NO315719B1

NO315719B1 - System and method for placing a tool in a wellbore

Info

Publication number: NO315719B1
Application number: NO20002920A
Authority: NO
Inventors: Jean P Buytaert
Original assignee: Target Well Control Ltd
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2003-10-13
Also published as: GB2332462A; NO20002920L; EP1040250B1; DE69829210D1; DE69829210T2; AU1925299A; GB2332462B; WO1999031348A1; NO20002920D0; CA2315233C; GB2332462A9; GB9827734D0; EP1040250A1; CA2315233A1

Description

SYSTEM OG FREMGANGSMÅTE FOR Å PLASSERE ET VERKTØY I ET BRØNNHULL SYSTEM AND METHOD FOR PLACING A TOOL IN A WELLHOLE

Denne oppfinnelse vedrører et posisjoneringssystem for brønn-hull for plassering av et nedihullsverktøy i et borehull. This invention relates to a well-hole positioning system for positioning a downhole tool in a borehole.

Et vanlig problem man støter på ved boring av oljebrønner, er hvordan man gjentatte ganger skal få plassert et nedi-hullsverktøy, slik som en ledekile, på samme dybde og med samme orientering inne i et foringsrøravsnitt, for eksempel for å bore en avbøyd sideboring gjennom et vindu i foringsrø-ret. Det er funnet flere løsninger på dette problem. Den mest grunnleggende er en styresko med skråkant og kile (se fig. 1), hvor kilen settes inne i foringsrøret på et fast punkt, og det er maskinert en styresko-med-skråkant-profil i det verktøy som settes, eller i et eget styresko-med-skråkant-element som monteres på strengen. Styresko-med-skråkant-profilen kan alternativt maskineres inn i den indre flate av foringsrøret (f.eks. opp-ned med spissen pekende oppover), og en fjærbelastet kile kan være tilveiebrakt på plasserings-verktøyet. I hvert tilfelle kommer kilen til anlegg på et kilesete som er maskinert inn i veggen på styreskoen med skråkant. A common problem encountered when drilling oil wells is how to repeatedly position a downhole tool, such as a guide wedge, at the same depth and with the same orientation inside a section of casing, for example to drill a deflected side hole through a window in the casing pipe. Several solutions to this problem have been found. The most basic is a guide shoe with beveled edge and wedge (see fig. 1), where the wedge is inserted into the casing at a fixed point, and a guide shoe with beveled edge profile is machined in the tool that is inserted, or in a separate guide shoe-with beveled edge element that is mounted on the string. Alternatively, the beveled guide shoe profile may be machined into the inner surface of the casing (eg upside down with the tip pointing upwards), and a spring-loaded wedge may be provided on the placement tool. In each case, the wedge comes to rest on a wedge seat that is machined into the wall of the guide shoe with a beveled edge.

Selv om styreskoen med skråkant tillater orientering i rotasjonsretningen samt dybdekontroll for ledekilen eller annet nedihullsverktøy i strengen, tillater den ikke flere plasse-ringer vertikalt å stedfestes automatisk. I tillegg kan kilen snarere hekte seg opp på spissen av styreskoen med skråkant enn på kilesetet. Hvis styreskoen med skråkant er maskinert inn i foringsrørets indre flate, hvilket foretrekkes, oppstår det også et tap av effektiv diameter og en derav følgende svekking av foringsrøret. Dessuten kan kilesetet bli fylt av opphopede brokker som kan hindre kilen fra å sette seg ordentlig. Although the beveled guide shoe allows orientation in the direction of rotation as well as depth control for the guide wedge or other downhole tool in the string, it does not allow multiple locations vertically to be automatically located. In addition, the wedge may hook up on the tip of the beveled guide shoe rather than on the wedge seat. If the beveled guide shoe is machined into the inner surface of the casing, which is preferred, there is also a loss of effective diameter and a consequent weakening of the casing. Also, the wedge seat can become filled with accumulated hernias that can prevent the wedge from seating properly.

I et forsøk på å ordne opp i problemet med å identifisere flere vertikale steder, er det blitt oppfunnet plasserings-systemer slik som det selektive kilesetteverktøy. In an attempt to solve the problem of identifying multiple vertical locations, positioning systems such as the selective wedge tool have been invented.

GB 2 312 696 beskriver et system for selektivt å plassere et brønnhullsverktøy. Verktøyet er forsynt med landingshaker som har en unik profil, og som skal gå i inngrep med en motsvarende profil i den ene av brønnhullspakningene. Dersom hakene ikke passer inn i profilen på en spesiell pakning, vil verk-tøyet hoppe over denne pakning og bevege seg videre til en pakning lenger nede i hullet. GB 2 312 696 describes a system for selectively positioning a downhole tool. The tool is equipped with landing hooks that have a unique profile, and which must engage with a corresponding profile in one of the wellbore packings. If the hooks do not fit into the profile of a particular gasket, the tool will skip this gasket and move on to a gasket further down the hole.

US 5,579,829 beskriver et system for selektiv og stedsbestemt plassering av et brønnhullsverktøy som har et sett fjærbelastede låsehaker. De fjærbelastede låsehaker har en spesiell utforming. Brønnrørets innvendige flate har en rekke profil-sett som passer til de fjærbelastede låsehaker på verktøyet.Profilene og låseinnretningene har en ikke-symmetrisk utfor ming i omkretsretningen, slik at låseinnretningene vil gå i innegrep med profilene bare dersom verktøyet har en spesiell posisjon rotasjonsmessig. US 5,579,829 describes a system for selective and localized placement of a downhole tool having a set of spring-loaded locking hooks. The spring-loaded locking hooks have a special design. The inner surface of the well pipe has a series of profile sets that fit the spring-loaded locking hooks on the tool. The profiles and the locking devices have a non-symmetrical design in the circumferential direction, so that the locking devices will engage with the profiles only if the tool has a special position in terms of rotation.

I det selektive kilesetteverktøy vist på fig. 2 er det i foringsrøret maskinert inn et antall plasseringsprofiler som hver har en unik fasong, og et piasseringsverktøy med fjærbelastede kiler som rager ut til siden, blir ført gjennom foringsrøret til kilene passer inn i den ønskede plasserings-prof il, på hvilket tidspunkt kilene går i inngrep med profilen og ytterligere nedadrettet bevegelse hindres. Selv om dette tillater identifisering av et spesielt vertikalt sted motsvarende kilen, orienterer det ikke plasseringsverktøyet eller ledekilen i rotasjonsretningen. In the selective wedging tool shown in fig. 2, a number of location profiles, each of a unique shape, are machined into the casing, and a location tool with spring-loaded wedges projecting to the side is passed through the casing until the wedges fit into the desired location profile, at which point the wedges move in engagement with the profile and further downward movement is prevented. Although this allows identification of a particular vertical location corresponding to the wedge, it does not orient the locating tool or guide wedge in the direction of rotation.

Ifølge den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt et system for brønnhull for selektiv plassering av et nedi-hullsverktøy i et borehulls foringsrør eller produksjonsrør omfattende en flerhet av posisjonerende føringer plassert med innbyrdes avstand i brønnhullets foringsrør eller produks jonsrør på forhåndsbestemte dybder, hvor hver posisjonerende føring har en unik profil for selektiv mottakelse av en kile med en deri passende profil på et nedihullsverktøy, hvor føringene for hver kile har en utforming som kontrollerer den deri passende kiles dybde og posisjon i rotasjonsretningen. According to the present invention, there is provided a wellbore system for selectively placing a downhole tool in a wellbore casing or production pipe comprising a plurality of positioning guides spaced apart in the wellbore casing or production pipe at predetermined depths, each positioning guide having a unique profile for selectively receiving a wedge with a matching profile therein on a downhole tool, where the guides for each wedge have a design that controls the depth and position of the matching wedge in the direction of rotation.

Styringen for kilens vertikale og rotasjonsmessige posisjon kontrollerer derved elementets plassering vertikalt og i rotas j onsretningen. The control for the vertical and rotational position of the wedge thereby controls the position of the element vertically and in the direction of rotation.

Elementet kan være en nedihullsenhet slik som et setteverktøy eller en ledekile osv. The element can be a downhole device such as a setting tool or a guide wedge etc.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for selektiv plassering av et nedihullsverktøy i et brønnhulls foringsrør eller produksjonsrør, omfattende trinnene: a) anbringelse av en flerhet av posisjonerende føringer ved ønskede dybder i brønnhullets foringsrør eller produksjons-rør, hvor hver føring har en unik profil for selektiv mottakelse av en plasseringskile med deri passende profil, b) valg av profil på en plasseringskile for nedihullsverk-tøyet for at den skal passe til profilen på en ønsket posisjonerende føring, og c) nedføring av nedihullsverktøyet til den ønskede, posisjonerende føring, hvor plasseringskilen går i inngrep med The invention also provides a method for selectively placing a downhole tool in a wellbore casing or production pipe, comprising the steps of: a) placing a plurality of positioning guides at desired depths in the wellbore casing or production pipe, each guide having a unique profile for selective receiving a positioning wedge with a suitable profile therein, b) selecting the profile of a positioning wedge for the downhole tool to match the profile of a desired positioning guide, and c) lowering the downhole tool to the desired positioning guide, where the positioning wedge goes in engagement with

den dertil passende profil på den posisjonerende føring som kontrollerer dybden og den rotasjonsmessige posisjon for plasseringskilen, for å orientere nedihullsverktøyet i ønsket retning. the appropriate profile on the positioning guide which controls the depth and the rotational position of the positioning wedge, to orient the downhole tool in the desired direction.

Fortrinnsvis er hver kileføring en spalte eller en rand som i spesielle utførelser strekker seg nedover og sideveis. I en foretrukket utførelse er kileføringene spiralspalter som valgfritt dekker minimum 450° av omkretsen. Preferably, each wedge guide is a slot or a ridge which in particular embodiments extends downwards and laterally. In a preferred embodiment, the wedge guides are spiral slots which optionally cover a minimum of 450° of the circumference.

Med foringsrør menes hvilket som helst nedihullsrør slik som foringsrør, forlengningsrør, borerør eller hvilket som helst funksjonsmessig likeverdig element. Casing means any downhole pipe such as casing, extension pipe, drill pipe or any functionally equivalent element.

Det er et viktig aspekt ved oppfinnelsen at hver kileføring bare tillater inngrep fra en spesiell kile, slik at kilens profil bare passer inn i profilen eller bredden på kilefø- ringen slik som spalten. I spesielle tilfeller kan det være mer enn to kileføringer og/eller mer enn to kiler, slik at flere uttak plassert med innbyrdes avstand vertikalt og i rotas jonsretningen i foringsrørstrengen kan identifiseres, og spesielle verktøyer i arbeidsstrengen kan plasseres på ulike posisjoner i rotasjonsretningen og på ulike dybder gjennom hele strengen. It is an important aspect of the invention that each wedge guide only allows engagement from a particular wedge, so that the profile of the wedge only fits into the profile or width of the wedge guide such as the slot. In special cases, there may be more than two wedge guides and/or more than two wedges, so that several outlets spaced vertically and in the direction of rotation in the casing string can be identified, and special tools in the working string can be placed at different positions in the direction of rotation and on different depths throughout the string.

I én utførelse kan kilene være fjærbelastet og/eller inntrekkbare. In one embodiment, the wedges may be spring-loaded and/or retractable.

En utførelse av den herværende oppfinnelse vil nå bli beskre-vet som eksempel og under henvisning til de medfølgende teg-ninger, hvor: Fig. 1 viser et arrangement med styresko med skråkant ifølge eldre teknikk; Fig. 2 viser et selektivt kileplasseringssystem ifølge eldre teknikk; Fig. 3 viser et foringsrør utført med et spiralspor i over-ensstemmelse med ett aspekt ved oppfinnelsen; Fig. 4 viser et system ifølge oppfinnelsen, hvor det brukes til installering av en ledekile for å avbøye en borestreng gjennom et vindu i et foringsrør; og Fig. 5 viser den nedre del av et spor i systemet på fig. 4. An embodiment of the present invention will now be described as an example and with reference to the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows an arrangement with guide shoes with a beveled edge according to older technology; Fig. 2 shows a selective wedge placement system according to prior art; Fig. 3 shows a casing made with a spiral groove in accordance with one aspect of the invention; Fig. 4 shows a system according to the invention, where it is used to install a guide wedge to deflect a drill string through a window in a casing; and Fig. 5 shows the lower part of a track in the system of Fig. 4.

Det vises nå til fig. 3, 4 og 5, hvor et system i overens-stemmelse med én utførelse av oppfinnelsen omfatter et foringsrør 1 som har spiralspor 5 og 5<1>maskinert inn i sin innvendige flate. Sporene 5 og 5' er plassert med innbyrdes avstand rundt rørets 1 innvendige omkrets, slik at de begyn-ner på motsatte sider med 180° mellomrom. Spiralsporene 5 og 5' strekker seg i retning mot urviserne for å hindre utilsik-tet utskruing av gjengede forbindelser ovenfor når plasse-ringsverktøyets kile støter mot sporet, og hvert av sporene har en forhåndsbestemt bredde 5w og profil. I systemet ifølge oppfinnelsen vist på fig. 3, 4, og 5, er det montert et plas-seringsverktøy 7 på en ledekile 10 i nedre ende av en abeids-streng (ikke vist). En fjærbelastet kile 15 bæres på plasse-ringsverktøyet 7 og omfatter en sideveis utragende knast av en forhåndsbestemt størrelse som skal passe inn i spiralspo-rets 5 bredde 5w. Den fjærbelastede kile 15 mottas i en ut-sparing i plasseringsverktøyet og er fjærbelastet sideveis, slik at den ligger an mot foringsrørets 1 indre flate når verktøyet er i normal virksomhet. Reference is now made to fig. 3, 4 and 5, where a system in accordance with one embodiment of the invention comprises a casing 1 having spiral grooves 5 and 5<1> machined into its inner surface. The grooves 5 and 5' are spaced around the inner circumference of the tube 1, so that they start on opposite sides at 180° intervals. The spiral grooves 5 and 5' extend in a clockwise direction to prevent accidental unscrewing of threaded connections above when the positioning tool's wedge hits the groove, and each of the grooves has a predetermined width 5w and profile. In the system according to the invention shown in fig. 3, 4 and 5, a positioning tool 7 is mounted on a guide wedge 10 at the lower end of an Abeids string (not shown). A spring-loaded wedge 15 is carried on the positioning tool 7 and comprises a laterally projecting cam of a predetermined size which must fit into the width 5w of the spiral groove 5. The spring-loaded wedge 15 is received in a recess in the placement tool and is spring-loaded laterally, so that it rests against the inner surface of the casing 1 when the tool is in normal operation.

I bruk blir ledekilen 10 og plasseringsverktøyet 7 ført inn i en foringsrørstreng av en tradisjonell arbeidsstreng etc. In use, the guide wedge 10 and the placement tool 7 are fed into a casing string by a traditional working string etc.

(ikke vist) til knasten på den fjærbelastede kile 15 går i inngrep med spalten 5 i foringsrøret 1. Når knasten er plassert i spiralspalten, begrenses ledekilens 10 og plasserings-verktøyets 7 bevegelse til en nedadrettet spiralbevegelse til knasten går i inngrep med anleggspunktet 5r i enden av spalten 5. Ledekilen er orientert slik i forhold til plassrings-verktøyet at når knasten på kilen 15 er ved anleggspunktet 5r i spalten 5, er ledekilen 10 posisjonert for å avbøye en borestreng (ikke vist) ovenfra gjennom et vindu lw i foringsrø-ret 1. (not shown) until the cam on the spring-loaded wedge 15 engages with the slot 5 in the casing 1. When the cam is placed in the spiral slot, the movement of the guide wedge 10 and the positioning tool 7 is limited to a downward spiral movement until the cam engages with the abutment point 5r in end of the slot 5. The guide wedge is oriented in such a way in relation to the locating ring tool that when the cam on the wedge 15 is at the contact point 5r in the slot 5, the guide wedge 10 is positioned to deflect a drill string (not shown) from above through a window lw in the casing pipe right 1.

Modifikasjoner og forbedringer kan innbefattes uten at man går ut over rammen av oppfinnelsen. For eksempel kan det til- veiebringes tre eller flere spiralspor i foringsrørstrengen på ulike steder i rotasjonsretningen og/eller vertikalt (dvs. på ulike dybder). Ulike spiralspalter kan ha ulike bredder og profiler for å tillate inngrep bare fra forhåndsbestemte kiler 15. Ved å velge den riktige kile på plasseringsverktøyet, kan posisjoneringen av plasseringsverktøyet (og videre ledekilen eller annet nedihullsverktøy) rotasjonsmessig og/eller vertikalt bestemmes fra overflaten ganske enkelt ved å føre inn plasseringsverktøyet 7 og ledekilen 10 i foringsrørstren-gen og føre enheten til den korrekte dybde inntil kilen 15 går i inngrep i spalten. Modifications and improvements can be included without going beyond the scope of the invention. For example, three or more spiral grooves can be provided in the casing string at different places in the direction of rotation and/or vertically (ie at different depths). Different spiral slots may have different widths and profiles to allow engagement only from predetermined wedges 15. By selecting the correct wedge on the placement tool, the positioning of the placement tool (and further the guide wedge or other downhole tool) can be rotationally and/or vertically determined from the surface simply by to insert the positioning tool 7 and the guide wedge 10 into the casing string and to move the unit to the correct depth until the wedge 15 engages in the slot.

Hvor atskilte spalter er plassert med innbyrdes avstand vertikalt vil enhver spalte fortrinnsvis være av smalere bredde eller profil enn spalten umiddelbart nedenfor den, slik at det ved den spalte hvor kilen på det plasseringsverktøy som føres ned først går til inngrep, bare opprettes slikt inngrep dersom profilene på kilen og spalten passer til hver- andre, og større kiler som er ment å plasseres lengre nede i foringsrørstrengen vil ikke gå i inngrep med smalere spalter ved de øvre nivåer i foringsrørstrengen. Where separate slots are spaced vertically, each slot will preferably be of a narrower width or profile than the slot immediately below it, so that at the slot where the wedge of the positioning tool which is brought down first engages, such engagement is only created if the profiles on the wedge and the slot match each other, and larger wedges that are intended to be placed further down the casing string will not engage with narrower slots at the upper levels of the casing string.

I visse utførelser (et eksempel er vist på fig. 5) har sporet 5 en profil ved kilesetet for at sporet 5 lettere skal være selvrensende. I eksemplet vist på fig. 5 omfatter disse utfø-relser et smalere parti av sporet 5n som kilen 15 ikke kan passere igjennom, og/eller en skrådd profil 5r som skal hindre opphopning av brokker ved kilesetet. In certain designs (an example is shown in Fig. 5), the groove 5 has a profile at the wedge seat so that the groove 5 is more easily self-cleaning. In the example shown in fig. 5, these embodiments comprise a narrower part of the groove 5n through which the wedge 15 cannot pass, and/or a slanted profile 5r which is to prevent the accumulation of hernias at the wedge seat.

Det er selvsagt mulig å ha ulike profiler eller spaltebredder ved samme vertikale posisjon, men ved ulike posisjoner i rotas jonsretningen, slik at når den riktige kile bringes i inn grep med spalten, kan plasseringsverktøyets anleggsposisjon i rotasjonsretningen fastsettes, selv om dybden ikke er endret. It is of course possible to have different profiles or slot widths at the same vertical position, but at different positions in the direction of rotation, so that when the correct wedge is brought into engagement with the slot, the installation position of the placement tool in the direction of rotation can be determined, even if the depth has not changed.

Claims

1. Wellbore system for selective placement of a downhole tool in a wellbore casing (1) or production pipe comprising a plurality of positioning guides (5, 5') spaced apart at predetermined depths in the wellbore casing (1) or production ion tube, characterized in that each positioning guide (5, 5') has a unique profile for selective reception of a profile wedge (15) suitable therein on a downhole tool (7), where the guide for each wedge has a design that controls the position of the wedge suitable therein in depth and in the direction of rotation.

2. Borehole system according to claim 1, characterized in that the positioning guides (5, 5') are slits or grooves that extend downwards and laterally.

3. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that each positioning guide (5, 5') is spiral-shaped.

4. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that each positioning guide (5, 5<1>) spirals around a minimum of 450° of the circumference.

5. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that the wedges (15) are spring-loaded, extendable and/or retractable.

6. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that each positioning guide (5, 5') is a slot of a unique width (5w) to selectively receive therein a fitting wedge (15) of substantially the same width.

7. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that the downhole tool (7) is a guide wedge (10).

8. Wellbore system according to any preceding claim, characterized in that the downhole tool (7) is a setting tool.

9. Method for selectively placing a downhole tool (7) in a wellbore casing (1) or production pipe, comprising the steps: a) placing a plurality of positioning guides (5, 5') at desired depths in the wellbore casing ( 1) or production pipe, where each guide (5, 5') has a unique profile to selectively receive a placement wedge (15) with therein appropriate profile, b) selection of profile of a placement wedge (15) on the downhole tool (7) so that it should fit the profile of the desired positioning guide (5, 5'), and c) lowering the downhole tool (7) to the desired positioning guide (5, 5'), where the positioning wedge (15) engages with it appropriate profile on the positioning guide (5, 5'), which controls the position of the positioning wedge (15) in depth and the direction of rotation to orient the downhole tool (7) in the desired direction.

10. Method according to claim 9, characterized in that the positioning guides (5, 5') are slits or grooves that extend downwards and laterally.

11. Method according to claim 9 or 10, characterized in that each positioning guide (5, 5") is spiral-shaped.

12. Method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that each positioning guide (5, 5*) spirals around a minimum of approximately 450° of the circumference.

13. Method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the positioning wedge (15) is spring-loaded and/or retractable.

14. Method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the downhole tool is a guide wedge (10).

15. Method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the downhole tool (7) is a setting tool.

16. Method according to any one of claims 9 to 13, characterized in that a second downhole tool with a different, profiled positioning wedge (15) is placed in a second positioning guide (5, 5') above the first positioning guide {5 , 5').

17. Method according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the positioning guide (5, 5') is a slot with a unique width (5w) for selective reception of a suitable wedge (15) with essentially the same width.