NO20110031A1

NO20110031A1 - Tubular expansion tool and procedure

Info

Publication number: NO20110031A1
Application number: NO20110031A
Authority: NO
Inventors: Britt O Braddick
Original assignee: Tiw Corp
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-07-12
Also published as: NO346185B1

Abstract

Et hydraulisk drevet brønnhullsverktøy (10) er fremskaffet for å bevege en ekspander (36) i en brønn for å radialt ekspandere et brønnhullsverktøy. Verktøyet innbefatter et flertall av fluiddrevne stempler (16, 20) for å aksialt slå ekspanderen i forhold til en verktøyspindel (12), og en eller flere holdekiler (52) for aksialt å feste verktøyet i brønnen. Verktøyspindelen er roterbart festet til røret for å rotere med røret, og derved rotere en borkronen (60) ved den nedre ende av røret. Ekspanderen er flyttet aksialt nedover i samsvar med aksial bevegelse av stemplene for å radialt ekspandere røret etter at i det minste et parti av brønnen er boret med borkronen og idet holdekilene fester røret i brønnen.A hydraulically driven wellbore tool (10) is provided for moving an expander (36) in a well to radially expand a wellbore tool. The tool includes a plurality of fluid driven pistons (16, 20) for axially beating the expander relative to a tool spindle (12), and one or more retaining wedges (52) for axially attaching the tool to the well. The tool spindle is rotatably attached to the tube to rotate with the tube, thereby rotating a drill bit (60) at the lower end of the tube. The expander is moved axially downwardly in accordance with axial movement of the pistons to radially expand the tube after at least a portion of the well has been drilled with the drill bit and the retaining wedges attach the tube to the well.

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN FIELD OF THE INVENTION

Den foreliggende oppfinnelse angår utstyr og teknikker for radial ekspan-deringer av et brønnhullsrør i en brønn. Mer nøyaktig, angår den foreliggende oppfinnelse et brønnhullsverktøy for å rotere en borkrone ved den nedre ende av røret og deretter flytting av en ekspander aksialt nedover for å ekspandere røret idet holdekiler holder ytre verktøyhylse festet til et nedre parti av røret. The present invention relates to equipment and techniques for radial expansion of a wellbore pipe in a well. More specifically, the present invention relates to a downhole tool for rotating a drill bit at the lower end of the pipe and then moving an expander axially downward to expand the pipe as retaining wedges hold the outer tool sleeve attached to a lower portion of the pipe.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN BACKGROUND OF THE INVENTION

Forskjellige typer av brønnhullsverktøy er blitt konstruert for radial ekspansjon av et rør. I mange anvendelser er ekspanderen flyttet aksialt gjennom røret i direkte samsvar med fluidtrykk som virker direkte på ekspanderen. Verktøy av denne type er omtalt i US-patenter 6,631,759, 6,857,473, 6,892,819, 6,976,541, 7,021,390, 7,055,608 og 7,077,211 og US publikasjon 20040231855. Verktøy som pumper ekspanderen oppover benytter konvensjonelt et ekspander-mottakerhus med en utvidet diameter som hyppig fremviser betydelige problemer ved posisjonering av mottakerhuset i den nedre ende av en brønn. Various types of downhole tools have been designed for radial expansion of a pipe. In many applications, the expander is moved axially through the pipe in direct response to fluid pressure acting directly on the expander. Tools of this type are described in US Patents 6,631,759, 6,857,473, 6,892,819, 6,976,541, 7,021,390, 7,055,608 and 7,077,211 and US Publication 20040231855. Tools that pump the expander upwards conventionally use an expander-receiver housing with a significantly increased diameter, which frequently presents problems at position expansion of the receiver housing at the lower end of a well.

I andre tilfeller, benytter brønnhullsverktøyet en hydraulisk seksjon innbefattende et flertall av stempler forbundet i en serie for aksial flytting av ekspanderen, som omtalt i US-patenter 6,763,893, 6,614,143, 7,225,880 og 7,278,492. Ekspansjon fra den nedre ende av røret oppover til en øvre ende av røret er omtalt. Hvis ønskelig kan verktøyet foldes sammen og returneres til overflaten gjennom det ikke-ekspanderte øvre parti av røret. In other cases, the downhole tool utilizes a hydraulic section including a plurality of pistons connected in series for axial movement of the expander, as disclosed in US Patents 6,763,893, 6,614,143, 7,225,880 and 7,278,492. Expansion from the lower end of the pipe upwards to an upper end of the pipe is discussed. If desired, the tool can be folded and returned to the surface through the unexpanded upper part of the tube.

Teknikker og utstyr for å ekspandere et rør kan variere betydelig avhengig av lengden av røret som skal ekspanderes. En kort rørseksjon på 2 meter eller mindre kan ekspanderes i en foringshenger-operasjon eller en deloperasjon. Ekspansjon av rørlengder utover 500 meter og ofte tusener av meter er typisk påkrevet for en monodiameter-ekspansjonsoperasjon, med den ytterligere kompleksitet med å ekspandere hundrevis av forseglede gjengeskjøter, som skaper betydelig større problemer enn ekspansjon av en kort rørseksjon. Techniques and equipment for expanding a pipe can vary significantly depending on the length of the pipe to be expanded. A short pipe section of 2 meters or less can be expanded in a casing hanger operation or a partial operation. Expansion of pipe lengths beyond 500 meters and often thousands of meters is typically required for a monodiameter expansion operation, with the added complexity of expanding hundreds of sealed threaded joints, creating significantly greater problems than expansion of a short pipe section.

I løpet av det siste ti-år, er oljefeltoperasjoner som innbefatter en borkrone ved en nedre ende av foringsrør blitt benyttet for noen anvendelser. Brønnhulls-foringsrøret kan således roteres og samtidig senkes inn i en brønn med kronen ettersom kronen borer et dypere parti av borehullet. Denne foringsrørboreteknikk er ikke kjent å ha blitt benyttet i forbindelse med en foringsrørekspansjons-operasjon, delvis fordi kompleksiteten forbundet med en foringsrørekspansjon, og følgende av en mislykket ekspansjon. En første tur i hullet er blitt anvendt for å bore et parti av borehullet, og en annen tur i hullet kan deretter innbefatte et ekspanderverktøy som så radialt ekspanderer røret idet det er posisjonert ved en ønsket dybde. During the past ten years, oil field operations involving a drill bit at a lower end of casing have been used for some applications. The wellbore casing can thus be rotated and simultaneously lowered into a well with the bit as the bit drills a deeper part of the borehole. This casing drilling technique is not known to have been used in conjunction with a casing expansion operation, in part because of the complexity associated with a casing expansion, and the aftermath of a failed expansion. A first trip in the hole has been used to drill a portion of the borehole, and a second trip in the hole may then include an expander tool which then radially expands the pipe as it is positioned at a desired depth.

Ulempene med den tidligere kjente teknikk er overvunnet av den foreliggende oppfinnelse, og en forbedret teknikk for ekspandering av et brønnhullsrør er heretter omtalt. The disadvantages of the previously known technique are overcome by the present invention, and an improved technique for expanding a wellbore pipe is hereinafter discussed.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION

Et hydraulisk drevet verktøy flytter aksialt en ekspander i en brønn for å radialt ekspandere et brønnhullsrør. I en utførelse innbefatter verktøyet et flertall av fluiddrevne stempler som hver er sammenkoplet i serie for aksialt å slå ekspanderen nedover i forhold til en sentral verktøyspindel. Verktøyspindelen er roterbart festet til røret som skal ekspanderes, slik at rotasjon av arbeidsstrengen roterer spindelen, som roterer røret, som så roterer en borkrone ved den nedre ende av røret. I en foretrukket utførelse, er en kileforbindelse anordnet mellom verktøyspindelen og røret. Etter at et parti av brønnen er boret, er ekspanderen tvunget aksialt nedover i samsvar med flertallet av stempelsammenstillinger for radialt å ekspandere et parti av røret idet én eller flere holdekiler fester en ytre hylse radialt utover til spindelen i brønnen. Verktøyet innbefatter en teleskopisk skjøt for ekspandering under en ekspander-tilbakestillingsoperasjon og sammentrekning under en rørekspansjonsoperasjon. En fremgangsmåte for å operere det hydraulisk drevne brønnhullsverktøy for å oppnå disse mål er også omtalt. A hydraulically driven tool axially moves an expander in a well to radially expand a wellbore pipe. In one embodiment, the tool includes a plurality of fluid driven pistons each connected in series to axially drive the expander downward relative to a central tool spindle. The tool spindle is rotatably attached to the tube to be expanded, so that rotation of the work string rotates the spindle, which rotates the tube, which then rotates a drill bit at the lower end of the tube. In a preferred embodiment, a wedge connection is arranged between the tool spindle and the pipe. After a portion of the well is drilled, the expander is forced axially downward in accordance with the majority of piston assemblies to radially expand a portion of the pipe as one or more retaining wedges attach an outer sleeve radially outward to the spindle in the well. The tool includes a telescopic joint for expansion during an expander-reset operation and contraction during a tube expansion operation. A method of operating the hydraulically driven downhole tool to achieve these goals is also discussed.

Disse og andre egenskaper og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremkomme fra den følgende detaljerte beskrivelse, hvori referanse er gjort til figurene i de vedføyde tegninger. These and other features and advantages of the present invention will emerge from the following detailed description, in which reference is made to the figures in the attached drawings.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 er et tverrsnittsriss av et øvre parti av verktøyet innbefattende skjærringen. Fig. 2 illustrerer et sentralt parti av verktøyet vist i fig. 1, innbefattende en ekspander drevet for å forflytte seg aksialt nedover for å ekspandere et rør. Fig. 3 illustrerer det sentrale parti av verktøyet vist i fig. 1, med den teleskopiske skjøt i en ekspandert posisjon. Fig. 4 illustrerer et nedre parti av verktøyet, innbefattende holdekiler for å feste en ytre hylse i brønnen, den teleskopiske skjøt er i en sammentrukket posisjon, og en borkrone ved den nedre ende av røret. Fig. 1 is a cross-sectional view of an upper part of the tool including the cutting ring. Fig. 2 illustrates a central part of the tool shown in fig. 1, including an expander driven to move axially downwardly to expand a tube. Fig. 3 illustrates the central part of the tool shown in fig. 1, with the telescopic joint in an expanded position. Fig. 4 illustrates a lower part of the tool, including retaining wedges for securing an outer sleeve in the well, the telescopic joint in a contracted position, and a drill bit at the lower end of the pipe.

Fig. 5 er et tverrsnittsriss langs linjer 5-5 i fig. 2. Fig. 5 is a cross-sectional view along lines 5-5 in fig. 2.

Fig. 6 er et tverrsnittsriss langs linjer 6-6 i fig. 2. Fig. 6 is a cross-sectional view along lines 6-6 in fig. 2.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Fig. 1 omtaler et øvre parti av et passende verktøy 10 innbefattende en mekanisme omtalt nedenfor å styre for tidlig operasjon under drift eller bore-operasjoner. Som vist i fig. 1, kan verktøyet være opphengt i brønnen fra borerør eller arbeidsstreng 11, som opplagrer både en indre verktøyspindel 12 og et ytre rør 14. Gjenger 18 forbinder det ytre rør 14 til øvre foring 15. Som vist i det nedre parti i fig. 1, er også et indre stempel 16 forbundet ved gjenger 17 til spindelen 12, og er tettet til det ytre rør 14 ved én eller flere O-ringtetninger eller pakning 26. Ytre stempel 18 er skrudd ved 19 til det ytre rør 14, med tetning 28 som tetter med spindelen 12. Et flertall av ytre stempler og indre stempler er anordnet for i rekkefølge å drive verktøyet. Spindelen 12 er skrudd ved 22 til arbeidsstreng 11, og er tettet ved 21 til arbeidsstreng 11. Fluidtrykk innen arbeidsstrengen kan gå gjennom en port 25 (vist i det nedre parti av fig. 1) i spindelen 12 (som er funksjonsmessig en forlengelse av arbeidsstrengen 11) for aksialt å atskille et ytre stempel 18 forbundet til ytre rør 14 fra et indre stempel 16 forbundet til indre arbeidsstreng 12, og derved tilveiebringe den aksiale kraft for hydraulisk å aktuere verktøyet. En ventilasjonsport 24 i det ytre rør 14 kan tilrettelegge aksial separasjon av stemplene under denne operasjon. De som er faglært på området vil verdsette at en rekke av indre og ytre stempler kan være anordnet, med et antall av valgte stempler avhengig av den ønskede aksiale kraft som skal utøves på ekspanderen og det tillatte arbeidstrykk innen arbeidsstrengen 11. Ytterligere detaljer vedrørende en hydraulisk drevet brønnhullsaktuator for både setting av verktøyet i brønnen og ekspandering av brønnhullsrøret er omtalt i US patenter 6,622,789 og 6,763,893. Fig. 1 discusses an upper portion of a suitable tool 10 including a mechanism discussed below to control premature operation during operation or drilling operations. As shown in fig. 1, the tool can be suspended in the well from drill pipe or work string 11, which stores both an inner tool spindle 12 and an outer tube 14. Threads 18 connect the outer tube 14 to the upper casing 15. As shown in the lower part of fig. 1, an inner piston 16 is also connected by threads 17 to the spindle 12, and is sealed to the outer tube 14 by one or more O-ring seals or packing 26. Outer piston 18 is screwed at 19 to the outer tube 14, with a seal 28 which seals with the spindle 12. A plurality of outer pistons and inner pistons are arranged to sequentially drive the tool. The spindle 12 is screwed at 22 to the working string 11, and is sealed at 21 to the working string 11. Fluid pressure within the working string can pass through a port 25 (shown in the lower part of Fig. 1) in the spindle 12 (which is functionally an extension of the working string 11) to axially separate an outer piston 18 connected to outer tube 14 from an inner piston 16 connected to inner working string 12, thereby providing the axial force to hydraulically actuate the tool. A ventilation port 24 in the outer tube 14 can facilitate axial separation of the pistons during this operation. Those skilled in the art will appreciate that a variety of internal and external pistons may be provided, with a number of pistons selected depending on the desired axial force to be exerted on the expander and the allowable working pressure within the working string 11. Further details regarding a hydraulic powered wellbore actuator for both setting the tool in the well and expanding the wellbore pipe is discussed in US patents 6,622,789 and 6,763,893.

Et respektivt indre og ytre stempel kan være aksialt forbundet når verktøyet er ført inn i brønnen, og denne forbindelse er brutt etter boreoperasjonen når stemplene atskilles for å tilføye hydraulisk kraft til verktøyet. Fremdeles med referanse til fig. 1, kan hylse 23, som virker som en stopper, være skrudd til den nedre ende 20 av arbeidsstreng 11. Under oppbygging av sammenstillingen kan forbindelseshylse 28 være posisjonert over hylsen 23, og gjengene mellom hylsen 28 og foring 15 bygges opp slik at skulderen på hylsen 28 opptar toppenden av stoppehylsen 23, og derved aksialt sammenkopler foringen 15 med det ytre rør 14. På lignende måte, kan de samme komponenter være benyttet for initielt å forbinde et ytre stempel og et indre stempel. Hylsen 28 kan innbefatte en fordypning, kutt, eller lignende delreduksjon for ønskelig å svekke den aksiale holdekraft til hylsen 28, slik at separasjon vil oppstå ved stedet av kuttet 27. Hydraulisk kraft som påfølgende er påført mellom de indre og ytre stempler vil således skjære hylsen 28 ved kutt 27. Hylsen 28 virker effektivt som en skjærring for å forhindre for tidlig aktuering av verktøyet. Ved å holde stemplene forbundet når verktøyet er ført inn i brønnen, er sannsynligheten for at sand og rester blir fanget i hulrommet mellom stempler minimalisert. Dette hulrom kan også være fylt med fett for å forhindre inngang av sand eller andre faststoffer mellom stemplene. Fig. 2 omtaler et sentralt parti av et passende verktøy for både å utføre en foringsrør-boreoperasjon og for deretter å ekspandere foringens innvendige diameter til større enn dens innvendige innføringsdiameter. Fig. 3 omtaler vesentlig det samme parti av verktøyet når det er slått ut for å ekspandere foringen. Verktøyet kan være benyttet for å bore et parti av en brønn ved å drive en borkrone ved en nedre ende av foringsrøret (eller foring), så ekspandering av det samme foringsrør eller foring idet den er nede i en brønn. Fig. 2 illustrerer en ekspander 36 på et sentralt parti av verktøyet 10 for ekspandering av et rør, slik som foring L, etter at et parti av brønnen er boret. Foringen L kan være posisjonert innen et foringsrør C, som kan ha blitt ført inn i brønnen med en indre diameter større enn den ytre diameteren til foringen, eller foringsrøret C kan være en friksjon av en foring som ble ekspandert nede i hullet til diameteren av foringsrør C. Endehylse 35 er festet til ytre rør 14. Når endehylse 35 er tvunget nedover, bevirker denne hovedsakelig aksiale kraft til at hylsen 35 beveger seg ned med ekspanderen 36. Kun når spindelen 12 er flyttet oppover ved aktivering av de hydrauliske stempler kan ekspanderen 36 bevege seg nedover. Tetning 33 tetter mellom hylse 35 og spindelen 12. Ventilasjonsport 32 i hylsen 35 ventilerer til å begynne med fluidtrykk ettersom ekspanderen 36 beveger seg nedover. Toppen av foringsrøret eller foringen L, som innbefatter den øvre foringsrør-koplingsseksjon 38, er skrudd ved 37 til den øvre ende av hoved-legemet av foringen L. Ekspanderen 36 er opplagret på den ytre hylse 41 (se fig. 3) som er skruforbundet til øvre foringsrørkopling 38. Hylse 42 hviler på kopling 43 skruforbundet til den ytre hylse 42, idet den øvre ende av hylse 42 er skrudd ved 31 til den nedre ende av hylse 35. Port 39 fører fluid fra under til over ekspanderen kun etter at foringsrøret er blitt ekspandert, som forklart nedenfor. Med referanse igjen til fig. 2, tetter tetning 61 mellom ytre hylse 42 og den ikke-ekspanderte foring L. Den ytre hylse 42 som vist i fig. 2, beveger seg således aksialt med den ytre hylse 14 vist i fig. 1 og 2. A respective inner and outer piston may be axially connected when the tool is introduced into the well, and this connection is broken after the drilling operation when the pistons are separated to add hydraulic power to the tool. Still with reference to fig. 1, sleeve 23, which acts as a stop, can be screwed to the lower end 20 of working string 11. During construction of the assembly, connecting sleeve 28 can be positioned over sleeve 23, and the threads between sleeve 28 and lining 15 are built up so that the shoulder of the sleeve 28 occupies the top end of the stopper sleeve 23, thereby axially interconnecting the liner 15 with the outer tube 14. In a similar manner, the same components may be used to initially connect an outer piston and an inner piston. The sleeve 28 may include a recess, cut, or similar partial reduction to desirably weaken the axial holding force of the sleeve 28, so that separation will occur at the location of the cut 27. Hydraulic force which is subsequently applied between the inner and outer pistons will thus cut the sleeve 28 at cut 27. The sleeve 28 acts effectively as a cutting ring to prevent premature actuation of the tool. By keeping the pistons connected when the tool is advanced into the well, the likelihood of sand and debris being trapped in the cavity between pistons is minimised. This cavity can also be filled with grease to prevent the entry of sand or other solids between the pistons. Fig. 2 discloses a central portion of a suitable tool for both performing a casing drilling operation and for subsequently expanding the casing's internal diameter to greater than its internal insertion diameter. Fig. 3 discusses essentially the same part of the tool when it is turned out to expand the lining. The tool may be used to drill a portion of a well by driving a drill bit at a lower end of the casing (or casing), then expanding the same casing or casing while it is down a well. Fig. 2 illustrates an expander 36 on a central part of the tool 10 for expanding a pipe, such as casing L, after a part of the well has been drilled. The casing L may be positioned within a casing C, which may have been driven into the well with an inner diameter greater than the outer diameter of the casing, or the casing C may be a friction of a casing that was expanded downhole to the diameter of the casing C. End sleeve 35 is attached to outer tube 14. When end sleeve 35 is forced downwards, this mainly axial force causes the sleeve 35 to move down with the expander 36. Only when the spindle 12 has been moved upwards by activation of the hydraulic pistons can the expander 36 move downwards. Seal 33 seals between sleeve 35 and spindle 12. Vent port 32 in sleeve 35 initially vents with fluid pressure as expander 36 moves downward. The top of the casing or casing L, which includes the upper casing coupling section 38, is screwed at 37 to the upper end of the main body of the casing L. The expander 36 is supported on the outer sleeve 41 (see Fig. 3) which is screwed to upper casing coupling 38. Sleeve 42 rests on coupling 43 screwed to the outer sleeve 42, the upper end of sleeve 42 being screwed at 31 to the lower end of sleeve 35. Port 39 carries fluid from below to above the expander only after the casing has been expanded, as explained below. With reference again to fig. 2, seal 61 seals between outer sleeve 42 and the non-expanded liner L. The outer sleeve 42 as shown in fig. 2, thus moves axially with the outer sleeve 14 shown in fig. 1 and 2.

Det vil forstås at verktøyet som vist i fig. 1 og 2 kan aktiveres for å ekspandere foring L etter at foringen først er rotert av verktøyet og arbeidsstrengen 11 for å rotere borkronen 60 som vsit i fig. 4, og derved bore et parti av brønnen til den ønskede dybde. Foringen L og borkronen som en undersammenstilling, kan være senket inn i brønnen og opphengt fra overflaten, så er de gjenværende partier, innbefattende verktøyet og den sammenstilte foringsrør-koplingsseksjon, bygd opp til nedihulls-undersammenstillingen. Arbeidsstrengen, foringen og borkronen kan være senket som en sammenstilling til boredybde og så rotert for å bore foring L inn i posisjon i brønnen før ekspandering av en seksjon av foringen innen brønnen. It will be understood that the tool as shown in fig. 1 and 2 may be actuated to expand the liner L after the liner is first rotated by the tool and work string 11 to rotate the drill bit 60 as shown in FIG. 4, thereby drilling a part of the well to the desired depth. The casing L and the drill bit as a sub-assembly can be lowered into the well and suspended from the surface, then the remaining parts, including the tool and the assembled casing-coupling section, are built up to the downhole sub-assembly. The work string, casing and drill bit may be lowered as an assembly to drilling depth and then rotated to drill casing L into position in the well prior to expanding a section of the casing within the well.

Med referanse igjen til fig. 2, er koplingen 43 skrudd til bunnen av ytre hylse 42, og innbefatter innvendige holdekiler 44 eller en annen profil for å rotere med spindel 12, og derved rotere hylse 42 over og under kopling 45 med spindelen 12. Ekspander 36 er posisjonert innen husparti av endehylse 35 som er skrudd til ytre hus 42 og støtter hylse 41 på skulder 39 til hylse 42, som vist i fig. 2. Når foringen er riktig posisjonert i brønnen ved en foringsboringsoperasjon, kan verktøyet så aktiveres for å sette holdekilene 52 som vist i fig. 4, så er de hydrauliske stempler videre aktivert for å tvinge ekspanderen 36 nedover, og derved ekspandere foringen L. Det skal bemerkes at i enkelte tilfeller kan brønnboringen være boret konvensjonelt og foringen ført inn og ekspandert etterfølgende av boreoperasjonen. With reference again to fig. 2, coupling 43 is screwed to the bottom of outer sleeve 42, and includes internal retaining wedges 44 or another profile to rotate with spindle 12, thereby rotating sleeve 42 above and below coupling 45 with spindle 12. Expander 36 is positioned within the housing portion of end sleeve 35 which is screwed to outer housing 42 and supports sleeve 41 on shoulder 39 of sleeve 42, as shown in fig. 2. When the casing is correctly positioned in the well during a casing drilling operation, the tool can then be activated to set the retaining wedges 52 as shown in fig. 4, then the hydraulic pistons are further activated to force the expander 36 downwards, thereby expanding the liner L. It should be noted that in some cases the wellbore may be drilled conventionally and the liner brought in and expanded subsequently by the drilling operation.

Med referanse fremdeles til fig. 3, er verktøyspindelen 12, som er omtalt ovenfor, funksjonsmessig i et stykke med og del av arbeidsstreng 11, støtter både ytre hylse 42 og mellomliggende hylse 63, med hylse 63 som fungerer som en teleskopisk skjøt. Hussammenstillingen 40, som vist i fig. 4, er anordnet sammen med den teleskopiske skjøt 63, og innbefatter øvre ring 56 og flensmekanisme 45 som virker mellom den ytre diameter av hylse 46 og den indre diameter av flenslegemet 64. Flenser 45 beveger seg radialt innover og utover i samsvar med aksial bevegelse av teleskopisk skjøt 63. Flenser 45 er posisjonert innen huslegemet, og holder holdekilene 52 i en oppadrettet posisjon, slik at holdekilene ikke feilaktig settes. Flensene 45 åpner radialt utover og tillater at holdekilene settes, og tilbakestiller verktøyet når settesammenstillingen er senket. Virkningen av en flensmekanisme er således repeterbar, og derved tillater at verktøyet repeterende kan slås tilbake. Hussammenstilling 40 holder således teleskopisk skjøt 63 og holdekilene 52 i den nedadrettede posisjon når spindelen 12 er hevet for å sette holdekilene. With reference still to fig. 3, the tool spindle 12, discussed above, is functionally integral with and part of work string 11, supporting both outer sleeve 42 and intermediate sleeve 63, with sleeve 63 acting as a telescopic joint. The housing assembly 40, as shown in fig. 4, is arranged together with the telescopic joint 63, and includes upper ring 56 and flange mechanism 45 which acts between the outer diameter of sleeve 46 and the inner diameter of flange body 64. Flange 45 moves radially inward and outward in accordance with axial movement of telescopic joint 63. Flange 45 is positioned within the housing body, and holds the retaining wedges 52 in an upward position, so that the retaining wedges are not incorrectly set. The flanges 45 open radially outward and allow the retaining wedges to be set, and reset the tool when the setting assembly is lowered. The action of a flange mechanism is thus repeatable, and thereby allows the tool to be repeatedly struck back. Housing assembly 40 thus holds telescopic joint 63 and retaining wedges 52 in the downward position when spindle 12 is raised to set retaining wedges.

Holdekilehus 50 er glidbar omkring den nedre ende av spindelen 12, er skrubart festet til den nedre ende av hylsen 46, og er utstyrt med lommer eller åpninger for å opplagre holdekiler 52. Konede overflater på holdekileaktuatoren 54 er fremskaffet, slik at ettersom aktuatoren 54 beveger seg oppover med spindelen 12 i forhold til holdekilene, beveger holdekilene 52 seg radialt utover til gripende inngrep med et parti til foringen L som ennå ikke er ekspandert. Holdekilehuset 50 opplagrer gildbart holdekilene idet spindelen beveger seg utover. Kulestedet 58 mottar en kule for å lukke av det indre av arbeidsstrengen 11 fra borkronen 60 for å trykksette det indre av arbeidsstrengen 11 for å aktivere stemplene. Retaining wedge housing 50 is slidable around the lower end of the spindle 12, is screwably attached to the lower end of the sleeve 46, and is provided with pockets or openings for storing retaining wedges 52. Tapered surfaces on the retaining wedge actuator 54 are provided so that as the actuator 54 moves upward with the spindle 12 relative to the retaining wedges, the retaining wedges 52 move radially outwards into gripping engagement with a portion of the liner L that has not yet expanded. The retaining wedge housing 50 validly stores the retaining wedges as the spindle moves outwards. The ball location 58 receives a ball to seal off the interior of the work string 11 from the drill bit 60 to pressurize the interior of the work string 11 to activate the pistons.

Kraften som genererer stemplene når aktivert vil separere aksialt i samsvar med det hydrauliske trykket i spindelen 12, og derved første sette holdekilene 52 og så drive ekspanderen 36 nedover i forhold til sin initielle posisjon, og derved starte ekspansjon av foringen L. Når holdekilene 52 er satt innen foringen, er ekspanderen 36 tvunget nedover for å fungere en rørlengde. De indre stemplene, posisjonsmessig forbundet til spindelen 12, separerer således akasialt fra de ytre stemplene til en ekspansjonsoperasjon for å generere tilstrekkelig kraft for å drive ekspanderen ned, etter skjæring av en ring for å atskille stemplene. Prosessen kan repeteres for alle nedre seksjoner av røret og at nedre rør ekspanderes ved å slå ut langs den teleskopiske skjøt under en ekspander-tilbakestillingsoperasjon, så å kollapse den teleskopiske skjøt under en rørekspansjons-operasjon. Vekt påført arbeidsstrengen kan være benyttet for å kollapse den teleskopiske skjøt og reposisjonere hussammenstillingen 40. The force that generates the pistons when activated will separate axially in accordance with the hydraulic pressure in the spindle 12, thereby first setting the retaining wedges 52 and then driving the expander 36 downward relative to its initial position, thereby starting expansion of the liner L. When the retaining wedges 52 are set within the liner, the expander 36 is forced downward to operate a length of pipe. The inner pistons, positionally connected to the spindle 12, thus axially separate from the outer pistons for an expansion operation to generate sufficient force to drive the expander down, after cutting a ring to separate the pistons. The process can be repeated for all lower sections of the pipe and that lower pipe is expanded by buckling along the telescopic joint during an expander reset operation, then collapsing the telescopic joint during a pipe expansion operation. Weight applied to the working string may be used to collapse the telescopic joint and reposition the housing assembly 40.

Et borerør eller annen arbeidsstreng er mekanisk bundet til den indre hylse eller spindel, men den indre hylse er ikke forbundet til borkronen 60 og avslutter isteden under holdekilene og over borkronen 60. Den indre hylse beveger seg opp for å sette holdekilene, og er påfølgende satt ned for å heve sammenstillingen for en ekspansjonsoperasjon. Den ytre hylse skyver ekspander 36 ned for å ekspandere foringen. A drill pipe or other work string is mechanically bonded to the inner sleeve or spindle, but the inner sleeve is not connected to the drill bit 60 and instead terminates below the retaining wedges and above the drill bit 60. The inner sleeve moves up to set the retaining wedges, and is subsequently set down to raise the assembly for an expansion operation. The outer sleeve pushes expander 36 down to expand the liner.

Den foreliggende oppfinnelse tillater en operatør å innføre en foring i en brønn, innføre et ekspansjonsverktøy for inngrep med foringen, så rotere borestrengen for å rotere foringen og en borkrone ved den nedre ende av foringen og derved bore et parti av brønnen, så påfølgende ekspandere foringen til en diameter vesentlig større enn dens initielle innføringsdiameter. Mer nøyaktig, som vist i fig. 2 og 6, kan spindelen 12 ha en seksjon med en ikke-sylindrisk form for å passe innen og rotere kopling 43 med spindelen. Dette tillater den teleskopiske skjøt 63 å roteres sammen med den ytre hylse 42 som vist i fig. 5. Rotasjon av hylse 42 roterer den øvre foringsrør-koplingsseksjon 38, som så roterer foringen L. Foringsboring kan oppstå før ekspansjon av foringen. I de fleste anvendelser kan foringen være ekspandert til en diameter som er tilnærmet diameteren av borkronen som vist i fig. 4, som generelt er noe større enn den maksimale diameteren til ekspanderen 36. Med dette inngrep, kan flertallet av stempler være aktuert for å skyve ekspanderen nedover under en forings-ekspansjonsoperasjon, så senkes borestrengen for å heve eller reposisjonere verktøyet for holdekilesetting og ekspansjonsoperasjon. Heving av borestrengen etter spenning (heving) av verktøyet vil tillate høy gjenvinning av verktøyet fra brønnen. Før rørekspansjon, forhindrer effektivt tetning 61 mellom det ytre rør 42 og toppen av foringen L fluid fra å gå oppover mellom utsiden av verktøyet og foringen L. Etter at ekspansjon har skjedd, er tetningen 61 som vist i fig. 2 i seg selv ødelagt ved bevegelse av ekspanderen 36, slik at brønnfluid fra under verktøyet kan evakueres til en posisjon over verktøyet ettersom foringen er ekspandert. Selv om spindelen er roterbart festet til det ytre rør ved en kileforbindelse, og det ytre rør er roterbart festet til røret som skal ekspanderes ved en annen kileforbindelse, kan de selektivt roter-bare forbindelser være utført ved andre mekanismer, selv om en kileforbindelse er spesielt godt tilpasset for formålene med denne forbindelse. The present invention allows an operator to insert a casing into a well, insert an expansion tool to engage the casing, then rotate the drill string to rotate the casing and a drill bit at the lower end of the casing and thereby drill a portion of the well, then subsequently expand the casing to a diameter substantially greater than its initial insertion diameter. More precisely, as shown in fig. 2 and 6, the spindle 12 may have a section with a non-cylindrical shape to fit within and rotate the coupling 43 with the spindle. This allows the telescopic joint 63 to be rotated together with the outer sleeve 42 as shown in fig. 5. Rotation of sleeve 42 rotates the upper casing coupling section 38, which then rotates the casing L. Casing drilling may occur prior to expansion of the casing. In most applications, the liner may be expanded to a diameter approximating the diameter of the drill bit as shown in fig. 4, which is generally somewhat larger than the maximum diameter of the expander 36. With this engagement, the plurality of pistons may be actuated to push the expander downward during a casing expansion operation, then the drill string is lowered to raise or reposition the tool for the wedging and expansion operation. Raising the drill string after tensioning (raising) the tool will allow high recovery of the tool from the well. Prior to pipe expansion, seal 61 between the outer pipe 42 and the top of liner L effectively prevents fluid from traveling upward between the outside of the tool and liner L. After expansion has occurred, seal 61 as shown in FIG. 2 itself destroyed by movement of the expander 36, so that well fluid from below the tool can be evacuated to a position above the tool as the casing is expanded. Although the spindle is rotatably attached to the outer tube by a wedge connection, and the outer tube is rotatably attached to the tube to be expanded by another wedge connection, the selectively rotatable connections may be made by other mechanisms, although a wedge connection is particularly well adapted for the purposes of this connection.

Ekspansjon av røret fra toppen og ned gir flere fordeler sammenlignet med ekspansjon av rør fra bunnen og opp, innbefattende muligheten for å gjenvinne ekspanderen og verktøyet gjennom det tidligere ekspanderte rør. Muligheten for å stenge av og styre ringrommet på utsiden av røret hvis brønnen begynner å strømme under rørekspansjon er oppnådd med topp-ned-ekspansjon, men er ikke tilgjengelig med bunn-opp-ekspansjon. Expanding the pipe from the top down offers several advantages compared to expanding pipe from the bottom up, including the ability to recover the expander and tooling through the previously expanded pipe. The ability to shut off and control the annulus on the outside of the pipe if the well begins to flow during pipe expansion is achieved with top-down expansion, but is not available with bottom-up expansion.

En betydelig fordel med verktøyet som omtalt heri er at fluidtrykk ikke virker direkte på ekspanderen for å bevirke ekspansjonsoperasjonen. Mer viktig, i tilfellet av at én av de skrudde skjøter i den ekspanderte foring lekker, vil denne lekkasje ikke hemme den fortsatte ekspansjon av foringen, som er en betydelig fordel sammenlignet med tidligere kjente systemer som baserer seg på at fluidtrykk direkte virker på ekspanderen for å bevege ekspanderen. A significant advantage of the tool discussed herein is that fluid pressure does not act directly on the expander to effect the expansion operation. More importantly, in the event that one of the threaded joints in the expanded liner leaks, this leak will not inhibit the continued expansion of the liner, which is a significant advantage compared to prior art systems that rely on fluid pressure directly acting on the expander to to move the expander.

Arrangementet av komponentene i henhold til den foreliggende oppfinnelse, posisjonerer den hydrauliske kraftkilde, som pr. de omtalte utførelser er et flertall av indre og ytre stempler, over ekspanderen, og så posisjonere forankringen under ekspanderen. Denne utforming innbefatter også en teleskopisk skjøt innen verktøyet, idet en slik skjøt ikke er nødvendig i henhold til tidligere kjente verktøy av typen som omtalt i US-patent 7,225,880. The arrangement of the components according to the present invention positions the hydraulic power source, which per the described designs are a plurality of internal and external pistons, above the expander, and then position the anchorage below the expander. This design also includes a telescopic joint within the tool, as such a joint is not necessary according to previously known tools of the type discussed in US patent 7,225,880.

Selv om spesifikke utførelser av oppfinnelsen har blitt beskrevet heri i noen detalj, er dette blitt gjort utelukkende for formålene med å forklare de forskjellige aspekter av oppfinnelsen, og er ikke ment å begrense området av oppfinnelsen som definert i kravene som følger. De som er faglært på området vil forstå at utførelsen vist og beskrevet er eksemplifiserende, og forskjellige andre erstatninger, forandringer og modifikasjoner, innbefattende men ikke begrenset til de utformingsalternativer som spesifikt er omtalt heri, kan gjøres ved utøvelse av oppfinnelsen uten å avvike fra dens område. Although specific embodiments of the invention have been described herein in some detail, this has been done solely for the purposes of explaining the various aspects of the invention, and is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims that follow. Those skilled in the art will understand that the embodiment shown and described is exemplary, and various other substitutions, changes and modifications, including but not limited to the design alternatives specifically discussed herein, may be made in the practice of the invention without departing from its scope .

Claims

1. Hydraulically operated downhole tool to axially move an expander in a well to radially expand a pipe, characterized in that it comprises: a plurality of flu id rupture pistons for axially impinging the expander downward relative to a tool spindle; one or more retaining means for axially securing an outer sleeve radially outwardly of the tool spindle in the well; the tool spindle is rotatably attached to the pipe to rotate the pipe by rotating a work string rotatably attached to the tool spindle; a drill bit rotatably attached to a lower end of the pipe for drilling at least a portion of the well; and the expander is movable axially downward relative to the tool spindle in accordance with axial movement of the plurality of pistons to radially expand the pipe after drilling at least a portion of the well and one or more retaining wedges securing the outer sleeve in the well.

2. Well-hole tools as stated in claim 1, characterized in that the tool is lowered into the well on the work string, and a fluid passage in the work string and a central bore in the tool spindle supply fluid pressure to drive the plurality of pistons and to cool the rotating drill bit.

3. Well-hole tools as stated in claim 1, characterized in that it further comprises: a telescopic joint for contraction during a pipe expansion operation and expansion during an expander reset operation.

4. Well-hole tools as specified in claim 3, characterized in that the tool spindle transmits lowering weight to expand the telescopic joint during the expander-reset operation.

5. Well-hole tools as specified in claim 1, characterized in that it further comprises: a wedge connection between the tool spindle and an outer tube, and another wedge connection between the outer tube and the tube to be expanded.

6. Well-hole tools as specified in claim 5, characterized in that the second wedge connection is between the outer tube and a tube extension part attached to one end of the tube; and a seal between the tool spindle and the tube extension part.

7. Well-hole tools as stated in claim 1, characterized in that the expander is positioned axially between the majority of fluid-driven pistons and the one or more retaining wedges.

8. Well-hole tools as specified in claim 1, characterized in that it further comprises: a fragile part for axially connecting an inner one of the plurality of pistons and an outer one of the pistons when the tool is introduced into a well.

9. Hydraulically operated downhole tool for positioning in a well on a work string to axially move an expander into the well to radially expand a wellbore pipe, characterized in that it comprises: a plurality of fluid driven pistons connected in series to axially strike the expander downward relative to a tool spindle, the working string being rotatably attached to the tool spindle; one or more retaining wedges for axially securing an outer sleeve radially outwardly of the tool spindle in the well; a wedge connection between the tool spindle and an outer tube, and another wedge connection between the outer tube and the tube, such that rotation of the tool spindle rotates the tube; a drill bit rotatably attached to a lower end of the pipe for drilling at least a portion of the well; the expander is movable axially downward relative to the tool spindle in accordance with axial movement of the plurality of pistons to radially expand the pipe after drilling at least a portion of the well and one or more retaining wedges securing the outer sleeve in the well; and a telescopic joint to expand during an expander-reset operation and contract during a pipe expansion operation.

10. Well-hole tools as stated in claim 9, characterized in that the tool spindle transmits lowering weight to expand the telescopic joint during the expander-reset operation.

11. Well-hole tool as stated in claim 9, characterized in that the expander is positioned axially between the majority of fluid-driven pistons and the one or more retaining wedges.

12. Well-hole tools as stated in claim 9, characterized in that another wedge connection is between the outer tube and a tube extension part attached to one end of the tube; and a seal between the tool spindle and the tube extension part.

13. Well-hole tool as stated in claim 9, characterized in that the tool is lowered into the well on the work string, and a fluid passage in the work string and a central bore in the tool spindle supply fluid pressure to drive the majority of pistons and cool the rotating drill bit.

14. Method of operating a hydraulically operated downhole tool positioned in a well on a work string to axially move an expander in the well to radially expand a wellbore pipe, characterized in that it comprises: providing a plurality of fluid driven pistons each connected in series to axially strike the expander relative to a tool spindle, the work string being rotatably attached to the tool spindle; rotating the work string to rotate the tool spindle and thereby rotate the pipe in the well, thereby rotating a drill bit at a lower end of the pipe to drill at least a portion of the well; axially attaching one or more holding sources to an outer sleeve radially outward of the tool spindle in the well; moving the expander axially downward relative to the tool spindle in accordance with axial movement of the plurality of pistons to radially expand a portion of the pipe after drilling at least a portion of the well and one or more retaining wedges securing the outer sleeve in the well.

15. Method according to claim 14, characterized in that it further comprises: providing a telescopic joint to expand during an expander reset operation and to contract during a tube expansion operation.

16. Procedure as specified in claim 14, characterized in that the tool spindle transmits lowering weight to expand the telescopic joint during the expander-reset operation.

17. Procedure as stated in claim 14, characterized in that the tool is lowered into the well on the work string, and a fluid passage in the work string and a central bore in the tool spindle supply fluid pressure to drive the plurality of pistons and to cool the rotating drill bit.

18. Procedure as stated in claim 14, characterized in that the expander is positioned axially between the majority of fluid-driven pistons and the one or more retaining wedges.

19. Procedure as specified in claim 14, characterized in that it further comprises: axially connecting an inner one of the plurality of pistons and an outer one of the plurality of pistons with a fragile part when the tool is introduced into a well.

20. Procedure as specified in claim 14, characterized in that it further comprises: sealing between the outer pipe and the pipe to be expanded before expansion of the pipe.