DE60132645T2

DE60132645T2 - Zementverrohrungsschuh für Einzeldurchmesserbohrloch

Info

Publication number: DE60132645T2
Application number: DE60132645T
Authority: DE
Inventors: John Emile 70363 Herbert; Patrick John 70364 Seeley; Joseph Jude 70363 Boudreaux; Thomas A. 70343 Dupre
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: EP1586737B1; NO20031505D0; EP1327050A1; AU2001294043A1; CA2423762A1; EP1586737A1; US20070114031A1; NO20031505L; NO335205B1; NO327649B1; DE60115688D1; CA2756623C; US6845820B1; NO20092426L; US20050092490A1; US7163057B2; CA2423762C; DE60115688T2; CA2756623A1; US7325609B2

Description

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und Verfahren zur Verwendung in einem Kohlenwasserstoffbohrloch bereit. Im Einzelnen stellt die Erfindung Vorrichtungen und Verfahren zum Komplettieren von Kohlenwasserstoffbohrungen bereit. Insbesondere stellt die Erfindung eine Zementschuhbaugruppe zur Verwendung in Einzeldurchmesserbohrungen bereit.
Beim Bohren einer Kohlenwasserstoffbohrung wird das Bohrloch physikalisch mit Strängen aus Rohr oder Rohrabschnitten (Rohr oder Futterrohr) ausgekleidet, um zu verhindern, dass die Wände des Bohrlochs zusammenfallen, und um eine zuverlässige Bahn für Bohrungsforderfluid, Bohrschlamm und andere Fluids bereitzustellen, die natürlich vorhanden sind oder die in die Bohrung eingeleitet werden können. Nachdem die Bohrung auf eine neue Tiefe gebohrt ist, werden typischerweise der Bohrmeißel und der Bohrstrang entfernt, und ein Rohrstrang wird bis zu einer vorher festgelegten Position in die Bohrung abgesenkt, wodurch der Oberteil des Rohrs etwa auf der gleichen Höhe ist wie der Unterteil des vorhandenen Strangs aus Rohr (Futterrohr). Danach wird, während der neue Rohrstrang entweder zeitweilig oder mit einem mechanischen Gehänge an seinem Platz gehalten wird, eine Zementsäule in das Rohr gepumpt und zur Sohle des Bohrlochs gedrückt, wo es aus dem Rohr strömt und in einen durch das Bohrloch und das Rohr definierten Ringspalt nach oben strömt. Die zwei Hauptfunktionen des Zements zwischen dem Rohr und dem Bohrloch sind, eine Fluidbewegung zwischen Formationen einzuschränken und das Rohr zu stützen.
Um Zeit und Geld zu sparen, werden oft zusammen mit dem zu zementierenden Rohr Vorrichtungen zum Erleichtern des Zementieren in das Bohrloch abgesenkt. Eine Zementiervorrichtung schließt typischerweise eine Zahl unterschiedlicher Bauteile ein, die vor dem Einfahren an der Oberfläche gerüstet werden. Diese schließen einen verjüngten Nasenabschnitt ein, der am untertägigen Ende des Rohrs angeordnet wird, um das Einsetzen desselben in das Bohrloch zu erleichtern. Ein Rückschlagventil dichtet das Ende des Rohrabschnitts wenigsten teilweise ab und verhindert ein Eintreten von Fördermedium während des Einfahrens, während es ermöglicht, dass Zement später nach außen strömt. Das gleiche Ventil oder ein anderes Ventil oder ein Stopfen, typischerweise angeordnet in einem Ablenkkragen oberhalb des Zementierwerkzeugs, verhindert, dass der Zement zurück in das Rohr strömt. Bestandteile der Zementiervorrichtung werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff, Kunststoff oder anderem Einwegmaterial hergestellt, das, wie in dem Rohr verbleibender Zement, gebohrt werden kann, wenn das Zementieren abgeschlossen ist und das Bohrloch auf eine neue Tiefe gebohrt wird.
In der Vergangenheit war notwendigerweise jeder zum Auskleiden eines Bohrlochs eingesetzte Rohrabschnitt im Durchmesser kleiner als der zuvor eingesetzte Rohrabschnitt. Auf diese Weise wurde ein Bohrloch aus aufeinanderfolgenden Rohrsträngen mit einem immer weiter abnehmenden Innen- und Außendurchmesser geformt. In der Gegenwart sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erweitern des Durchmessers von Rohr in einem Bohrloch bis zu dem Punkt fortgeschritten, an dem es geschäftlich machbar geworden ist, die Technologie zu verwenden. Dies hat zu dem Gedanken von Einzeldurchmesserbohrungen geführt, bei denen durch das Erweitern von Rohrabschnitten im Bohrloch das Bohrloch über seine gesamte Länge etwa bei dem gleichen Durchmesser bleibt. Die Vorteile von Einzeldurchmesserbohrungen sind offensichtlich. Die das Bohrloch auskleidenden Rohrabschnitte und daher die mögliche Bahn für ein Fluid in die Bohrung und aus derselben bleiben ungeachtet der Bohrungstiefe gleichbleibend. Außerdem können Werkzeuge und andere Vorrichtungen leichter, ohne Rücksicht auf die kleineren Durchmesser von Rohrabschnitten, die auf dem Weg bis zur Sohle des Bohrlochs anzutreffen sind, in die Bohrung eingefahren werden.
Bei einer Einzeldurchmesserbohrung wird ein erster Strang von Rohrabschnitten auf eine herkömmliche Weise in das Bohrloch eingesetzt und in demselben zementiert. Danach wird ein Strang von Rohrabschnitten, der einen kleineren Durchmesser hat, wie bei Verfahren des bekannten technischen Stands in das Bohrloch eingesetzt. Jedoch wird der zweite Strang von Rohrabschnitten nach dem Einsetzen in das Bohrloch auf ungefähr den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der erste Strang erweitert. Die Stränge können durch die Verwendung eines herkömmlichen Gehänges miteinander verbunden werden oder, typischer, die kleinere Verrohrung wird in einem Bereich, in dem die Rohre überlappen, einfach in das Innere der Verrohrung mit größerem Durchmesser erweitert.
Mit dem Aufkommen von Einzeldurchmesserbohrungen sind gewisse Probleme entstanden. Ein Problem betrifft das Erweitern des kleineren Rohrabschnitts in den größeren Rohrabschnitt, um die Verbindung zwischen denselben herzustellen. Gegenwärtige Verfahren zum Erweitern von Rohrabschnitten in einem Bohrloch, um eine Verbindung zwischen Rohrabschnitten zu erzeugen, erfordern das Ausüben einer Radialkraft auf das Innere des kleineren Rohrabschnitts und Erweitern von dessen Durchmesser nach außen, bis der größere Rohrabschnitt selbst über seine elastischen Grenzen hinausgeschoben wird. Das Ergebnis ist eine Verbindung, die einen Außendurchmesser hat, der größer ist als der ursprüngliche Außendurchmesser des größeren Rohrabschnitts. Während die Zunahme des Außendurchmessers im Vergleich mit dem Gesamtdurchmesser minimal ist, gibt es Fälle, in denen ein Erweitern des größeren Rohrs schwierig oder unmöglich ist. Zum Beispiel wird beim Komplettieren einer Einzeldurchmesserbohrung der obere Strang von Rohrabschnitten vorzugsweise an seinen Platz zementiert, bevor der nächste Strang von Rohrabschnitten in die Bohrung abgesenkt und dessen Durchmesser erweitert wird. Da der ringförmige Bereich zwischen der Außenseite des größeren Rohrs und dem Bohrloch um dasselbe mit ausgehärtetem Zement gefüllt ist, kann sich der Durchmesser des größeren Rohrs nicht über dessen ursprüngliche Gestalt hinaus erweitern.
Daher besteht ein Bedarf an einem Verbindungsmittel zwischen zwei Rohrabschnitten in einem Bohrloch, wodurch ein kleinerer Rohrabschnitt in einen größeren Rohrabschnitt erweitert werden kann, ohne die Notwendigkeit, den Außendurchmesser des größeren Rohrabschnitts während des Erweiterungsvorgangs zu erweitern. Es besteht ein weiterer Bedarf an einer Vorrichtung zum Einfahren eines Rohrstrangs in ein Bohrloch, einschließlich eines Zementschuhs, wodurch ein anderer Strang von Rohrabschnitten anschließend in den ersten Strang erweitert werden kann, ohne den Außendurchmesser des größeren Rohrs zu steigern. Es besteht noch ein weiterer Bedarf an einer Zementschuhbaugruppe, die an einem Ende eines Strangs von Rohrabschnitten in eine Bohrung eingefahren werden kann, und die anschließend ausgebohrt werden kann, was einen Abschnitt eines Zementschuhs leer zum Verbinden mit einem anderen kleineren Rohrabschnitt durch Erweiterungsmittel hinterlässt.
US-A-4413682 beschreibt das Zementieren eines Schwimmschuhs am Unterteil eines Bohrlochfutterrohrs.
WO 00/77431 beschreibt eine Zementschuhbaugruppe mit einem bohrbaren Abschnitt. Anschließend an das Zementieren von Futterrohr wird dieser bohrbare Abschnitt ausgebohrt. Der sich ergebende Futterrohrabschnitt schließt eine ringförmige Außenschicht eines ausgehärteten härtbaren fluiddichtenden Materials ein.
FR-A-2741907 beschreibt ein Verfahren zum Bohren und Auskleiden eines Schachts unter Verwendung von anfangs flexiblen vorgeformten Sektionen, die in dem Bohrloch unter Innendruck erweitert werden können. Jede Sektion hat am unteren Ende derselben einen vergrößerten Abschnitt, um die Sektion darunter aufzunehmen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zementschuhbaugruppe zur Verwendung in einem Bohrloch bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
ein röhrenförmiges Gehäuse zum Anordnen an einem Ende eines Rohrstrangs,
einen bohrbaren Zementschuhabschnitt, der in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Zementschuhabschnitt in selektiver Fluidverbindung mit einem Rohrabschnitt über demselben ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser und bohrbares Material, das in dem Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser angeordnet ist, bat und das bohrbare Material, angrenzend an eine Innenfläche des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses, einen geschwächten Abschnitt einschließt, der dafür prädisponiert ist, im Wesentlichen vom Gehäuse abzufallen, wenn der Schuh gebohrt wird.
Weitere bevorzugte Merkmale werden in Anspruch 2 et seq. dargelegt.
Wenigstens bei bevorzugten Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung eine Zementschuhbaugruppe zur Verwendung an einem Strang von Rohrabschnitten in einem Bohrloch bereit. In einem Aspekt schließt die Zementschuhbaugruppe ein Gehäuse ein, das einen unteren Abschnitt mit einem vergrößerten Innendurchmesser und einen darin angeordneten bohrbaren Zementschuhabschnitt hat. Der Schuh schließt vorzugsweise, angrenzend an den Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses, einen geschwächten Materialabschnitt ein, um zu sichern, dass, wenn ein Schneidwerkzeug durch das Gehäuse hindurchgeht, alle Abschnitte des Zementschuhs von dem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser entfernt werden, was eine Verbindungsfläche hinterlässt, die für einen nachfolgenden Rohrstrang frei von Trümmern ist. Wenn ein schmalerer Rohrabschnitt in den Abschnitt mit eingegrenztem Durchmesser des Gehäuses erweitert wird, kann zwischen denselben eine Verbindung hergestellt werden, ohne den Außendurchmesser des Gehäuses zu vergrößern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Zementschuh eine Längsbohrung ein, die einen Durchgang für Zement und andere Fluids mit Verbundmaterial um denselben bereitstellt. Vorzugsweise erstrecken sich radiale Formationen von der Außenfläche der Längsbohrung zur Innenfläche des Abschnitts mit vergrößertem Innendurchmesser des Körpers, wodurch gesichert wird, dass, wenn ein Bohrwerkzeug durch den Körper hindurchgeht, jegliches Material längs der Oberfläche des mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses abfallen wird, was den Abschnitt frei von Trümmern hinterlässt.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben, nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine Seitenansicht einer Zementschuhbaugruppe der vorliegenden Erfindung im Schnitt ist,
2 eine detailliertere Schnittansicht des konischen Nasenabschnitts der in 1 gezeigten Zementschuhbaugruppe ist,
3 eine nach unten gerichtete Querschnittsansicht der Zementschuhbaugruppe von 1, längs einer Linie 3-3 von 2, ist,
4 eine Schnittansicht eines Bohrlochs ist, die das Gehäuse der Zementschuhbaugruppe an den Platz zementiert und darunter einen zweiten Rohrabschnitt zeigt, der mit einem Erweiterungswerkzeug in das Gehäuse erweitert wird, und
5 eine Schnittansicht des Bohrlochs von 4 ist, die eine komplettierte Verbindung zeigt, hergestellt zwischen dem Gehäuse der Zementschuhbaugruppe und dem zweiten Rohrabschnitt.
1 ist eine Schnittansicht einer Zementschuhbaugruppe 100 der vorliegenden Erfindung. Die Baugruppe 100 wird typischerweise am Ende eines Strangs von Rohrabschnitten angeordnet, der in eine Bohrung eingefahren und darin zementiert wird, um das Bohrloch von der Formation um dasselbe herum zu isolieren. Die Baugruppe 100 wird vorzugsweise durch eine zwischen denselben hergestellte Gewindeverbindung 102 mit einem Rohrabschnitt 101 verbunden. Die Zementschuhbaugruppe 100 schließt ein Gehäuse 110 und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten bohrbaren Schuhabschnitt 120 ein. Der bohrbare Schubabschnitt 120 schließt eine Längsbohrung 123 ein, die sich durch die Mitte des Zementschuhs erstreckt und eine Fluidbahn für Zement und Fördermedien bereitstellt. An einem oberen Ende ist die Bohrung 123 mit dem Rohrabschnitt 101 verbunden. Darunter wird ein vorgespanntes Einwegventil 150 in der Bohrung 123 angeordnet, das ermöglicht, dass Fluid von der Bohrungsoberfläche eintritt, aber verhindert, dass Fördermedien aus dem Bohrloch in den Rohrabschnitt 101 hindurchgehen. Bei der gezeigten Ausführungsform spannt eine Feder 151 das Ventil 150 in einer geschlossenen Position vor. Angrenzend an das Ventil 150 wird ein zwischen der Bohrung und dem Gehäuse 110 definierter ringförmiger Bereich 121 mit Beton gefüllt, um die Bohrung 123 zu stabilisieren. Das den Beton umgebende Gehäuse 110 wird mit Stauchungen 152 ausgestattet, um den Beton an seinem Platz zu halten und eine Axialbewegung desselben zu verhindern. Ein rohrförmiges Element 131 kleidet die Bohrung 123 zwischen dem Ventil 150 und einem konischen Nasenabschnitt 130 aus. Angrenzend an das rohrförmige Element 131 wird ein ringförmiger Bereich 132 zwischen dem rohrförmigen Element und dem Gehäuse 110 mit Sand oder einem anderen Gemengsel gefüllt. Der Zweck des Sandes ist, das rohrförmige Element 131 in der Mitte der Bohrung 123 zu stützen und ein Wandern von Zement aus der Bohrung 123 zum Bohrloch des Gehäuses 110 durch Druckausgleichsöffnungen 139 zu verhindern, die in dem rohrförmigen Element 131 geformt werden.
An einem unteren Ende der Baugruppe 100 befindet sich ein konischer Nasenabschnitt 130. Der konische Nasenabschnitt dient dazu, Fluid in die Baugruppe 100 und aus derselben zu leiten. Außerdem unterstützt die versetzte, konische Gestalt des Nasenabschnitts 130 durch Erleichtern des Durchgangs der Baugruppe 100 durch das Bohrloch das Einfahren der Baugruppe. Der Aufbau und die Gestalt des Nasenabschnitts 130 werden detailliert in 2, einer vergrößerten Schnittansicht desselben, illustriert. An einem oberen Ende 136 passt der Nasenabschnitt in das Gehäuse 110 und wird mit einer Gewindeverbindung 134 mit demselben verbunden. Eine Mittelbohrung 143 des Nasenabschnitts 130 wird mit der Längsbohrung 123 des Schuhabschnitts 120 ausgerichtet. Der Nasenabschnitt 130 schließt ebenfalls wenigstens eine Seitenöffnung 133 für den Durchgang von Zement von der Längsbohrung 123 zum Bohrloch (nicht gezeigt) ein. Der Nasenabschnitt 130 wird aus bohrbarem Material, das abriebfeste, bohrbare Eigenschaften hat, aufgebaut. Typischerweise wird glasfaserverstärkter Kunststoff oder ein anderes Verbundmaterial verwendet, um den konischen Nasenabschnitt 130 herzustellen. Angeordnet an einer Außenkante des Nasenabschnitts 130, an einem Punkt, an dem der Nasenabschnitt auf die Kante des Gehäuses 110 trifft, wird um den Umfang des Nasenabschnitts eine Nut 171 geformt. Die Nut 171 wird aufgebaut und angeordnet, um zu sichern, dass der untere Nasenabschnitt 135 von dem Gehäuse 110 abfällt, wenn der Schuhabschnitt 120 und der obere Nasenabschnitt 136, wie hierin beschrieben wird, in dem Bohrloch gebohrt werden.
Im oberen Abschnitt 136 des konischen Nasenabschnitts 130 sind ebenfalls mehrere in Radialrichtung verlaufende Formationen 140 eingeschlossen, die an einer Innenkante 137 des Gehäuses 110 entspringen und sich nach innen erstrecken, um angrenzend an das rohrförmige Element 131 zu enden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Formationen 140 Hohlräume, geformt in dem Verbundmaterial des konischen Nasenabschnitts. 3 ist eine Schnittansicht des Nasenabschnitts der Baugruppe, längs einer Linie 3-3 von 2. 2 illustriert die relative Höhe der Formationen 140, und 3 illustriert die Breite und die Länge jeder Formation 140. Der Zweck der Formationen ist, zu sichern, dass die äußersten Abschnitte des oberen Nasenabschnitts 136 von dem Gehäuse 110 abfallen, wenn der Schuhabschnitt, wie hierin erläutert wird, gebohrt wird.
Wie insbesondere in 1, 4 und 5 zu sehen, ist das äußere Gehäuse 110 der Baugruppe ein zweiteiliges Gehäuse mit einer Gewindeverbindung 134 zwischen einem oberen 138 und einem unteren 161 Abschnitt. Bei der gezeigten Ausführungsform hat der obere Abschnitt 138 des Gehäuses 110 ungefähr den gleichen Außendurchmesser wie der Rohrabschnitt 101 darüber. Der untere Abschnitt 161 des Gehäuses schließt einen Bereich gesteigerter Wanddicke 157 ein, der in einem Bereich 160 des Gehäuses endet, der einen vergrößerten Innendurchmesser hat. Der Bereich 160 mit vergrößertem Innendurchmesser wird gestaltet, um eine sich nicht erweiternde Passfläche für den oberen Abschnitt eines Rohrabschnitts bereitzustellen, wenn der Rohrabschnitt, wie hierin beschrieben, in das Gehäuse 110 erweitert wird.
Bei der Komplettierung einer Bohrung unter Verwendung der oben beschriebenen Zementschuhbaugruppe wird eine anfängliche oder anschließende Sektion eines Bohrlochs bis zu einer vorher festgelegten Tiefe in der Erde gebohrt. Danach wird ein Strang von Rohrabschnitten in das neue Bohrloch eingefahren, wobei die Zementschuhbaugruppe 100 an einem unteren Ende desselben angeordnet wird. Wenn der Rohrstrang im Bohrloch befestigt und die Zementschuhbaugruppe 100 nahe der Sohle des Bohrlochs ist, wird Zement in das Bohrloch eingepresst, wobei der Rohrstrang eine Fluidbahn für den Zement bereitstellt. Wenn der strömende Zement die Zementschuhbaugruppe 100 erreicht, geht er durch das Einwegventil 150, durch die Längsbohrung 123 hindurch und tritt sowohl aus der Mittelbohrung 143 des konischen Nasenabschnitts 130 als auch aus den Seitenöffnungen 133 aus. Beim Erreichen der Sohle des Bohrlochs wird dann der Zement einen ringförmigen Bereich, der zwischen der Außenfläche des Gehäuses 110 und dem Bohrloch (nicht gezeigt) um dasselbe herum hinaufgedrückt. Danach wird hinter dem Zement eine Fluidsäule in den Rohrstrang gepumpt, um zu sichern, dass der Großteil des Zements aus dem unteren Ende der Zementschuhbaugruppe 100 austritt. Danach wird der Zement aushärten gelassen, und anschließend wird ein Bohrwerkzeug innerhalb des Rohrstrangs in das Bohrloch eingefahren, und der bohrbare Schuhabschnitt 120 und der konische Nasenabschnitt 130 werden aufgebohrt und zerstört, was nur das Gehäuse 110 hinterlässt. Danach wird eine neue Bohrlochlänge gebohrt und anschließend mit einem weiteren Rohrstrang ausgekleidet. Der obere Abschnitt des neuen Strangs aus Rohrabschnitten wird anschließend in den Abschnitt 160 mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses 110 der Zementschuhbaugruppe 100 erweitert.
Bei einem herkömmlichen Zementschuh ist der Innendurchmesser des Zementschuhgehäuses nur geringfügig größer als der Außendurchmesser eines Bohrwerkzeugs, das zum Bohren des bohrbaren Zementschuhabschnitts 120 verwendet wird. Dies sichert, dass das Material, das den Zementschuh ausmacht, entfernt wird. Bei der vorliegenden Erfindung hat, wie in den Abbildungen illustriert, das Gehäuse 110 der Zementschuhbaugruppe keinen gleichförmigen Innendurchmesser, sondern schließt den Bereich 160 mit größerem Innendurchmesser ein. Wie zuvor erläutert ermöglicht der Bereich 160 mit größerem Innendurchmesser das Erweitern eines Rohrabschnitts in das Gehäuse, ohne den Außendurchmesser des Gehäuses 110 zu erweitern. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen dem Gehäuse und einem anderen Stuck Rohrabschnitt hergestellt werden, selbst wenn das Gehäuse an seinen Platz im Bohrloch zementiert ist und sein Außendurchmesser nicht erweitert werden kann.
Um zu sichern, dass alle Abschnitte des Schuhabschnitts 120 und des konischen Nasenabschnitts 130 in dem Bereich 160 mit vergrößertem Innendurchmesser von dem Gehäuse 110 abfallen, werden die Formationen 140 im oberen Abschnitt des konischen Nasenabschnitts gestaltet, um jede radiale Stütze für etwa zwischen dem Bohrer und der Wand des Gehäuses 110 gelassenes Material zu entfernen, wenn das Bohrwerkzeug durch das Gehäuse 110 hindurchgeht. Bei Betrachtung von 1 wird ein Bohrwerkzeug, wenn es durch den oberen Abschnitt 138 des Gehäuses 110 hindurchgeht, alles an Material und Bestandteilen mm oberen Abschnitt 138 des Gehäuses berühren, abbrechen und locker. Trümmer von dem Material und den Bestandteilen werden durch umlaufende Fluids an die Oberfläche befördert. Ähnlich wird das Bohrwerkzeug, wenn es von dem Gehäuse 110 zum konischen Abschnitt 130 übergeht, die Nut 171 durchschneiden, und der untere konische Abschnitt 135 wird von dem Gehäuse 110 verrückt. Wenn das Schneidwerkzeug jedoch durch den Abschnitt 160 mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses 110 hindurchgeht, wird etwas Material, das den oberen Abschnitt 136 des konischen Nasenabschnitts ausmacht, nicht unmittelbar durch das Bohrwerkzeug berührt. Wie in 3 zu sehen ist, entfernen die Formationen 140 jede radiale Stütze aus Verbundmaterial, das in einer ringartigen Gestalt verbleiben könnte, nachdem das Bohrwerkzeug durch den oberen Abschnitt 136 des konischen Nasenabschnitts 130 hindurchgeht.
Wie oben beschrieben, bleibt, nachdem die bohrbaren Bestandteile und das Material, das den Schuhabschnitt 120 ausmacht, ausgebohrt werden, der Bereich 160 mit größerem Innendurchmesser des Gehäuses als eine Passfläche für die Erweiterung eines Rohrabschnitts, der einen kleineren Durchmesser hat. 4 ist eine Schnittansicht eines Bohrlochs, die das Gehäuse 110 an den Platz in einem Bohrloch 450 zementiert und darunter einen Rohrabschnitt 420 zeigt, der in den Bereich 160 mit größerem Innendurchmesser des Gehäuses 110 erweitert wird. Typischerweise wird, nachdem eine neuer Strang von Rohrabschnitten in dem Bohrloch befestigt ist, an einem eingefahrenen Strang von Rohrabschnitten 406 ein Erweiterungswerkzeug 400 in die Bohrung eingefahren und verwendet, um den Innen- und den Außendurchmesser des Rohrstrangs auf die Größe des Rohrstrangs darüber zu vergrößern. 4 illustriert ein Erweiterungswerkzeug 400, das typischerweise verwendet wird, um einen Rohrstrang auf eine „Bottom-up"-Weise zu erweitern.
Das Erweiterungswerkzeug 400 arbeitet mit unter Druck gesetztem Fluid, das durch den eingefahrenen Strang 406 zugeführt wird. Das Erweiterungswerkzeug 400 schließt einen Körper 402 ein, der hohl und allgemein rohrförmig ist, mit einem Verbinder 404 zum Verbinden mit dem eingefahrenen Strang 406. Der Körper 402 schließt wenigstens zwei Aussparungen 414 ein, um jeweils eine Rolle 416 zu halten. Jede der wechselseitig identischen Rollen 416 ist nahezu zylindrisch und geringfügig gewölbt. Jede der Rollen 416 wird mit Hilfe eines Lagers (nicht gezeigt) an jedem Ende der jeweiligen Rolle für eine Drehung um eine jeweilige Rotationsachse angebracht, die parallel zur Längsachse des Erweiterungswerkzeugs 400 und in Radialrichtung von derselben versetzt ist. Das innere Ende eines Kolbens (nicht gezeigt) wird dem Druck des Fluids innerhalb des hohlen Kerns des Werkzeugs 400 ausgesetzt, und die Kolben dienen dazu, die Rollen 416 zu betätigen oder gegen die Innenwand eines Rohrabschnitts um dieselben zu drücken. In 4 wird das Erweiterungswerkzeug 400 in einer betätigten Position gezeigt und erweitert den Durchmesser eines Rohrabschnitts in eine Bohrung, die durch den Bereich 160 mit größerem Innendurchmesser des Gehäuses 110 definiert wird. Typischerweise dreht sich das Erweiterungswerkzeug 400, wenn die Rollen betätigt werden, und das Werkzeug wird in dem Bohrloch nach oben gedrückt. Auf diese Weise kann das Erweiterungswerkzeug verwendet werden, um den Durchmesser eines Rohrabschnitts umlaufend auf eine gleichförmige Größe und auf eine vorher festgelegte Länge im Bohrloch zu vergrößern. 5 illustriert eine komplettierte Verbindung zwischen dem Bereich 160 mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses 110 und dem Rohrabschnitt 420. Wie illustriert, sind der Innen- und der Außendurchmesser des Rohrabschnitts 420 gesteigert worden, weil der Rohrabschnitt über seine elastischen Grenzen hinaus erweitert wird. Jedoch hat sich der Bereich 160 mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses 110 im Durchmesser nicht erweitert. Auf diese Weise wird der Rohrabschnitt 420 erfolgreich am Gehäuse 110 befestigt, ohne den Durchmesser des Gehäuses zu erweitern. Außerdem sind die Innendurchmesser des Gehäuses 110 und des Rohrabschnitts 420 wesentlich die gleichen.
Die hierin offenbarte und in 4 und 5 gezeigte Verbindungsanordnung ist nicht auf eine Verwendung mit einer Zementschuhbaugruppe begrenzt und kann verwendet werden, um Rohrabschnitte an einer beliebigen Stelle unter Tage zu verbinden, wenn eine Verbindung zwischen Rohrabschnitten gewünscht wird, ohne den Außendurchmesser des größeren Rohrabschnitts zu erweitern. Zum Beispiel können die Vorrichtung und das Verfahren immer verwendet werden, wenn Zement, Formationen oder ein beliebiges anderes Material, das den äußeren Rohrabschnitt umgibt, es schwierig oder unmöglich machen, eine Erweiterungstechnik zu verwenden, die das Erweitern des größeren Rohrabschnitts erfordert. Außerdem können die Verfahren und Vorrichtungen, die hierin offenbart und beansprucht werden, in einer beliebigen Bohrung verwendet werden und sind nicht notwendigerweise auf eine Verwendung in einer Kohlenwasserstoffbohrung begrenzt.

Claims

Zementschuhbaugruppe (100) zur Verwendung in einem Bohrloch, die Folgendes umfasst: ein röhrenförmiges Gehäuse (110) zum Anordnen an einem Ende eines Rohrstrangs; einen bohrbaren Zementschuhabschnitt (120), der in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Zementschuhabschnitt in selektiver Fluidverbindung mit einem Rohrabschnitt (101) über demselben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Abschnitt (160) mit vergrößertem Innendurchmesser und bohrbares Material, das in dem Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser angeordnet ist, hat; und das bohrbare Material, angrenzend an eine Innenfläche (137) des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses, einen geschwächten Abschnitt (136) einschließt, der dafür prädisponiert ist, im Wesentlichen vom Gehäuse abzufallen, wenn der Schuh gebohrt wird.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der geschwächte Abschnitt dafür prädisponiert ist, im Wesentlichen vom Gehäuse abzufallen, wenn der Schuh mit einem Bohrer gebohrt wird, der einen kleineren Außendurchmesser hat als der Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der geschwächte Abschnitt (136) aus bohrbarem Material durch in demselben geformte Hohlräume (140) geschwächt ist.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die in dem bohrbaren Material geformten Hohlräume (140) an einer Innenfläche (137) des Abschnitts (160) mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses (110) enden.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 4, wobei sich die in dem bohrbaren Material geformten Hohlräume (140) jeweils in Radialrichtung von einem Punkt, nahe einem zentralen röhrenförmigen Element (131), bis zur Innenfläche (137) des Abschnitts (160) mit vergrößertem Durchmesser erstrecken.
Zementschuhbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen bohrbaren Nasenabschnitt (130) umfasst, der an einem unteren Ende des Gehäuses angeordnet ist, um das Einsetzen der Baugruppe in das Bohrloch zu erleichtern, und eine Bohrung (143) durch denselben hat, die im Wesentlichen mit einer Bohrung (123) des Zementschuhabschnitts (120) zusammenfällt.
Zementschuhbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschnitt (160) mit vergrößertem Innendurchmesser an einem unteren Ende des Gehäuses (110) angeordnet ist.
Zementschuhbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei etwas von dem bohrbaren Material ein Verbundmaterial ist.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 8, wobei etwas von dem Verbundmaterial Fiberglas ist.
Zementschuhbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bohrbare Zementschuh (120) ein Ventilelement (150) einschließt, das die selektive Verbindung mit dem Rohrabschnitt gewährleistet.
Zementschuhbaugruppe nach Anspruch 1 zum Komplettieren eines ausgekleideten Bohrlochs, wobei: das bohrbare Material von einer Liste ausgewählt ist, die Zement, Beton, Sand und Verbundmaterialien einschließt, und in dem bohrbaren Material, angrenzend an den Abschnitt (160) mit vergrößertem Innendurchmesser des Gehäuses, Formationen (140) geformt sind, wobei die Formationen dafür aufgebaut und angeordnet sind, das Material vom Gehäuse wegzudrücken, wenn der Zementschuh gebohrt wird.
Verfahren zum Verbinden eines ersten Rohrabschnitts mit einem zweiten Rohrabschnitt in einem Bohrloch, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Zementschuhbaugruppe (100), die ein Gehäuse (110) und einen bohrbaren Zementschuhabschnitt (120) hat, wobei die Baugruppe an einem unteren Ende eines ersten Rohrstrangs (101) angeordnet ist, Zementieren des Gehäuses in dem Bohrloch durch Einspritzen von Zement in einen ringförmigen Bereich, der durch das Gehäuse und das Bohrloch um dasselbe definiert wird, und gekennzeichnet durch: Bohren des Zementschuhs, um nur das Gehäuse desselben übrig zu lassen, wobei das Gehäuse an einem unteren Ende desselben einen Bereich (160) mit gesteigertem Innendurchmesser hat, Ausrichten eines oberen Abschnitts des zweiten Rohrabschnitts (420) mit dem Bereich mit gesteigertem Innendurchmesser des Gehäuses und Ausdehnen des oberen Abschnitts des zweiten Rohrabschnitts durch Ausüben einer ausdehnenden Kraft in Radialrichtung auf eine Innenwand desselben, bis der zweite Rohrabschnitt in Reibungsberührung mit dem Bereich mit gesteigertem Innendurchmesser des Gehäuses ist und der Außendurchmesser des Gehäuses im Wesentlichen nicht ausgedehnt wird, wobei die Zementschuhbaugruppe bohrbares Material einschließt, das, angrenzend an eine Innenfläche (137) des Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser des Gehäuses, einen geschwächten Abschnitt (136) hat, der dafür prädisponiert ist, im Wesentlichen vom Gehäuse abzufallen, wenn der Schuh gebohrt wird.