!HU000005474T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 005 474 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 05 290306 (22) A bejelentés napja: 2005. 02. 10. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20050290306 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1701000 A1 2006. 09. 13. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1701000 B1 2008. 12. 03. (51) Int. Cl.: E21B 33/13 (2006.01) E21B 33/138 (2006.01) E21B 33/14 (2006.01) (72) Feltalálók: Rayssiguier, Christophe, Melun 77000 (FR); James, Simon, 92350 Le Plessis Robinson (FR); Gambier, Philippe, 77081 Houston (US); Saltel, Jean-Louis, 35650 Le Rheu (FR) (73) Jogosult: SERVICES PETROLIERS SCHLUMBERGER (SPS), 75007 Paris (FR) SCHLUMBERGER TECHNOLOGY B. V., 2514 JG Den Haag (NL) SCHLUMBERGER HOLDINGS LIMITED, Road Town, Tortola (VG) PRAD Research and Development N. V., Willemstad, Curacao (AN) Schlumberger Oilfield Assistance Limited, Road Town, Tortola (VG) (54) Eljárás és berendezés fúrólyuk szilárdítására (57) Kivonat (74) Képviselõ: Farkas Tamás, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest HU 005 474 T2 A találmány tárgya eljárás fúrólyuk cementálására, amelynek során tágítható zsákot (31) rendeznek el ültetõcsõ (38) körül a cementálandó zóna közelében, a zsákot korlátozott mértékben kitágítják úgy, hogy ideiglenesen gyûrû alakú teret alakítanak ki a zsák és a fúrólyuk fala között, megszilárdítható folyadékot szivattyúznak az ültetõcsövön át az említett gyûrû alakú térbe; lehetõvé teszik a folyadék megszilárdulását; leeresztik a zsákot, és az ültetõcsövet felhúzással eltávolítják, a találmány szerinti berendezés ideiglenes gyûrû alakú rés cementálására szolgál fúrólyukban, ahol a berendezés felfújható zsákkal (31) van ellátva, amelyen felsõ és alsó csatlakoztatóeszközök vannak A leírás terjedelme 14 oldal (ezen belül 6 lap ábra) 1A. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 005 474 T2 2 elrendezve annak érdekében, hogy az említett zsákot csõhöz csatlakoztassák, valamint egy rúddal (38) van ellátva, amelyen a zsákon lévõ rögzítõelemnek megfelelõ rögzítõelem van elrendezve, továbbá a rúd és a zsák között zárható összekötõ járatok vannak kialakítva, amelyeken át a zsákot felfújják, illetve leeresztik. A találmány háttere A találmány tárgya A jelen találmány föld alatti tárolórétegbe, például olaj¹, gáz- vagy víztartó rétegbe hatoló fúrás fúrólyukának legalább egy részét érintõ eljárásra és berendezésre vonatkozik. A technika állása Az olajiparban alkalmazott szokásos gyakorlat szerint a termelõkút megfúrását követõen a fúrólyukat fémbéléssel, úgynevezett béléscsõvel töltik ki. A béléscsövet leeresztik a fúrólyukba, és cementet szivattyúznak a belsejébe, amely a gyûrûstéren át tér vissza, majd hagyják megkötni. A fúrólyuk kibélelése két célt szolgál: megakadályozza a fúrólyuk falának beomlását és elszigeteli egymástól a különbözõ geológiai rétegeket, így elkerülhetõ a bennük lévõ közegek keveredése. A béléscsövet nyilvánvalóan nem lehet egy már kész termelõkútban kialakítani, például akkor, ha a termelõcsõ már a helyén van. Ez a helyzet különösen az úgynevezett vízszintes fúrólyukakkal, amelyeket gyakran nem bélelnek ki, hogy maximalizálják a termelést, de a kút öregedése során elõnyös lehet a béléscsõ jelenléte, hogy lehetõvé tegyen helyi beavatkozásokat. Nyilvánvaló, hogy a kút kiképzése elõtt bármely béléscsõszakasz maximális külsõ átmérõje mindig kisebb, mint bármely elõzõ béléscsõszakasz belsõ átmérõje. Ha a béléscsõ olyan béléscsövek sorozatából áll is, amelyek a végüknél egymáshoz vannak csatlakoztatva, a menetes részeknek köszönhetõen általában számos béléscsõszakasz szükséges a fúrólyuk kibéleléséhez. Természetesen a teljes fúrás folyamata során a fúrólyukat fúróiszappal töltik fel. A fúróiszap lehûti a fúrószerszámot és a fúrási hulladékot szuszpenzióban tartja annak érdekében, hogy megkönnyítse felhozását a felszínre. A fúróiszap további lényeges funkciója az, hogy biztosítsa a fúrólyuk állékonyságát úgy, hogy hidrosztatikus nyomást fejt ki, amely nagyobb, mint a kõzet pórusnyomása, és így megakadályozza a gáz, vagy más közeg nemkívánatos feltörését. Ez a pórusnyomás általában a mélységgel nõ. Másrészt a hidrosztatikus nyomás nem lehet olyan nagy, hogy törést okozzon a kõzetben. Így amikor a megfúrt szakasz meghalad egy bizonyos hosszúságot (még pontosabban, amikor a furat alja és teteje közötti mélység meghalad egy bizonyos értéket) a fúrólyuk felsõ részét bélelni kell annak érdekében, hogy lehetõvé tegyük nagyobb sûrûségû fúróiszap alkalmazását azért, hogy kiegyensúlyozzuk az alsó rész pórusnyomását anélkül, hogy a fúrólyuk felsõ része berepedne. Mivel a fúrólyukat a felszín irányából indulva kell kibélelni, minden egyes bélésszakaszt át kell juttatni a már becementezett bélésen, ami szûk keresztmetszetû 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 teleszkópos elrendezéshez vezet. Jóllehet, ha a mélységi nyomásgradienst figyelembe veszik, amikor megtervezik a fúrólyukat, további szakaszokra lehet szükség, például ha a fúrólyuk kevéssé szilárd kõzeten halad át. Ha túl sok szakaszra van szükség, a legalsó szakasz nagyon szûkké válhat a fúrószerszám, illetve a kútkiképzõ eszköz, vagy a kitermelõberendezés számára. Az US 4 462 714 számú szabadalom berendezést ismertet dugó kialakítására üreg száján. Az US 5 348 095 számú szabadalmi leírás kútkiképzési eljárást ismertet, amelynek során rugalmas anyagból készült bélést használnak, amely rugalmas deformációt szenved nagyobb átmérõre egy sugárirányú tágítóeszköz hatására. Elõnyösen ez a csõ folytonos és így cementezhetõ. Másrészt a tágulás (25%¹ig) a teljes hossz csökkenésével társul, ami a csõ végénél fellépõ problémákhoz vezet. Továbbá a tágításhoz szükséges terhelés rendkívül nagy. Azért, hogy elkerüljék a rendkívüli terheléseket a tágítás és a hossz csökkenése során, azt javasolták, hogy olyan bélést alkalmazzanak, amelyen hosszirányú hornyok vannak kialakítva, amelyek például az US 5 667 011 számú szabadalomban szerepelnek. A bélés tágítótüskével tágítható ki. A tágítás során a hornyok deformálódnak és ezzel állandó hosszt tartanak fenn. Másrészt viszont a nyílások megakadályozzák a hagyományos cementálás elvégzését megszilárduló közeg bevezetésével, amely a bélés belsejében lefelé jut be, illetve a bélés külsõ részén tér vissza. Ha a cementálás mégis szükségessé válik, a teljes furatot megtöltik cementtel és ha a cement mindenhol megkötött, a furatot újrafúrják. A cementet nehezebben lehet fúrni, mint a föld alatti kõzetrétegeket, és ez a fúrás károsíthatja a bélést is. Továbbá a tágulás mértéke korlátozott, és így az ilyen típusú kitágítható bélés nem futhat keresztül a termelõcsöveken, mivel kis belsõ átmérõvel rendelkezik. Más megközelítést ismertet az US 5 533 036 számú amerikai szabadalmi bejelentés, amely egy olyan erõsítõfalból áll, amelynek cementbevonata van anélkül, hogy bélést alkalmaznának. Az US 5 533 036 egy olyan szerszámot javasol, amelyben egy sajtolómodul van elrendezve, amely egy fúrólyuk tárolórétegéhez van csatlakoztatva, amely aktivátor tárolására szolgál, továbbá a talajfelszínrõl egy alapközeget szivattyúznak le, amelyet a falra irányítanak az aktivátorral együtt annak érdekében, hogy aktiválják az alapközeg megszilárdulását. Egy csúszókeretet használnak, amely az aktivátor közelében van elrendezve, hogy magába fogadja a cementet mindaddig, amíg az meg nem köt. Ez a technika speciális cementek alkalmazását kívánja meg, mint például aluminátcement, amelyet nem lehet összekeverni a szokásos cementtel még kis mennyiségekben sem, és ennek következtében logisztikai problémákat okoz. 2
1 HU 005 474 T2 2 Ennek következtében továbbra is fennáll annak a szükségessége, hogy olyan alternatív kútkiképzési eljárásokat dolgozzunk ki, amelyek a fent említett problémák közül néhányat orvosolnak. Így kívánatos olyan eljárások alkalmazása, amelyek legalább ideiglenesen alkalmasak arra, hogy kezeljék a kritikus zónákat, például a kevésbé szilárd geológiai rétegeket annak érdekében, hogy korlátozzuk a fúrás üzemszüneteinek tartamát és költségét, valamint korlátozzuk a fúrólyuk átmérõjének lényeges csökkenését is. A találmány rövid ismertetése A jelen találmány szerint olyan eljárást javaslunk, amely fúrólyuk cementálására szolgál, és az eljárás során egy tágítható csõszerû zsákot helyezünk el ültetõcsõ körül, mégpedig a cementálandó zóna közelében, a zsákot korlátozott mértékben kitágítjuk úgy, hogy egy gyûrû alakú rés alakuljon ki a zsák és a fúrólyuk fala között, megszilárdítható közeget szivattyúzunk a csövön át az említett gyûrû alakú résbe, lehetõvé tesszük a közeg megszilárdulását, összehúzzuk a zsákot és visszahúzzuk a csövet. Amennyiben a zsák olyan anyagból készül, amely nem tapad a cementhez, például gumiból, a zsák is eltávolítható az ültetõcsõvel együtt. Elõnyösen a jelen találmány megvalósítható rövid vagy meghosszabbított fúrólyukrészek cementálásánál is. Például a találmány felhasználható béléscsõ javításra, és ebben az esetben a zsák hossza nem több, mint néhány béléscsõegység hossza (10-tõl 40 m¹ig). Ebben az esetben a zsák elhelyezhetõ az ültetõcsõ körül, mielõtt azt beillesztenék a fúrólyukba, így mind az ültetõcsõ, mind pedig a zsák egyszerre ereszthetõ le a fúrólyukba. Ahol a zsák hossza meghaladja a béléscsõszakasz szokásos hosszát (40 láb vagy 13 m), a zsákot egy felcsévélt csõegység körül helyezzük el és felcsavarva tároljuk. További telepítési mód során elõször is felfüggesztik a zsákot a fúrólyukban a talajfelszínrõl, majd ezt követõen egy ültetõszerszámhoz csatlakoztatják. Ez az eljárás bármilyen zsákhossz esetén is alkalmazható, az egyetlen korlátozás az, hogy a fúrólyuk felsõ része lényegében függõleges legyen úgy, hogy a zsák ne akadjon meg a falon oly módon, hogy ez megakadályozná teljes telepítését. A gyakorlatban ez nem valódi probléma, mivel a vízszintes fúrólyukak rendszerint függõleges fúrólyukban kezdõdnek, amely lényegében 500 m vagy nagyobb mélységben tér el a függõleges iránytól. Ebben az esetben az ültetõszerszám lehet egy felcsévélt csõköteg vagy egyenes csövek, amelyeket fúrópadról telepítenek, ahogy az rendszerint rendelkezésre áll a még nem kiképzett fúrólyukak esetében. Egy célszerû kiviteli alakban a zsák duzzadását egy nem rugalmas (vagy lényegében nem rugalmas) félmerev hüvellyel korlátozzuk, amely a zsák körül van elrendezve. Például egy ilyen hüvely lehet egy fémháló vagy egy huzal, amely például üvegszálból vagy nagymértékben ellenálló szálakból áll, mint például az aramidszálak. Egy ilyen merev hüvely esetében a gyûrû alakú rés kialakulását biztosíthatjuk akkor is, hogyha a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 fúrólyukat soha nem képezték ki vagy eredetileg folyamatos béléssel képezték ki. Egy további kiviteli alakban központosító eszközt alkalmazunk. Egy még célszerûbb kiviteli alakban a zsák tartalmaz felfújható párnákat, amelyek nyúlványokat képeznek, amelyek összeköttetésben vannak a fúrólyukkal (vagy egy már létezõ béléscsõvel vagy réselt béléssel) és amely a zsák önközpontosítását okozza. A telepítési eljárás függvényében a találmány szerinti eljárás kompatibilis a szabványos fúrópaddal, valamint tekercscsõegységekkel és így megfelelõ a fúrólyuk kiképzésére közvetlenül a fúrást követõen, vagy a létezõ fúrólyukakban történõ beavatkozások során még akkor is, hogyha a termelõcsövet már a helyére tették. Továbbá kompatibilis bármilyen típusú cementálóközeggel is. Anélkül, hogy korlátoznánk a találmány oltalmi körét, a jelen találmány alkalmazható egységes átmérõjû fúrólyukak ideiglenes cementálására, továbbá az öblítést iszapveszteség elkerülésére, valamint réselt béléscsövek cementálására, vízszintes fúrólyukak cementálására, átfúrások elcementálására, béléscsövek javítására. Mivel a zsák és az ültetõszerszám felhasználható rendkívül keskeny vagy tekervényes tartományokban is, a találmány különösen alkalmas kötések cementálására, oldalágak vagy bármilyen olyan típusú zóna cementálására, amely viszonylag nagy átmérõjû csõvel nehezen érhetõ el. A rajzok rövid ismertetése A találmány további jellemzõit és elõnyeit, valamint a találmány részleteit az itt következõ leírásban tárjuk fel, amelyet a csatolt rajzokra történõ hivatkozással ismertetünk, amelyek csupán példaértékûek, és ahol a rajzon az: 1A. és 1B. ábra sematikusan illusztrálja a találmány szerinti eljárás elsõ kiviteli alakjának alkalmazásával, egy fúrólyukban lévõ rövid kritikus zóna kezelésének lényegét, a 2. ábra (amely vázlaton mutatja be a telepítés 7 lépését) a találmány második kiviteli alakját illusztrálja, ahol a zsákot elõször úgy telepítjük, hogy ez megelõzi egy rúddal történõ behajtását, a 3. ábra a tömlõ alsó végén elrendezett rögzítõelemeket mutatja részletesen, amelyek a rúdhoz kapcsolják, valamint egy rudat, amely úgy van kialakítva, hogy beilleszkedjék a tömlõ rögzítõeszközébe, a 4. ábra a 3. ábrán látható rudat és tömlõt mutatja, ahol a tömlõ a rúdhoz van csatlakoztatva, az 5. ábra a 4. ábrán bemutatott eszközzel végrehajtott cementálóeljárás fõ lépéseit mutatja be, a 6. ábra a felfújható párnákkal végrehajtott tömlõönközpontosítást mutatja be, a 7. ábra a tömlõ tágulását korlátozó huzalhálóburkot mutatja be, és a 8. ábra a találmány szerint eljárással végrehajtott fúrólyuk-cementálási eljárást mutatja be. 3
1 HU 005 474 T2 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Annak érdekében, hogy egyszerûsítsük az itt következõ leírást, szokás szerint a szerszám különbözõ részeit, abban az esetben, hogyha a szerszámot függõleges fúrólyukban telepítjük, felsõ és fenti melléknevekkel jelöljük, ami a szerszám azon részének felel meg, amely a földfelszínhez a legközelebb van, továbbá az alsó vagy lenti melléknevek a szerszám másik végének felelnek meg, amely a fúrólyuk aljához van közelebb. A találmány alapja az, hogy létrehozunk egy ideiglenes gyûrû alakú rést, mégpedig egy felfújható zsák vagy tömlõ alkalmazásával. A zsák célszerûen egy külsõ felülettel van ellátva, amely gumiból készült, vagyis olyan anyagból, amely nehezen tapad a cementhez. Szerkezete hasonló lehet a lapos tûzoltó tömlõkéhez. Hossza néhány métertõl jó pár száz méterig terjedhet. Átmérõje kitágulhat egy olyan értékre, amely a felfújatlan állapotban lévõ érték 100%¹a és 500%¹a közötti. Meg kell jegyeznünk, hogy célszerûen a kezdeti átmérõ az ültetõcsõ átmérõjéhez viszonylag közel van annak érdekében, hogy elkerüljük a laza érintkezést, amely megkönnyíthetné, hogy a zsák beleakadjon a falakba, miközben a helyére kerül. Mivel a zsák csak ideiglenes határt szab a cementnek és nem jelent szigetelést két zóna között, ami a pakkerek vagy csõelzárók esetében így van, nincs szükség arra, hogy szigorúan kövesse a fal formáját és ennek folytán könnyen gyártható. Az 1. ábrán sematikusan a találmány szerinti eljárás elsõ kiviteli alakját láthatjuk, ahol a ültetõcsõ a zsák belsejében van a földfelszínen. Ezen az 1. ábrán a ültetõcsõ csõtekercs. Mivel a zsákösszeállítást a felszínen készítjük elõ, akár egy üzemben, akár az olajmezõn, ez az eljárás csak viszonylag rövid zónák kezelésére alkalmas. A tekercselt csöves telepítés különösen elõnyös már kiképzett fúrólyukak esetében, mivel lehetõvé teszi az átcsövezés elhelyezését, minthogy a bemutatott esetben ez így is van, de ez a kiviteli alak csak hagyományos fúrópódium alkalmazásával valósítható meg. Az 1A. ábrán bemutatott esetben 1 fúrólyuk van elrendezve egy kõzetrétegben és cementált 2 béléssel van ellátva, amelyen 3 perforációk vannak a termelési zónában annak érdekében, hogy a termelt közeg bejuthasson a fúrólyukba és felemelkedhessen a felszínre a 4 termelõcsövön át. A felszínen a kútfej 5 kútfejjel van ellátva, amely egy sorozat szelepet, kitörésgátló közdarabot, nyomásmérõket és fúvókákat tartalmaz, amelyek a biztonságot szolgálják, és lehetõvé teszik a beavatkozást a kiképzett fúrólyukon vagy kúton. Egy ilyen beavatkozás szükségessé válhat például, hogyha nõ a víztermelés, például a 6 olajtermelõ zóna és a 7 víztermelõ zóna közötti közdarab elmozdulása esetén, ami gyakran elõfordul a rezervoár öregedésével. Ebben az esetben fontos, hogy eldugaszoljuk a 8 perforációkat, amelyek most a 7 víztermelõ zónába néznek. Egy csõtekercs-tekercselõdob van elrendezve a kút mellett, és a 10 csõtekercset a termelõcsövön át leengedjük. A találmány szerinti telepítõszerszám van csatlakoztatva a csõtekercs végéhez és tartalmaz egy 11 vezetéket, amely 12 központosítókat, valamint egy leeresztett 13 zsákot hordoz. Az ábrán nem látható csatlakozások szolgálnak arra, hogy lehetõvé tegyék a folyadékkommunikációt a zsák belsõ része és a vezeték között. Biztonsági szelepek (amelyek szintén nem láthatók) vannak elrendezve a csõvezeték külsõ részén úgy, hogy a folyadék például fúrófolyadék átszivattyúzható a csõtekercsen az azt körülvevõ térbe. Az 1B. ábrán látható, hogyha a telepítõszerszámot a kezelendõ tartomány közelében elhelyezik, a 12 központosítók ezzel telepítve vannak. A kommunikációs útvonalak a belsõ csõ és annak külseje között zárva vannak, például egy olyan golyóval, amelyet a felszínrõl engednek le úgy, hogy a 13 zsák felfúvódik és egy gyûrû alakú teret képez a fúrólyuk nem bélelt része mentén. Ebben a fázisban egy elválasztó csõmalacot vezetnek be a felszínrõl a csõtekercsbe, amelyet a cementálózagy tol maga elõtt. Ha a cement által kifejtett nyomás meghalad egy bizonyos küszöbértéket, a biztonsági szelep járatai kinyílnak és a cement a gyûrû alakú térbe szivattyúzódik annak érdekében, hogy eltömítse a perforációkat. A cementet hagyják megkötni. Ezt követõen a csõtekercset vissza lehet húzni és a kút most már kész a termelés folytatására. A 2 5. ábrák egy alternatív kiviteli alakot mutatnak, ami majdnem bármilyen hosszúságú zsák esetén megfelelõ. Amikor a szóban forgó zsákot elhelyezték a telepítõszerszám körül, ahogy az 1. ábrán látható kiviteli alakban is, figyelembe kell venni, hogy a maximális hossz, amelyet még kezelni lehet egy fúrópódiumon, körülbelül 100 láb, és a felületi szállítóképesség lényegében 40 lábban maximalizálható. Ez igen szigorú hosszkorlátozás minden olyan egység esetében, amelyet a felszínen kell elõkészíteni; természetesen ez a korlátozás nem kompatibilis a cementezõmunkának egy bizonyos egyszerû javításon túlmutató esetében. Ezt a korlátozást a javasolt eljárással feloldjuk, amely abból áll, hogy egymagában leengedjük a tömlõt a kútba, majd ezt követõen összeszereljük a rudat a kötésekkel és bejuttatjuk a tömlõbe: a rúd behelyezése a tömlõt merevvé teszi úgy, hogy az lenyomható a függõleges szakasz súlyánál fogva, miközben az lefut a fúrólyukba a függõlegestõl eltérõ vagy vízszintes szakaszokon, ahol a súlya nem lenne elegendõ. A rúd célszerûen könnyû anyagból készül, például üvegszálból, amelynek relatív sûrûsége a zagyban rendkívül alacsony. A 2. ábra ebben a kialakításban az események sorrendjét mutatja. Az 1. lépésben a tömlõt, amelynek hossza több száz méter is lehet, leengedjük a kútba, a felszínrõl felfüggesztjük, és még teljes egészében a kút függõleges részében helyezkedik el. Egy emelõcsiga a telepítést megkönnyítheti. Még ha a kút úgynevezett vízszintes fúrású, a felsõ szakasza a felszín közelében általában függõleges, amely ezt a lépést könnyûvé teszi, mivel a gravitációval elkerülhetõ a gyûrõdések kialakulása. A 2. lépésben a rudat (mindkét végén kilincsmechanizmussal) leeresztjük a formába. Ezt követõen az alsó kilincs érintkezésbe kerül a tömlõ külsejé- 4
1 HU 005 474 T2 2 vel és automatikusan reteszelõdik hozzá. Ha szükséges, a tömlõ felsõ végét levágjuk a megfelelõ hosszra, majd ezt követõen rögzítjük a felsõ reteszhez. Az összeállítás elég kicsi lehet ahhoz, hogy átférjen a termelõcsövön; a nyomóerõt, amelyet akár a csõtekercs, akár egy sor csõ közvetít, egy hagyományos fúrótorony szolgáltatja. Mivel a tömlõ és a rúd, amely némi merevséget ad, hozzá van kapcsolva, az egység lefut a kútban, esetleg vízszintes szakaszokba is. A mûvelet során zagy vagy bármilyen nehezített folyadék, amely kompatibilis a kõzetekkel szivattyúzható át a csövön és a rúdon, ami visszatér a felszínre abban a gyûrû alakú résben, amelyet a termelõcsõ, valamint az ültetõcsõ alkot. A 3. lépésben az egységet most elhelyezzük a megfelelõ helyzetben. Egy golyót vagy egy hajtósúlyt használunk a rúd eltömítésére. Mivel a zagy keringtetését leállítottuk, a zagy kezdi felfújni a tömlõt egy szabályozószelepen át. Az alakzat központosul és átmérõjét korlátozzuk annak érdekében, hogy a megfelelõ gyûrû alakú rést alakítsuk ki, ahogy az a 4. lépésben is látható. Az 5. lépésben a nyomás fokozódásának következtében a golyó kilökõdik a golyófészekbõl, amely leeresztõszelepként mûködik annak érdekében, hogy korlátozza a tömlõben lévõ nyomást. A cementzagy megtölti a gyûrû alakú rést. Az egész egység a kútban marad, lehetõvé téve a cement megszilárdulását. A 6. lépésben a cement megszilárdul, a reteszek kiengednek az egyenes irányú húzás következtében, amely kinyitja a kiszellõzõnyílásokat: a zagy többé nem marad csapdában a szerkezetben. Az egész egység így kihúzható a lyukból, ahogy az a 7. lépésben is látható. A tömlõt kihúzzuk alulról, ami csökkenti a szükséges terhelést és a cement/gumi tapadást legyõzzük úgy, hogy a tömlõt lehántjuk a cementrõl. Az egész lépéssorozat ismertetése után az eszköz különbözõ elõnyös komponenseit a továbbiakban ismertetjük a 3 7. ábrákra történõ hivatkozással. A 3. ábra a rúd reteszének (3B.), valamint a tömlõ alsó végének (3A. ábra) részletes nézetét mutatja. A 31 tömlõ reteszelemekkel van ellátva. A reteszelemek egy 32 horonyból és az ezzel együttmûködõ 33 csapból állnak, amely egy bordázott rész mentén van elrendezve, ahol a tömlõ összenyomódik. A 32 horony és a 33 csapkötés célszerûen acélból készül, úgyhogy a reteszelem súlya lehetõvé teszi a tömlõ telepítését. Ezenkívül a horonynak alsó 34 ferde lemetszése van, ami szintén megkönnyíti a telepítést és a cement megkötése utáni visszahúzást. 36 zárókörmökkel 49 szellõztetõnyílásokkal ellátott 35 csõ 37 nyírócsapokkal van rögzítve a csaphornyos kötéshez. Ahogy az a 3B. ábrán látható, a 38 rúd alsó vége szintén fel van szerelve rögzítõeszközökkel. Ez a rögzítõeszköz egy 39 retesztest, amelyen egy vagy több 40 szigetelés van, valamint egy 47 papucs, amely segíti az összekapcsolást a tömlõvel. A 39 test egy 42 ütközõt is tartalmaz, valamint 41 vállat annak érdekében, hogy rögzíthessük egy kitágítható 43 galléron. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 44 rugó van felszerelve a 39 test köré, a 43 gallér, valamint a 38 rúd alsó vége között. A test továbbá fel van szerelve egy 45 golyófészekkel, amely 46 nyírócsapokkal van rögzítve. 48 golyót vagy súlyt engedünk le a felszínrõl, amely így a fészekbe jut és elzárja a rudat, illetve eltömíti. A 4. ábra a rúdhoz kapcsolt tömlõt mutatja. Ezen a 4. ábrán továbbá az is látható, hogy a rúd tartalmaz olyan eszközt, amellyel felfújható a tömlõ és ez egy 50 szabályozószelep, egy 51 szabályozószelep-tartó, valamint egy 52 szabályozószelep-rugó. A 4. ábrán láthatjuk, hogy a 43 gallér bepattan a 35 csõbe, míg a 40 szigetelések biztosítják a szigetelést a tömlõ-összeállítás és a rúdösszeállítás között. A szakmában járatos szakember számára nyilvánvaló, hogy a fent ismertetett változat csak egy a lehetséges változatok közül. Nyilvánvaló az is, hogy a tömlõ felsõ részei, valamint a rúd felsõ része ellátható hasonló rögzítõelemekkel, amelyet nem kell a továbbiakban részletesen taglalnunk. A 4. ábrán az ismertetett elrendezés néhány jellegzetességét hangsúlyozzuk. Elõször is a reteszelés automatikus: amikor a 43 gallér eléri a 35 csõ felsõ részét, a 38 rúd és a 39 test tovább megy lefelé, összenyomva a 44 rugót. Ha a rugó teljesen összenyomódott, a 43 gallér ujjai összehúzódnak, minthogy nagy ferdeségük rámpaként szolgál és a 41 testváll többé nincs az ujjak mögött. Amikor az ujjak teljesen összehúzódtak, a 44 rugó lenyomja azokat, hogy érintkezésbe lépjenek a 35 csõvel, ameddig újra ki nem tágulnak 36 résében. Akármikor a retesz feszültség alatt van, a 39 test felfelé mozog mindaddig, amíg el nem éri 42 vállát és meg nem áll a galléron. Ebben a pillanatban az ujjak többé nem húzódnak össze és külsõ profiljuk (rendszerint egy negatív szögû váll) eléri a csõ felsõ 36 vállát: a rendszer reteszelve van. A 46 nyírócsapok biztosítják a 45 fészket a 39 retesztesten. A 45 fészek a 39 retesztest belsejében szigetelve van 53 szigeteléssel, majd ezt követõen a golyó/48 súlyzár szigeteli a furatán belül. Így a nyomás megemelkedhet a golyó/súly felett, ami terhelést hoz létre, és a fészket lefelé nyomva elnyírja a csapokat. A nyírás értékét úgy szabályozhatjuk, hogy a fészekbõl és a golyót/súlyt kivetjük, mielõtt elérnénk a maximális üzemi nyomást a 31 tömlõben. Hogyha a fészket kiszabadítottuk, a keringetés helyreállhat a szerszám furatán át a gyûrû alakú térbe, míg azt a nyomást, amely a tömlõben van, fenntartjuk az 50 szabályozószelep révén, amely a 38 rúd vastagságában van elrendezve. Ez a szabályozószelep a tömlõ egyetlen megtöltõ bejárata. Természetesen több szabályozószelepet alkalmazhatunk, hogy növeljük a tömlõ feltöltésének sebességét. A 38 rúd össze van reteszelve a tömlõelrendezésen a 35 csõvel. 37 nyírócsapok tartják a 35 csövet helyzetében úgy, hogy a 40 szigetelések, amelyek a 39 retesztest alján vannak elrendezve, érintkezésben vannak az egység belsõ furatával. Így a 31 tömlõ, valamint a 38 rúd és a 39 retesztest közötti térfogat szigetelve van. De a 37 nyírócsapokat elnyírhatjuk olyan egyenes irányú húzással, amelyet a 38 rúdra gyakorlunk a felszín- 5
1 HU 005 474 T2 2 rõl. Ha elnyíródtak, a 35 csõ felfelé mozog mindaddig, amíg alsó válla neki nem ütközik a 33 csatlakozó felsõ vállának. Ebben az új helyzetben a 40 szigetelések elengedik a csatlakozó szigetelõ furatot és a 35 csõ 36 szellõztetõnyílásai összeköttetésbe kerülnek ezáltal a belsõ csõ járatával, leengedve azt a folyadékot, amely a tömlõben maradt. Következésképpen a tömlõ kiürül és az alsó csatlakozásra gyakorolt egyenes irányú húzás kifordítja, megszüntetve tapadását a cementhez. A szelepzárások és nyitások sorrendjét az 5. ábrára hivatkozással ismertetjük, ahol nyilakkal jelöltük a fõ áramlási irányt. Az 5A. ábrán az egység megfelelõ helyzetben van elrendezve a kútban. Ebben az állapotban a tömlõ még laza. Az egész összeállítás zagyban fekszik (vagy más üzemi folyadékban), amely kering az ültetõcsövön, a rúdon keresztül és visszatér a felszínre a tömlõ mellett. Az 5B. ábrán az egység a kívánt mélységben van, és egy golyót ejtünk be a felszínrõl. Mivel a zagy szivattyúzása folyamatos, a nyomás megnövekszik a rúdban és a szabályozószelep kinyit, lehetõvé téve a zsák kitágulását. Az 5C. ábrán a zsák teljesen kitágult állapotban látható. A nyomás emelkedik a rúdban és a zsák, mindaddig, amíg el nem töri a nyírócsapokat, amelyek a golyót a fészkében tartják, a golyó kivetõdik a fészekbõl és leesik. Ebben a pillanatban a keringés helyreáll és a tömlõ belsejében kialakult nyomás a szabályozószelepnek köszönhetõen fennmarad. A cementet a felszínrõl mindaddig szivattyúzzuk, amíg ki nem tölti a gyûrû alakú teret. Ha a cement megszilárdult, a rudat visszahúzzuk a felszínre. Mivel a folyadék keringését megállítottuk, a tömlõben uralkodó nyomás most nagyobb, mint a rúdban uralkodó nyomás, ami ahhoz vezet, hogy a tömlõ összehúzódik, és lehetõvé teszi visszahúzását a kútból. Ahogy fentebb már említettük, a tömlõ központosítása célszerû. A hagyományos központosító eszközöket rövid tömlõhosszak esetén alkalmazhatjuk, mint például központosító pengéket a tömlõ mindkét végén, ahogy az 1. ábrán is látható. De a központosítás problémája még fontosabb lesz, amint a tömlõ hossza nõ, és a hagyományos eszközök többé nem kielégítõek. A jelen találmány egyik célszerû kiviteli alakjai szerint ezek az eszközök feleslegessé válnak, ha a tömlõt felszereljük felfújható párnákkal, ahogy az a 6. ábrán is látható. A tömlõ felfújásának esetén a párnák érintkezésbe kerülnek a kút furatával és biztosítják, hogy a tömlõ pontosan középre kerül a furatban úgy, hogy a gyûrû alakú rés vastagsága egyenletes. Annak érdekében, hogy elérjük az önközpontosító hatást, a felfújható párnák kúp alakúak. Amikor a szerkezet nincs pontosan központosítva (lásd 6A. ábra), az egyik oldalon lévõ párnák jobban összenyomódnak, mint a másik oldalon lévõk. A kúpos alak lehetõvé teszi, hogy a kõzettel érintkezésben lévõ felületek (S1 és S2) különbözõek legyenek, így a belsõ P nyomás különbözõ ellenerõkhöz vezet (R1 és R2), ami abba az irányba hat, hogy az egységet mindaddig központosítja, amíg a felületek érintkezése szimmetrikus (S) és a reakcióerõk egyenlõek R¹rel (lásd 6B. ábra). S 1 <S 2 R 1 =P.S 1 <R 2 =P.S 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ezenkívül a párnákat el kell távolítani, miután a cement megkötött és kúpos alakjuk segítséget nyújt ahhoz, hogy eltávolítsuk azokat a cementbõl. Annak érdekében, hogy minimalizáljuk a cementhez történõ tapadást, a párnákat célszerûen gumiból vagy ezzel egyenértékû anyagból készítjük. Egy további kiviteli alakban tágulásszabályozó eszközt alkalmazunk. Ha a párnák sûrûsége (darab/felület) elég nagy, a párnák lehatárolják az egység tágulását és ezzel egy rést hoznak létre az egység, valamint a kút fala között. Ennek a résnek a vastagsága rendkívül fontos, minthogy a cementzagy ezt fogja kitölteni. Esetleg vagy ezenkívül a tömlõt felszerelhetjük egy olyan eszközzel, amely behatárolja a tágulást egy meghatározott átmérõre, a belsõ nyomás adott nyomástartományán belül. Ez megvalósítható egy olyan eszközzel, amelynek szabályozott és korlátozott deformációja van, például anyaga természeténél fogva és/vagy egy háló geometriájánál fogva. Ez az eszköz kezdetben fedi a tömlõt vagy egységes részét képezi annak. Például ez a hüvely vagy burkolat lehet egy fémháló, amely hasonló egy összehurkolt hálóhoz vagy egy ruhához, például egy aramidszálból készült fonathoz. Amikor az alakzat felfúvódik, a burkolat mindaddig kitágul, amíg a huzalok vagy a szálak a nyomás következtében egy bizonyos szögben kifeszülnek, és tovább nem tudnak tágulni. Például egy adott háló vagy fonat elviselhetõ maximális szálszöge 57, ahol a hurok a sugárirányú és a hosszirányú erõhatások miatt egyensúlyban van. Ebben a helyzetben a háló eléri maximális átmérõjét és megakadályozza, hogy az alakzat tovább növekedjen akár annak szétrepedéséig is. Azzal, hogy a háló maximális átmérõjét kisebbre választjuk, mint a furat átmérõje, lehetõvé válik, hogy szabályozzuk a gyûrû alakú tér vastagságát és így a cementhüvely vastagságát is. A felfújt alakzat átmérõje viszonylag széles nyomástartományban pontosan szabályozható. Minthogy a burkolat merev anyagból készül, az átmérõ-növekedés kapcsolatban van a teljes hossz rövidülésével. Annak érdekében, hogy elkerüljük a felfújható alakzat burkolattal nem fedett tartományainak elõfordulását, a burkolatot számos elembõl állíthatjuk össze, amelyek kezdetben átfedik egymást oly módon, hogy alig van átfedés vagy rés az elemek között a felfújás után. A 7. ábra ezt a koncepciót illusztrálja és azt mutatja, hogy a fonat kezdetben (összeesett állapotában), illetve ebben a helyzetben (7A.) 71, 72 átfedésekkel van kiképezve és kitágult alakban (7B. ábra) rögzített D átmérõje van. Ahogy azt az elõbbiek során már említettük, a találmány szerinti eljárás alkalmazható számos beavatkozásfajta esetén is. A különösen fontos típusok egyike: azoknak a tartományoknak az ideiglenes kezelése, amelyeket konszolidálni kell ahhoz, hogy lehetõvé tegyük a további fúrást. Ezt mutatjuk be a 8. ábrán. A 8A. ábra egy olyan kút sematikus nézete, amelynek elsõ bélelt része van. A fúrást újra elkezdhetjük 82 alsó fúrólyuktágító szerszámmal annak érdekében, hogy mi- 6
1 HU 005 474 T2 2 nimalizáljuk az átmérõ csökkenését, amikor úgy találjuk, hogy a kút gyenge 83 kõzeten halad át, amely a beomlás kockázatát rejti, és ezzel megakadályozza a további fúrást anélkül, hogy konszolidálnánk a kõzetet. Ebben a helyzetben, ahogy az a 8B. ábrán is látható, egy cementálási munkafázis megy végbe a találmány szerinti eljárással, amelynek során felfújható 84 zsákot alkalmazunk. Ha a 85 cement megkötött, a felfújható zsákot eltávolítjuk (8C. ábra). A fúrás újra, hagyományos 86 fúrószerszámokkal mindössze minimális cementvastagság (amely megfelel annak a magasságnak, amely a zsák alja és a furat alja között van) újrafúrásával folytatható (8D. ábra), hogy egységes furatú kutat kapjunk. Ha a teljes szakaszt kifúrtuk, egy végsõ primer cementezést kell végrehajtani hagyományos eszközökkel a 87 béléscsõ helyére illesztett új szakaszán (8E. ábra). Az egy átmérõjû fúrólyukak ideiglenes cementálására szolgáló ezen alkalmazáson túl a találmány különösen alkalmas átcsövezõ javítások esetén nyitott fúrólyukaknál vagy réselt bélések cementálásánál víz¹, olaj- vagy gázkutak esetében anélkül, hogy bármilyen további fúrásra lenne szükség a cementálást követõen. További alkalmazás a homok kezelése. Ebben az utóbbi esetben a cement (vagy más megkötõfolyadék) úgy tervezhetõ, hogy áthatolható legyen, miután megszilárdult, és a kõzetben lévõ közeg áthatolhasson a megerõsített falon. A homok kezelésének alkalmazás esetén rendszerint réselt bélést alkalmazunk, jóllehet ez nem követelmény. Továbbá, jóllehet ebben a leírásban megkötõfolyadékként cement alkalmazására összpontosítottunk, a találmány megvalósítható más típusú megkötõfolyadékokkal is, például gyantákkal. Lehetséges az is, hogy a megkötõanyag áteresztõ (áteresztõ cement vagy gyanta). SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás fúrólyuk cementálására, amelynek során tágítható zsákot (31) rendezünk el ültetõcsõ (38) körül a cementálandó zóna közelében, a zsákot korlátozott mértékben kitágítjuk úgy, hogy ideiglenesen gyûrû alakú teret alakítunk ki a zsák és a fúrólyuk fala között, megszilárdítható folyadékot szivattyúzunk az ültetõcsövön át az említett gyûrû alakú térbe; lehetõvé tesszük a folyadék megszilárdulását; leeresztjük a zsákot, és az ültetõcsövet felhúzással eltávolítjuk. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás során továbbá visszahúzzuk a zsákot, miközben visszahúzzuk az ültetõcsövet. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 3. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zsákot gumiból készítjük. 4. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy lényegében nem rugalmas anyagból készült burkolatot rendezünk el a zsák körül annak érdekében, hogy korlátozzuk a zsák tágulását. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy központosító eszközt rendezünk el a felfújt zsákon. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a központosító eszköz egy csoport felfújható párna. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zsákot elrendezzük az ültetõcsõ körül, mielõtt bejuttatnánk a fúrólyukba. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ültetõcsövet csõtekercsen keresztül telepítjük. 9. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ültetõcsövet hagyományos fúróberendezés segítségével telepítjük. 10. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy elõször a zsákot engedjük le a fúrólyukba, felfüggesztjük a felszínrõl, majd ezt követõen ültetõcsõhöz csatlakoztatjuk, amely mindkét végén reteszszerkezettel ellátott cövek. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zsákot megfelelõ méretre vágjuk, mielõtt az ültetõcsõhöz csatlakoztatjuk. 12. Eljárás furatbélés egy részének javítására, amelynek során az 1 11. igénypontok bármelyike szerinti eljárással köpenyt cementálunk a bélés mentén. 13. Eljárás réselt bélés cementálására, amelynek során az 1 11. igénypontok bármelyike szerinti eljárással köpenyt cementálunk a bélés köré. 14. Eljárás fúrólyuk szilárdítására, amelynek során az 1 11. igénypontok bármelyike szerinti eljárással szilárdítóköpenyt rendezünk el a fúrólyuk mentén. 15. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárdítóhüvely áteresztõ cement vagy áteresztõ gyanta. 16. Berendezés ideiglenes gyûrû alakú rés cementálására fúrólyukban, ahol a berendezés felfújható zsákkal (31) van ellátva, amelyen felsõ és alsó csatlakoztatóeszközök vannak elrendezve annak érdekében, hogy az említett zsákot csõhöz csatlakoztassuk, valamint egy rúddal (38) van ellátva, amelyen a zsákon lévõ rögzítõelemnek megfelelõ rögzítõelem van elrendezve, továbbá a rúd és a zsák között zárható összekötõ járatok vannak kialakítva, amelyeken át a zsákot felfújjuk, illetve leeresztjük. 7
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 8
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 9
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 10
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 11
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 12
HU 005 474 T2 Int. Cl.: E21B 33/13 13
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest