NO310036B1

NO310036B1 - Styrbar boring med borehullsmotor

Info

Publication number: NO310036B1
Application number: NO972878A
Authority: NO
Inventors: Alban Michel Faure
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2001-05-07
Also published as: AU692040B2; NO972878L; CA2207923C; BR9510493A; EG20620A; DE69509557T2; CO4480786A1; WO1996019635A1; MY115387A; CN1171142A; OA10429A; RU2149248C1; CA2207923A1; SA95160479B1; TNSN95131A1; AR004469A1; EP0799363A1; MX9704585A; DE69509557D1; AU4435796A

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et system for frembringelse av et borehull i en jordformasjon. Mer spesielt angår oppfinnelsen boring av borehull hvor det anvendes en boremontasje som tillater styring av en borkrone til et ønsket målområde under jordoverflaten. En typisk anvendelse ved hvilken det er et behov for slik styring av borkronen, er for eksempel ved offshore-boring hvorved et antall avviksborehull bores fra en offshore-plattform til flere steder i en hydrokarboninneholdende sone i en jordformasjon. Andre anvendelser ved hvilke det er et behov for styrbar boring, omfatter boring av horisontale eller sterkt hellende borehull inn i en slik hydrokarboninneholdende sone.

EP-571 045-A1 viser en fremgangsmåte for frembringelse av et borehull i en jordformasjon ved benyttelse av en boremontasje som omfatter en borestreng som strekker seg ned i borehullet, en borehullsmotor omfattende et hus og en drivaksel for rotasjon av en borkrone, hvilken drivaksel har en hellende orientering i forhold til en lengdeakse av borestrengens nedre del, idet motorhuset er koplet til borestrengens nedre del på en måte som tillater rotasjon av motorhuset om lengdeaksen, idet boremontasjen videre omfatter en styreanordning for å styre rotasjon av motorhuset om lengdeaksen og i forhold til borestrengen. Ved den kjente fremgangsmåte benyttes en borehullsmotor som har et hus med et justerbart bend, hvorved bendet under rettlinjet boring justeres slik at bendvinkelen er null, og bendet under bueformet eller krum boring justeres slik at bendvinkelen svarer til den ønskede borehullslaiimning. Før boring av et bueformet borehullsavsnitt roteres motorhuset i forhold til borestrengen om et valgt antall inkrementale vinkeltrinn, slik at horehuset orienteres i den ønskede asimufretning.

WO-A-93/23652 viser en boremontasje omfattende et dreiebord, en borestreng, en borehullsmotor med en skråttstilt utgangs- eller drivaksel, og et hus som er koplet til en utgangs- eller drivaksel av en andre motor. Den andre motor kan selektivt tillates å rotere i forhold til borestrengen under boring av et rett borehullsavsnitt, eller låses til borestrengen under boring av et buet borehullsavsnitt. Før boring av et buet avsnitt startes, benyttes dreiebordet til å innrette borestrengen for å orientere drivakselen i den nødvendige retning.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for frembringelse av et borehull i en jordformasjon ved hvilken det benyttes en borehullsmotor som tillater både bueformet boring og rettlinjet boring, uten behov for et motorhus som har et justerbart bend.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret boremontasje for frembringelse av et borehull i en jordformasjon ved benyttelse av en borehullsmotor som tillater både bueformet boring og rettlinjet boring, uten behov for et motorhus som har et justerbart bend.

I overensstemmelse med én side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte ved frembringelse av et borehull i en jordformasjon ved benyttelse av en boremontasje omfattende en borestreng som strekker seg ned i borehullet, en borehullsmotor omfattende et hus og en drivaksel for rotasjon av en borkrone, hvilken drivaksel har en skråttstilt orientering i forhold til en lengdeakse av borestrengens nedre del, idet motorhuset er koplet til borestrengens nedre del på en måte som tillater rotasjon av motorhuset om lengdeaksen, idet boremontasjen videre omfatter en styreanordning for å styre rotasjon av motorhuset om lengdeaksen og i forhold til borestrengen, idet fremgangsmåten omfatter boring av et i hovedsaken rett avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen til å rotere motorhuset kontinuerlig om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren drives for å rotere borkronen, hvor trinnet med boring av det i hovedsaken rette borehullsavsnitt veksles med et ytterligere trinn med boring av et buet avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen til å hindre rotasjon av motorhuset om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren drives for å rotere borkronen, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at styreanordningen, før trinnet med boring av det buede avsnitt, bringes til å rotere motorhuset om en vinkel som svarer til en valgt orientering av borkronen i forhold til borehullet.

Det kontinuerlig roterende motorhus sikrer at orienteringen av motorens skråttstilte drivaksel endrer seg kontinuerlig, slik at det ikke er noen preferanseretning i hvilken borkronen vil gå fremover i formasjonen. Som en følge av dette vil borkronen bore et rettlinjet borehullsavsnitt under sådan kontinuerlig rotasjon av huset.

I overensstemmelse med en ytterligere side ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en boremontasje for frembringelse av et borehull i en jordformasjon, omfattende en borestreng som strekker seg ned i borehullet, en borehullsmotor omfattende et hus og en drivaksel for rotasjon av en borkrone, hvilken drivaksel er orientert skråttstilt i forhold til en lengdeakse av borestrengens nedre del, idet motorhuset er koplet til borestrengens nedre del på en måte som tillater rotasjon av motorhuset om lengdeaksen, idet boremontasjen videre omfatter en styreanordning for å styre rotasjon av motorhuset om lengdeaksen og i forhold til borestrengen, en anordning for boring av et i hovedsaken rett avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen til å rotere motorhuset kontinuerlig om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren drives for å rotere borkronen, og en anordning for å veksle trinnet med boring av det i hovedsaken rette borehullsavsnitt med et trinn med boring av et buet avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen til å hindre rotasjon av motorhuset om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren drives for å rotere borkronen, hvilken boremontasje er kjennetegnet ved at det er tilveiebrakt en anordning for, forut for boring av det buede avsnitt, å bringe styreanordningen til å rotere motorhuset om en vinkel som svarer til en valgt orientering av borkronen i forhold til borehullet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen der fig. 1 skjematisk viser en nedre del av en boremontasje slik den benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den på fig. 1 viste boremontasje strekker seg ned i et borehull 1 som er dannet i en jordformasjon 2. Montasjen, av hvilken bare den nedre del er vist på fig. 1, omfatter en borestreng i form av et rør 5 med forholdsvis liten diameter, for eksempel en diameter på ca. 50 mm. Før røret 5 nedsenkes i borehullet 1, er det lagret i form av en kveil på en trommel (ikke vist) som er beliggende på overflaten. Etter hvert som boringen går fremover, avspoles røret 5 fra trommelen og nedsenkes gradvis i borehullet 1. Røret 5 omtales derfor også som "kveilrør", og boring med et slikt kveilrør omtales også som "kveilrørboring". En nedihulls-boremotor eller borehullsmotor 6 med et hus 7 er beliggende ved boremontasjens nedre ende, og motoren 6 driver en drivaksel 8 som er forsynt med en borkrone 9 som skjærer seg inn i bergarten ved borehullets bunn 11 under boring. Borehullsmotoren 6 danner en hydraulisk motor av Moineau-typen, hvilken er velkjent innen området styrbar boring. Drivakselen 8 og borkronen 9 er anordnet hellende eller skråttstilt i forholdet til motorhuset 7, slik at en lengdeakse 13 av den nedre endedel av kveilrøret 5 er orientert i en vinkel 15 i forhold til en lengdeakse 17 av drivakselen 8. Lengdeaksene 13 og 17 har et skjæringspunkt 19 beliggende under motorhuset 7. Borehullsmotorens 6 hus 7 er forsynt med et antall stabilisatorblad 21 for å stabilisere og sentralisere den nedre del av boremontasjen i borehullet 1.

Borehullsmotoren 6 er koplet til kveilrøret 5 via en elektrisk motor 23 med et hus 25 og en utgangs- eller drivaksel 27, idet den øvre ende av huset 25 er fast forbundet med den nedre ende av kveilrøret 5, og den nedre ende av drivakselen 27 er fast forbundet med den øvre ende av borehullsmotorens 6 hus 7. Den elektriske motors 23 drivaksel 27 er roterbar om sin lengdeakse, i forhold til motorens 23 hus 25. Når den elektriske motor 23 drives, roterer utgangs- eller drivakselen 27 om sin lengdeakse, i forhold til huset 25. En boring (ikke vist) strekker seg gjennom det indre av den elektriske motor 23, hvilken boring tilveiebringer en fluidstrømningsbane mellom det indre av kveilrøret og fluidinnløpet til borehullsmotoren 6. Når borefluid pumpes gjennom kveilrøret for å drive borehullsmotoren 6, strømmer således borefluidet gjennom boringen i den elektriske motor 23 til innløpet av borehullsmotoren 6. Elektrisk effekt tilveiebringes til den elektriske motor 23 via en kraftforsyningsledning som strekker seg gjennom det indre av en beskyttende stålmantel 29 som er stivt forbundet langs kveilrøret 5, til overflaten. Kraftforsyrungsledningen er ved overflaten tilkoplet til en elektrisk kraftforsyning (ikke vist) som styres ved hjelp av et passende styresystem (ikke vist). Den elektriske motor 23 er videre forsynt med en orienteringsindikator (ikke vist) for tilveiebringelse av en indikasjon på vinkelorienteringen av drivakselen 27, og således også på vinkelorienteringen av borehullsmotoren 6, i forhold til kveilrøret 5. Orienteringsindikatoren tilveiebringer et signal som representerer den nevnte orientering av drivakselen 27, til en operatør på overflaten, via en passende signalledning som strekker seg gjennom stålmantelen 29.

Under normal drift av boremontasjen bores et i hovedsaken rett borehullsavsnitt på følgende måte. Borefluid pumpes gjennom kveilrøret 5 og gjennom boringen i den elektriske motor 23 til borehullsmotorens 6 fluidinnløp. Derved opereres borehullsmotoren 6 for å drive drivakselen 8 og borkronen 9. Samtidig med drift av borehullsmotoren 6 forårsaker styresystemet på overflaten at kraftforsyningen tilveiebringer elektrisk effekt til den elektriske motor 23, slik at motorens 23 drivaksel 27 roteres kontinuerlig med styrt hastighet, og borehullsmotorens 6 hus dermed roteres med den samme styrte hastighet. Borkronen 9 roterer følgelig i borehullet 1 om begge akser 13 og 17. Da orienteringen av borkronen 9 i borehullet 1 endrer seg kontinuerlig som følge av rotasjonen av borkronen 9 om aksen 13, er det ingen preferanseretning for borkronen 9 for å gjøre borehullet 1 dypere. Følgelig borer borkronen 9 et rett avsnitt som i det vesentlige er rettet langs aksen 13. Det skal bemerkes at avvikelser fra den rettlinjede retning av borehullsavsnittet som bores på denne måte, kan forekomme dersom jordformasjonen 2 er anisotrop eller inhomogen. Slike avvikelser kan imidlertid korrigeres ved å måle borehullets 1 retning med regelmessige mellomrom, for eksempel ved hjelp av velkjente telemetirmetoder, og om nødvendig å bore et kort, buet avsnitt slik som beskrevet i det følgende.

Når et buet borehullsavsnitt skal bores etter boring av det rette borehullsavsnitt, fortsetter boringen på følgende måte. Først forårsaker styresystemet på overflaten at kraftforsyningen driver den elektriske motor 23 slik at drivakselen 27 roteres om en valgt vinkel som svarer til en valgt orientering av borehullsmotorens 6 hus 7 i borehullet 1, og denne orientering av motorhuset 7 bestemmer den retning i hvilken boring av et buet borehullsavsnitt fortsetter. For å oppnå den ønskede orientering av motorhuset 7, bringes orienteringsindikatoren til å tilveiebringe en indikasjon på vinkelorienteringen av drivakselen 27 til en operatør på overflaten. Etter at den ønskede orientering er oppnådd, stanses den elektriske motor 23, og borehullsmotoren 6 drives slik at den roterer drivakselen 8 og borkronen 9 ved å pumpe borefluid gjennom kveilrøret 5 og gjennom boringen i den elektriske motor 23 til borehullsmotorens 6 fluidinnløp. Således fortsetter boringen med borehullsmotorens 6 hus 7 stasjonært, mens borkronen 9 roterer. Da borkronen 9 er skråttstilt i forhold til lengdeaksen 13 av den nedre del av boremontasjen, gjøres borehullet 1 dypere i borkronens 9 skråstillingsretning, slik at det bores et buet borehullsavsnitt.

Når borehullet 1 finnes å være rettet langs den ønskede bane, og boring skal fortsettes i en rett linje, opereres den elektriske motor 23 på nytt, slik at motorhuset 7 roteres kontinuerlig og borehullsmotoren 6 samtidig drives slik at den roterer borkronen 9. For å nå et målområde i jordformasjonen 2, kan boreoperatøren gjenta ovennevnte prosedyre for vekselvis å bore rette og buede borehullsavsnitt.

Under boring vil kveilrøret vri seg på grunn av reaksjonsmomenter som virker på kveilrøret, idet vridningsgraden er avhengig av forskjellige faktorer, så som kveilrørets diameter og veggtykkelse, vekten på borkronen, trykket av fluidet som driver borehullsmotoren, eller størrelsen av friksjonskrefter mellom kveilrøret og borehullveggen. I stedet for å orientere borehullsmotoren ved å drive den elektriske motor på den ovenfor omtalte måte, kan motoren alternativt orienteres ved å variere kveilrørets vridningsvinkel, for eksempel ved å justere vekten på borkronen eller ved å justere trykket av borefluidet som driver borehullsmotoren, eller ved hjelp av en kombinert operasjon av den elektriske motor og en variasjon av vridningsvinkelen.

I stedet for å benytte en elektrisk motor til å rotere huset til borehullsmotoren som driver borkronen, kan det benyttes en hydraulisk motor eller hvilken som helst annen passende motor som kan drives på styrt måte.

Styreanordningen omfatter fortrinnsvis ikke noen anordning for styring av rotasjon av motorhuset om den nevnte lengdeakse og i forhold til borestrengen, hvilken rotasjon forårsakes av reaktive vridningsmomentkrefter som utøves på motorhuset som følge av den reaktive vridningsmomentvirkning av den roterende borkrone i borehullet.

Som konklusjon tillater den foran beskrevne fremgangsmåte og det beskrevne system som benytter et kveilrør, en borehullsmotor og en andre motor til å styre rotasjon av borehullsmotorhuset, boring av rette og buede borehullsavsnitt uten behov for en borestreng som roteres på overflaten.

Claims

1. Fremgangsmåte ved frembringelse av et borehull i en jordformasjon ved benyttelse av en boremontasje omfattende en borestreng (5) som strekker seg ned i borehullet (1), en borehullsmotor (6) omfattende et hus (7) og en drivaksel (8) for rotasjon av en borkrone (9), hvilken drivaksel har en skråttstilt orientering i forhold til en lengdeakse av borestrengens nedre del, idet motorhuset er koplet til borestrengens nedre del på en måte som tillater rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen, idet boremontasjen videre omfatter en styreanordning (23) for å styre rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen og i forhold til borestrengen, idet fremgangsmåten omfatter boring av et i hovedsaken rett avsnitt av borehullet ved å bringe

styreanordningen (23) til å rotere motorhuset (7) kontinuerlig om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren (6) drives for å rotere borkronen (9), hvor trinnet med boring av det i hovedsaken rette borehullsavsnitt veksles med et ytterligere trinn med boring av et buet avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen (23) til å hindre rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen og i forhold til borestrengen (5) mens borehullsmotoren (6) drives for å rotere borkronen (9),karakterisert ved at styreanordningen (23), før trinnet med boring av det buede avsnitt, bringes til å rotere motorhuset (7) om en vinkel som svarer til en valgt orientering av borkronen (9) i forhold til borehullet (1).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at styreanordningen (23) ikke omfatter noen anordning for styring av rotasjon av motorhuset om den nevnte lengdeakse og i forhold til borestrengen, hvilken rotasjon forårsakes av reaktive vridningsmomentkrefter som utøves på motorhuset (7) som følge av den reaktive vridningsmomentvirkning av den roterende borkrone (9) i borehullet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at styreanordningen (23) omfatter en motor fra gruppen av en hydraulisk motor og en elektrisk motor.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, hvor borestrengen danner et kveilrør (5) som er viklet på en trommel, karakterisert ved at kveilrøret avspoles fra trommelen og nedsenkes i borehullet etter hvert som boring av borehullet skrider frem.

5. Boremontasje for frembringelse av et borehull i en jordformasjon, omfattende en borestreng (5) som strekker seg ned i borehullet (1), en borehullsmotor (6) omfattende et hus (7) og en drivaksel (8) for rotasjon av en borkrone (9), hvilken drivaksel er orientert skråttstilt i forhold til en lengdeakse av borestrengens nedre del, idet motorhuset (7) er koplet til borestrengens nedre del på en måte som tillater rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen, idet boremontasjen videre omfatter en styreanordning (23) for å styre rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen og i forhold til borestrengen (5), en anordning for boring av et i hovedsaken rett avsnitt av borehullet ved å bringe styreanordningen (23) til å rotere motorhuset (7) kontinuerlig om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren (6) drives for å rotere borkronen (9), og en anordning for å veksle trinnet med boring av det i hovedsaken rette borehullsavsnitt med et trinn med boring av et buet avsnitt av borehullet (1) ved å bringe styreanordningen (23) til å hindre rotasjon av motorhuset (7) om lengdeaksen og i forhold til borestrengen mens borehullsmotoren (6) drives for å rotere borkronen (9), karakterisert ved at det er tilveiebrakt en anordning for, forut for boring av det buede avsnitt, å bringe styreanordningen (23) til å rotere motorhuset (7) om en vinkel som svarer til en valgt orientering av borkronen (9) i forhold til borehullet (1).

6. Boremontasje ifølge krav 5, karakterisert ved at styreanordningen (23) ikke omfatter noen anordning for styring av rotasjon av motorhuset (7) om den nevnte lengdeakse og i forhold til borestrengen (5), hvilken rotasjon forårsakes av reaktive vridriingsmomentkrefter som utøves på motorhuset (7) som følge av den reaktive vridningsmomentvirkning av den roterende borkrone (9) i borehullet.

7. Boremontasje ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at styreanordningen (23) omfatter en motor fra gruppen av en hydraulisk motor og en elektrisk motor.

8. Boremontasje ifølge ett av kravene 5-7, hvor borestrengen danner et kveilrør (5) som er viklet på en trommel, karakterisert ved at den videre omfatter en anordning for avspoling av kveilrøret (5) fra trommelen og nedsenking av kveilrøret i borehullet (1) etter hvert som boring av borehullet (1) skrider frem.