, der in das Hauptbohrloch eingesetzt und darin fixiert wird. Der Ablenkkeil schließt einen konkaven, abgeschrägten Abschnitt ein, der eine Oberfläche bildet, um eine Schneidvorrichtung allmählich von dem Hauptbohrloch der Bohrung zu derjenigen Wand des Bohrlochs zu leiten, wo das seitliche Bohrloch hergestellt wird. Die Schneidvorrichtung ist am Ende eines Strangs von sich drehendem Rohr befestigt. Danach wird in dem Bohrlochfutterrohr eine Öffnung oder ein „Fenster" hergestellt, wenn die Schneidvorrichtung durch den Ablenkkeil durch die Wand geführt wird. Das Herstellen eines seitlichen Bohrlochs mit einer Ablenkkeilbaugruppe geht typischerweise wie folgt vor sich: Eine Ablenkkeilbaugruppe, die einen Ankerabschnitt unterhalb derselben einschließt, wird in die Bohrung in den Bereich unterhalb des Punktes abgesenkt, wo das Fenster hergestellt werden soll. Danach wird die Baugruppe in der Bohrung fixiert, wobei der Anker sicher innerhalb des Bohrlochfutterrohrs gehalten wird. Ein Bohrstrang mit einem am Ende desselben angeordneten Schneidwerkzeug wird danach in die Bohrung abgesenkt, und der Bohrstrang und die Schneidvorrichtung werden gedreht, um das Fenster in dem Bohrloch herzustellen. In einigen Fällen können der Bohrstrang und die Schneidvorrichtung dadurch zur gleichen Zeit in der Bohrung angebracht werden wie die Ablenkkeilbaugruppe, daß die zwei mit einer abscherbaren mechanischen Verbindung zwischen dem Ablenkkeil und der Schneidvorrichtung befestigt werden. Danach werden die Schneidvorrichtung und der Bohrstrang aus der Bohrung entfernt, und die Schneidvorrichtung wird durch einen Bohrmeißel ersetzt. Der Bohrmeißel und der Bohrstrang werden danach noch einmal in das Bohrloch abgesenkt, und das seitliche Bohrloch wird unter Verwendung des herkömmlichen Bohrmeißels gebohrt. Nachdem das seitliche Bohrloch hergestellt ist, wird es typischerweise mit seinem eigenen Futterrohr ausgekleidet, das anschließend an seinen Platz zementiert wird.
Wie das Vorstehende zeigt, erfordert das Herstellen eines seitlichen Bohrlochs mehrere gesonderte Ausrüstungsteile und, was wichtiger ist, erfordert mehrere Einfahrten in die Bohrung, um die zum Herstellen des Fensters oder des seitlichen Bohrlochs verwendete Untertagevorrichtung entweder einzubauen oder zu entfernen.
Es ist gegenwärtig eine Zahl von Vorrichtungen verfügbar, die dafür ausgelegt sind, das Ausführen von Operationen in einem Bohrloch zu vereinfachen oder dabei Zeit zu sparen. Zum Beispiel ist ein Fräser/Bohrer ein besonderer Meißel, der spezifisch dafür ausgelegt ist, sowohl durch ein Futterrohr zu fräsen als auch in eine Formation zu bohren. Die Verwendung eines Fräsers/Bohrers kann die Verwendung eines Fräsers und eines gesonderten Bohrmeißels bei einer seitlichen Bohrlochoperation erübrigen und daher die Notwendigkeit beseitigen, den Fräser nach dem Herstellen des Fensters aus dem Bohrloch zu ziehen, um den Bohrmeißel zum Herstellen des seitlichen Bohrlochs anzubauen. Typischerweise schließt der Fräser/Bohrer Materialien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften ein, entweder dafür ausgelegt, das Metallmaterial des Bohrlochfutterrohrs zu schneiden, um ein Fenster herzustellen, oder dafür ausgelegt, Gestein in Formationsmaterial zu schneiden, wenn das seitliche Bohrloch hergestellt wird. Bei einem Beispiel sind in dem Bohrmeißel Einsätze eingebaut, wobei ein Satz von Einsätzen eine verschleißfeste Schneidstruktur, wie beispielsweise Wolframkarbid, einschließt, um das Bohrlochfutterrohr zu berühren und das Fenster darin herzustellen, und ein zweiter Satz von Einsätzen aus einem härteren Material hergestellt ist, besser geeignet zum Bohren durch eine unterirdische Formation, insbesondere eine Gesteinsformation. Die erste Schneidstruktur ist im Verhältnis zur zweiten Schneidstruktur nach außen angeordnet, so daß die erste Schneidstruktur durch das Metallfutterrohr fräsen wird, während sie die zweite Schneidstruktur gegen eine Berührung mit dem Futterrohr abschirmt. Die erste Schneidstruktur kann sich während des Fräsens durch das Futterrohr und auf die anfängliche Berührung mit der Gesteinsformation verschleißen, wodurch die zweite Schneidstruktur freigelegt wird, damit sie die Gesteinsformation berührt. Kombinierte Fräs- und Bohrmeißel wie beispielsweise der vorstehende werden in den US-Patenten Nr. 5 979 571 und 5 887 668 beschrieben.
Eine andere aktuelle zeitsparende Verbesserung für Untertage-Erdölbohrungsoperationen schließt das Bohren eines Bohrlochs unter Verwendung des Rohrabschnitts oder Liners ein, der anschließend das Futterrohr des Bohrlochs bilden wird. Dieses Verfahren des „Bohrens mit Liner" vermeidet den anschließenden Vorgang des Einsetzens eines Liners in ein zuvor gebohrtes Bohrloch. In seiner einfachsten Form ist ein Bohrmeißel am Ende eines Rohrabschnitts angeordnet, der einen ausreichenden Durchmesser hat, um die Wand des Bohrlochs auszukleiden, das durch den Bohrer am Ende desselben gebohrt wird. Sobald das Bohrloch hergestellt worden ist und der Liner bereit ist, um in das Bohrloch zementiert zu werden, wird der Bohrmeißel am Ende desselben entweder entfernt oder einfach durch das Bohren eines anschließenden Bohrlochs mit kleinerem Durchmesser zerstört.
Das Bohren mit Liner kann typischerweise auf zwei Weisen ausgeführt werden: Bei dem ersten Verfahren dreht sich der Linerstrang selbst mit dem an dem Ende desselben befestigten Bohrmeißel. Bei einem zweiten Verfahren ist der Linerstrang drehfest, und der Bohrmeißel, der am Ende des Linerstrangs angeordnet und unabhängig von demselben drehbar ist, wird durch einen Untertagemotor oder durch eine weitere, innerhalb des Liners angeordnete, Schwerstange mit kleinerem Durchmesser gedreht, die sich nach hinten erstreckt und von der Oberfläche aus gedreht wird. Bei einem Beispiel eines drehfesten Liners schließt der Meißel in Radialrichtung ausfahrbare und einziehbare Arme ein, die während des Bohrens bis zu einem Durchmesser, größer als der Rohrabschnitt, nach außen ausgefahren werden, die aber durch den Innendurchmesser des Rohrabschnitts eingezogen werden können, wodurch der Meißel unter Verwendung einer Drahtleitungsvorrichtung vollständig aus dem Bohrloch entfernt werden kann, wenn das Bohrloch komplettiert ist. Die vorstehende Anordnung wird im US-Patent Nr. 5 271 472 beschrieben.
Bei einem anderen Beispiel des Bohrens mit Liner wird ein drehfester Rohrabschnitt mit einem zweiteiligen Meißel verwendet, der einen Abschnitt, der sich innerhalb des Endes des Rohrabschnitts dreht, und einen anderen Abschnitt, der sich um den Außendurchmesser des Rohrabschnitts dreht, hat. Die Drehung jedes Abschnitts des Meißels wird entweder durch einen Untertagemotor oder durch eine Drehkraft möglich gemacht, die einer gesonderten Schwerstange von der Oberfläche der Bohrung zugeführt wird. In jedem Fall kann der Mittelabschnitt des Meißels entfernt werden, nachdem das Bohrloch hergestellt worden ist. Der Liner verbleibt im Bohrloch, um darin zementiert zu werden. Eine ähnliche Anordnung wird im US-Patent Nr. 5 472 057 beschrieben.
Ein weiteres Beispiel des Bohrens mit einem Liner wird im Dokument XP 002176833 offenbart.
Noch eine andere aufkommende Technologie, die Ersparnisse von Zeit und Kosten beim Bohren und Schaffen von Bohrlöchern bietet, betrifft drehbare Bohrsysteme. Diese Systeme ermöglichen, daß die Richtung eines Bohrlochs auf eine vorher festgelegte Weise verändert wird, wenn das Bohrloch hergestellt wird. Zum Beispiel kann bei einer gut bekannten Anordnung ein Untertagemotor, der ein Gelenk innerhalb des Motorgehäuses hat, eine geringfügige Abweichung in der Richtung des Bohrlochs erzeugen, wenn es gebohrt wird. Fluidbetriebene Motoren sind in der Vergangenheit bei Bohrbaugruppen in Verwendung gewesen.
Diese Auslegungen benutzen typischerweise einen feststehenden Ständer und einen sich drehenden Läufer, die auf der Grundlage der von Moineau entwickelten Ursprungsprinzipien durch einen Fluidstrom angetrieben werden. Typisch für solche beim Bohren verwendeten Einzelläufer-Untertagemotorauslegungen mit fortschreitendem Hohlraum sind die US-Patente Nr. 4 711 006 und 4 397 619. Der Ständer bei Moineaumotoren wird aus elastischem Material, wie beispielsweise Gummi, gebaut. Andere Auslegungen haben Einzelläufer-Untertageantriebsabschnitte in mehreren Bauteilen in Reihe geschaltet, wobei jede Stufe einen mit dem Läufer der nächsten Stufe verbundenen Läufer verwendet. Typisch für diese Auslegungen sind die US-Patente Nr. 4 011 917 und 4 764 094.
Ein anderes Mittel zum Richtbohren schließt die Verwendung von drehbaren Bohrsystemen mit hydraulisch betriebenen Klötzen ein, die am Äußeren eines Gehäuses nach dem Bohrmeißel geformt sind. Der Mechanismus beruht auf einer MWD-Vorrichtung (measuring while drilling – Messen beim Bohren), um die Schwerkraft abzufühlen und die Magnetfelder der Erde zu verwenden. Die Klötze sind in der Lage, in Axialrichtung ausgefahren zu werden, um eine Vorspannung gegen die Wand eines Bohrlochs oder einer Bohrung bereitzustellen und dadurch die Richtung des Bohrmeißels unter denselben zu beeinflussen. Drehbares Bohren wird in den US-Patenten Nr. 5 553 679, 5 706 905 und 5 520 255 beschrieben.
Es ist ebenfalls eine Technologie zum Aufweiten von Rohrabschnitten in einem Bohrloch vorhanden, wodurch ein Rohrabschnitt eines ersten Durchmessers in ein Bohrloch eingesetzt und später durch ein Aufweitwerkzeug, das an einem Einfahrstrang in das Bohrloch eingefahren wird, bis zu einem größeren Innen- und Außendurchmesser aufgeweitet werden kann. Das Aufweitwerkzeug wird typischerweise hydraulisch angetrieben und übt, wenn es betätigt wird, eine Kraft auf die Innenfläche des Rohrabschnitts aus.
1 und 2 sind perspektivische Ansichten des Aufweitwerkzeugs 100, und 3 ist eine auseinandergezogene Ansicht desselben. Das Aufweitwerkzeug 100 hat einen Körper 102, der hohl und allgemein rohrförmig ist, mit Verbindern 104 und 106 zum Verbinden mit anderen Bauteilen (nicht gezeigt) einer Untertagebaugruppe. Die Verbinder 104 und 106 haben einen verringerten Durchmesser (verglichen mit dem Außendurchmesser des in Längsrichtung mittigen Körperteils 108 des Werkzeugs 100) und ermöglichen zusammen mit drei Längsrinnen 110 am mittigen Körperteil 108 den Durchgang von Fluids zwischen der Außenseite des Werkzeugs 100 und dem Innern eines Rohrabschnitts (nicht gezeigt) um dasselbe. Der mittige Körperteil 108 hat drei zwischen den drei Rinnen 110 definierte Stege 112, wobei jeder Steg 112 mit einer jeweiligen Aussparung 114 zum Aufnehmen einer jeweiligen Rolle 116 geformt ist. Jede der Aussparungen 114 hat parallele Seiten und erstreckt sich in Radialrichtung von dem in Radialrichtung perforierten Rohrkern 115 des Werkzeugs 100 bis zum Äußeren des jeweiligen Stegs 112. Jede der gegenseitig identischen Rollen 116 ist nahezu zylindrisch und geringfügig gewölbt. Jede der Rollen 116 ist mittels eines Lagers 118 an jedem Ende der jeweiligen Rolle zum Drehen um eine jeweilige Drehachse angebracht, die parallel zur Längsachse des Werkzeugs 100 und in gegenseitigen umlaufenden Abständen von 120 Grad um den mittigen Körper 108 in Radialrichtung zu derselben versetzt ist. Die Lager 118 sind als integrale Endelemente von in Radialrichtung verschiebbaren Kolben 120 geformt, wobei innerhalb jeder sich in Radialrichtung erstreckenden Aussparung 114 ein Kolben 120 verschiebbar abgedichtet ist. Das innere Ende jedes Kolbens 120 (3) ist durch die Radialperforierungen im Rohrkern 115 dem Fluiddruck innerhalb des hohlen Kerns des Werkzeugs 100 ausgesetzt. Bei der in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist das Aufweitwerkzeug dafür ausgelegt, in einen Rohrstrang eingesetzt zu werden. Es kann jedoch ebenfalls am Ende eines Rohrstrangs verwendet werden, wobei Fluid durch in seinem unteren Ende geformte Öffnungen hindurchgeht.
Nachdem eine vorher festgelegte Sektion des Rohrabschnitts auf einen größeren Durchmesser aufgeweitet worden ist, kann das Aufweitwerkzeug deaktiviert und aus dem Bohrloch entfernt werden. Verfahren zum Aufweiten von Rohrabschnitten in einem Bohrloch werden in der Veröffentlichung Nr. WO 00/37766 beschrieben und beansprucht.
Der Aufsatz „Simultaneous Drill and Case Technology – Case Histories, Status and Options for Further Development" von Hahn et al., Society of Petroleum Engineers, IADC/SPE Drilling Conference, New Orleans, LA, 23. bis 25. Feb. 2000, Seiten 1 bis 9, (XP 002176833) beschreibt Verfahren zum Bohren mit Futterrohr.
US 5 877 655 beschreibt ein Verfahren zum Bohren eines seitlichen Bohrlochs unter Verwendung eines Fräser-Bohrerwerkzeugs, das sowohl die Seite eines Bohrlochs fräst als auch ein seitliches Bohrloch bohrt.
WO 98/09053 beschreibt ein Verfahren zum Abdichten einer Verbindung zwischen einem Hauptbohrloch und einem seitlichen Bohrloch unter Verwendung eines Futterrohrdichtungsstücks.
Es besteht daher ein Bedarf an Verfahren und einer Vorrichtung zum Herstellen eines seitlichen Bohrlochs, wodurch aufeinanderfolgende Einfahrten in das Hauptbohrloch auf ein Minimum verringert werden und wobei das Bohrloch auf eine schnellere, effizientere Weise hergestellt werden kann, die weniger Zeit, Ausrüstung und Personal einsetzt. Es besteht ein weiterer Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen eines seitlichen Bohrlochs, das verschiedene Vorrichtungen einsetzt, die für unverbundene Aktivitäten in einem Bohrloch entwickelt worden sind.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verwenden eines Liners zum Bohren eines seitlichen Bohrlochs einer Bohrung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

a) Einsetzen des Liners, der einen an einem Ende angeordneten Fräser/Bohrer hat, in ein Bohrloch, das in demselben eine Wand hat,
b) Richten des Fräsers/Bohrers zu einem vorher ausgewählten Bereich der Wand hin,
c) Schneiden einer Öffnung in der Wand mit dem Fräser/Bohrer,
d) Bohren in eine Formation nahe der Öffnung, während der Liner vorgeschoben wird, um das seitliche Bohrloch herzustellen, und
e) Hinterlassen wenigstens eines Teils des Liners in dem seitlichen Bohrloch.

Weitere bevorzugte Merkmale werden in Anspruch 2 et seq. dargelegt.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bohren eines seitlichen Bohrlochs einer Bohrung bereitgestellt, wobei das System folgendes umfaßt:

a) ein drehbares System, das an einen Fräser/Bohrer und einen Liner in einem Bohrloch, das in demselben eine Wand hat, gekoppelt ist,
b) eine Vorrichtung zum Richten des Fräsers/Bohrers zu einem vorher ausgewählten Bereich der Wand hin,
c) eine Vorrichtung zum Schneiden einer Öffnung in der Wand mit dem Fräser/Bohrer und
d) eine Vorrichtung zum Bohren in eine Formation nahe der Öffnung, während das drehbare System vorgeschoben wird, um das seitliche Bohrloch durch Hinterlassen wenigstens eines Teils des Liners in dem seitlichen Bohrloch herzustellen.

Es werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Aufweitwerkzeugs ist,
2 eine perspektivische Stirnansicht desselben im Schnitt ist,
3 eine auseinandergezogene Ansicht des Aufweitwerkzeugs ist,
4A eine Schnittansicht eines ausgekleideten Bohrlochs ist, das einen in dasselbe eingesetzten Liner mit einem am Ende desselben angeordneten Fräser/Bohrer hat, wobei der Fräser/Bohrer durch eine abscherbare Verbindung mit einem Ablenkkeil und einer Ankerbaugruppe unterhalb desselben verbunden ist,
4B eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, die ein durch den sich drehenden Liner und den Fräser/Bohrer in dem Bohrlochfutterrohr hergestelltes Fenster illustriert,
4C eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, die abbildet, daß ein seitliches Bohrloch hergestellt worden ist und der Liner das innere desselben ausgekleidet hat,
5A eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, mit einem Liner in demselben und einem sich unabhängig drehenden, zweiteiligen Fräser/Bohrer an demselben, wobei die Drehung des Fräsers/Bohrers durch einen Motor oberhalb desselben gewährleistet wird,
5B eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, mit einem Liner in demselben und einem sich unabhängig drehenden, zweiteiligen Fräser/Bohrer, der an demselben angeordnet ist,
6A eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, mit einem in demselben angeordneten selektiven Aufweitwerkzeug,
6B eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, wobei der Liner in das Fenster des Bohrungsfutterrohrs aufgeweitet worden ist und dasselbe abdichtet,
7A eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, das eine Schwerstange hat, wobei eine MWD-Vorrichtung, ein drehbarer Mechanismus und ein Fräser/Bohrer an derselben angeordnet sind,
7B eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, die illustriert, daß der drehbare Mechanismus den Fräser/Bohrer vorgespannt hat, um ein Fenster in der Futterrohrwand des Bohrlochs herzustellen,
8 eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, die einen drehfesten, gebogenen Liner zeigt, wobei ein unabhängig drehbarer, zweiteiliger Fräser/Bohrer an demselben angeordnet ist, und
9 eine Schnittansicht eines Bohrlochs mit einem in demselben angeordneten, sich drehenden, Liner ist, wobei der sich drehende Liner eine drehbare Einheit und einen am Ende derselben angeordneten Fräser/Bohrer hat.
4A ist eine Schnittansicht eines ausgekleideten Bohrlochs 10, das einen in demselben angeordneten Liner 15 und einen am Ende desselben angeordneten Fräser/Bohrer 20 hat. Eine abscherbare Verbindung 25 zwischen dem Fräser/Bohrer und dem Verläufer, in diesem Fall einem Ablenkkeil 30, unterhalb desselben ermöglicht, daß die gesamte Baugruppe, einschließlich eines Ankers 35, auf einmal in das Bohrloch eingefahren wird. Der Anker 35 ist unterhalb des Ablenkkeils angeordnet und fixiert den Ablenkkeil an seinem Platz, was ermöglicht, daß der Fräser/Bohrer 20 an einem vorher festgelegten Punkt in der Wand des Futterrohrs 40 ein Fenster herstellt, wenn er sich längs eines konkaven Abschnitts 42 des Ablenkkeils 30 dreht. Nachdem die Baugruppe in das Bohrloch eingefahren ist und der Ablenkkeil 30 und der Anker an ihrem Platz fixiert sind, wird eine nach unten gerichtete Kraft auf den Liner 15 und den Fräser/Bohrer 20 ausgeübt, um zu bewirken, daß die abscherbare Verbindung 25 zwischen dem Fräser/Bohrer und dem Ablenkkeil versagt. Danach kann der Fräser/Bohrer gedreht werden, und das Herstellen des Fensters kann beginnen. Bei der in 4A gezeigten Ausführungsform ist der Fräser/Bohrer 20 drehbar am Ende des Liners 15 befestigt, und die Drehkraft wird an der Bohrungsoberfläche auf den Liner ausgeübt.
4B ist eine Schnittansicht eines Bohrlochs, die ein Fenster 45 illustriert, das durch den sich drehenden Fräser/Bohrer 20 in der Futterrohrwand 40 geformt worden ist. 4B illustriert ebenfalls, daß sich der Liner 15 durch das Fenster 45 und in das seitliche Bohrloch vorgeschoben hat. 4C, eine Schnittansicht des Bohrlochs 10, zeigt das seitliche Bohrloch 50, hergestellt und ausgekleidet mit dem Liner 15, der in das seitliche Bohrloch eingesetzt wurde, als es hergestellt wurde. Bei der illustrierten Ausführungsform verbleibt der Fräser/Bohrer 20 am Ende des Liners 15, nachdem das seitliche Bohrloch 50 hergestellt ist, und kann anschließend durch zusätzliches Bohren zerstört werden. Um das seitliche Bohrloch zu komplettieren, können Abschnitte des Liners, die sich aus dem Fenster in das zentrale Bohrloch erstrecken, entfernt werden. Techniken zum Abschneiden jenes Abschnitts eines Liners, der sich in ein vertikales Bohrloch erstreckt und dasselbe blockiert, werden in den US-Patenten Nr. 5 301 760 und 5 322 127 beschrieben.
Bei einer alternativen Ausführungsform der in 4A bis C abgebildeten Anordnung kann der Liner 15 mit dem an demselben angeordneten Fräser/Bohrer drehfest sein, und ein zweiteiliger Fräser/Bohrer 55 dreht sich unabhängig von dem Liner 15, wobei Drehkräfte durch einen Untertagemotor innerhalb des Liners oder durch eine an der Oberfläche der Bohrung angeordnete Drehvorrichtung zugeführt werden. Zum Beispiel ist 5A eine Schnittansicht eines zweiteiligen Fräsers/Bohrers 55, wobei die Drehkraft demselben durch einen Untertagemotor 60 bereitgestellt wird, und 5B ist eine Ansicht des zweiteiligen Fräsers/Bohrers 55, wobei die Drehkraft von der Bohrungsoberfläche (nicht gezeigt) bereitgestellt wird. Ein erster Abschnitt 65 des zweiteiligen Fräsers/Bohrers 55 hat einen Außendurchmesser, kleiner als der Innendurchmesser des Liners, und ein zweiter Abschnitt 70 des Fräsers/Bohrers 55 erstreckt sich um den Umfang des Liners und ist drehbar an den ersten Abschnitt 65 gekoppelt. Nachdem das seitliche Bohrloch hergestellt worden ist, können die Abschnitte 65, 70 des Fräsers/Bohrers 55 voneinander getrennt werden, und der erste Abschnitt 65 kann mit einer Drahtleitung oder einer beliebigen anderen gut bekannten Technik zum Rückholen von Untertagegeräten aus einem Bohrloch aus dem seitlichen Bohrloch entfernt werden.
Beim Bohren eines seitlichen Bohrlochs mit Liner kann während des Herstellens des seitlichen Bohrlochs ein untermaßiger Liner verwendet werden, um die Operation zu erleichtern, und danach, wenn das Bohrloch hergestellt ist, kann der Liner aufgeweitet werden, um seinen Durchmesser so zu steigern, daß er sich besser dem Innendurchmesser des seitlichen Bohrlochs anpaßt. Das Erweitern des Liners wird typischerweise ausgeführt durch Einsetzen einer selektiven Aufweitvorrichtung in das seitliche Bohrloch und anschließendes Betätigen der Vorrichtung, was eine nach außen gerichtete Kraft auf die Wand des Liners ausübt. Ein Bewegen der betätigten Vorrichtung in Axialrichtung in dem Liner erzeugt eine Sektion erweiterten Liners. 6A ist eine Schnittansicht eines seitlichen Bohrlochs 10, das mit einem Liner 300 gebohrt wird und ein in denselben eingesetztes selektives Aufweitwerkzeug 310 an einem gesonderten Rohrstrang 312 hat, um den Durchmesser des Liners zu vergrößern. In der Abbildung wird das selektive Aufweitwerkzeug 310 in das seitliche Bohrloch eingefahren, wo es dann betätigt und zum Fenster 315 des Bohrlochs hin gedrückt wird, wobei der Liner bis zu einer Größe erweitert wird, daß er das seitliche Bohrloch zum Zementieren in demselben auskleidet. Die nachgiebigen Rollen 116 (1) des Aufweitwerkzeugs 310 können alternativ dazu kegelförmig sein, um ein allmähliches Erweitern des Liners zu erleichtern, wenn sich das Werkzeug durch denselben bewegt. In 6B, einer anderen Schnittansicht des seitlichen Bohrlochs 10, ist der untermaßige Liner 312 bis hinauf zu dem Fenster in dem vertikalen Futterrohr und durch dasselbe auf eine Weise erweitert worden, die einen ringförmigen Bereich 320 zwischen dem Äußeren des Liners und der Fensteröffnung abgedichtet hat. Nach dem Entfernen des selektiven Aufweitwerkzeugs 310 kann der Liner 312 an dem Fenster abgetrennt werden, was ein abgedichtetes seitliches Bohrloch hinterläßt, das sich von dem zentralen Bohrloch aus erstreckt.
7A ist eine Schnittansicht eines Bohrlochs 10, das eine herkömmliche Schwerstange 75 hat, um einem an dem Ende derselben bereitgestellten Fräser/Bohrer 78 eine Drehkraft bereitzustellen. Ein drehbarer Mechanismus 80 ist oberhalb des Fräsers/Bohrers eingebaut und schließt selektiv in Radialrichtung ausfahrbare Klötze 85 ein, die eine Kraft auf die Futterrohrwand übertragen können, was bewirkt, daß der Fräser/Bohrer zur gegenüberliegenden Wand des Futterrohrs hin abgelenkt wird. Innerhalb des Rohrstrangs ist eine Vorrichtung zum Messen beim Bohren (MWD) 90 eingebaut, um die Ausrichtung zu gewährleisten.
Wie in 7B illustriert, wird die Baugruppe einschließlich der MWD 90, des steuerbaren Mechanismus' 80 und des Fräsers/Bohrers 78 bis zu einer vorher festgelegten Tiefe in das Bohrloch 10 eingefahren, und danach wird wenigstens ein Klotz 85 des drehbaren Mechanismus' 80 betätigt, um den Fräser/Bohrer 78 gegen denjenigen Bereich der Futterrohrwand 87 zu drücken, wo das Fenster hergestellt wird. Nachdem das Fenster durch den Fräser/Bohrer 78 hergestellt worden ist, erstreckt sich die Baugruppe in das Fenster, und das seitliche Bohrloch wird hergestellt. Nach dem Komplettieren des seitlichen Bohrlochs wird die Baugruppe aus dem Bohrloch entfernt, und das neue seitliche Bohrloch kann auf eine herkömmliche Weise, die auf dem Gebiet gut bekannt ist, mit Rohrliner ausgekleidet werden.
8 ist eine Schnittansicht eines Bohrlochs 10, in dem ein Liner 200 mit einem am Ende desselben angeordneten zweiteiligen Fräser/Bohrer 205 versehen ist, wobei der Liner am unteren Ende einen gebogenen Abschnitt 215 hat, der den Fräser/Bohrer 205 zu einem vorher festgelegten Bereich des Bohrlochfutterrohrs 220 leitet, wo ein Fenster hergestellt wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Liner drehfest, und der Fräser/Bohrer 205 dreht sich unabhängig davon, angetrieben entweder durch einen Untertagemotor 210 oberhalb desselben oder durch eine an der Oberfläche der Bohrung (nicht gezeigt) angeordnete Dreheinheit. Um mit dem gebogenen Linerabschnitt zusammenzuwirken, kann der Untertagemotor 210 ein gebogenes Gehäuse haben. Wie hierin beschrieben, ist der Fräser/Bohrer eine zweiteilige Baugruppe mit einem Mittelabschnitt 207, der entfernt werden kann, wenn die Herstellung des seitlichen Bohrlochs abgeschlossen ist.
Bei einer anderen, in 9 abgebildeten, Ausführungsform ist ein drehfester gerader Liner 400 mit einem drehbaren Mechanismus 405 und einem an einem unteren Ende desselben angeordneten Fräser/Bohrer 410 versehen. Der Fräser/Bohrer 410 dreht sich unabhängig von dem drehfesten Liner und wird entweder mit einem innerhalb des Liners in einem gesonderten Strang angeordneten Untertagemotor oder mit einer sich drehenden Einheit an der Oberfläche der Bohrung angetrieben. Der drehbare Mechanismus 405 hat, wie die hierin beschriebenen, selektiv ausfahrbare Klötze 407, die eine Kraft auf die Futterrohrwand 420 des zentralen Bohrlochs ausüben, was den Fräser/Bohrer 410 darunter in eine Richtung vorspannt, wo das Fenster in der Futterrohrwand hergestellt werden soll und das Herstellen des seitlichen Bohrlochs beginnen soll.
Bei dieser Ausführungsform wird die Baugruppe bis zu einer vorher festgelegten Tiefe in die Bohrung abgesenkt, und danach drehen sich der Liner 400 und der Fräser/Bohrer 410, wenn der Fräser/Bohrer 410, vorgespannt durch den drehbaren Mechanismus 407, gegen die Wand des Futterrohrs 420 gedrückt wird. Der Fräser/Bohrer 410 stellt ein Fenster in dem Futterrohr her und danach wird die Baugruppe, einschließlich des sich drehenden Liners 400, durch das Fenster geschoben, und das seitliche Bohrloch wird hergestellt. Nachdem das Bohrloch hergestellt ist, wird eine MWD-Vorrichtung (nicht gezeigt), die an einem gesonderten Rohrstrang innerhalb des Liners angeordnet ist, entfernt, und der fixierte Fräser/Bohrer wird in dem seitlichen Bohrloch zurückgelassen.
Während das Vorstehende auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung ersonnen werden, ohne vom grundlegenden Rahmen derselben abzuweichen, und der Rahmen derselben wird durch die folgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

Verfahren zum Verwenden eines Liners (15) zum Bohren eines seitlichen Bohrlochs (50) einer Bohrung (10), wobei das Verfahren folgendes umfaßt: a) Einsetzen des Liners, der einen an einem Ende angeordneten Fräser/Bohrer (20; 55) hat, in ein Bohrloch, das in demselben eine Wand hat, b) Richten des Fräsers/Bohrers zu einem vorher ausgewählten Bereich der Wand hin, c) Schneiden einer Öffnung (45) in der Wand mit dem Fräser/Bohrer, d) Bohren in eine Formation nahe der Öffnung, während der Liner vorgeschoben wird, um das seitliche Bohrloch herzustellen, und e) Hinterlassen wenigstens eines Teils des Liners in dem seitlichen Bohrloch.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wand mit einem Futterrohr (40) ausgekleidet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Liner (15) und der Fräser/Bohrer (20) drehbar gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Liner (15) und der Fräser/Bohrer (55) drehbar unabhängig sind, und ein Drehen des Fräsers/Bohrers durch einen oberhalb desselben angeordneten Untertagemotor (60) gewährleistet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fräser/Bohrer (55) einen inneren Abschnitt (65) und einen äußeren Abschnitt (70) umfaßt, wobei der innere Abschnitt selektiv von einem äußeren Abschnitt des Fräsers/Bohrers entfernt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der innere Abschnitt (65) selektiv in dem äußeren Abschnitt (70) ersetzt werden kann, wobei das Verfahren ferner folgendes umfaßt: a) Entfernen wenigstens eines Abschnitts (65) des Fräsers/Bohrers (55), b) Ersetzen des entfernten Abschnitts (65) des Fräsers/Bohrers (55), c) Einsetzen des ersetzten Abschnitts (65) in den Liner (15) und d) Fortsetzen des Vorschiebens des Liners.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehen des Fräsers/Bohrers (55) durch eine Drehkraft an der Oberfläche der Bohrung gewährleistet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Richten des Fräsers/Bohrers (20; 55) zu dem vorher ausgewählten Bereich der Wand hin durch einen unterhalb desselben in dem Bohrloch befestigten Verläufer (30) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Richten des Fräsers/Bohrers (20) zu der Wand hin folgendes umfaßt: a) selektives Kuppeln des Verläufers (30) an den Fräser/Bohrer, b) Befestigen des Verläufers an einer vorher festgelegten Stelle in dem Bohrloch, c) Lösen der Kupplung (25) zwischen dem Verläufer und dem Fräser/Bohrer und d) Ablenken des Fräsers/Bohrers längs einer abgeschrägten Fläche (42) des Verläufers zu der Wand hin, um die Öffnung (45) zu schneiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, wenigstens einen Abschnitt des Liners, der sich von der Öffnung (45) in das Bohrloch (10) erstreckt, zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, wenigstens einen Abschnitt des Liners (15) innerhalb des seitlichen Bohrlochs (50) aufzuweiten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Liner (15) in eine Berührungsbeziehung mit der Öffnung (315) aufgeweitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Liner (15) in eine Abdichtungsbeziehung mit der Öffnung (315) aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner umfaßt, den Fräser/Bohrer (205) unter Verwendung eines gebogenen Liners (215) zu richten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein drehbares System (405) an den Fräser/Bohrer (410) gekuppelt wird, wobei das Verfahren ferner umfaßt, in eine Formation nahe der Öffnung zu bohren, während das drehbare System vorgeschoben wird, um das seitliche Bohrloch herzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, den Fräser/Bohrer (20) in dem seitlichen Bohrloch zu hinterlassen und den Fräser/Bohrer zum Einsetzen eines nachfolgenden Schneidwerkzeugs, das an einen nachfolgenden Liner gekuppelt ist, auszubohren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, eine Öffnung in dem in das seitliche Bohrloch (50) vorgeschobenen Liner (15) zu schneiden und in einem Winkel zu dem seitlichen Bohrloch ein Abzweigbohrloch zu bohren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, ein MWD-Werkzeug (90) mit dem Liner (15) zu kuppeln.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umaßt, das MWD-Werkzeug (90) von einer Außenfläche des Liners (15) in Radialrichtung nach innen anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das MWD-Werkzeug (90) zurückgeholt werden kann, während der Liner (15) in dem Bohrloch zurückbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, den Liner (15) durch Bewegen einer selektiven Aufweitvorrichtung (310) durch eine Mittelbohrung desselben durch die Öffnung (315) in eine wesentlich abdichtende Beziehung mit der Öffnung aufzuweiten.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die selektive Aufweitvorrichtung (310) ein Aufweitwerkzeug (100) mit ausfahrbaren Elementen (116) einschließt, wobei das Verfahren ferner folgendes umfaßt: Einsetzen der Aufweitvorrichtung in das seitliche Bohrloch (50), Anordnen der Aufweitvorrichtung angrenzend an die Öffnung (315), Betätigen des Aufweitwerkzeugs, wodurch die ausfahrbaren Elemente die Innenwand des Liners (15) berühren, und Aufweiten der Wand des Liners, durch Verwendung der ausfahrbaren Elemente, in eine wesentliche Berührung mit der in dem Bohrloch hergestellten Öffnung, wodurch die Verbindung zwischen denselben strukturell gestützt wird.
System zum Verwenden eines Liners zum Bohren eines seitlichen Bohrlochs einer Bohrung, wobei das System folgendes umfaßt: a) einen Liner (15), der einen an einem Ende angeordneten Fräser/Bohrer (20) hat, zum Einsetzen in ein Bohrloch, das in demselben eine Wand hat, b) eine Vorrichtung (30) zum Richten des Fräsers/Bohrers zu einem vorher ausgewählten Bereich der Wand hin, c) eine Vorrichtung zum Schneiden einer Öffnung in der Wand mit dem Fräser/Bohrer und d) eine Vorrichtung zum Bohren in eine Formation nahe der Öffnung, während der Liner vorgeschoben wird, um das seitliche Bohrloch (50) durch Hinterlassen wenigstens eines Teils des Liners in dem seitlichen Bohrloch herzustellen.
System nach Anspruch 23, das ferner ein an den Fräser/Bohrer (410) gekuppeltes drehbares System (405) umfaßt.
System nach Anspruch 23 oder 24, das ferner ein an den Liner (15) gekuppeltes MWD-Werkzeug (90) umfaßt.
System nach Anspruch 23, 24 oder 25, das ferner einer an den Fräser/Bohrer (20) gekuppelten Verläufer (30) umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 26, das ferner einen an den Fräser/Bohrer (55) gekuppelten Untertagemotor (60) umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Liner (200) einen gebogenen Abschnitt hat.