NO20110695A1 - Integrert kjerneboringssystem - Google Patents

Abstract

Et system for kjerneboring av en undergrunnsformasjon som omgir et borehull, omfattende: et verktøylegeme som kan posisjoneres i borehullet nær formasjonen som skal kjernebores, verktøylegemet innbefatter en motor; et rotasjonsdrivhode forbundet til motoren; et rotasjonsverktøy forbundet til rotasjonsdrivhodet ved en ende og som transporterer en borkrone ved den andre ende; en drivmekanisme som innbefatter en opererbar forankring for forankring i borehullet og en aksial drivanordning for å fremføre verktøylegemet og rotasjons- verktøyet; og en styring for å presse rotasjonsverktøyet lateralt fra borehullet inn i den omgivende formasjon; hvori rotasjonsverktøyet er et rørkjerne-boringsverktøy som transporterer en ringformet borkrone.

Description

Teknisk område

[001]Denne oppfinnelse angår utvinning av formasjonskjerner fra siden av en tidligere boret brønn. Spesielt angår oppfinnelsen et integrert kjerneboringsapparat for å utføre denne prosess og brønnhullsanalysen av kjernen som oppnås.

Bakkgrunnsteknikk

[002] Formasjonskjerneboring er påkrevet for den detaljerte studie og analyse av en vertikal seksjon av reservoar eller andre steinlag. For å gjenvinne kjernen så intakt som mulig, er den kuttet fra fjellet ved en ringformet kjerneborkrone. Den sentrale søylen av fjellet (steinen) går gjennom senteret av kjerneborings-borkronen og, ettersom borkronen kutter dypere, er mottatt av et hult sylindrisk kjerneløp (Core Barrel) over kjerneborings-borkronen, hvor den er beskyttet av en rekke av gummi-dempeelementer. Når borkronen har kuttet dypt nok for å fylle kjerneboringsløpet, er den trukket tilbake fra hullet og kjernen er fjernet for studie. Ved å gjøre dette kan den virkelige sekvensen til steinlagene lett identifiseres.

[003]Til en så stor utstrekning som mulig, er kjerneprøver tatt i en ikke-ødelagt, fysisk ikke-forandret tilstand. Formasjonsmaterialet kan være fast stein (fjell), løst fjell, konglomerater, ukonsolidert sand, kullskifer, gumbo, eller leirer.

[004] Et typisk kjerneboringsverktøy som er i bruk i dag kan sees i WO 2007/027683.1 dette kjerneboringsverktøy kan kun relativt små kjerneborings-prøver oppnås og altså kun én kjerne kan oppnås før verktøyet må gjenvinnes til overflaten for analyse.

[005]Andre eksempler på kjerneboringsverktøy kan finnes i US 2007/0215349, US 4,714,119 OG US 5,667,025.

Omtale av oppfinnelsen

[006]Denne oppfinnelsen tilveiebringer et system for kjerneboring av en undergrunnsformasjon som omgir et borehull, omfattende: et verktøylegeme som kan posisjoneres i borehullet nær formasjonen som skal kjernebores, verktøylegemet innbefatter en motor;

et roterende drivhode forbundet til motoren;

et roterende verktøy forbundet til det roterende drivhodet og én ende og som bærer en borkrone ved den andre ende;

en drivmekanisme innbefattende en opererbar forankring for forankring i borehullet og en aksial drivanordning for å fremføre verktøy-legemet og det roterende verktøy; og

en styring for å presse det roterende verktøy lateralt fra borehullet inn

i den omgivende formasjon;

hvori det roterende verktøy er et rørformet kjerneboringsverktøy som transporterer en ringformet borkrone.

[007]Det roterende drivhodet er fortrinnsvis opererbart for å tillate aksen til kjerneboringsverktøyet å avvike fra aksen til verktøylegemet, og kan innbefatte en justerbar forbindelse for å tillate avviket av kjerneboringsaksen å kunne varieres.

[008]Verktøyet kan også innbefatte innretning for å styre den avvikende akse i en forhåndsbestemt retning.

[009] I én utførelse, har det roterende drivhodet en hunn-kobling til hvilken kjerneboringsverktøyet er forbundet, og en hul aksel som strekker seg bort fra det roterende drivhodet inn i verktøylegemet. I dette tilfellet, kan motoren være forbundet til den ytre overflate av den hule aksel for å drive det roterende drivhodet. Systemet kan også videre omfatte en vinkelposisjonssensor for å detektere vinkelposisjonen til den hule aksel, som fortrinnsvis utleder rotasjons-hastigheten til den hule aksel.

[010]Forankringen omfatter typisk i det minste ett sett av radielt forløpne puter som opptar borehullsveggen når aktivert for å forankre verktøylegemet i borehullet. Den aksial drivanordning kan operere for å virke mot forankringskraften fremskaffet av putene når de er aktivert. I ett eksempel omfatter drivmekanismen et hydraulisk system, putene og den aksial drivanordning omfatter stempler i sylindere til hvilke hydraulisk fluid er fremskaffet. Drivsystemet omfatter typisk i det minste to sett av puter som vekslende kan aktiveres for å tillate verktøylegemet å bevege seg i begge retninger langs borehullet.

[011]Det er spesielt foretrukket at kjerneboringsverktøyet omfatter et ytre roterende rør som bærer den ringformede borkronen, og forbundet til det roterende drivhodet; og et indre kjerneløp for å opplagre en kjerne boret fra formasjonen ved kjerneboringsverktøyet. Det indre kjerneløpet roterer normalt ikke med det ytre roterende rør, og kan være forbundet til en aksel som strekker seg gjennom det roterende drivhodet.

[012]En orienterings-referansering som omgir akselen kan være fremskaffet, ringen og akselen er anordnet med felles koblingsformasjoner for å forhindre relativ rotasjon. Felleskoblingsformasjonene kan omfatte en nøkkel og spor som tillater ringen å gli i forhold til akselen. Ringen er fortrinnsvis bevegbar mellom en første posisjon hvor den er holdt mot rotasjon i forhold til verktøylegemet, og en andre posisjon hvor den er holdt mot rotasjon i forhold til det ytre roterende rør; slik at i den første posisjon, kan ringen og akselen rotere med verktøylegemet i forhold til det ytre roterende rør, og i den andre posisjon kan rotere med det ytre roterende rør i forhold til verktøylegemet. En elektromagnet kan være anordnet som er opererbar for å bevege ringen mellom de første og andre posisjoner. I én utførelse har ringen en skrå overflate, og en tilhørende skrå kontaktoverflate er fremskaffet på verktøylegemet; slik at når ringen er i den første posisjon er kontaktvirkningen mellom de skrå overflater for å orientere akselen til en forhåndsbestemt vinkelposisjon i forhold til verktøylegemet.

[013]Ringen og det ytre roterbare rør kan også være fremskaffet med felles koblingsformasjoner (slik som en tann og fordypning) for å forhindre relativ rotasjon.

[014]Et klemmesystem er fortrinnsvis anordnet ved enden av det indre kjerneløp nær borkronen på det ytre roterende rør, klemmesystemet er opererbart for å påføre en styrt bevegelse til det indre kjerneløp for å bryte en boret kjerne fra formasjonen. I én utførelse omfatter klemmesystemet én eller flere aksiale kuttere i enden av kjerneløpet, og felles koblende skrå (hellende) overflater på den indre overflate av det ytre roterende rør og på den ytre overflate er det indre kjerneløp, og kobling av de skrå overflater utføres ved relativ aksial bevegelse av det ytre roterende rør og det indre kjerneløp og kuttene tillater reduksjon i diameteren til enden av det indre kjerneløp.

[015]Verktøylegemet kan videre omfatte en pumpe for pumping av brønnfluid rundt borkronen. I noen utforminger, der hvor kjerneboringsverktøyet omfatter et ytre roterende rør som bærer den ringformede borkrone, og et indre kjerneløp for å opplagre en kjerne boret fra formasjonen, opererer pumpen for å pumpe fluid ned på utsiden av det roterende rør til borkronen for på den måten å returnere opp et ringformet rom mellom det ytre roterende rør og det indre kjerneløp. En behandlingsanordning for borekaks kan være lokalisert nær et utløp av pumpen for behandling av borekaks som returnerer fra borkronen.

[016]Styringen omfatter typisk en styreoverflate som er skråstilt i forhold til aksen til borehullet, og en styreforankring som er opererbar for å låse styringen på plass. Overflaten kan være skråstilt med 3-20° i forhold til borehullsaksen, typisk ved omkring 6°.

[017]Forankringen kan omfatte i det minste én pute som kan presses mot borehullsveggen for å låse styringen på plass. Puten kan også virke for å skyve styringen mot borehullsveggen for å låse den på plass. I én utførelse er fornankringen operert ved et hydraulisk system innbefattende en pumpe og reservoar i verktøylegemet, forbundet til styringen ved en slange. I en annen er forankringen operert ved rotasjon av en mutter som beveger kiler som virker på putene for å bevege disse radialt i forhold til styringen. Mutteren kan roteres ved hjelp av kjerneboringsverktøyet, formasjoner fremskaffes på kjerneborings-verktøyet som kan oppta i tilsvarende formasjon på mutteren for å tillate rotasjon av kjerneboringsverktøyet for å rotere mutteren.

[018]Styringen kan være forbundet til verktøylegemet ved en teleskopisk feste-anordning, eller ved hjelp av en stang glidbart montert i sperrer på verktøylegemet, sperrene er opererbare for å låse stangen til verktøylegemet for å holde styringen ved en forhåndsbestemt avstand fra verktøylegemet.

[019]En posisjonssensor kan være fremskaffet for å måle separasjon av styringen fra verktøylegemet, for eksempel en sensor som detekterer posisjonen til merker på den teleskopiske festeanordningen eller glidestang.

[020]Systemet omfatter fortrinnsvis et orienteringssystem for å styre styreoverflaten i en forhåndsbestemt retning. Orienteringssystemet kan virke for å dreie verktøylegemet slik at styreoverflaten vender mot den forhåndsbestemte retning.

[021] Et navigasjonssystem kan også være fremskaffet for å bestemme posisjonen og orienteringen av verktøylegemet, som typisk omfatter magnetometere for å bestemme posisjonen i forhold til jordens magnetiske felt, og/eller inklinometere for å bestemme posisjon i forhold til jordens gravitasjonsfelt. Systemet kan videre omfatte midler for å bestemme ethvert avvik mellom posisjonen av styringen og navigasjonssystemet.

[022]Der hvor orienteringssystemet omfatter en ring på styringen gjennom hvilken fjernboringsverktøyet stikker frem, kan kjerneboringsverktøyet være fremskaffet med formasjon som kan koble med tilhørende formasjoner på ringen slik at rotasjon av kjerneboringsverktøyet virker for å dreie styringen til den forhåndsbestemte retning.

[023]Én eller flere kjernebeskyttere kan være innført i kjerneboringsverktøyet for å beskytte bunnen av en kjerne oppnådd fra formasjonen. Der hvor flere kjerner er oppnådd i et enkelt kjerneboringsverktøy, kan en kjernebeskytter være posisjonert mellom hver separate kjerne. En foretrukket form for separator omfatter et avfaset endeområde for å tilrettelegge innføring i kjerneboringsverktøyet, sentralisere for å holde det sentrisk i kjerneboringsverktøyet, og i det minste en tetning for å kontakte den indre overflate av kjerneboringsverktøyet. I én utførelse omfatter beskytteren og kjerneboringsverktøyet videre felles koblingsformasjoner (slik som radialt forlengbare fangere og et spor inn i hvilket fangerne kan stikke frem) slik at beskytteren kan holdes sikkert på plass i kjerneboringsverktøyet.

[024]Et trykkstyringssystem kan være forbundet til det indre av kjerneborings-verktøyet og opererbart for å opprettholde trykket på innsiden av kjerneborings-verktøyet ved et forhåndsbestemt nivå uavhengig av det omgivende trykk rundt kjerneboringsverktøyet.

[025]Styringen omfatter fortrinnsvis videre en lagringsmottaker for at beskyttere kan innføres i kjerneboringsverktøyet. I dette tilfellet kan styringen omfatte en opererbar felle, kjerneboringsverktøyet er koblbar med en opererende mekanisme til fellen for på denne måten å åpne fellen for å gjøre beskytteren tilgjengelig for kjerneboringsverktøyet, og lukke fellen for å tillate at kjerneboringsverktøyet går inn i formasjonen.

[026]En overføringsaksel kan være benyttet for å forbinde det roterende drivhodet til kjerneboringsverktøyet. Overføringsakselen kan være fleksibel sammenlignet med kjerneboringsverktøyet, og har typisk vesentlig samme lengde som kjerneboringsverktøyet. Én eller flere stabilisatorer kan være montert til overføringsakselen. Styringen vil typisk ha en kontaktoverflate som er vesentlig den samme lengde som kjerneboringsverktøyet.

[027]I en annen utførelse omfatter kjerneboringsverktøyet vekslende stive og fleksible seksjoner. I dette tilfelle kan de fleksible seksjoner være normalt permanent bøyde.

[028]Sensorer kan være fremskaffet for å måle mekaniske parametere (slik som vekt på borkronen, vridningsmoment og/eller penetrasjonshastighet) til boreprosessen under kjerneboring.

[029]Sensorer kan også være fremskaffet for å måle parametere til boret borekaks oppnådd under kjerneboringsprosessen, slik som borekaks-størrelse som kan bestemmes ved ultrasonisk-, tetthets- og/eller filtreringsmålinger.

[030]Ytterligere sensorer kan være fremskaffet for å måle en parameter til en kjerne oppnådd ved å benytte kjerneboringsverktøyet. Sensoren er typisk lokalisert i styringen. Sensoren kan omfatte en gammastråledetektor som videre omfatter en gammastrålekilde. Gammestrålesensoren og gammestrålekilden kan være posisjonert på motsatte sider av kjernen slik at en linje som forbinder sensoren og kjernen ikke går igjennom senteret av kjernen. Sensoren og kilden kan være anordnet for å operere ettersom kjernen er rotert. Første og andre gammestrålesensorer kan være lokalisert ved forskjellige posisjoner i styringen. Alternativt kan systemet omfatte et system for å flytte kjernen lateralt til en andre posisjon hvor den er rotert idet sensoren og kilden opererer. Den målte kjerne-parameter kan benyttes i en tomografiprosess.

[031]Ytterligere sensorer kan være fremskaffet for å måle diameteren til en kjerne på innsiden av kjerneboringsverktøyet, for eksempel en ultrasonisk mekanisk eller elektrisk sensor.

[032]Andre sensorer kan være fremskaffet for å måle varmeegenskapene til en kjerne på innsiden av kjerneboringsverktøyet og systemet kan videre omfatte en varmer for å påføre varme til kjernen.

[033]I en annen utførelse omfatter systemet sensorer for å føle kraften påkrevet for å skjære en kjerne fra formasjonen ved å benytte kjerneboringsverktøyet. Kjerneboringsverktøyet kan skjære kjernen ved å påføre et vridningsmoment på kjernen, og sensoren måler vridningsmomentet for å bestemme skjærkraften. En annen sensor kan benyttes for å føle den maksimale strekkverdi påkrevet for å frakoble kjernen fra formasjonen. I dette tilfelle kan systemet omfatte midler for å gripe kjernen, og for å påføre strekk inntil kjernen frakobles (frigjøres) fra formasjonen.

[034]Borkronen kan omfatte konsentriske ringer av tenner.

[035]Systemet kan innbefatte midler for plugging av hullet hvorfra en kjerne er oppnådd. Pluggen kan være anordnet for å tette mot et foringsrør som omgir borehullet. Systemet kan videre omfatte midler for å utstøte kjernen fra kjerneboringsverktøyet.

[036]Hukommelsesinnretninger kan være fremskaffet for å lagre data relatert til operasjonen av systemet. En elektrisk forbindelse kan være fremskaffet for å kommunisere data fra operasjonen av systemet til overflaten av borehullet. Denne oppfinnelse tilveiebringer et integrert kjerneboringssystem som omfatter et kjerneboringsapparat og et integrert loggesystem for nedihullsanalyse av kjernen oppnådd fra kjerneboringsapparatet.

[037]Systemene i henhold til oppfinnelsen har flere egenskaper og fordeler og tillater forskjellige fremgangsmåter å utføres hvilket vil fremkomme fra den følgende oppsummering.

[038]Systemer i henhold til oppfinnelsen tillater uttrekking av lange kjerner fra den laterale side av en eksisterende brønn, innbefattende en enkel transport-fremgangsmåte. Kjernen kan være lengre enn diameteren til hovedbrønnen.

[039]Et integrert kjerneboringssystem innbefatter en styring som avbøyer kjerne-boringsverktøyet mot veggen til brønnen. Styreinnstillingen i brønnboringen og kjerneboringen kan utføres i én tur. Styringen kan innstilles, etterfulgt av kjerneboringsprosessen og styringen uinnstilt. Dette kan repeteres i én tur.

[040]Verktøyflaten til styringen kan velges før styresettingen, transporten kan være et rør eller borerør eller et kveilerør, og en nedihulls-forlengelsesmekanisme kan påtvinge forskyvning under kjerneboring.

[041]Oppfinnelsen tilveiebringer en integral kjerneboringsmaskin som kan opereres via en vaierkabel, og er i stand til å trekke ut kjerne ved en helning fra hovedbrønnen mellom 1 til 45 grader.

[042]Et krålesystem kan benyttes for å forskyve maskinen i brønnboringen, og krålemaskinen kan påtvinge WOB for kjerneboring. Kråleren innbefatter typisk flere enn ett sett av puter.

[043]Styringen er opplagret ved kjerneboringsmaskinen. For eksempel er styringsstøtten teleskopisk. Styringen kan være orientert ved et roterende element til kjerneboringsmaskinen. I ett eksempel er det roterende element en orienteringsovergang. Alternativt er det roterende element den roterende kjerneborings-sammenstilling og hode. Kjerneboringsverktøyet kan være utstyrt med en nøkkel ved sin bunn som kan være koblet i en tilhørende mottaker i styringen. Styringen kan være satt ved radialt hydraulisk system hvor en hydraulisk slange overfører settetrykk fra kjerneboringsmaskinen til styringen.

[044]I én utførelse kan styringen være holdt ved en konstant distanse fra den faste pute til kråleren. Distansen kan også være målt mellom styringen og kjerneboringsmaskinen eller dybden av styringen kan være målt fra dybden av maskinen.

[045]Kjerneboringsverktøyet er rotert ved en brønnhullsmotor, slik som en elektrisk motor.

[046]Et lokalt nedihulls-sirkulasjonssystem kan være fremskaffet av maskinen og det er foretrukket at den lokale nedihullssirkulasjonen kan være reversert tilstand. Et borekaks-behandlingssystem kan installeres nær sirkulasjonspumpen, for eksempel en borekaksknuser kan være behandlingssystemet. Behandlingssystemet kan også utføre borekaks-størrelsesanalyse.

[047]Det innvendige rør til kjerneboringsverktøyet er fortrinnsvis holdt på riktig plass av maskinen, men kan være flyttet noe oppover på innsiden av kjerne-boringsverktøyet. Kjernen kan klemmes ved sin spiss etter behov. Det innvendige rør til kjerneboringsverktøyet kan låses til maskinen eller til kjerneborings-rotasjonssystemet.

[048]Verktøyflaten til det innvendige rør er fortrinnsvis påtvunget en konstant retning når det er låst til maskinen. Verktøyflate-forskyvningen mellom det innvendige rør og maskinen kan også måles når det er låst til maskinen slik at verktøyflaten til det innvendige rør av kjerneboringsverktøyet kan være kjent under kjerneboring.

[049]Styringen kan være utstyrt med en boring og en utvelgelsesmekanisme for kjerneboringsverktøy-forskyvning mot enten boringen eller formasjonen. Atskillende elementer kan være lagret i styringsboringen slik at kjerneborings-verktøyet kan plugges med en kjerneseparator. Separatoren er fortrinnsvis utstyrt med tetninger og sperrer. Strømningskanalen fra maskinen til kjerneborings-verktøyet kan således sikkert isoleres under behov.

[050] I én utførelse kan kjerneboringsmaskinen bringe kjernen til overflaten under trykk.

[051] Kjerneboringsverktøyet er fortrinnsvis holdt parallell til styringsoverflaten under kjerneboring. Skråstillingen av det roterende hodet kan justeres for å sikre den riktige parallellitet av kjerneboringsverktøyet til styringsoverflaten. En fleksibel overføringsaksel (fleksibel skjøt) kan også være installert mellom kjerneborings-verktøyet og det roterende hodet. Fleksible skjøt-sentraliserere kan være installert på den fleksible overføringsaksel.

[052]I ett eksempel er verktøyet laget av en rad av stive og fleksible seksjoner. De stive seksjoner har typisk en lengde lik med styringsoverflaten. Der hvor kjerneborehullet er rett, kan kjernen i den stive seksjon til kjerneboringsverktøyet være uforstyrret.

[053]Den fleksible seksjon til det innvendige rør kan være laget av belger, og kjerneboringsverktøyet laget som en rad av stive og bøyde seksjoner. Det innvendige rør til kjerneboringsverktøyet kan være utstyrt med bøyde seksjoner i et plan som påtvinger bøyning til det utvendige rør. I dette tilfellet påtvinger den første stive seksjon oppbygningsvinkel for det kjerneborede hull. Den første seksjon er typisk mindre enn halvparten av lengden til den andre stive seksjon. En liten nær-borkrone under-kaliber-målestabilisator kan benyttes og det kjerneborede hullet kan ha konstant krumning.

[054]Kjerneboringsverktøyet kan være en kjede av rette segmenter, og kjernen er laget av rader av mono-blokk, uforstyrrede kjerner, atskilt ved avstandsstykker i bøyen. Den mono-blokk uforstyrrede kjerne kan være buet.

[055]Kjerneboringsverktøyet kan være holdt rett i hovedbrønnboringen takket være riktig mekanisk styring av kjerneboringsmaskinen.

[056]Avstandsstykker kan være installert mellom uforstyrrede kjerneelementer.

[057]Kjerneboringsmaskin-opplagringen kan opplagre et loggesystem i nærheten av inngangen til det kjerneborede hullet for logging av kjernen ettersom den passerer foran dette loggesystem. Loggesystemet tillater typisk logging av naturlig gammastråleutstråling fra kjernen. Skjerming kan være installert i nærheten av gammastråledetektoren for å redusere bakgrunnsstøymålingen. Skjermen er typisk laget av tungt metall. Bakgrunnsstøyen kan være initielt målt uten tilstedeværelse av kjernen, slik at denne støy kan undertrykkes fra den endelige måling. Ett eksempel tillater gamma-gamma tetthetsmåling av kjernen. Målingen er utført ved tilbakespenningseffekt når kilde og detektor er ved den samme side av kjernen. Der hvor målingene er utført ved stråleoverføring, er kilde og detektor på motsatte sider av kjernen. Målingen kan utføres idet kjerneboringsverktøyet er rotert. Den direkte bane mellom gammastrålekilde og mottaker er fortrinnsvis ikke passert av senteret til kjernen. Den direkte bane for gammastrålene kan være to forskjellige korder gjennom kjernen.

[058]I et annet eksempel er kjernediameteren målt. Omkretsen av indre kjerne-løp kan være deformerbart og forandringen i omkrets kan måles ved åpnings-forandringen mellom de to rør til kjerneboringsverktøyet. En puls-ekko ultrasonisk transduser kan benyttes for å måle forskjellen på åpning. I et annet tilfelle er det utvendige rør deformert av det innvendige rør, og tillater direkte deteksjon via denne utvendige forandring.

[059]Én utførelse av oppfinnelsen tillater av flere korte kjerner kan tas inn i det lange kjerneboringsverktøy. Idet minste noen av kjerneelementene lagret i kjerne-løpet kan også støtes ut fra kjerneløpet nede i hullet hvis de ikke er nødvendige ved overflaten. I ett tilfelle kan den utstøtte kjerne(ne) være plassert i det kjerneborede hull.

[060] Kjernen kan logges idet den er trukket ut av det kjerneborede hull, og når den er i hovedborehullet, fortrinnsvis ved å føre kjernen foran loggesystemet.

[061]Det er også foretrukket at kjerneboringstennene er i stand til å kutte metall, sement og fjell, og tillate kjerneboring bak foringsrøret.

[062]En integrert prosess som omfatter oppfinnelsen innbefatter pluggingen av det kjerneborede hull i sideveggen etter at det er installert. Det kjerneborede hull kan plugges ved utstøting av en spesiell plugg i det kjerneborede hull; med en plugg som innbefatter svellbart materiale; med en plugg som innbefatter mekanisk ekspansjonssystem; eller ved å benytte et herd bart eller innstillbart fluid. For eksempel kan sementslam benyttes for delvis eller fullstendig å fylle det kjerneborede hullet.

[063]Spesielle loggeprosedyrer kan benyttes for spesiell eller dypinformasjons-oppsamling. Et spesielt kjerneboringsfluid kan plasseres ved det passende intervall i hovedbrønnen før kjerne bori ngsprosessen starter.

[064]Det brønnhulls-elektromagnetiske system kan styres fra overflate via fjernkommunikasjon. Kommunikasjon mellom loggesystemet til kjerneboringsmaskinen er fortrinnsvis utført via en kabel. Loggeverktøyet kan også lagre data i nedihullshukommelse, i hvilket tilfelle systemet kan opereres ved å benytte et batteri.

[065]Kjerneboringsmaskinen tilveiebringer fortrinnsvis nedihullsmålinger av kjerneborings-vridningsmoment; aksial kraft (WOB) (i begge retninger). Disse tillater bestemmelse av fjellmekaniske egenskaper. Kjerneboringsmaskinen kan også tillate kjernen å belastes med vridningsmoment og/eller aksial kraft, og å måle lasten (vridningsmoment/aksial belastning).

[066] Kjerneboringssystemet kan også tillate deteksjonen av forskyvning (aksial eller rotasjon) av kjernen som kan benyttes for å oppnå en direkte måling av mekaniske fjellegenskaper. Ett eksempel er å bestemme Coulomb-svikt-diagrammet.

[067]Kuttetennene kan være anordnet for å kutte kjernen med et sylindrisk trinn ved det ytterste punkt for å hjelpe til med denne bestemmelse. En klemmemekanisme kan være innstilt for å velge å klemme på små eller store diametre av kjernespissen. Dette kan benyttes for å bestemme hoved-kompresjonsspenningen perpendikulær til kjerneboringshullaksen. Målingene kan utføres for flere kjerneborede hull boret i forskjellige retninger i den samme formasjonen. I det minste seks uavhengige målinger kan utføres, som tillater bestemmelse av hovedspenningene i fjellet. Young's modul kan oppnås ved bøyningssvikt på en kjerne med liten diameter, ved å benytte aksial belastning på kjernen i kjerneløpet (basert på Euler's formel). Poisson's forhold kan oppnås for kjernesvikt på grunn av radial belastning av kjernen mellom to motsatte radiale kontakter når aksial-belastning er påført kjernen.

[068]En kjerneboringsprosess i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis basert på rotasjonen av kjerneboringsverktøyet ved en hydraulisk brønnhullsmotor slik som en Moyno-motor. Motoren og dens overføring er fortrinnsvis hul, i hvilke tilfelle kan en helboringsventil være installert i motoren ved omløpshull. Dette tillater en kanal med hel-boring fra kjerneløpet til toppen av brønnhullsmotoren. Det er også foretrukket at kjernen kan gå gjennom boremotoren og at kjernen kan fiskes opp av en glattkabel gjennom røret.

[069]Systemet i henhold til oppfinnelsen kan operere med avviksvinkel ved bunnen av brønnen. Avviksvinkelen for det kjerneborede hullet kan være satt til null, som tillater en kjerne med under-dimensjon å tas ved bunnen av hoved-brønnen eller ved full hullstørrelse.

[070]Ytterligere aspekter med oppfinnelsen vil fremkomme fra den følgende beskrivelse.

Kort beskrivelse av tegningene

[071]Figur 1 viser et generelt riss av kjerneboringsapparatet til oppfinnelsen; Figur 2 viser det roterende hodet til kjerneboringsapparat i fig. 1; Figur 3 viser et aksial-skyvesystem; Figur 4a og 4b viser et kjerneboringsverktøy; Figur 5 viser et fluidsirkulasjonssystem; Figur 6 viser et kjerneboringsapparat med en avviksstyring; Figur 7a og 7b viser en alternativ konstruksjon for å tillate aksial posisjoneringsstyring av avviksstyringen; Figur 8 viser en orienteringsovergang for å tillate korrekt orientering av avviksstyringen; Figur 9a og 9b viser en alternativ utforming for orientering av styrings-verktøyflaten; Figur 10a og 10b viseren utforming som tillatervinkelreferanse til kjernen på innsiden av kjerneløpet; Figur 11a viser kjerneløpet som inneholder en kjerne og et avstandsstykke/ beskytter; Figur 11b viser detaljer av avstandsstykket/beskyttelsesblokken; Figur 12a viser en modifisert avviksstyring med et lagringshull for å holde avstandsstykkene i; Figur 12b viser fellenøkkelring-konstruksjonen som muliggjør at kjerne-boringsverktøyet åpner felledøren til lagringshullet; Figur 13 viser kjerneboringsverktøyet koblet i lagringshullet; Figur 14a viser et modifisert kjerneløp for å tillate at en trykksatt kjerne gjenvinnes ved overflaten; Figur 14b viser en plugg, som kan benyttes istedenfor et avstandsstykke; Figur 15 viser kjerneboringsapparatet under operasjon; Figur 16 viser et modifisert apparat som unngår justeringen av det roterende hodets skråstilling; Figur 17 viser et kjerneboringsverktøy med en kombinasjon av stive og fleksible seksjoner; Figur 18a viser den ovale deformasjon av det utvendige rør i en bøyd seksjon; Figur 18b viser formen av den bøyde seksjon til et kjerneboringsverktøy med fleksible seksjoner; Figur 19a viser at kjerneboringsverktøyet kan benyttes for å styre det kjerneborede hull bort fra hovedbrønnen i en krum bane; Figur 19b viser formen av et pre-bøyd innvendig rør på innsiden av det utvendige rør i situasjonen vist i fig. 19a; Figur 20 viser diameteren til kjernen og den naturlige bøyning innen kjerneløpet; Figur 21 viser installasjonen av et avstandsstykke i kjerneløpet når fleksible seksjoner er benyttet i kjerneløpet; Figur 22a viser brønnloggingsverktøyene benyttet for å analysere kjernen under brønnhullsforhold; Figur 22b viser et tverrsnitt av den samme som vist i fig. 22a; Figur 23a og 23b viser fremgangsmåter for å bestemme kjernediameteren innen kjerneløpet; Figur 24 viser kjerneboringsapparatet benyttet for å muliggjøre "kjerne-oppfisking med glattkabel"; Figur 25 viser et diagram som viser Coulomb-svikt-kriteria som definerer bruddkriteriene til fjellet; og Figur 26 viser områdene hvor in-situ spenninger erfares av kjernen.

Tilstand(er) for å utføre oppfinnelsen

[072]Figur 1 viser et generelt riss av én utførelse av oppfinnelsen. Kjerneboringsapparatet 1 innbefatter et nedre roterende hode 2 som opplagrer kjerneboringsverktøyet 3. Kjerneboringsapparatet er også utrustet med en innretning for å generere aksial kraft og forskyvning. Dette er fortrinnsvis utført ved krålesystemet 4 til kjerneboringsverktøyet. Kjerneløpet kan skyves sideveis inn i formasjonen ved avviksstyringen 5. Denne styring er opplagret av kjerneboringsmaskinen via opplagringsmekanisme 6.1 en første implementasjon er kjerneboringssystemet installert i brønnen 9 via en vaierkabel 7: denne kabel mater også elektrisk kraft til kjerneboringsverktøyet, så vel som å sikre telemetri mellom verktøyet og overflateenheten 8.

[073]Figur 2 viser det roterende hodet i mer detalj. Det nedre roterende hodet 2 til kjerneboringsmaskinen 1 er drevet av en motor 10 og en valgfri girboks 11. Det roterende hode kan være skråstilt i forhold til hovedkjerneborings-verktøyaksen takket være et skråstillingssystem 12. Det kan også være en permanent bøyd overgang, i likhet med konstruksjonen av styremotor benyttet for retningsborings-anvendelse. Asimuten til planet som inneholder aksene til det nedre roterende hode og verktøyet kan også være påtvunget ved en spesifikk mekanisme 13. Denne mekanisme kan orientere den bøyde overgang (som danner akse-helningen); en annen løsning er å benytte et skråstillingssystem som kan operere i alle plan.

[074]Det innvendige momentoverføringssystem er konstruert for å være kompatibelt med denne variable skråstilling av hodet. Det roterende hodet er hult og avsluttet ved en hunn-gjenge 14. Det er forlenget ved en hul aksel 15. Drivmotoren sørger normalt for rotasjonsdriften ved forbindelse til den utvendige overflate 16 av denne hule aksel.

[075]Vinkelposisjonen til akselen er målt ved vinkelposisjonssensoren 17. Denne måling har flere fordeler som vil forklares senere.

[076]Figur 3 viser et aksialskyvesystem, eller "kråler". Kråleren 4 til kjerneboringsmaskinen 1 består av i det minste ett sett av puter 20 som kan skyves radialt mot brønnboringen, takket være det radielt forlengede system 21. Disse puter sikrer klemmingen av kjerneboringsverktøyet i brønnboringen. Den aksiale forlengelsesmekanisme 22 tillater en skyve/trekke-virkning på den nedre del av kjerneboringsverktøyet, innbefattende det roterende hodet, kjerneløpet og kjernen. Denne skyve/trekke-virkning genererer den aksiale forskyvning av kjerneborings-verktøyet i brønnboringen. Et hydraulisk trykksystem, innbefattende hydraulisk olje 23 kan benyttes for slike formål. Når forlengelsesmekanismen har nådd full forlengelse, er putene trukket tilbake: vekten av systemet er så opplagret enten av kjerneboringsverktøyet koblet i formasjonen rundt kjernen eller ved vaierkabelen eller ved en blanding av disse to. Forlengelsesmekanismen er så trukket sammen; putene er gjenåpnet mot brønnboringen og en ny skyveforlengelse kan så starte. Systemet er benyttet på en slik måte for å generere den nødvendige "vekt-på-borkronen" under kjerneboring.

[077]Det skal bemerkes at med et slikt typisk system, er fremoverskyvningen for boring levert av krålesystemet, idet oppoverbevegelsen kan oppnås ved å trekke på vaierkabelen. Krålesystemet kan imidlertid hjelpe til med oppovertrekket av kjernen ut av eller ut av det tette kjerneborede hullet.

[078] For effektiv operasjon i høyt avvikede brønner (eller horisontalbrønner), kan et andre sett av puter 24 under den aksiale forlengelsesmekanisme installeres. Med en slik konstruksjon kan systemet så bevege seg fremover og bakover uten avhengighet av tyngdekraft.

[079]Det doble sett av puter er også en god preventiv metode mot fastgjorte puter mot borehullet. Når én pute er fastgjort mot borehullet på grunn av en eller annen klebevirkning, kan det andre sett av puter aktiveres for å holde verktøyet i senteret av brønnen og den fastgjorte pute kan så trekkes mot senteret av brønnen (eller aksialkraft kan også påføres av kråleren).

[080] Kjerneboringsverktøyet er vist i fig. 4a og 4b. Kjerneboringsverktøyet 3 består primært av et ytre roterende rør 30 avsluttet ved kuttetenner 31. Dette utvendige roterende rør er rotert av det nedre roterende hode til kjerneboringssystemet som beskrevet ovenfor. Det utvendige roterende rør er typisk avsluttet ved et forbindelsessystem 32 til det roterende hodet 2. På innsiden av det utvendige roterende rør opplagrer det innvendige kjerneløp 33 kjernen 41 når kjerneboringsverktøyet går inn i formasjonen 42. Dette innvendige løp roterer normalt ikke. Dette innvendige statiske kjerneboringsløp er laget av et tynt rør. Klaringen mellom det eksterne roterende rør og det interne statiske kjerneløp er ganske liten (typisk i området av millimeter).

[081]I den normale utforming tillater dette innvendige statiske løp 33 kjernen å gli oppover inn i kjerneboringsverktøyet 3. Det er typisk nok friksjon til å holde kjernen koblet i det innvendige statiske rør. I den foretrukne løsning er dette innvendige statiske rør 33 forbundet til akselen 34 som strekker seg på innsiden av boringen til det roterende hodet 2 og dets hule aksel 15. Denne forlengelsesaksel kan holdes statisk av en kontrollmekanisme 35 på innsiden av kjerneboringsapparatet 1. Denne egenskap tillater at det innvendige kjerneløp 33 holdes i en stasjonær posisjon. Spesielt forblir det innvendige kjerneløp statisk selv om roterende friksjon er generert på dets innvendige overflate (for eksempel direkte friksjon på grunn av liten bøyning av kjerneboringsverktøyet).

[082]I noen utforminger kan kontrollmekanismen påføre noe bevegelse på det innvendige kjerneløp for å frigjøre kjernen fra formasjonen og holde den i løpet. Dette kan oppnås takket være et kjerneklemmesystem 36 ved den nedre ende av kjerneboringsverktøyet. Anvendelsen av en kontrollert bevegelse til det innvendige kjerneløp tillater kjernen å briste fra formasjonen ved spissen 43 til kjerneløpet. Kontrollbevegelsen kan enten være en trekk-kraft på kjerneløpet eller ved å rotere kjernen, som skjærer kjernen fra formasjonen.

[083] Flere detaljer av en kjerneklemmemekanisme er vist i fig. 4b. Det innvendige kjerneløp kan være utstyrt med i det minste én aksial kutter 37 for å tillate noe deformasjon av dens gjennomsnittlige diameter. Normalt kan denne diameter kun være redusert, da ringer 38 på det utvendige rør hemmer radial vekst. Det innvendige kjerneløp 33 kan være utstyrt med utvendige koniske overflater 39, som svarer til en komplementær konisk overflate til det utvendige rør 40. Dette kjerneklemmesystem kan benyttes for å forhindre tap av kjernen i brønnboringen så vel som å atskille kjernen fra formasjonen.

[084]Som generell informasjon forutses det at kjerneboringsverktøyet har en diameter i området på 1,5 til 3". Kjerneboringsverktøyet er normalt laget av et antall elementer på 30 fot og dets totale lengde kan nå opp til 150 fot.

[085]Kjerneboringsverktøyet kan konstrueres av seksjoner med normal verktøy-utforming atskilt av flere fleksible seksjoner. Formålet og konstruksjonen av et slikt kjerneboringsverktøy vil beskrives nedenfor.

[086]Figur 5 viser fluidsirkulasjonssystemet i kjerneboringsapparatet. Kjerneboringsmaskinen 1 innbefatter en pumpe 45 drevet av motoren 46: denne motor er normalt drevet av elektrisitet (som er på innsiden av et kabelverktøy) men andre motortyper kan benyttes. Denne pumpe kan være, men er ikke begrenset til, en Moyno-type pumpe. Pumpen sirkulerer brønnfluid fra hovedbrønnen rundt tennene til kjerneboringsverktøyet. Denne fluidsirkulasjonen sikrer kjølingen av kjernekutte-tennene 21 ved den fremre kant av kjerneboringsverktøyet. Fluidsirkulasjonen transporterer også borekaks 47 bort fra kutte- (skjære-) sonen 48 inn i hoved-brønnboringen.

[087]I konvensjonell fluidsirkulasjonspraksis, er fluidet pumpet nedover til kutteflaten i det lille ringrom 49 mellom det statisk innvendige rør og det utvendig roterende rør; fluidet returnerer så til hovedbrønnen via ringrommet 50 mellom formasjonen og det utvendige roterende rør til kjerneboringsverktøyet. I noen anvendelser er det imidlertid fordelaktig å benytte reverserende sirkulasjon, sammenlignet med den tidligere beskrevne bane. Dette kan oppnås ved å reversere rotasjonen av pumpen til kjerneboringsmaskinen. I dette tilfellet passerer avskjæringene som har nådd sugeområdet 51 til pumpen, gjennom pumpen og tilslutt når utslippskammeret 52 til pumpen før det slippes inn i hovedbrønnen 9.

[088]For noen anvendelser, kan et borekaks-behandlingssystem 53 installeres, enten i sugeområdet 51 eller utslippskammeret 52.

[089]De følgende prosesser for borekaks-behandlingssystemet er foreslått (men ikke begrensende): - Filtrering av det store borekaks (avskjæringer) slik at de ikke støtes inn i hovedbrønnen. - Borekaks-størrelsesanalyse, som sørger for karakterisering av boreprosessen, så vel som bestemmelse av fjellegenskaper. Dette vil beskrives nedenfor. - Knusing av det store borekaks for å sikre bedre borekakstransport så vel som å redusere skade på pumpen hvis den er installert i sugeområdet 51.

[090]Figur 6 viser avviksstyringen. Den virker som en typisk ledekile og sikrer sideskyv av kjerneboringsverktøyet mot brønnboringsveggen. Den består av en skråstilt overflate 55 (skråstilt i forhold til brønnaksen). Denne vinkel kan være i området fra 3 til 20 grader, med en preferanse for en vinkel i området på 6 grader.

I en 8,5" brønn, kan bredden av helning/avviks-styringen være i området på 6".

[091]I fig. 6 er styringen utstyrt med en mekanisme 56 for å tillate den å låses i en statisk posisjon under kjerneboringsprosessen. Den foretrukne utførelse innbefatter en pute 57 som skyver styringen til én side av brønnboringen. I den foretrukne løsning er styringen skjøvet på den motsatte side av brønnboringen til den som kjernebores. Med en slik fremgangsmåte forsterker enhver sidekraft dannet under kjerneboringsprosessen kontakten med veggen. Dette øker evnen til å motstå en aksial glidevirkning da friksjonen så er øket.

[092]Kontrollmekanismen for å sette/frigjøre de radiale puter til styringen kan være et hydraulisk system. En hydraulisk slange 60 er forbundet til kjerneboringsmaskinen 1 og styringen. Olje er tvunget inn i denne slange ved en pumpe 61 fra et reservoar 62: reservoaret er avtettet av et volum-kompenseringssystem slik som et forseglet glidestempel 67. Det normale hydrostatiske trykk er påført den utvendige overflate av dette volum-kompenseringssystem, slik at den hele hydrauliske krets virker over det hydrostatiske trykk. Denne pumpede olje skyver radialstempler 63 i styringen 5. En fjær 64 trekker tilbake stemplene 63, når ventilen 65 er åpen og pumpen 61 ikke er aktivert. Slangen gjør en sløyfe 66 under puten: sløyfelengden vil forandre seg når avstanden mellom styringen og kjerneboringsmaskinen er forandret.

[093]Styringen kan være forbundet til kjerneboringssystemet via et teleskopisk system 6. Dette system er normalt forlenget og prøver å være forlenget av seg selv, enten på grunn av tyngekraftvirkning eller "fjær"-virkning 58. Det har en begrensningsstopper 59 for dets slag. Det teleskopiske system sikrer en permanent forbindelse mellom styringen og kjerneboringssystemet samtidig som å tillate en multippel setting av styringen i brønnboringen for multippel kjerneboring.

[094]Figurer 7a og 7b viser en alternativ konstruksjon for å tillate aksial posisjonsstyring av avviksstyringen. Den er basert på en modifikasjon av den teleskopiske mekanisme. I denne versjon er styringen 5 opplagret av et sett av kontinuerlige stenger eller rør 70 som strekker seg over kråleren. Disse stenger 70 kan være låst til kjerneboringsmaskinen ved sperrer 71 og 72. Kun én sperre virker ved et gitt tidspunkt. Med riktig koordinering av sperring og bruk av forlengelsesmekanismen 22, er det mulig å øke eller minske distansen mellom kjerneboringsverktøyet og styringen. Spesielt, under kjerneboring, er sperre 71 låst når forlengelsesmekanismen 22 skyver kjerneboringsverktøyet nedover, som et resultat beveger ikke styringen og putene 20 seg. Når forlengelsesmekanismen når full utstrekning, er sperrene 71 og 72 snudd, og putene 20 og 24 åpnet. Når forlengelsesmekanismen så er trukket sammen vil styringen forbli statisk i brønnboringen. En spesiell fordel med denne fremgangsmåte er at lasten på pute 20 reduseres av den aksiale last til styringen.

[095]Før settingen av avviksstyringen ved en gitt dybde, må styringen orienteres til den riktige asimut (eller verktøyflate som det vanligvis er kjent for innen industrien) slik at kjernen er tatt fra den ønskede formasjon. Figur 8 viser én av de foretrukne utforminger for å gjøre dette. Det kan oppnås ved bruken av en orienteringsovergang 75 plassert under det øvre sett av kråleputer 20. Denne overgang er drevet i orientering av et system 13: dette system består av en motor 76 og valgfritt et girsystem 77. Typisk kan en bunt 78 av elektriske ledninger og hydrauliske slanger føres gjennom orienteringsovergangen, slik at en overgang kan begrenses i en full omdreining for å unngå tvinning av ledningene.

[096]Når de øvre puter er presset mot brønnboringen, er rotasjon av orienteringsovergangen overført til den nedre del av kjerneboringsmaskinen. Denne rotasjon er også påtvunget det teleskopiske system 6 og styringen 5.

[097]Med en slik konstruksjon er orienteringen av styringen bestemt direkte av "navigasjon"-pakken 79 til kjerneboringsmaskinen, det er derfor foretrukket at denne navigasjonspakke er installert under orienteringsovergangen. Navigasjonspakken kan bestå av tre magnetometere og tre inklinometere som tillater bestemmelsen av enten magnetiske eller gravitasjonsparametere.

[098] I noen utførelser kan navigasjonspakken være over orienteringsovergangen; i hvilke tilfelle, er det viktig å måle vinkelavviket av orienteringsovergangen, for eksempel via en vinkelsensor 80.

[099]Denne bruk av orienteringsovergang kan kombineres med flere typer av styringer og styrelåsesystemer (spesielt de foreslåtte utforminger beskrevet ovenfor).

[0100]Figurer 9a og 9b viser en annen utforming for orientering av styringen som ikke krever en orienteringsovergang. I denne utforming er selve kjerneborings-verktøyet 3 benyttet som den roterende mekanisme for styringen. Det utvendige rør 30 til kjerneboringsverktøyet er utstyrt med en utvendig nøkkel 85 på den utvendige bunnoverflate like over kuttetennene 31. Denne nøkkel opptas i et komplementært spor 87 i en krone 86 festet til den skråstilte overflate 55 til avviksstyringen. Inngrepet av nøkkelen i sporet tilrettelegges ved bruken av stor avfasing på ekstremitetene av nøkkelen og sporet.

[0101]Denne inngrep er kun mulig når det teleskopiske system er fullstendig uttrukket. I denne posisjon er spissen av kjerneboringsverktøyet i fordypningen 88 til styringen 5. Når kjerneborings-verktøynøkkelen er i inngrep i sporet til styrings-kronen, dreier styringen med roterende hode inntil den riktige verktøyflate nås.

[0102]Figurer 10a og 10b detaljerer fremgangsmåten ved hvilken det indre kjerneløp kan rotere for å skjære kjernen fra formasjonen. Under kjerneboring bør det kjerneborede fjell ikke rotere. Det innvendige løp 33 bør ikke rotere og den kjerneborede fjellprøve 41 er festet til fjellformasjonen 42 ved bunngrensesnitt-flaten 43 til kjernen. Imidlertid, med enkle kjernesystem, kan verktøyflaten til det innvendige kjerneløp være ukjent og kan også flytte seg med kjerneboringsprosessen.

[0103]Med denne nye oppfinnelse er kjerneboringsmaskinen i stand til å låse verktøyflaten til det innvendige rør til kjernen under kjerneboringsprosessen. Videre, for visse oppgaver, kan maskinen også påtvinge rotasjon til dette innvendige kjerneløp når det er påkrevet.

[0104]Med den foretrukne konstruksjon til kjerneboringsmaskinen, er verktøyflaten til det innvendige statiske rør 33 opprettholdt konstant med referanse til verktøy-flaten til maskinlegemet, takket være akselen 34 som strekker seg på innsiden av det roterende hodet 2 og dets roterende aksel 15. Den øvre ekstremitet av denne aksel 34 kan være utstyrt med en nøkkel 90 som glir i et spor 91 til kjerne-orienteringsreferanseblokken 92. En aksial bevegelse kan påtvinges denne blokk 92 og den kan enten være holdt stiv med maskinlegemet 1 eller med en roterende aksel 15. Den aksiale bevegelse kan påtvinges av en elektromagnet 93.

[0105]Låsingen av blokken 92 til akselen 15 kan oppnås med en nedadrettet bevegelse slik at en tann 94 opptar en fordypning i en skive 95 festet til akselen 15.

[0106]Ved bevegelse oppover er blokken 92 forbundet med maskinlegemet, som følger kun én verktøyflate. I en foretrukket utførelse opptar alltid verktøyflaten til det innvendige røret 33 til kjerneboringsverktøyet den samme verktøyflate, før og etter gjenforbindelse til verktøylegemet via bevegelse av blokken 92. Denne enestående verktøyflateorientering kan lett oppnås ved å benytte skråstilte kontaktgrenseflater 96 for skulderen mellom orienterings-referanseblokken 92 og maskinlegemet 1. Slik teknikk er vanligvis benyttet for å påtvinge en enkel orientering på fiskbare "målinger-under-boring"-apparater (slik som SLIMPULSE fra Schlumberger). Det skal bemerkes at vinkelen til de skråstilte kontaktgrense-snitt må være tilstrekkelig (sannsynligvis over 45 grader) for riktig orienterings-nøyaktighet. Andre systemer basert på en tann kan også overveies.

[0107]På grunn av rekkene av innfesting mellom orienterings-referanseblokken 92 og det innvendige rør 33 til kjerneboringsverktøyet, eksisterer en verktøyflate-forskyvning mellom kjerneboringsmaskin-verktøyflatereferansen og det innvendige løp 33. Sporet 37 til det innvendige løp kan anses som verktøyflatereferansen for kjernen. En utvendig markering, eller spor 97, er tilstede på det utvendige legemet til kjerneboringsmaskinen: denne markering viser til den nedre side av den skråstilte kontaktskulder 96. Forskyvningen 98 må bestemmes ved overflaten etter installasjonen av kjerneboringsverktøyet til kjerneboringssystemet.

[0108]Figurer 11a, 11b, 12a, 12b og 13 viser installasjonen av et avstandsstykke eller beskyttende lag ved bunnen av en kjerne. Etter gjenvinning av kjernen ut av det kjerneborede hull, er kjernen 41 holdt i kjerneløpet 3.1 noen tilfeller kan det være meget fordelaktig å beskytte bunnflaten av kjernen med et separerende/ beskyttende lag 110, for eksempel en stopper under kjernen (fig. 11a).

[0109]Figur 11 b detaljerer separasjonsmaterialene 110. Denne separasjonsblokken har en stor avfasing 118 på sin topp for å tilrettelegge installasjon inn i kjerneboringsverktøyet. Den er utstyrt med en sentraliseringsmekanisme slik som en baugspring 119 for å holde den sentralisert i boringen til styringshullet 112. Disse baugspringer kan bli jevne med utsideoverflaten av separasjonsblokken på grunn av fordypningen 120. En tetning 121 ville beskytte kjerne fra brønnfluidet etter innføringen av separasjonsblokken 11 inn i det innvendige rør 33 til kjerne-boringsverktøyet.

[0110]Som vist i figurer 12a og 12b, kan avviksstyringen modifiseres for å innbefatte separasjonsmaterialer 110. Dette materialet kan lagres i et hull 112 i styringen. Bunnen av kjerneboringsverktøyet 3 kan opptas i dette hull. For eksempel er kjerneboringsverktøyet utstyrt med nøkkel eller tann 85 og er trukket bakover i "fellenøkkelringen" 113 til kronen 86. "Fellenøkkelringen" 113 er utstyrt med spor (eller tenner) 114 for å tillate inngrep med nøkkelen eller tannen 85 til kjerneboringsverktøyet. Denne konstruksjon tillater at bunnen av kjerneborings-løpet forbindes til noen elementer av styringen og roterer disse.

[0111]Etter nøkkelinngrepet er kjerneboringsverktøyet 3 rotert flere omdreininger for å åpne fellen 115 på toppen av styringshullet 112. Fellen 115 roterer rundt sin hengsel 116. Rotasjonen av "fellenøkkelringen" 113 er overført til en bevegelse av fellen 115 via en skrumekanisme 117.

[0112] Kjerneløpet 3 er så senket i kontakt med styringen 5: bunnekstremiteten av kjerneboringsverktøyet kan så opptas i hullet 112. Kjerneboringsverktøyet er skjøvet fremover for å koble over separasjonsmaterialet 110. For å tilrettelegge denne operasjonen kan kjerneklemmemekanismen 36 åpnes og så gjenlukkes på separasjonsmaterialet.

[0113]Figur 13 viser resultatene når fellen 115 er åpnet, kjerneboringsverktøyet 3 er koblet i styringshullet 112 og har fanget en separasjonsblokk 110. Kjernen 41 har beveget seg oppover i kjerneboringsverktøyet med lengden av separasjonsblokken 110.

[0114]Figurer 14a og 14b viser et system for å gjenvinne en trykksatt kjerne til overflaten. I dette tilfelle kan kjerneløpet plugges sikkert ved begge ekstremiteter. Ved en slik teknikk vil kjernen ikke tape noe fluid under returen til overflaten. Trykket som omgir kjernen forblir også ved et høyere nivå. Med en slik fremgangsmåte vil egenskapen til kjernen (pore og fraktur) så vel som fluidinnhold ha minimal forandring under turen til overflaten (så vel som lagring i kjerneløpet).

[0115]For å oppnå dette mål er separasjonsmaterialet 110 erstattet av en plugg 125 med sterke tetninger 121. Det indre trykk genererer en aksial kraft som tjener til å utstøte pluggen 125 ut av kjerneboringsverktøyet 3. Mekanismen for å opplagre denne aksiale kraft består av radiale klør 127 som opptas i et periferisk spor 129 til det innvendige rør 33 til kjerneboringsverktøyet. Disse klør er skjøvet radialt ved fjærene 128. Denne plugg vil være installert i styrehullet 112, isteden for separasjonsmateriale.

[0116]En ventil 126 er installert ved toppen av kjerneløpet. Med den foreslåtte utforming av pluggen, lukker denne ventil røret 34 som opplagrer det innvendige statiske rør 33 og kan være installert i akselen som opplagrer det roterende hodet eller orienteringsmekanismen til det innvendige statiske rør 3). Røret kan være sterkere for denne trykk-inneholdende funksjon.

[0117]Det er mulig å holde trykket på innsiden av et slikt kjerneløp ved en ønsket verdi. For denne funksjon tillater en trykksensor 131 under ventilen overvåkning av trykket som omgir kjernen. En pumpe 130 på innsiden av kjerneboringsmaskinen kan aktiveres for å kompensere for ethvert tap av trykk under gjenvinningen av kjernen ut av brønnen på grunn av avkjølingspåvirkninger.

[0118] Kjerneboringsverktøyet bør ikke gjennomgå noen (eller begrense) bøyning (fig. 15). Hvis dette ikke respekteres kan kjernen til en stiv formasjon fraktureres av bøyningpåvirkningen, idet fjell fra en ukonsolidert formasjon vil reduseres (i det minste delvis) til pulver. For å minimalisere sjansene for at dette skjer, bør kjerneboringsverktøyet 3 bevege seg i en rett retning 136 som bør være vesentlig parallell med overflaten 55 til avviksstyringen 5. Dette kan lett oppnås ved bruken av et kort kjerneboringsverktøy (mindre enn f.eks. 6 fot).

[0119]Avviksstyringen behøver ikke å dekke hele brønnboringen. Ved et minimum, må den opplagre og styre kjerneboringsverktøyet nær inngangen i formasjonen. Dens kant 138 er typisk ved en avstand på én diameter av kjerneborings-verktøyet bort fra veggen til brønnen. Med denne avstand er skjæretennene 31 til kjerneboringsverktøyet 3 ikke i kontakt med styringen 5, og unngår gjensidig skade.

[0120]Den nye kjerneboringsmaskinen kan sikre at det roterende hodet alltid er holdt riktig innrettet med kjerneboringsløpet, selv når kjerneboringsmaskinen går fremover på avviksstyringen. Dette er oppnådd ved vesentlig kontinuerlig justering av skråstillingsmekanismen 12 til det roterende hodet 2.

[0121]Figur 16 beskriver en fremgangsmåte for å unngå denne justering av det roterende hodets skråstilling. En overføringsaksel 140 er innført mellom det roterende hodet 2 og kjerneboringsverktøyet 3. Akselen er primært bøyd i sonen 141. Dette punkt er initielt nær kjerneboringsverktøyet ved begynnelsen av kjerneboringsprosessen, og det er nær det roterende hodet ved den fullstendige penetrasjon av kjerneboringsverktøyet i formasjonen. Akselen er laget av et rør med relativt lite tverrsnitt som sikrer bøyningsfleksibilitet. Denne aksel kan være utstyrt med stabilisatorer 142 for å sikre riktig innretning av de to akser under kjerneboringsprosessen.

[0122]Med en slik utforming bør overføringsakselen være så lang som kjerne-boringsverktøyet. Avviksoverflaten til styringen bør også være så lang som kjerne-boringsverktøyet.

[0123]Den nye oppfinnelsen tillater kjerner å trekkes ut fra dypere (radielt i større avstand fra brønnboringen) i formasjonen som vist i fig. 17 når en kombinasjon av stive og fleksible seksjoner i kjerneboringsverktøyet er benyttet. Avstanden 135 kan økes til flere fot avhengig av den valgte fremgangsmåte.

[0124]Det primære element med denne løsning er et kjerneboringsverktøy laget av to seksjoner. Bunnseksjonen 150 (opp til 10 fot) er stiv som med et konvensjo-nelt kjerneløp; den øvre seksjons 151 del, er imidlertid fleksibel i bøyning (typisk opp til 90 fot). Bøyningsfleksibiliteten kan enten være fleksibel over dens lengde eller ved å forandre stive 152 og fleksible 153 seksjoner (slik som et fingerledd). Lengden av den stive seksjon 150 og 152 bør være lik eller mindre enn lengden av overflatens 55 avviksstyring 5.

[0125]Med et slikt verktøy er kjerneboringsverktøyet alltid riktig innrettet på avviksstyringen før den går inn i formasjonen. Dette sikrer at kjerneboringsverktøyet går fremover i en rett retning inn i formasjonen, med avviket svarende til vinkelen av styringen. Det skal bemerkes at awiksvinkelen er typisk i området på 4,5 grader.

[0126]Det fleksible kjerneboringsverktøy kan konstrueres fra to tynne rør (et roterende utvendig rør 30 og et statisk innvendig rør 33) laget av fleksibelt materiale (med en lav Young's modul). Foretrukne materialer innbefatter BeCu, Ti eller kompositter (fiber og harpiks).

[0127]Figur 18a og 18b viser formen av den bøyde seksjon. Bøyningskravet 154 er vinkelen av styringen over en avstand typisk på 1 fot. Det roterende utvendige rør kan deformeres noe elastisk for å danne en oval form i den bøyde seksjon. Den ovale deformasjon 155 kan nær lukke åpningen 156 med det innvendige statiske rør til kjerneboringsverktøyet.

[0128]For det innvendige røret bør ikke seksjonen være modifisert under bøyning slik at kjernen ikke må modifisere dets tverrsnitt. Kutt kan også tilføres i rørene for å sikre mer bøyningsfleksibilitet. Intet (eller minimums) vridningsmoment er overført til dette rør. I noen anvendelser behøver ikke dette innvendige rør å sikre hydraulisk tetting: hvis et slikt krav er tilstede må kuttene være forseglet av et ekstra mellomliggende tetningslag, eller en belg type-ove rf late kan være bevirket i røret. Belgformen 157 kan være en spiral slik at strømningen mellom de 2 rør lett kan sikres.

[0129]Med denne utførelse av kjerneboringsløpet, er kjernen initielt rett under boreprosessen. Imidlertid, når kjerneboringsverktøyet er trukket tilbake ut av formasjonen, er temporær bøyning påtvunget for å rette seg inn igjen til aksen av hovedbrønnen. Denne bøyning er også påtvunget det kjerneborede element. Avhengig av egenskapene til kjernen, kan dette ha negative effekter slik som oppsprekking i kjernen eller kompresjon av porene. I tilfellet med at kjerneborings-verktøyet er laget av stive/fleksible seksjoner, kan det være fordelaktig å ikke bruke kjernen i bøyningsseksjonen for analyse. Typisk er 6 fot holdt rett idet 1 fot av kjernen er utsatt for bøyningspåvirkning (og de tilhørende avvik).

[0130] Hvis kjerneboringsverktøyet er laget av en stiv bunndel og fleksibel øvre del, er bøyningen fordelt over en lang avstand, slik at avviket kan være neglisjer-bart. Imidlertid, med ekstremt følsomt fjell, kan avviket induseres over den lange seksjon: men bunnseksjonen (typisk 6 fot) vil fullstendig konserveres.

[0131]Det stive og fleksible kjerneboringsverktøy kan modifiseres for å styre kjerneboringshullet bort fra hovedbrønnen (fig. 19a og 19b) i en krum bane. Ved en slik utforming er det mulig å øke avstanden 135 mellom enden av det kjerneborede hullet og hovedhullet. For eksempel, med et 30 fot kjerneboringsverktøy, kan denne avstand nå 5 til 10 fot.

[0132]For denne anvendelse er kjerneboringsverktøyet beskrevet ovenfor modifisert, slik at kjerneboringsverktøyet har en naturlig tendens til å bøye seg i ett plan. Dette er oppnådd ved å indusere permanent bøyning i seksjonen 153 til den tidligere beskrevne utforming.

[0133] Med referanse til kjerneboringsverktøyet med stive 152 og fleksible 153 seksjoner, har det innvendige statiske rør 33 permanent indusert bøy i den fleksible sone 153: dette rør har den naturlige form 160.

[0134]Når dette på forhånd bøyde rør 33 er opptatt i kjerneboringsverktøyet 3, induserer det en bøyning i det utvendige roterende rør 33 slik at kjerneborings-verktøyet 3 har en form i likhet med det innvendige statiske rør (med mindre bøyning, da det utvendige rør motstår den påtvungne bøyning av det innvendige rør 33).

[0135]Kjerneboringsverktøyet vil så være i kjernehullet som vist i fig. 19a. Hullet haren naturlig krumning 161, ettersom borkroneflaten 162 ikke er perpendikulær med hullaksen 163 ved bunnen og kjerneboringsverktøyet berører hullveggen ved den første bøy 164.

[0136]Den teoretiske bygningsvinkel svarer til vinkelen 166 (mellom borkrone-aksen 165 og hullakse 163 ved enden av hullet, dividert med lengden av den første rette seksjon 150. Den bygde vinkel er meget liten med den typiske geometri for kjerneboringssystem.

[0137]For eksempel, for en hullstørrelse på 2,5"; kjerneboringsverktøyets ytre diameter på 2,0"; lengde av den første rette seksjon på 3 fot, kan oppbygnings-hastigheten i dette tilfellet være i området på 0,36 grader pr. meter. For en kjerneboring med total lengde på 30 fot, er denne forandring i avvik 3,6 grader. Dette svarer til å doble distansen 135, slik at den kan nå opp til 5 fot fra hovedhullet (med et 30 fots kjerneboringsverktøy).

[0138] Under kjerneboringsprosessen er det innvendige rør 33 holdt statisk, slik at bøyningsplanet er holdt vesentlig konstant. Det utvendige rør 30 roterer og driver kutteprosessen via tennene 31. Det skal bemerkes at seksjonen 150 normalt er halvparten av lengden av seksjonen 152 for riktig installasjon i det krumme hullet 161. Det roterende rør 3 erfarer friksjon med borehullet ved bøyepunktene 153. Det er også friksjon mellom det innvendige statiske rør 33 og det utvendige roterende rør 3 ved det samme bøyepunkt. Bøyningen av det indre rør 33 kan være lokalt belagt for bedre motstand mot erosjon.

[0139]Formen av kjerneboringsverktøyet 3 i det krumme kjerneborede hull 161 er initielt påtvunget av bøyningspåvirkningen til det innvendige rør 33. Videre vil en bøyningspåvirkning forsterke tendensen.

[0140]Det skal også bemerkes at en valgfri "nær-borkrone stabilisator" 166 (eller blader) må installeres ved en kort avstand fra borkronen for å sikre riktige styring av borkronen i det krumme hullet. Dens dimensjon må være kompatibel med utformingskriteriene for retningsboring.

[0141]Figur 20 viser diameteren til kjernen så vel som dens naturlige bøyning: det innvendige statiske rør 33 har en innvendig diameter 170 større enn den innvendige diameter 171 til kjerneboringskronen laget av tennene 31. Dette sikrer at diameteren til kjernen 41 er mindre enn det innvendige røret 33. En deformerbar foring 172 i røret 33 sikrer at kjernen ikke "skrangler" i kjerneløpet. Buen 173 kan måles i laboratoriet som verifikasjon på den oppnådde oppbygning for det kjerneborede hullet.

[0142]I fig. 21 er det pre-fleksible kjerneboringsverktøy 180 holdt rett i hoved-brønnboringen takket være fordelte styresystemer 181 festet til den teleskopiske konstruksjon 6.

[0143]Bruken av dette pre-fleksible kjerneboringsverktøy behøver spesielle prosedyrer for å sikre at kjernen som beveger seg opp kjerneboringsløpet ikke går gjennom en bøyd seksjon. Hver gang kjerneboringsprosessen har gått fremover med en lengde lik lengden av den første rette seksjon 150, når den nye kjerne den første bøy. Kjerneboringsverktøyet må så trekkes ut av det kjerneborede hull og bringes tilbake i hovedbrønnen inn i en rett posisjon. Kun i denne rette posisjon bør den nye kjerne skyves over den fleksible seksjon (som nå holdes rett) inn i de andre rette seksjoner (ideelt mot allerede lagrede kjerner).

[0144]Denne skyving oppover kan utføres som følger: Kjerneboringsverktøyet kobles til avviksstyringen 5 (som forklart for

prosessen for innføring av et avstandsstykke - figur 13).

Et avstandsstykke 110 tilføyes ved bunnen av kjernen for å sikre beskyttelse og også sikre at ingen andre kjerner vil installeres senere i en bøyd seksjon 153 til kjerneboringsverktøyet. For å sikre denne lengdedefinisjon, er riktig måling av aksial forskyvning påkrevet under kjerneboringsprosessen, så vel som belastning av avstands-stykket fra styringen.

Kjerneboringsverktøyet trekkes så nedover inn i borehullet 112, slik at stopperen 182 (som opplagrer reverserte avstandsstykker 110) skyver kjernen oppover på innsiden av kjerneboringsverktøyet. Disse kjerner separeres av kjerneavstandsstykker 183 tidligere installert.

Med en slik forskyvning under denne skyving, går kjernene aldri gjennom kjerneboringsverktøyets bøy. De er også alltid holdt i en rett seksjon av kjerneboringsverktøyet. Dette unngår skade på kjernen.

[0145]For brønnhulls-kjerneanalyse kan vekt-på-borkrone (WOB) og vridningsmomentmålinger gjøres av kjerneboringsmaskinen under kjerneboringsprosessen. Kombinert med kjerneboringshastighet for penetrasjon (ROP), tillater disse parametere beregning av fjellmekaniske parametere, som tillater bestemmelse av fjellegenskapsforandring. For riktig kuttevridningsmomentevaluering er det viktig først å måle vridningsmomentet når kutteverktøyet ikke rører bunnen: dette er rotasjons-friksjonsvridningsmomentet på grunn av den lille klaringen involvert med kjerneboringsverktøy.

[0146]Denne fremgangsmåte for å bestemme fjellegenskaper fra boreparametere er mer nøyaktig enn resultatet oppnådd under boring av brønnen med en konvensjonell borkrone, da kuttingen kun skjer ved den samme tilstand (tangensiell lineær hastighet spesielt under kjerneboring; men med en konvensjonell borkrone, er kutteparametrene avhengig av posisjonen under borkroneflaten).

[0147]Omvendt sirkulasjon kan benyttes for å sirkulere borekakset inn i det lille hulrom mellom det roterende rør og det statiske rør. Strømmen er mettet med borekaks generert av kuttetennene. Dette borekaks (avskjæringer) når tilslutt det innvendige kammer av kjerneboringsverktøyet. Avkuttings-størrelsesanalyse kan utføres ved, men ikke begrenset til, ultrasonisk innretning, tetthetsmålinger og filtrering forbundet med en filterrengjørings-fremgangsmåte. Flere av disse fremgangsmåter kan kombineres for mer nøyaktig bestemmelse av borekaks-egenskaper. Ved å benytte denne analyse i forbindelse med penetrasjonen i det kjerneborede hullet tillates karakterisering av steiner, spesielt hvis denne analyse er forbundet med WOB og vridningsmomentmålinger som tidligere beskrevet.

[0148] Med denne kjerneboringsprosess, er borekaks ikke transportert over en lang distanse, og unngår skade og modifikasjon av borekakser under transport-prosessen.

[0149]Et system for nedihullslogging av kjernen i nedihullsforhold er vist i fig. 22a og 22b. Avviksstyringen kan instrumenteres med sensorer i likhet med åpenhulls-logging, slik at direkte loggeinformasjon kan bestemmes på kjernen før kjernen utsettes for forstyrrelse på grunn av forandring av temperatur og trykk idet "tripping" tas ut av brønnen, så vel som risiko for tap av porefluid under turen ut og lagring.

[0150]For denne målsetting, kan avviksstyringen utstyres med et kammer 200 som opplagrer og/eller inneholder detektorer og tilhørende styreelektronikk. Dette kammer kan være integrert i styringen; eller det kan være et lite loggeverktøy parallelt med kjerneverktøyet når det går inn i hovedbrønnen fra det kjerneborede hullet. Når kjernen er trukket bakover i hovedhullet, er kjernen ført foran detek torene, som tillater analyse av kjernen i forhold til den aksiale kjerneposisjon. Kjernen kan roteres under loggeprosessen for enten avbildning eller tomografi-formål.

[0151]Som detektor, kan en gammastråle-detektor 201 benyttes for å bestemme den naturlige radioaktivitet av kjernen. Denne detektor kan være basert på scintillasjonskrystall forbundet med fotomultiplikatorrør. En skjerm 202 kan være installert på baksiden av detektoren (og til og med rundt kjernen) for å begrense forstyrrelsen (avviket) av målingen på grunn av omgivende fjell (som kan ha en meget lik karakteristikk da det kan være det samme fjellet). Denne skjermen kan være laget av bly eller ethvert tungt metall. Det er også tilrådelig å måle støy-bakgrunnen ved denne dybde uten en kjerne i kjernboringsverktøyet: denne støy kan så trekkes fra avlesningen når en kjerne er tilstede i kjerneboringsverktøyet.

[0152]Gammastrålemåling tillater å verifisere at kjernen har blitt tatt fra viktig formasjon. Dette kan være kritisk i kompleks eller bruddgeologi eller i nærheten av bruddflate. Denne type av kontroll er også vesentlig ved kjerneboring fra horisontal hovedbrønn, idet det kjerneborede hullet er rett oppover eller nedover: det er nødvendig å sikre at kjernen er tatt fra den riktige formasjon.

[0153]Denne måling er en direkte kvalitetskontroll av prosessen: i tilfellet av utilstrekkelig kjerneuttrekking, kan det umiddelbart avgjøres å ta en annen kjerne, spesielt hvis flere korte kjerner er tatt.

[0154]Loggesystemet kan også være utstyrt for gamma-gammatetthet, ved å benytte en gammastråle-radioaktiv kilde (typisk Cs132), som typisk utføres med kabelloggeverktøy. Tettheten kan måles ved tilbakespredning, som tillater kilden å installeres på den samme side som detektoren (alt er i loggeverktøyet). Det vil imidlertid være mulig å installere gammastrålekilden 203 på den motsatte side (i f.eks. styringen) til gammastråledetektoren 204 på innsiden av loggeverktøyet.

[0155]Det skal nevnes at den naturlige gammastråle-målingen kan forstyrres ved tilstedeværelsen av den radioaktive gammastrålekilden. Tilstrekkelig distanse og skjerming 205 bør tillates for å begrense avviket.

[0156]Med tetthetsmålingen, kan målingen utføres med kjernen i rotasjon (ved rotering av kjerneboringsmaskinen). Dette tillater at anisotropien og ikke-enhetlig tetthet i kjerneseksjonen kan bestemmes. Denne analyse kan til og med bli en skanneprosess (tomografi) med den foretrukkede utforming:

Kilde og detektor på motsatte sider av kjernen.

Linjen 206 som går fra kilden 204 til detektoren 203 må ikke gå

gjennom senteret 207 til kjernen 41.

[0157]Tomografiresolusjonen kan forbedres ved å benytte en andre belysnings-ledning: dette kan oppnås ved én av de følgende systemer: Bruk av et mekanisk element som tillater at kjerneboringsverktøyet forskyves sideveis. Kjernetomografi kan så utføres to ganger svarende til de to belysningsbaner.

Bruk av en andre tetthetsdetektor i loggeverktøyet for å utføre målingene som etterfølger to belysningsledninger over kjernen.

[0158]Tetthetsmålinger og tomografimålinger er viktig informasjon for kjernekarakteristikk-kalibrering under initielle nedihullsforhold slik som trykk, temperatur og porefluider.

[0159]En annen forestått brønnhullsmåling foreslått i denne oppfinnelse er kjernediameter (figurer 23a og 23b). Det er normalt antatt at kjernediameter er lik med den innvendige diameter av kuttekanten til kjerneboringsverktøyet. Imidlertid, på grunn av mekanisk skade behøver ikke dette å være tilfellet. Videre, kan kjernegeometrien forandre seg med tid (etter å ha blitt utsatt for fukting med utilstrekkelige fluider), forandring av trykk og temperatur. Analysering av kjernediameteren ved forskjellige forhold (f.eks. like etter kjerneboring, ved overflaten og i lab'en) er en god kvalitets-kontrollparameter for "aldringen" av kjernen.

[0160]Denne måling kan utføres ved forskjellige teknikker. I én utforming kan det innvendige statiske røret 33 være utstyrt med et aksialt spor 210. Dette rør kan være noe mindre enn den innvendige diameter 171 til kuttetennene 31, slik at kjernen må åpne det innvendige rør 33. En konisk seksjon 211 hjelper til med denne åpningseffekt når kjernen er skjøvet oppover i røret. Når det innvendige rør 33 er åpnet av kjernen, er dets spor 210 også bredere, så vel som dets totale diameter. Denne forandring av diameteren til røret 33 kan bestemmes ved utvendige målinger. Som én av de foretrukkede fremgangsmåter, kan åpningen mellom de to rør 30, 33 måles ved en ultrasonisk transduser 212 (puls-ekko-fremgangsmåte eller nedbrytning av resonanse): målingene vil bestå av tidene for flukt for de to akustiske baner 213, 214. Forskjellen mellom disse to målinger multiplisert med den akustiske hastighet i fluidet tillater bestemmelsen av åpningen.

[0161]En annen målefremgangsmåte er basert på mekanisk effekt i seksjon 215.1 denne seksjon, er røret 33 noe ovalt. Det er i kontakt med to fremspring 216 festet til det innvendige kutterøret 33. Når røret 33 er deformert av kjernen, deformerer fremspringene 216 det utvendige rør 30. Den direkte bestemmelse av ovaliteten (urundheten) av rør 33 sørger for å bestemme diameteren til røret 33. Denne ovalitetsbestemmelse av røret 33 kan oppnås via et par av distanse (eller forskyvning) -sensorerer 217, 218 festet på styringen ved den motsatte diameter av kjerneboringsverktøyet. Flere typer av detektorer kan benyttes: LVDT som glir i kontakt med overflaten, eller ultrasonisk sensor som beskrevet like ovenfor, eller virvelstrøm-sensorer. For denne anvendelse vil det utvendige røret 33 ha ovale seksjoner ved visse aksiale posisjoner. Under diameterlogging, vil kjerneborings-verktøyet 3 roteres sakte når seksjonene 215 er foran detektorene 217 og 218.

[0162]Termisk karakteristikk av kjernen kan også logges. For denne måling, er kjernetemperaturen forandret ved en utvendig oppvarming eller avkjølingsvirkning. Evalueringen av temperaturen i forhold til anvendelsen av fremspringet er målt, temperaturresponsen til oppvarmingstrinnfunksjonen, tillater å bestemme den spesifikke varme og den termiske ledningsevne av kjernen, forutsatt at isolasjonen til brønnboringen er kjent. Denne kjernespesifikke varme og ledningsevne er i forhold med litologi, porøsitet og fluidegenskaper.

[0163]En mulig utforming for en slik logging er å installere en varmer for det pumpede fluid i kjerneboringsverktøyet, som tillater fluid å sirkulere i ringrommet mellom de to rør 30, 33 til kjerneboringsverktøyet. Kjerneresponsene er målt ved loggesystemet via temperatursonde eller varmeflukssonde i kontakt med den utvendige overflate til kjerneboringsverktøyet.

[0164]Varmeeffekten kan oppnås ved en strøminduksjons-fremgangsmåte i kjernen, under styrt strømgenerering. Strøminduksjonen i kjerneboringsverktøyet 3 og kjernen 41 kan direkte påtvinges ved magnetisk induksjon når vekselstrøm er overført til en statisk vikling festet til styringen. En annen fremgangsmåte for strøminduksjon er å generere virvelstrøm (eller Foucault-strøm) Dette kan oppnås ved å installere stor statisk magnet nær styringen og når kjerneboringsverktøyet

(og kjerne) roteres foran magneten, oppstår virvelstrøm i metallet til kjerne-boringsverktøyet og kjernen.

[0165]Oppvarmingen ved induksjonsfremgangsmåten kan modifiseres for å indusere mindre strøm i kjerneborings-verktøylegemet og mer strøm i selve kjernen. For å oppnå dette, må de to rør til kjerneboringsløpene lages av ikke-magnetisk og ideelt motstandsdyktig materiale: Nikkel metall av rustfritt stål metall, kan være en akseptabel løsning. Varmeresponsen logget av den termiske (varme) sonde er så avhengig av kjernemotstanden. Varmemengden kan så detekteres ved mengden av indusert strøm i kjernevolumet.

[0166]Kjerneresistivitet kan logges, men krever mer modifikasjon av kjerne-boringsverktøyet. For eksempel, kan induksjonsresistivitet av kjernen utføres ved å føre kjerneløpet gjennom to spoler: kjerneboringsverktøyet bør ideelt være ikke-magnetisk og meget resistivt. Kjerneboringsverktøyet kan måtte være konstruert av komposittmateriale (slik som glassfiber og epoksy-harpiks).

[0167]Med fjellmekanisk videnskap, definerer Coulomb-sviktkriterene (fig. 25) oppsprekkingskriteria for fjellet: det nødvendige nivå av skjær for å nå fjell-oppsprekking øker med kompresjonsspenningen i planet perpendikulær til skjær.

[0168] Kjerneboringsmaskinen i henhold til oppfinnelsen kan sørge for denne bestemmelse. Kjerneboringsverktøyet er mottatt i formasjonen under enhver kjerneboringsprosess. Så er kjerneboringsverktøy-rotasjonen stoppet; kjernen er klemt (referer til fig. 4); så er det innvendige rør låst på det utvendige rør (referer til fig. 10). Det roterende hodet 2 påfører vridningsmoment på kjerneboringsverktøyet 3, idet vridningsmoment er målt: vridningsmomentet er sakte økt inntil brudd av kjerneflaten 43 i fig. 10. Etter brudd, reduseres vridningsmomentet umiddelbart. Toppvridningsmomentet under vridningsmomentøkningsfasen svarer til brudd-vridningsmomentet for fjellet. For forbedret bruddvridningsmoment-bestemmelse, er restvridningsmomentet ved lav-rotasjonshastighet etter fjellbrudd målt, slik at det kan trekkes fra for toppvridningsmomentet (som kun er friksjonsvridnings-moment).

[0169]En tilnærmet relasjon tillater at en beregning av det gjennomsnittlige skjær-vridningsmoment ved skjæroverflaten 43 kan gjøres. Kjennskapen til skjær-modulen vil forbedre denne beregning. Under testingen av kjerneskjær, kan kompresjonsbelastningen på flaten påtvinges av kjerneboringsmaskinen som WOB. Kompresjonsspenningen kan direkte beregnes ved å benytte kompre-sjonskraften: og dette igjen tillater bestemmelse av et punkt av COULOMB-diagrammet.

[0170]Etter den første testen av kjerneskjæring, kan den normale kjerneboringsprosess restartes for en kort penetrasjon. Så, kan den nye kjerneskjærtest utføres for en annen aksial last (WOB), som tillater å bestemme et annet punkt av Coulomb-diagrammet.

[0171]Normalt er to punkter tilstrekkelig for bestemmelsen av dette diagram. Flere punkter kan tas for mer nøyaktighet, så vel som å direkte bestemme den potensielle ikke-linearitet til responsen av dette spesielle fjell.

[0172]En spesiell test kan også utføres for å bestemme den maksimale strekkverdi av fjellet. Igjen, når kjerneboringsverktøyet har penetrert nok inn i fjellet, er klemmesystemet aktivert; trekk-kraften (negativ WOB) er påført og målt: denne trekk-kraft er økt sakte under kontinuerlig måling inntil brudd er oppnådd (og målingen faller umiddelbart til lav verdi). Den maksimale trekk-kraft er benyttet for å beregne strekkspenningen som svarer til brudd.

[0173]Disse to tester sørger for full bestemmelse av grafen (Coulomb's brudd-kriterie) vist i fig. 25.

[0174]Den nye kjerneboringsmaskinen kan også bestemme in-situ-spenningen. Det skal huskes at fullt spenningsområde kan reduseres til de to hovedspenninger (orientert ved 90 grader fra hverandre). Disse spenninger representerer seks ukjente (tre amplituder og tre retninger). Fig. 26 viser dette i mer detalj.

[0175]For å utføre disse målinger, er kuttetennene 31 til kjerneboringsverktøy 3 modifisert som vist i fig. 26a og 26b med to rekker av kuttekanter. Den første kant 160 kutter en innvendig diameter 162. Den andre kant 161 kutter en innvendig diameter 163 som er mindre enn den første diameter 162. Over en kort lengde, har kjernen en noe større diameter enn kjernen som går inn i kjerneborings-verktøyet.

[0176]Med en slik endekjerneform, er overflaten for brudd under kjernetest for skjær eller trekk ved seksjon 165, da spenningene er høyere der enn i seksjonen med kjernen med stor diameter.

[0177]Etter kjernebrudd i seksjon 165 (takket være prosessen forklart ovenfor), griper kjerneboringsverktøyet kjernen ved dens større diameter 162 som fremdeles er festet til formasjonen. En ny skjærtest er så utført for å skjære overflaten 164. Denne test gir et sett av målinger (WOB, vridningsmoment) for brudd, som tillater å beregne et datapunkt (skjærspenning, kompresjon).

[0178] Dette brudd oppstår for denne skjær/kompresjonsspenning, men kombinert med kompresjonsspenningen i seksjon 165 på grunn av den naturlige tilstedeværelse av lokale spenninger i formasjonen. Disse overflatespenninger er mest vanlig kompresjonsspenninger og er generert ved kombinasjonen av hovedspenningene ved dette grensesnittet.

[0179]Ved å benytte teorien til Mohr-sirkler, oppstår bruddet når de større sirkler når den allerede målte Coulomb's linje (bestemt fra brudd i liten seksjon).

[0180]For å utføre denne testen to ganger i et likt eller samme kjerneborede hull for forskjellig WOB, er det mulig å bestemme amplituden 166 og "verktøy-flaten" 167 til denne spenning i seksjon 164 (verktøy-flate i dette tilfelle er orienterings-vinkelen til denne spenning i seksjonen).

[0181]For fullstendig å løse problemet med hovedspenninger (tre amplituder og tre retninger) i fjellet, er seks uavhengige målinger påkrevet: to kan utføres som angitt ovenfor (samme eller lignende kjernehull) ved to WOB. Slike tester behøver å utføres i tre kjerneborede hull orientert i forskjellige uavhengige retninger. For dette formål, behøver styringen å plasseres i hovedbrønnen ved tre forskjellige verktøyflater idet det kjerneborede hullets helning ikke kan være 90 grader fra hovedbrønnen. Dette betyr at skjærflaten for fjellspennings-bestemmelse (amplitude og vinkel) vil bestemmes i overflate svarende til flatene til en treflatet pyramide. Ved å kjenne spenningene på hver fri flate til pyramiden, tillates det så å bestemme den ekvivalente spenning i den faste formasjonen. For riktig nøyaktig-het av vinkler, bør avviksvinkelen til kjerneborehullet være tilstrekkelig adekvat (i området av 30 grader). For praktisk anvendelse av dette formål, betyr dette at kjerneboringsverktøyet 3 bør være relativt lite, slik at styringsavviksvinkelen kan være stor.

[0182]Til slutt, kan spennings-konstellasjonsfaktoren for det nær kjerneborede hull til et i avstand, ikke-forstyrret formasjonsvolum bestemmes. Dette kan kreve beregning av kjerneborede hullgeometriske standarder, så vel som elastiske egenskaper (Young's modul og Poisson's forhold).

[0183]For en fullstendig løsning på problemet, kan bestemmelsen av de elastiske egenskaper og poro-elastiske koeffisient bestemmes i laboratoriet ved å benytte kjernen for riktig lab-måling.

[0184]Young's modul kan oppnås ved en bøyningstest av den tynne kjerne. For dette formål bør kjernen ha et stort forhold av lengde til diameter. Kjernen vil ikke være godt opplagret i det statiske innvendige rør 33, enten på grunn av en stor innvendig diameter over kutteseksjonen, eller på grunn av bruken av et ganske deformerbart rør 33. Maskinen prøver således å modifiseres slik at aksial belastning kan påføres på det øvre ytterpunkt av kjernen. Dette kan oppnås ved én av de følgende løsninger:

[0185]a) Kort kjerneboringsverktøy slik at kjernen når toppen av kjerne-boringsrøret,

[0186]b) En klemmemekanisme tilføres for å overføre en last på kjernen ved en viss distanse fra bunnytterpunktet til kjerneboringsverktøyet.

[0187]c) Et stempel med tetning kan skyves ned i kjerneboringsverktøyet takket være anvendelsen av hydraulisk trykk til en øvre flate av stempelet.

[0188]En aksial belastning er påført (og målt) på kjernen, som øker sakte fra liten verdi, inntil bøyning (EULER's formel) er nådd. Ved brudd er den aksiale last plutselig redusert (dette er deteksjons-fremgangsmåten). Ettersom geometrien og kraften er kjent, kan Young's modul beregnes.

[0189]For Poissons forhold, kan en belastningstest av kjernen utføres. Basis-testen bestemmer strekkstyrken til et fjell som følger: En sylinder av fjell er komprimert radielt mellom to plater. I denne belastningstilstand, er det lett å observere at i det aksiale plan som passeres av kontaktlinjene med belastnings-platene, er kun strekkspenning perpendikulær til dette plan til stede. En formel relaterer denne strekkspenning direkte til den radiale belastning og geometrien (ikke de elastiske egenskaper).

[0190]I denne oppfinnelse er belastningsmekanismen modifisert som følger: de parallelle plater er satt i kontakt med fjellprøven på tangentkontakt-linjene. Så er disse plater holdt statiske. Så er en kraft påført på fjellprøven som følger dens hovedakse. Dette gjør at fjellprøven vokser lett på grunn av Poisson's effekt. Imidlertid, i en radial retning, er deformasjonen blokkert av de to plater. Kompresjonskontakten oppstår så ved kontakten mellom fjellet og disse plater. Nå er fjellprøven belastet slik at strekkbelastning oppstår på det aksiale plan. Den aksiale last er så økt inntil den når strekkbrudd. Brudd oppstår ved bruddstrekk-belastning, som er kjent fra det tidligere målte Coulomb-brudd diagram. Den radielle kontaktkraft kan så beregnes. Utseende av denne kraften er på grunn av den holdte Poisson's deformasjon generert av aksialbelastningen.

[0191]Denne formel forbinder aksial belastning, realbelastning, Poisson's forhold, Young's modul, diameter og lengde av fjellprøven. I dette tilfelle, er den eneste ukjente Poisson forhold, ettersom aksialbelastningen er målt.

[0192]For å utføre denne testen, er kjernen igjen komprimert aksialt (som med bøyningstesten). Den er imidlertid radialt holdt tilbake mot to tangentplan. Den må også være kort nok for å unngå bøyning. I praksis er det samme rør 33 benyttet for begge tester. Den eneste forskjellen mellom begge tester er lengden av kjernen. For bøyningstest, må den være lang (sannsynligvis L/D > 15) og forden modifiserte test, L/D i området av 1.

[0193] Kjerneloggingsprosessen er primært ment å oppstå når kjernen er trukket tilbake fra formasjonen: kjernen glir på avviksstyringen og er foran loggesystemet. Denne logging er utført ved nedihullsforhold (trykk og temperatur) og også etter minimum invasjonstid.

[0194]Med en viktig utforming av avviksstyringen (og opplagring av logge-verktøyet), kan avviksstyringen låses i brønnboringen med en annen dybde (f.eks. like under overflaten). Med en tilhørende utforming av styringen, er det mulig å føre kjerneboringsverktøyet over styringen slik at kjerneboringsverktøyet ikke skyves sideveis og forblir i hovedbrønnen. Kjerneboringsverktøyet kan bevege seg nedover og så oppover (på en lignende måte som under kjerneboringsprosessen, slik at kjernen glir foran loggesystemet. I denne situasjon, kan alle logge-målingene utføres igjen, men ved forskjellige miljøforhold.

[0195]Med referanse til fig. 14, er kjerneboringsmaskinen i henhold til oppfinnelsen i stand til å påføre trykk på toppoverflaten av kjernen. Dette kan oppnås ved å lukke ventil 126 idet pumpen 130 opereres. En separasjonsplugg som vist i fig. 17, kan installeres initielt i kjerneboringsverktøyet og kan være lokalisert ved toppen av kjernen.

[0196]Med slikt trykk påført, er kjernen skjøvet nedover ut av kjerneløpet. Dette sørger for å utstøte kjernen ut av kjerneboringsverktøyet, når kjernen er betraktet uønsket.

[0197]Utstøtingen kan utføres på innsiden av det kjerneborede hull: kjernen er reinstallert i sitt hull eller ethvert utgående kjerneboret hull. Denne prosess med kjerneutstøting er meget nyttig når kombinert med brønnhullslogging av kjernen. Hvis kjernen ikke er ønskelig etter logging, kan den støtes ut for å unngå en tur til overflaten kun for kjerneutstøting.

[0198]Når flere små kjerner er lagret i kjerneboringsverktøyet, er det kritisk å støte ut kun den uønskede kjerne. Dette betyr at kjerneforskyvning må kontrolleres. Dette kan utføres ved en mengde av fremgangsmåter, noen av hvilke er beskrevet nedenfor:

a) måle volumet av pumpet fluid inntil riktig forskyvning er oppnådd.

b) plassere kjerneboringsverktøyet tilbake på bunnen i et kjerneboret hull, pumpe kjernen mot bunnen av det kjerneborede hull. Å holde pumpetrykket og bevege kjerneboringsverktøyet ut av et kjerneboret hull idet forandringen i dybde av kjerneboringsmaskinen overvåkes. c) å bruke loggeinformasjonen for å bestemme toppen av kjernen passerer foran loggesystemet. Dette krever å bevege kjerneborings-verktøyet slik at toppen av kjernen etter utstøting av bunnkjerner er like foran loggeseksjonen.

[0199]Den spesielle plugg vist i fig. 14b kan benyttes for dette formål, da den forhindrer bakoverbevegelse i kjerneboringsverktøyet.

[0200]Et kjerneboringsverktøy med spesielle tenner kan kutte (skjære) over foringsrør, sement og så fjell. Dette tillater uttrekking av kjerner bak foringsrør. Denne prosess kan åpenbart kombineres med alle de ovenfor spesielle bruk, anvendelser og system.

[0201] For kjerneboring bak foringsrør, er det påkrevet å kutte et vindu i forings-røret. Dette vindu sikrer kommunikasjon mellom formasjonen og brønnen. Dette kan være uønsket etter kjerneboring. Kjerneboringsmaskinen i henhold til oppfinnelsen kan plugge et hull og vindu. For å utføre denne prosess, kan en spesiell plugg (referer til fig. 13) tas fra styringen og utsettes i toppen av det kjerneborede hull. Disse plugger kan sikre noe isolasjon ved:

a) Bruk av svellbart materiale på utsiden av pluggen. Dette materialet vil svelle etter installasjon av pluggen i det kjerneborede hull. b) Bruken av et gummielement på periferien av pluggen. Dette element vil så være tett i det lille kjerneborede hull og således skape en

tetning.

c) Pluggen inneholder materiale som herder under riktig forhold (f.eks. tidsavhengig). Dette tillater installasjonen av pluggen i det kjerneborede hull, så er pluggen "åpnet" for å la materialet komme i kontakt med formasjonen og lage en tetning. d) Pluggen kan "ekspanderes" på innsiden av det kjerneborede hull for tetting. For eksempel kan dette oppnås ved å rotere et element i

pluggen (etter dets utstøting) for å sikre ekspansjonen.

e) Kjernehullet kan fylles med et spesielt fluid som kan herde. For dette formål, er en potensiell fremgangsmåte å senke kjerneborings-verktøyet til bunnen av det kjerneborede hull. Så kan det spesielle fluid sirkuleres mellom de to rør til kjerneboringsverktøyet, idet kjerneboringsverktøyet trekkes sakte ut av det kjerneborede hull. Dette sikrer den kontrollerte fylling av det kjerneborede hull med dette spesielle fluid. I noen tilfeller, kan en type av sementslam pumpes i det kjerneborede hull. Dette spesielle fluid kan senkes i brønnen i en spesiell beholder på innsiden av kjerneboringsmaskinen. Når kjerneboringsapparatet er senket ned i brønnboringen ved rør, kan det spesielle fluid avleveres til kjerneboringsapparatet via dette rør.

[0202] Kjerneboringsmaskinen i henhold til oppfinnelsen tillater nedihullslogging av kjernen å utføres etter utstrekking. Det tillater også at kjernen utsettes tilbake i det kjerneborede hull. Normalt, er det primære mål med kjerneboring kvalitetskontroll. Imidlertid, kan kombinasjonen av kjerneboring, kjernelogging, kjerneutstøting, benyttes for å oppnå spesiell loggeinformasjon for fjell uten skaden forbundet med en boreprosess. Det er også en fremgangsmåte for å oppnå forbedret data slik som tetthetstomografi eller dypmåling.

[0203]Loggeverktøyet erverver forskjellige typer av data. I én operasjonstilstand, kan disse data logges i hukommelse (sannsynligvis på innsiden av loggesystemet). Disse data vil så overføres til operatørens datamaskin ved overflaten.

[0204]I en annen utforming, er en elektrisk forbindelse installert mellom kjerneboringsmaskinen og loggesystemet. Den elektriske forbindelse er lik med den hydrauliske forbindelse som beskrevet i fig. 6. Takket være den elektriske forbindelse kan kommunikasjon etableres mellom loggesystemet og kjerneboringsmaskinen. Data kan så også veksles til/fra overflate via kommunikasjons-systemet for kjerneboringsmaskinen. Denne forbindelse sørger også for at elektrisk kraft mates fra kjerneboringsmaskinen til loggesystemet.

[0205]Ved operasjon av kjerneboringsmaskinen over noen få korte intervaller, er det mulig å dumpe høyere kvalitets kjerneboringsfluid i det påkrevede sted (verktøy-flaten). Ettersom kjerneboringsmaskinen utfører en lukket pumpekrets mellom hovedbrønnen og det kjerneborede hull, er det minimalt med fluid som blander seg mellom fluidet opprinnelig i brønnboringen og kjerneboringsfluidet. Dette sikrer at kjernene trekkes ut med minimal skade.

[0206]Den intelligente kjerneboringsmaskin kan senkes via et rør, borestreng eller kveilrør.

[0207]Kjerneboringsmaskinen kan installeres ved bunnen av en rørstreng. For denne anvendelse behøver ikke noen funksjoner av kjerneboringsmaskinen å være påkrevet: a) Krålingsfunksjonen (som beskrevet i fig. 3) behøver ikke å være nødvendig. Dette sørger for en enkel konstruksjon av maskinen. Forskyvningen i brønnboringen vil oppnås som med konvensjonell brønnoperasjon ved å flytte røret fra overflaten (røret kan være festet til kroken av riggen). WOB for kjerneboring vil oppnås ved påføring av noe vekt av strengen på kjerneboringsmaskinen. Reaksjons-vridningsmomentet fra kjerneboringsprosessen vil være støttet av fjæren også (som ved boring med motor). Det aksiale skyvesystem (22 i fig. 2) kan imidlertid holdes i drift for å sikre den ene styring av WOB og ROP for kjerneboring. b) Orienteringsovergangen (som beskrevet i fig. 8) er ikke påkrevet hvis rørstrengen kan roteres fra overflaten (med f.eks. riggens rotasjons- bord). Ved operasjon med et kveilrør er denne orienteringsovergangs obligatorisk.

c) Brønnhullspumpen for sirkulasjon er altså ikke påkrevet, da sirkulasjon for kjerneboringsprosessen kan genereres ved hjelp av

overflatepumpe (f.eks. tripleksen til boreriggen). Denne sirkulasjon fra overflate tillater også å sirkulere spesialfluid for kjerneboring for å minimalisere kjerneskade.

d) Rotasjonen av rotasjonshodet (2 i fig. 2) kan genereres ved en hydraulisk motor istedenfor motoren (10 i fig. 2). En PDM som

benyttet i styrbare motorer er den foretrukkede løsning.

e) Kjerneboringsmaskinen kan kommunisere med overflaten via MWD-type telemetri. Denne kommunikasjonstilstand kan være i begge

retninger. Takket være en slik fremgangsmåte er vaierkabelen 7 i fig.

1 ikke påkrevet.

[0208] Med slike modifikasjoner, behøver ikke kjerneboringsmaskinen operert fra rør innbefatte høy kraft-elektrisk funksjon.

[0209]Bunnhulls-forlengelsesmekanismen til kråleren kan opereres for å sikre styrt jevn forskyvning under kjerneboring.

[0210]En rørkontrollert "full-borings" kjerneboringsmaskin kan benyttes for kjerne-oppfisking ved glattline som vist i fig. 24.

[0211] Kjerneboringsverktøyet 3 er typisk begrenset til 2,5 tommer: den nød-vendige borekraft er således også begrenset (i området på 10 kwatt). Med den røropererte kjerneboringsmaskin (beskrevet ovenfor), kan den hydrauliske motor 220 ha en diameter på 4,75" (eller større). Denne hydrauliske motor kan være basert på 4/5 eller 7/8 retningskarakteristikk-konfigurasjon. Motorlengden vil også være begrenset (noen få meter).

[0212]Med slik konfigurasjon, kan

et stort omløpshull 222 bores i rotoren 221: denne hulldiameter kan være 1,5" eller mer. Rotorbanen kan være liten ved å holde spiral-hulrommet grunt.

et spesielt elastisk rør er benyttet som hul overføringsaksel 223

mellom motorrotoren og rotasjonshode-akselen 15. Dette kan også ha en stor boring (1,5 tommer eller mer).

en fullboringsventil tillater motorrotor-omløpet å åpnes eller lukkes, røret 34 (fig. 4) som opplagrer det innvendige statiske rør 33 til kjerneboringsverktøyet 3 kan forlenges ved et rør over overføringen og motorrotoren.

[0213]Med en slik overføring, er en full boring 226 tilstede fra toppen av motoren til rotasjonshodet.

[0214] Kjerneboringsverktøyet kan være basert på systemet beskrevet i fig. 17 med stiv seksjon 152 og fleksibel seksjon 153. Det er imidlertid modifisert slik at den innvendige diameteren av det innvendige rør er lik med den innvendige diameter til akselen 34.

[0215]Med en slik kjerneboringsmaskin 1 utstyrt med et slikt kjerneboringsverktøy 3, kan kjernen gå gjennom rotasjonshodet og motoren. Med riktig ringformet konstruksjon av hele maskinen, kan kjernen nå toppen av maskinen. Den kan skyves inn i det oppfiskbare statiske røret 234. Når fylt, kan røret med kjernen fiskes opp ved hjelp av glattline 225 gjennom røret 227.

[0216]For å spare tid, er et temporært kjernelagringsrør også tilstede i maskinen. Når dette rør er fylt, sørger et ventilsystem for å avdele fluid slik at kjernen skyves oppover i det oppfiskbare statiske rør: det temporære kjernelagringsrør er så tømt. Glattlinen kan så bringe kjernen til overflate, så er et nytt tomt oppfiskbart rør senket ned. Under denne tur inn og ut, kan kjerneboringen restartes.

Claims (20)

1. System for kjerneboring av en undergrunnsformasjon som omgir et borehull, karakterisert vedat det omfatter: et verktøylegeme som kan være posisjonert i borehullet nær formasjonen som skal kjernebores, verktøylegemet innbefatter en motor; et rotasjonsdrivhode forbundet til motoren; et rotasjonsverktøy forbundet til rotasjonsdrivhodet og én ende og som bærer en borkrone ved den andre ende; en drivmekanisme innbefattende en opererbar forankring for forankring i borehullet og en aksial drivanordning for fremføring av verktøylegemet og rotasjonsverktøyet; og en styring for å presse rotasjonsverktøyet lateralt fra borehullet inn i den omgivende formasjon; hvori rotasjonsverktøyet er et rørkjerneboringsverktøy som transporterer en ringformet borkrone.

2. System som angitt i krav 1, karakterisert vedat rotasjonsdrivhodet er opererbart for å tillate at aksen til kjerneboringsverktøyet avviker fra aksen til verktøylegemet.

3. System som angitt i krav 2, karakterisert vedat rotasjonsdrivhodet innbefatter en justerbar forbindelse for å tillate avviket av kjerneboringsverktøyet å varieres.

4. System som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert vedat verktøyet innbefatter innretning for å styre awiksaksen i en forhåndsbestemt retning.

5. System som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert vedat rotasjonsdrivhodet har en hunn-kobling til hvilken kjerneboringsverktøyet er forbundet, og en hul aksel som forløper bort fra rotasjonsdrivhodet inn i verktøylegemet.

6. System som angitt i krav 5, karakterisert vedat motoren er forbundet til den ytre overflate av den hule aksel for å drive rotasjonsdrivhodet.

7. System som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert vedat det videre omfatter en vinkelposisjonssensor for å detektere vinkelposisjonen til den hule aksel.

8. System som angitt i krav 7, karakterisert vedat vinkelposisjonssensoren avleder rotasjons-hastigheten til den hule aksel.

9. System som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert vedat forankringen omfatter i det minste et sett av radialt forløpne puter som opptar borehullsveggen når aktivert for å forankre verktøy-legemet i borehullet.

10. System som angitt i krav 9, karakterisert vedat den aksiale drivanordning opererer for å virke mot forankringskraften tilveiebrakt av putene ved aktivering.

11. System som angitt i krav 10, karakterisert vedat drivmekanismen omfatter et hydraulisk system, putene og den aksiale drivanordning omfatter stempler i sylindere til hvilke hydraulisk fluid er fremskaffet.

12. System som angitt i krav 9,10 eller 11, karakterisert vedat drivsystemet omfatter i det minste to sett av puter som kan vekslende aktiveres for å tillate verktøylegemet å bevege seg i enhver retning langs borehullet.

13. System som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert vedat kjerneboringsverktøyet omfatter et ytre roterende rør som bærer den ringformede borkrone, og forbundet til rotasjonsdrivhodet; og et indre kjerneløp for å opplagre en kjerne boret fra formasjonen ved kjerneborings-verktøyet.

14. System som angitt i krav 13, karakterisert vedat det indre kjerneløp ikke roterer med det ytre rotasjonsrør.

15. System som angitt i krav 13 eller 14, karakterisert vedat det indre kjerneløp er forbundet til en aksel som strekker seg gjennom rotasjonsdrivhodet.

16. System som angitt i krav 15, karakterisert vedat det videre omfatter en orienterings-referansering som omgir akselen, ringen og akselen er anordnet med sammenkoblende formasjoner for å forhindre relativ rotasjon.

17. System som angitt i krav 16, karakterisert vedat de sammenkoblede formasjoner omfatter en nøkkel og spor som tillater ringen å gli i forhold til akselen.

18. System som angitt i krav 16 eller 17, karakterisert vedat at ringen er bevegbar mellom en første posisjon hvor den er holdt mot rotasjon i forhold til verktøylegemet, og en andre posisjon hvor den er holdt mot rotasjon i forhold til det ytre rotasjonsrør; slik at i den første posisjon, kan ringen og akselen rotere med verktøylegemet i forhold til det ytre rotasjonsrør, og i den andre posisjon kan rotere med det ytre rotasjonsrør i forhold til verktøylegemet.

19. System som angitt i krav 18, karakterisert vedat det videre omfatter en elektromagnet som er opererbar for å bevege ringen mellom de første og andre posisjoner.

20. System som angitt i krav 18 eller 19, karakterisert vedat ringen har en skråstilt overflate, og en tilhørende skråstilt kontaktoverflate er fremskaffet på verktøylegemet; slik at når ringen er i den første posisjon er kontaktvirkningen mellom de skråstilte overflater å orientere akselen til en forhåndsbestemt vinkelposisjon i forhold til verktøylegemet.