DE69509557T2 - STRAIGHT DRILLING WITH DRILL HOLE - Google Patents
STRAIGHT DRILLING WITH DRILL HOLEInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Erzeugen eines Bohrloches in einer Erdformation. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Bohren von Bohrlöchern, wobei eine Bohranordnung verwendet wird, die ein Lenken der Bohrkrone auf einen gewünschten unterirdischen Zielbereich ermöglicht. Eine typische Anwendung, bei der ein Bedarf für ein solches Lenken der Bohrkrone besteht, ist beispielsweise das Offshore-Bohren, bei dem mehrere abweichende Bohrungen von einer Bohrinsel zu verschiedenen Orten einer kohlenwasserstoffhältigen Zone in einer Erdformation vorgetrieben werden. Andere Anwendungen, bei denen ein Bedarf für ein Lenk- bzw. Richtungsbohren besteht, sind u. a. das Bohren von horizontalen oder stark geneigten Bohrlöchern in eine solche kohlenwasserstoffhältige Zone.The present invention relates to a method and system for creating a borehole in an earth formation. More particularly, the invention relates to drilling boreholes using a drilling assembly that allows for steering the drill bit to a desired subterranean target area. A typical application where there is a need for such steering of the drill bit is, for example, offshore drilling where multiple diverging boreholes are drilled from a drilling rig to different locations in a hydrocarbon-bearing zone in an earth formation. Other applications where there is a need for steering or directional drilling include drilling horizontal or steeply inclined boreholes into such a hydrocarbon-bearing zone.
Die EP 571 045 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines Bohrloches in einer Erdformation mit Hilfe einer Bohranordnung, die einen sich in das Bohrloch hineinerstreckenden Bohrstrang und einen unten im Bohrloch arbeitenden Motor mit einem Gehäuse und einer Antriebswelle zum Antreiben einer Bohrkrone umfaßt, welche Antriebswelle relativ zur Längsachse des unteren Teiles des Bohrstranges geneigt ist, wobei das Motorgehäuse mit dem unteren Teil des Bohrstranges so verbunden ist, daß eine Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse möglich ist, wobei die Bohranordnung ferner Steuerungsmittel zum Steuern der Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse relativ zum Bohrstrang umfaßt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein unten im Bohrloch arbeitender Motor verwendet, der ein Gehäuse mit einer einstellbaren Biegung hat, wobei während des Geradeausbohrens die Biegung so eingestellt wird, daß der Biegungswinkel 0 ist, während beim Kurvenbohren die Biegung so eingestellt wird, daß der Biegungswinkel der gewünschten Bohrlochkrümmung entspricht. Vor dem Bohren eines gekrümmten Bohrlochabschnittes wird das Motorgehäuse relativ zum Bohrstrang um eine ausgewählte Anzahl von Winkelinkrementen verdreht, um das Motorgehäuse in die gewünschte Azimutalrichtung zu bringen.EP 571 045 A1 discloses a method for creating a borehole in an earth formation using a drilling assembly comprising a drill string extending into the borehole and a motor operating down in the borehole with a housing and a drive shaft for driving a drill bit, which drive shaft is inclined relative to the longitudinal axis of the lower part of the drill string, the motor housing being connected to the lower part of the drill string in such a way that rotation of the motor housing about said longitudinal axis is possible, the drilling assembly further comprising control means for controlling the rotation of the motor housing about said longitudinal axis relative to the drill string. The known method uses a downhole motor having a housing with an adjustable bend, whereby during straight drilling the bend is adjusted so that the bend angle is 0, while during curved drilling the bend is adjusted so that the bend angle corresponds to the desired borehole curvature. Before drilling a curved borehole section, the motor housing is rotated relative to the drill string by a selected number of angular increments to bring the motor housing into the desired azimuthal direction.
Die WO-A-93/23652 offenbart eine Bohranordnung mit einem Drehtisch, einem Bohrstrang, einem unten im Bohrloch arbeitenden Motor mit einer schräggestellten Ausgangswelle und einem Gehäuse, das an eine Ausgangswelle eines zweiten Motors angeschlossen ist. Dem zweiten Motor kann selektiv gestattet werden, während des Bohrens eines geraden Bohrlochabschnittes relativ zum Bohrstrang zu rotieren, oder er kann während des Bohrens eines gekrümmten Bohrlochabschnittes mit dem Bohrstrang verriegelt werden. Bevor mit dem Bohren eines gekrümmten Abschnittes begonnen wird, wird der Drehtisch dazu verwendet, den Bohrstrang so auszurichten, daß die Ausgangswelle in die gewünschte Richtung zeigt.WO-A-93/23652 discloses a drilling arrangement comprising a rotary table, a drill string, a downhole drilling Motor having a tilted output shaft and a housing connected to an output shaft of a second motor. The second motor can be selectively allowed to rotate relative to the drill string during drilling of a straight section of the borehole or can be locked to the drill string during drilling of a curved section of the borehole. Before drilling of a curved section is commenced, the rotary table is used to orient the drill string so that the output shaft points in the desired direction.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Bohrloches in einer Erdformation zu schaffen, bei welchem ein unten im Bohrloch arbeitender Motor verwendet wird, der sowohl ein Kurvenbohren als auch ein Geradeausbohren ermöglicht, ohne daß das Motorgehäuse eine einstellbare Biegung haben muß.It is an object of the invention to provide an improved method of making a borehole in an earth formation, which utilizes a downhole motor that enables both curved drilling and straight drilling without the need for the motor housing to have an adjustable bend.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine verbesserte Bohranordnung zum Erzeugen eines Bohrloches in einer Erdformation unter Verwendung eines unten im Bohrloch arbeitenden Motors zu schaffen, der sowohl ein Kurvenbohren als auch ein Geradeausbohren ermöglicht, ohne daß das Motorgehäuse eine einstellbare Biegung haben muß.It is a further object of the invention to provide an improved drilling assembly for creating a borehole in an earth formation using a downhole motor which allows both curved drilling and straight drilling without the need for the motor housing to have an adjustable bend.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrloches in einer Erdformation mit Hilfe einer Bohranordnung geschaffen, die einen sich in das Bohrloch hineinerstreckenden Bohrstrang und einen unten im Bohrloch arbeitenden Motor mit einem Gehäuse und einer Antriebswelle zum Drehen einer Bohrkrone umfaßt, welche Antriebswelle gegenüber der Längsachse des unteren Teiles des Bohrstranges geneigt ist, wobei das Motorgehäuse mit dem unteren Teil des Bohrstranges so verbunden ist, daß eine Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse möglich ist, wobei die Bohranordnung ferner Steuerungsmittel zum Steuern der Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse relativ zum Bohrstrang umfaßt, welches Verfahren das Bohren eines im wesentlichen geraden Abschnittes des Bohrloches umfaßt, indem die Steuerungsmittel das Motorge häuse kontinuierlich um die genannte Längsachse und relativ zum Bohrstrang drehen, während der unten im Bohrloch arbeitende Motor zum Drehen der Bohrkrone betrieben wird, wobei der Schritt des Bohrens des im wesentlichen geraden Bohrlochabschnittes mitdem weiteren Schritt des Bohrens eines gekrümmten Abschnittes des Bohrloches abgewechselt wird, indem die Steuerungsmittel die Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse und relativ zum Bohrstrang verhindern, während der unten im Bohrloch arbeitende Motor zum Drehen der Bohrkrone betrieben wird, und welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Schritt des Bohrens des gekrümmten Abschnittes die Steuerungsmittel dazu veranlaßt werden, das Motorgehäuse um einen Winkel zu drehen, welcher einer ausgewählten Orientierung der Bohrkrone relativ zum Bohrloch entspricht.According to one aspect of the invention there is provided a method of drilling a borehole in an earth formation by means of a drilling assembly comprising a drill string extending into the borehole and a motor operating downhole with a housing and a drive shaft for rotating a drill bit, the drive shaft being inclined with respect to the longitudinal axis of the lower part of the drill string, the motor housing being connected to the lower part of the drill string so as to enable rotation of the motor housing about said longitudinal axis, the drilling assembly further comprising control means for controlling rotation of the motor housing about said longitudinal axis relative to the drill string, the method comprising drilling a substantially straight portion of the borehole by controlling the control means to rotate the motor housing housing continuously about said longitudinal axis and relative to the drill string while the downhole motor is operated to rotate the drill bit, the step of drilling the substantially straight borehole section being alternated with the further step of drilling a curved section of the borehole by the control means preventing rotation of the motor housing about said longitudinal axis and relative to the drill string while the downhole motor is operated to rotate the drill bit, and which method is characterized in that prior to the step of drilling the curved section the control means are caused to rotate the motor housing through an angle corresponding to a selected orientation of the drill bit relative to the borehole.
Das sich kontinuierlich drehende Motorgehäuse gewährleistet, daß sich die Orientierung der geneigten Antriebswelle des Motors kontinuierlich verändert, so daß es keine Vorzugsrichtung gibt, in welcher die Bohrkrone in der Formation voranschreitet. Als Folge davon bohrt die Bohrkrone einen geraden Bohrlochabschnitt während dieser kontinuierlichen Drehung des Gehäuses.The continuously rotating motor housing ensures that the orientation of the motor's inclined drive shaft is continuously changing so that there is no preferred direction in which the bit advances in the formation. As a result, the bit drills a straight section of the borehole during this continuous rotation of the housing.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Bohranordnung zum Erzeugen eines Bohrloches in einer Erdformation geschaffen, mit einem sich in das Bohrloch erstreckenden Bohrstrang sowie einem unten im Bohrloch arbeitenden Motor mit einem Gehäuse und einer Antriebswelle zum Drehen einer Bohrkrone, welche Antriebswelle relativ zur Längsachse des unteren Teiles des Bohrstranges geneigt ist, wobei das Motorgehäuse mit dem unteren Teil des Bohrstranges in der Weise verbunden ist, daß eine Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse möglich ist, wobei die Bohranordnung ferner Steuerungsmittel zum Steuern der Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse und relativ zum Bohrstrang umfaßt, Mittel zum Bohren eines im wesentlichen geraden Abschnittes des genannten Bohrloches, indem die Steuerungsmittel dazu veranlaßt werden, das Motorgehäuse kontinuierlich um die genannte Längsachse und relativ zum Bohrstrang zu drehen, während der unten im Bohrloch arbeitende Motor zum Drehen der Bohrkrone betrieben wird, und Mittel zum Abwechseln des Schrittes des Bohrens des genannten im wesentlichen geraden Bohrlochabschnittes mit einem Schritt des Bohrens eines gekrümmten Abschnittes des genannten Bohrloches, indem die Steuerungsmittel zum Verhindern der Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse und relativ zum Bohrstrang veranlaßt werden, während der unten im Bohrloch arbeitende Motor zum Antreiben der Bohrkrone betrieben wird, welche Bohranordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß Mittel vorgesehen sind, um vor dem Bohren des gekrümmten Abschnittes die Steuerungsmittel dazu zu veranlassen, das Motorgehäuse um einen Winkel entsprechend einer ausgewählten Orientierung des Bohrstranges relativ zum Bohrloch zu drehen.According to a further aspect of the invention there is provided a drilling assembly for creating a borehole in an earth formation, comprising a drill string extending into the borehole and a motor operating downhole with a housing and a drive shaft for rotating a drill bit, which drive shaft is inclined relative to the longitudinal axis of the lower part of the drill string, the motor housing being connected to the lower part of the drill string in such a way that rotation of the motor housing about said longitudinal axis is possible, the drilling assembly further comprising control means for controlling rotation of the motor housing about said longitudinal axis and relative to the drill string, means for drilling a substantially straight portion of said borehole by causing the control means to continuously rotate the motor housing about said longitudinal axis and relative to the drill string while the motor operating downhole is operated to rotate the drill bit, and Means for alternating the step of drilling said substantially straight borehole section with a step of drilling a curved section of said borehole by causing the control means to prevent rotation of the motor housing about said longitudinal axis and relative to the drill string while the downhole motor is operated to drive the drill bit, which drilling arrangement is characterized in that means are provided for causing the control means to rotate the motor housing through an angle corresponding to a selected orientation of the drill string relative to the borehole prior to drilling the curved section.
Die Erfindung wird anschließend ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. 1 schematisch einen unteren Teil einer Bohranordnung zeigt, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows schematically a lower part of a drilling arrangement as used in the method according to the invention.
Die in Fig. 1 gezeigte Bohranordnung erstreckt sich in ein Bohrloch 1, das in einer Erdformation 3 ausgebildet ist. Die Anordnung, von der nur der untere Teil in Fig. 1 gezeigt ist, enthält einen Bohrstrang in Form eines Rohrstranges 5 verhältnismäßig kleinen Durchmessers, beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 50 mm. Bevor er in das Bohrloch 1 abgesenkt wird, wird der Rohrstrang 5 in Form einer Spule oder einer Rolle (nicht gezeigt) gelagert, die an der Oberfläche liegt. Während das Bohren veranschreitet, wird der Rohrstrang 5 von der Spule abgewickelt und langsam in das Bohrloch 1 abgesenkt. Der Rohrstrang 5 wird daher auch als "aufgewickelter Rohrstrang" bezeichnet, und das Bohren mit einem solchen aufgewickelten Rohrstrang wird auch als "coiled tubing drilling" bezeichnet. Ein unten im Bohrloch arbeitender Bohrmotor 6 mit einem Gehäuse 7 befindet sich am unteren Ende der Bohranordnung, wobei der Motor 6 eine Antriebswelle 8 antreibt, die mit einer Bohrkrone 9 ausgestattet ist, welche während des Bohrens in das Gestein am Bohrlochboden 11 schneidet. Der unten im Bohrloch arbeitende Motor 6 bildet einen Hydraulikmotor vom Moineau-Typ, der auf dem Gebiet des Richtungsbohrens gut bekannt ist. Die Antriebswelle 8 und die Bohrkrone 9 sind gegenüber dem Motorge häuse 7 geneigt angeordnet, so daß die Längsachse 13 des unteren Endteiles des Wickelrohrstranges 5 unter einem Winkel 15 relativ zur Längsachse 17 der Antriebswelle 8 geneigt ist. Die Längsachsen 13 und 17 haben einen Schnittpunkt 19, der unterhalb des Motorgehäuses 7 liegt. Das Gehäuse 7 des Bohrlochmotors 6 ist mit einer Anzahl von Stabilisatorklingen 21 versehen, um den unteren Teil der Bohranordnung im Bohrloch 1 zu stabilisieren und zu zentrieren.The drilling assembly shown in Fig. 1 extends into a borehole 1 formed in an earth formation 3. The assembly, of which only the lower part is shown in Fig. 1, contains a drill string in the form of a tubing string 5 of relatively small diameter, for example with a diameter of about 50 mm. Before being lowered into the borehole 1, the tubing string 5 is stored in the form of a spool or a roll (not shown) lying on the surface. As drilling proceeds, the tubing string 5 is unwound from the spool and slowly lowered into the borehole 1. The tubing string 5 is therefore also referred to as a "coiled tubing string" and drilling with such a coiled tubing string is also referred to as "coiled tubing drilling". A downhole drilling motor 6 with a housing 7 is located at the lower end of the drilling assembly, the motor 6 driving a drive shaft 8 equipped with a drill bit 9 which cuts into the rock at the bottom of the borehole 11 during drilling. The downhole motor 6 forms a hydraulic motor of the Moineau type, which is well known in the field of directional drilling. The drive shaft 8 and the drill bit 9 are mounted opposite the motor housing. housing 7 is arranged inclined so that the longitudinal axis 13 of the lower end part of the coiled tubing string 5 is inclined at an angle 15 relative to the longitudinal axis 17 of the drive shaft 8. The longitudinal axes 13 and 17 have an intersection point 19 which lies below the motor housing 7. The housing 7 of the downhole motor 6 is provided with a number of stabilizer blades 21 in order to stabilize and center the lower part of the drilling assembly in the borehole 1.
Der Bohrlochmotor 6 ist mit dem Wickelrohrstrang 5 über einen Elektromotor 23 verbunden, der ein Gehäuse 25 und eine Ausgangswelle 27 hat, wobei das obere Ende des Gehäuses 25 fest mit dem unteren Ende des Wickelrohrstranges 5 und das untere Ende der Ausgangswelle 27 fest mit dem oberen Ende des Gehäuses 7 des Bohrlochmotors 6 verbunden ist. Die Ausgangswelle 27 des Elektromotors 23 ist um ihre Längsachse drehbar, u. zw. relativ zum Gehäuse 25 des Elektromotors 23. Wenn der Elektromotor 23 betrieben wird, dreht sich die Ausgangswelle 27 um ihre Längsachse relativ zum Gehäuse 25. Eine (nicht gezeigte) Bohrung verläuft durch das Innere des Elektromotors 23 und stellt einen Fluidströmungspfad zwischen dem Inneren des Wickelrohrstranges und dem Fluideinlaß des Bohrlochmotors 6 her. Somit wird, wenn Bohrfluid durch den Wickelrohrstrang gepumpt wird, um den Bohrlochmotor 6 anzutreiben, das Bohrfluid durch die Bohrung des Elektromotors 23 zum Einlaß des Bohrlochmotors 6 strömen. Elektrische Energie wird dem Elektromotor 23 über eine Stromzuführungsleitung zugeführt, die zur Oberfläche hin im Inneren einer schützenden Stahlumhüllung 29 verläuft, welche fest entlang des Wickelrohrstranges 5 befestigt ist. Die Stromzuführungsleitung ist an der Oberfläche an eine elektrische Energieversorgung (nicht gezeigt) angeschlossen, die von einem (nicht gezeigten) geeigneten Steuerungssystem gesteuert wird. Der Elektromotor 23 ist ferner mit einem Orientierungsanzeiger (nicht gezeigt) ausgestattet, um eine Anzeige über die Winkelorientierung der Ausgangswelle 27 und somit auch über die Winkelorientierung des Bohrlochmotors 6 relativ zum Wickelrohrstrang 5 zu liefern. Der Orientierungsanzeiger liefert ein die Orientierung der Ausgangswelle 27 repräsentierendes Signal an eine Bedienungsperson an der Oberfläche, u. zw, über eine geeignete Signalleitung, die durch die Stahlabschirmung 29 hindurch verläuft.The downhole motor 6 is connected to the coiled tubing 5 via an electric motor 23 having a housing 25 and an output shaft 27, the upper end of the housing 25 being fixedly connected to the lower end of the coiled tubing 5 and the lower end of the output shaft 27 being fixedly connected to the upper end of the housing 7 of the downhole motor 6. The output shaft 27 of the electric motor 23 is rotatable about its longitudinal axis relative to the housing 25 of the electric motor 23. When the electric motor 23 is operated, the output shaft 27 rotates about its longitudinal axis relative to the housing 25. A bore (not shown) extends through the interior of the electric motor 23 and provides a fluid flow path between the interior of the coiled tubing and the fluid inlet of the downhole motor 6. Thus, when drilling fluid is pumped through the coiled tubing string to drive the downhole motor 6, the drilling fluid will flow through the bore of the electric motor 23 to the inlet of the downhole motor 6. Electrical power is supplied to the electric motor 23 via a power supply line which extends to the surface inside a protective steel casing 29 which is rigidly attached along the coiled tubing string 5. The power supply line is connected at the surface to an electrical power supply (not shown) which is controlled by a suitable control system (not shown). The electric motor 23 is further provided with an orientation indicator (not shown) to provide an indication of the angular orientation of the output shaft 27 and hence also of the angular orientation of the downhole motor 6 relative to the coiled tubing string 5. The orientation indicator provides a signal to an operator representing the orientation of the output shaft 27. on the surface, and via a suitable signal line passing through the steel shield 29.
Im normalen Betrieb der Bohrlochanordnung wird ein im wesentlichen gerader Bohrlochabschnitt wie folgt gebohrt. Bohrfluid wird durch den Wickelrohrstrang 5 und durch die Bohrung des Elektromotors 23 zum Fluideinlaß des Bohrlochmotors 6 gepumpt. Dadurch wird der Bohrlochmotor 6 betrieben, um die Antriebswelle 8 und die Bohrkrone 9 anzutreiben. Gleichzeitig mit dem Betreiben des Bohrlochmotors 23 weist das Steuerungssystem an der Oberfläche die Energieversorgung an, elektrische Energie an den Elektromotor 23 zu liefern, so daß die Ausgangswelle 27 des Elektromotors 23 kontinuierlich mit einer kontrollierten Geschwindigkeit gedreht wird, und dadurch wird das Gehäuse des Bohrlochmotors 6 mit derselben gesteuerten Geschwindigkeit gedreht. Die Bohrkrone 9 dreht sich daher im Bohrloch 1 um beide Achsen 13 und 17. Da sich die Orientierung der Bohrkrone 9 im Bohrloch 1 auf Grund der Drehung der Bohrkrone 9 um die Achse 13 kontinuierlich verändert, gibt es keine Vorzugsrichtung für die Bohrkrone 9, um das Bohrloch 1 zu vertiefen. Folglich bohrt die Bohrkrone 9 einen geraden Abschnitt, der im wesentlichen entlang der Achse 13 gerichtet ist. Es ist anzumerken, daß Abweichungen von der geraden Richtung des auf diese Weise gebohrten Bohrlochabschnittes auftreten können, wenn die Erdformation 3 anisotrop oder inhomogen ist. Derartige Abweichungen können jedoch korrigiert werden, indem die Richtung des Bohrloches 1 in regelmäßigen Intervallen gemessen wird, beispielsweise mit Hilfe bekannter Telemetrieverfahren, und anschließend ein kurzer gekrümmter Abschnitt wie nachfolgend beschrieben gebohrt wird.In normal operation of the downhole assembly, a substantially straight section of wellbore is drilled as follows. Drilling fluid is pumped through the coiled tubing string 5 and through the bore of the electric motor 23 to the fluid inlet of the downhole motor 6. This operates the downhole motor 6 to drive the drive shaft 8 and the drill bit 9. Simultaneously with operating the downhole motor 23, the control system at the surface instructs the power supply to supply electrical power to the electric motor 23 so that the output shaft 27 of the electric motor 23 is continuously rotated at a controlled speed and thereby the housing of the downhole motor 6 is rotated at the same controlled speed. The drill bit 9 therefore rotates in the borehole 1 about both axes 13 and 17. Since the orientation of the drill bit 9 in the borehole 1 changes continuously due to the rotation of the drill bit 9 about the axis 13, there is no preferred direction for the drill bit 9 to deepen the borehole 1. Consequently, the drill bit 9 drills a straight section which is directed essentially along the axis 13. It should be noted that deviations from the straight direction of the borehole section drilled in this way can occur if the earth formation 3 is anisotropic or inhomogeneous. Such deviations can, however, be corrected by measuring the direction of the borehole 1 at regular intervals, for example by means of known telemetry methods, and then drilling a short curved section as described below.
Wenn ein gekrümmter Bohrlochabschnitt im Anschluß an das Bohren eines geraden Bohrlochabschnittes gebohrt werden soll, geht das Bohren wie folgt voran. Zunächst weist das Steuerungssystem an der Oberfläche die Stromversorgung an, den Elektromotor 23 so zu betreiben, daß die Ausgangswelle 27 um einen vorgewählten Winkel entsprechend einer ausgewählten Orientierung des Gehäuses 7 des Bohrlochmotors 6 im Bohrloch 1 gedreht wird, welche Orientierung des Motorgehäuses 7 die Richtung bestimmt, in der das Bohren eines gekrümmten Bohrlochabschnittes voranschreiten soll. Um die gewünschte Orientierung des Motorgehäuses 7 zu erreichen, wird der Orientierungsanzeiger dazu gebracht, eine Angabe über die Winkelorientierung der Ausgangswelle 27 an eine Bedienungsperson an der Oberfläche zu liefern. Nachdem die gewünschte Orientierung erreicht ist, wird der Elektromotor 23 angehalten, und der Bohrlochmotor 6 wird weiter betrieben, um die Antriebswelle 8 und die Bohrkrone 9 durch Pumpen von Bohrfluid durch den Wickelrohrstrang 5 und durch die Bohrung des Elektromotors 23 hindurch zum Fluideinlaß des Bohrlochmotors 6 zu drehen. Dadurch schreitet das Bohren voran, während das Gehäuse 7 des Bohrlochmotors 6 stationär bleibt, die Bohrkrone 9 sich jedoch dreht. Da die Bohrkrone 9 gegenüber der Längsachse 13 des unteren Teiles der Bohranordnung geneigt ist, wird das Bohrloch 1 in Richtung der Neigung der Bohrkrone 9 vertieft, so daß ein gekrümmter Bohrlochabschnitt gebohrt wird.When a curved borehole section is to be drilled following drilling of a straight borehole section, drilling proceeds as follows. First, the control system at the surface instructs the power supply to operate the electric motor 23 to rotate the output shaft 27 through a preselected angle in accordance with a selected orientation of the housing 7 of the downhole motor 6 in the borehole 1, which orientation of the motor housing 7 determines the direction in which drilling of a curved borehole section will proceed. To achieve the desired orientation of the motor housing 7, the orientation indicator is caused to provide an indication of the angular orientation of the output shaft 27 to an operator at the surface. After the desired orientation is achieved, the electric motor 23 is stopped and the downhole motor 6 is continued to operate to rotate the drive shaft 8 and the drill bit 9 by pumping drilling fluid through the coiled tubing string 5 and through the bore of the electric motor 23 to the fluid inlet of the downhole motor 6. Thus, drilling proceeds while the housing 7 of the downhole motor 6 remains stationary but the drill bit 9 rotates. Since the drill bit 9 is inclined with respect to the longitudinal axis 13 of the lower part of the drilling assembly, the borehole 1 is deepened in the direction of the inclination of the drill bit 9 so that a curved borehole section is drilled.
Wenn befunden wird, daß das Bohrloch 1 in die gewünschte Richtung geht, und das Bohren in einer geraden Linie fortgesetzt werden soll, wird der Elektromotor 23 wieder betrieben, so daß gleichzeitig das Motorgehäuse 7 kontinuierlich gedreht wird und der Bohrlochmotor 6 betrieben wird, um die Bohrkrone 9 zu drehen. Um einen Zielbereich in der Erdformation 3 zu erreichen, kann die für den Bohrvorgang zuständige Bedienungsperson das obige Verfahren wiederholen, um abwechselnd gerade und gekrümmte Bohrlochabschnitte zu bohren.When the borehole 1 is found to be going in the desired direction and drilling is to be continued in a straight line, the electric motor 23 is again operated so that at the same time the motor housing 7 is continuously rotated and the downhole motor 6 is operated to rotate the drill bit 9. To reach a target area in the earth formation 3, the drilling operator may repeat the above procedure to drill alternately straight and curved borehole sections.
Während des Bohrens wird sich der Wickelrohrstrang auf Grund der auf ihn wirkenden Reaktionsmomente verwinden, wobei das Maß an Verwindung von verschiedenen Faktoren abhängig ist, wie dem Durchmesser und der Wanddicke des Wickelrohrstranges, dem auf die Bohrkrone wirkenden Gewicht (weight-on-bit), dem Druck des den unten im Bohrloch arbeitenden Motor antreibenden Fluides oder der Größe der Reibungskräfte zwischen dem Wickelrohrstrang und der Bohrlochwand. Anstatt daß der Bohrlochmotor durch Betreiben des Elektromotors in der oben beschriebenen Weise ausgerichtet wird, kann der Motor alternativ durch Variieren des Verwindungswinkels des Wickelrohrstranges ausgerichtet werden, beispielsweise durch Einstellen des Gewichtes auf die Bohrkrone oder durch Einstellen des Druckes des Bohrfluides, welches den Bohrlochmotor antreibt, oder durch eine Kombination aus einem Betreiben des Elektromotors und einer Variation des Verwindungswinkels.During drilling, the coiled tubing will twist due to the reaction moments acting on it, the degree of twist being dependent on various factors such as the diameter and wall thickness of the coiled tubing, the weight on the drill bit, the pressure of the fluid driving the motor operating downhole or the magnitude of the frictional forces between the coiled tubing and the borehole wall. Instead of aligning the downhole motor by operating the electric motor in the manner described above, the motor can alternatively be aligned by varying the twist angle of the coiled tubing, for example by adjusting the weight on the drill bit or by adjusting the pressure of the drilling fluid driving the downhole motor, or by a combination of operating the electric motor and varying the twist angle.
Anstelle der Verwendung eines Elektromotors zum Drehen des Gehäuses des Bohrlochmotors, welcher die Bohrkrone antreibt, kann auch ein hydraulischer Motor oder ein beliebiger anderer geeigneter Motor verwendet werden, der in einer kontrollierten Art und Weise betrieben werden kann.Instead of using an electric motor to rotate the housing of the downhole motor which drives the drill bit, a hydraulic motor or any other suitable motor which can be operated in a controlled manner may also be used.
Bevorzugt enthalten die genannten Steuerungsmittel keine Mittel zum Steuern der Drehung des Motorgehäuses um die genannte Längsachse relativ zum Bohrstrang, welche Drehung durch Reaktionsdrehmomentkräfte hervorgerufen wird, die durch die Reaktionsdrehmomentwirkung der rotierenden Bohrkrone im Bohrloch auf das Motorgehäuse ausgeübt werden.Preferably, said control means does not include means for controlling the rotation of the motor housing about said longitudinal axis relative to the drill string, which rotation is caused by reaction torque forces exerted on the motor housing by the reaction torque action of the rotating drill bit in the borehole.
Im Ergebnis ermöglicht das oben beschriebene Verfahren und System unter Verwendung eines Wickelrohrstranges, eines Bohrlochmotors und eines zweiten Motors zur Steuerung der Drehung des Bohrlochmotorgehäuses das Bohren von geraden und gekrümmten Bohrlochabschnitten ohne die Notwendigkeit eines Bohrstranges, der an der Oberfläche gedreht wird.As a result, the method and system described above using a coiled tubing string, a downhole motor and a second motor to control the rotation of the downhole motor housing enables drilling of straight and curved wellbore sections without the need for a drill string to be rotated at the surface.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP94203712 | 1994-12-21 | ||
| PCT/EP1995/005163 WO1996019635A1 (en) | 1994-12-21 | 1995-12-20 | Steerable drilling with downhole motor |
Publications (2)
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