NO310247B1 - Rotasjonsboreverktöyanordning for bruk ved avviksboring - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt verktøy og fremgangsmåter for boring av et skråstilt borehull ved bruk av rotasjonsboreteknikker, og særlig rotasjonsbore-verktøy og fremgangsmåter for awiksboring hvor borkronens rotasjonsakse dreier i alle retninger i forhold til lengdeaksen til nedre endeparti av borestrengen på en måte som tillater borkronen å bore et styrt avviksborehull som reaksjon på borestreng-rotasjon.

Ofte er det i en olje- eller gassbrønn et parti som er avviksboret, hvilket parti av borehullet er skråstilt i en vinkel i forhold til vertikalretningen og hvilken skråstilling har en bestemt kompassretning eller asimut. Selv om brønner med avvikspar-tier kan være boret nesten hvor som helst, er et stort antall slike brønner boret til havs fra en enkelt produksjonsplattform på en slik måte at bunnene av borehulle-ne er fordelt over et stort område i en produksjonshorisont som plattformen er sentralt beliggende over.

En typisk fremgangsmåte for boring av et avviksborehull er å fjerne borestrengen og borkronen som brønnens innledende, vertikale parti ble boret med ved bruk av vanlige rotasjonsteknikker, og nedføre en boreslam-motor med et borerørsledd ved borestrengens nedre ende, som driver borkronen som reaksjon på sirkulering av borefluider. Borerørsleddet danner en bøyningsvinkel slik at aksen nedenfor bøyningspunktet, som tilsvarer borkronens rotasjonsakse, har en "verk-tøyflate"-vinkel i forhold til en referanse, sett ovenfra. Verktøyflate-vinkelen, eller bare "verktøyflaten", oppretter den asimut eller kompassretning som borehullet vil bli boret ved når boreslam-motoren drives. Når verktøyflaten er opprettet ved sakte rotasjon av borestrengen og overvåking av utgangen fra forskjellige oriente-ringsanordninger, nedsenkes motoren og borkronen til bunnen og boreslam-pumpene startes for å bringe borkronen til å roteres. Tilstedeværelsen av bøy-ningsvinkelen bringer borkronen til å bore på en bue inntil en ønsket skråstilling er bygget opp. Deretter roteres borestrengen ved overflaten slik at dens rotasjon overlagres over rotasjonen til boreslam-motorens utgangsaksel, hvilket bringer bøyningspunktet til bare å kretse rundt borehull-aksen slik at borkronen borer rett frem ved den skråstilling og asimut som er opprettet. Hvis ønsket, kan de samme awiksboreteknikker brukes nær den fulle dybde for å bøye borehullet tilbake til vertikalretningen, og deretter strekke det vertikalt ned i eller gjennom produksjons-sonen. Systemer for måling under boring (MWD) er vanligvis innbefattet i borestrengen ovenfor motoren for overvåking av bore-fremdriften, slik at det kan igangsettes korrektive tiltak hvis de forskjellige borehull-parametre ikke er som planlagt.

Når boring utføres med en boreslam-motor og borestrengen ikke roteres, kan det imidlertid oppstå forskjellige problemer. Reaksjons-dreiemomentet p.g.a. drift av motoren og borkronen kan bringe verktøyflaten til å endres gradvis, slik at borehullet ikke gjøres dypere ved ønsket asimut. Hvis dette ikke utbedres, kan borehullet strekke seg til et punkt som er for nær et annet borehull, og bli betydelig lenger enn nødvendig. Dette vil naturligvis øke borekostnadene betydelig og re-dusere dreneringseffektiviteten. Dessuten kan en ikke-roterende borestreng bevirke øket friksjonsdrag, slik at det er mindre styring med borkronevekten og dens borsynk, hvilket kan føre til betydelig økede borekostnader. Naturligvis er en ikke-roterende borestreng mer utsatt for å sette seg fast i borehullet enn en roterende borestreng, særlig der strengen strekker seg forbi en gjennomtrengelig sone hvor det er bygget opp boreslam-kake.

Et patent som angår denne oppfinnelses område er U.S. patent nr. 5113953, Noble, som foreslår en mot-rotasjon av borkrone-aksen ved en hastig-het som er lik og motsatt rettet i forhold til borestrengens rotasjonshastighet. Slik mot-rotasjon bevirkes av en elektrisk servomotor som driver en eksentrisk innretning som ligger an mot en plugg eller tapp på en forlengelse av borkrone-drivakselen. Servomotoren og en styreenhet fremstår derfor som drevet av en batteripakke som innbefatter sensorer som er påstått å føle umiddelbar asimut eller retningen til en hypotetisk referanseradius hos verktøyet. P.g.a. den avanserte elektronikk i denne anordning, er det imidlertid lite trolig at den vil overleve særlig lenge i de fiendtlige boreomgivelsene nede i borehullet, slik at dens pålitelighet kan etterlate et stort behov.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe nye og forbedrede boreverktøy og fremgangsmåter, der boring av et avviksborehull kan utføres mens borestrengen roteres.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe nye og forbedrede boreverktøy og fremgangsmåter for boring av et avviksborehull, på hvilke borkronen kan styres for å holdes på en ønsket kurs.

Ytterligere et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe nye og forbedrede boreverktøy og fremgangsmåter, der rotasjonsaksen til borkronen eller verktøyflaten alltid peker i én retning i rommet uavhengig av rotasjonen av borestrengen.

Disse og andre formål oppnås i henhold til prinsippene for foreliggende oppfinnelse gjennom tilveiebringelsen av et rotasjonsboreverktøy innbefattende et rørformet hus som er koplet til borestrengen og som bærer en borkrone på sin nedre ende. Borkronen er koplet til huset v.h.a. en aksel og en kopling som over-fører dreiemoment mens borkronens rotasjonsakse tillates å dreie i alle retninger til en begrenset grad i forhold til husets lengdeakse. Øvre ende av borkrone-drivakselen er, v.h.a. midler innbefattende et eksentrisk lager, koplet til et eksentrisk lodd, rundt hvilket huset kan rotere slik at loddet forblir stasjonært i tilstøtning til den lave side av borehullet v.h.a. tyngdekraften. Det eksentriske lager og loddet bringer borkrone-drivakselens lengdeakse til å peke i kun én retning når huset roteres rundt den v.h.a. borestrengen.

For å rotasjons-orientere verktøyet slik at borkrone-aksen har en ønsket verktøyflate, eller for å endre slik verktøyflate etter at boring av et avviksborehull har begynt, brukes et koplingssystem som reagerer på boreslam-strøm og manipulering av borestrengen. Når boreslam-sirkulering stoppes midlertidig, innkoples en første kopling i verktøyet for å låse det eksentriske lager mot rotasjon i forhold til huset. Utskyving av en teleskop-skjøt ved verktøyets øvre ende frakopler en andre kopling som tillater det eksentriske lodd å forbli på den lave side av borehullet, og åpner en ytterligere bane for boreslam-strøm gjennom verktøyet, slik at det bare foreligger minimal strømnings-innsnevring. Med den ytterligere strømnings-bane åpen, igangsettes boreslam-sirkulering slik at verktøyet kan orienteres ved sakte rotasjon av borestrengen og huset, mens det ved overflaten overvåkes fremvisning av MWD-overføringen av signaler som gjengir avviks-parametre nede i borehullet. Når det er oppnådd en ønsket verktøyflate, lukkes teleskop-skjøten for gjeninnkopling av den andre kopling og lukke den ytterligere strømningsbane. Innkopling av den andre kopling bringer det eksentriske lodd til å opprettholde borkronens rotasjonsakse pekende i en enkelt retning i rommet, og gjenopprettel-sen av boreslam-strøm gjennom innsnevrede passasjer frigjør den første kopling slik at huset kan rotere fritt rundt det eksentriske lager og lodd som reaksjon på rotasjon av borestrengen. Deretter kan rotasjonsboring begynne, idet borkronen har en ny verktøyflate-vinkel. Følgelig kan boreverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse styres ved bruk av den ovenfor beskrevne fremgangsmåte, når det øns-kes awiksendringer.

Foreliggende oppfinnelse har både de ovennevnte og andre formål, sær-trekk og fortrinn som vil fremgå tydeligere i forbindelse med følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket utføringsform, sett i sammenheng med de medføl-gende tegninger hvor: Figur 1 skjematisk viser en brønn som bores i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et lengdesnitt, med noen partier i sideriss, som viser hele konstruksjonen av boreverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 3 viser i større målestokk et tverrsnitt langs linjen 3-3 i Figur 2; Figur 4 viser i større målestokk et snitt av koplingssystemet som det henvises til ovenfor; Figurene 5 og 6 er fragmentariske riss som viser ytterligere detaljer hos koplingskonstruksjonene; Figur 7 er et snitt lik det i Figur 4, som viser én kopling frakoplet og med uinnsnevret strømning gjennom den mellomliggende aksel; og Figurene 8-11 er snitt som viser de ulike driftsstillinger til en teleskop- eller glideskjøtforbindelse som kan brukes til selektivt å frakople en av koplingene som er vist i Figur 4.

I Figur 1 er vist et borehull 10 idet det bores v.h.a. en borkrone 11 på nedre ende av en borestreng 12 som strekker seg opp til overflaten hvor den dreies av rotasjonsbordet 13 på en typisk borerigg (ikke vist). Borestrengen 12 innbefatter vanligvis et borerør 14 i hvilket er opphengt en lengde av tunge vektrør 15 som påfører tyngde til borkronen 11. Borehullet 10 er vist å ha et vertikalt eller stort sett vertikalt, øvre parti 16 og et buet, nedre parti 17 som bores under styring av et boreverktøy 20 som er bygget i henhold til foreliggende oppfinnelse. For å danne den bøyelighet som kreves i det buede parti 17, kan et nedre stykke av borerøret 14' brukes til å forbinde vektrørene 15 med boreverktøyet 20, slik at vektrørene forblir i det vertikale parti 16 av borehullet 10. Det nedre parti 17 av borehullet vil være avveket fra det vertikale parti 16 på vanlig måte. Det buede eller skråstilte parti 17 vil så ha en lav side og en høy side, hvilket vil fremgå for en fagmann på området. I henhold til vanlig utøvelse, blir borefluid eller -"slam" v.h.a. pumper ved overflaten sirkulert ned gjennom borestrengen 12 hvor det kommer ut gjennom dyser i borkronen 11 og føres tilbake til overflaten gjennom ringrommet 18 mellom borestrengen 12 og borehullets 10 vegger. Som det vil bli beskrevet i detalj nedenfor, er boreverktøyet 20 konstruert og anordnet til å bringe borkronen 11 til å bore langs en buet bane med en bestemt asimut, og opprette en ny skråstilling for borehullet selv om verktøyet og borkronen roteres av borestrengen 12 og rotasjonsbordet 13.

Et MWD-verktøy 19 (verktøy som utfører måling under boring) er fortrinns-vis innkoplet i borestrengen 12 mellom den øvre ende av boreverktøyet 20 og den nedre ende av rørstykket 14'. MWD-verktøyet 19 kan være av den art som er vist i U.S. patenter nr. 4100528, 4103281 og 4167000, hvor en rotasjonsventil på øvre ende av en styring forstyrrer boreslam-strømmen på en slik måte at trykkpulser som gjengir målinger nede i borehullet sendes v.h.a. telemetri til overflaten hvor de detekteres av en trykkgiver, behandles, fremvises og/eller registreres. MWD-enheten er vanligvis huset i et ikke-magnetisk vektrør, og innbefatter awiksfølere såsom ortogonalt monterte akselerometre og magnetometre som måler kompo-nenter av henholdsvis jordens tyngdefelt og magnetfelt, og frembringer utgangs-signaler som mates til en patron som er elektrisk forbindet med styringen. Boreslam-strømmen føres også gjennom en turbin som driver en generator som tilfører systemet elektrisk kraft. Rotasjonen av ventilen moduleres av styringen på en slik måte at trykkpulsene som derved skapes gjengir målingene. Følgelig er målingene nede i borehullet tilgjengelige ved overflaten stort sett i sanntid etterhvert som boringen skrider frem. Det henvises herved til de ovennevnte patenter.

I Figur 2 er vist hele konstruksjonen til boreverktøyet 20. Et langstrakt, rør-formet hus 21 bærer et stabiliseringsrør 22 nær dets nedre ende, hvilket stabilise-ringsrør er utformet med et antall radielt forløpende blad eller ribber 23 hvis ytre, buede flater har stort sett samme diameter som borkronens 11 diameter-mål, for derved å sentrere husets 21 lengdeakse i det nylig borede borehull. Det kan også brukes en eller flere ytterligere stabiliseringsrør (ikke vist) montert lenger opp på strengen. Mellom nedre og øvre ende av en drivaksel 27 er det i en tverrgående vegg 24 ved nedre ende av huset 21 dannet et sentralt, sfærisk hulrom 25 som opptar en kule 26. Akselen 27 har en innvendig strømningskanal 28 som trans-porterer boreslam til borkronen 11, og er ved sin nedre ende festet til en borkrone-sokkel 30. Akselen 27 er koplet til veggen 24 og følgelig til huset 21 v.h.a. et universalledd innbefattende et antall langs omkretsen innbyrdes adskilte kulelagre 31 som er i inngrep med respektive fordypninger i kulens 26 ytre overflate og i innbyrdes i vinkel adskilte slisser 32 i hulrommets 25 vegger. Følgelig overføres dreiemoment fra huset 21 til drivakselen 27 og borkronen 11 via kulelagrene 31 og slissene 32. Akselen 27 og borkronen 11, som har en felles akse 33, er imidlertid leddforbundet og dreibare i alle retninger om det geometriske senter til koplingsk-ulen 26. Vinkelen for dreibar rotasjon er bestemt av graden av eksentrisitet hos et lager 35 ved akselens 27 øvre ende.

Det øvre endeparti 34 av drivakselen 27 er opptatt i lageret 35 som er montert i en utsparing i det større og eksentrisk anordnede, nedre endeparti eller flen-sen 36 hos en mellomliggende aksel 37. Fluidlekkasje ut av øvre ende av drivakselen 27 hindres av en hensiktsmessig tetningsring 34' (Figur 4). Den mellomliggende aksel 37 er utformet med en sentral boring 37' som kommuniserer med strømningskanalen 28 i drivakselen 27, og er montert for rotasjon i huset 21 v.h.a. innbyrdes aksielt adskilte lagre 38, 39. Lagrene 38, 39 er dessuten anordnet på en typisk måte for å fiksere akselen 37 mot aksialbevegelse. Øvre ende av akselen 37 har en utadvendt, ringformet skulder 41 som er løsbart koplet til en øvre aksel 42 v.h.a. en koplingsmekanisme, generelt betegnet 43. Den øvre aksel 42 har også en utadvendt, ringformet skulder 44 med koplingselementer som skal beskrives nedenfor, og er anordnet med et ventilhode 45 for anlegg mot øvre endeparti av akselboringen 37'. Akselen 42 strekker seg oppad gjennom et lager 46 som er montert i en tverrstilt plate 47 med et antall strømningskanaler 48, og er festet til nedre endevegg 50 av et langstrakt, eksentrisk lodd, generelt betegnet 51. Øvre endevegg 52 av loddet 51 er festet til en dreietapp 53 som strekker seg gjennom en øvre lagerenhet 54 med strømningskanaler 55. Loddets 51 lengdeakse er sammenfallende med husets 21 lengdeakse 40. Den eksentriske loddenhet 51 innbefatter et sylindrisk, ytre element 59 som, sammen med endeveggene 50, 52, danner et innvendig, sylindrisk kammer 56 som opptar et eksentrisk lodd-element 57. Loddet 57 er utformet som en langstrakt, halvsirkelformet blokk av et tungt metallmateriale som f.eks. stål eller bly, som vist i Figur 3. Loddet 57 er v.h.a. hensiktsmessige midler festet til én side av kammeret 56, slik at tyngdekraften, i et skråstilt borehull, tvinger loddelementet 57 til å forbli på den lave side av borehullet og følgelig fiksere loddenhetens 51 rotasjonsorientering i slik stilling, selv om huset 21 roterer rundt den. En teleskop-skjøtforbindelse 58, som skal beskrives nedenfor i forbindelse med Figurene 8-11, danner verktøyets 20 øvre ende, og den øvre ende av en slik skjøt er koplet til nedre ende av MWD-verktøyet 19.

Koplingsmekanismen 43 er vist i nærmere detalj i Figurene 4-7. Mekanis-men innbefatter en første kopling 43A hvor øvre endeflate av den ringformede skulder 41 er anordnet med et antall med innbyrdes vinkel adskilte undulasjoner 60 (Figur 5) med avrundede topper 61 og daler 62. Den nedre endeflate av den ringformede skulder 44 er utformet med motsvarende undulsjoner 63 slik at koplingen vil bringes til inngrep i stort sett enhver relativ rotasjonsstilling til akslene 37 og 42. Som det vil bli beskrevet nedenfor, kan den øvre aksel 42 og loddenheten 51 forskyves aksielt i huset 21 for å bevirke innkopling og utkopling av den første kopling 43A. Når koplingen 43A er innkoplet som vist i Figur 4, ligger ventilhodet

45 på nedre side av skulderen 44 an mot øvre endeparti av boringen 37' i den mellomliggende aksel 37 hvor en tetningsring 65 hindrer fluidlekkasje. I en slik stilling må borefluider eller -slam som pumpes ned gjennom huset 21 gå rundt

koplingsskuldrene 41, 44 og komme inn i akselens 37 boring 37* via et antall radielle porter 66 gjennom akselens vegger. Når ventilhodet 45 beveges oppad og ut av sitt sete, kan imidlertid borefluider strømme direkte inn i toppen av boringen 37' gjennom et uinnsnevret strømningsareal.

Det er også anordnet en andre kopling, generelt betegnet 43B i Figurene 4 og 6. Koplingen 43B innbefatter en aksielt forskyvbar ring 68 med utvendige kile-spor 70 som motsvarer innvendige kileribber 71 på husets 21 innervegg, slik at ringen kan forskyves i lengderetningen, men ikke rotere i forhold til huset. Ringen 68 er forspent oppad v.h.a. en spiralfjær 72 (Figur 7) som virker mellom nedre side av ringen og øvre side av lageret 38. Øvre side av ringen 68 er utformet med et halvsirkelformet, hevet parti 73 som danner diametralt motsatte, radielle endeflater 74, og nedre side av skulderen 41 på akselens 37 øvre ende er utformet med samme anordning av radielle endeflater, idet én er vist ved 75 i Figur 6. Med slik anordning kan endeflatene 74, 75 bringes til inngrep med hverandre i kun én rotasjonsstilling av ringen 68 i forhold til skulderen 41. De relative strømningsarealer gjennom sideportene 66 og boringen 37' er dimensjonert slik at når ventilhodet 45 ligger an mot toppen av boringen 37', vil strømning av borefluider forbi skuldrene 41, 44 og inn i portene 66, som vist med pilene i Figur 4, tvinge ringen 68 til å forskyves nedad mot fjærens 72 forspenning, slik at koplingsflatene 74, 75 frakoples. Hvis fluidstrømning stoppes, skyver fjæren 72 ringen 68 oppad for innkopling av koplingen når endeflatene 74, 75 er tilstrekkelig innrettet på linje. Innkopling av begge koplinger 43A og 43B låser det eksentriske lodd 57, slik at det vil dreie med huset 21. Når koplingen 43A frakoples v.h.a. oppad bevegelse av akselen 42, vil koplingen 43B forbli innkoplet sogar når sirkulering igangsettes, fordi hele boreslamstrømmen vil gå direkte inn i toppen av boringen 37' og det er utilstrekkelige strømningskrefter til å bevirke sammentrykking av fjæren 72. Innkopling av koplingen 43B låser den mellomliggende aksel 37 til huset 21, slik at aksen 33 til borkronen 11 (verktøyflate) kan orienteres ved sakte dreining av borestrengen 12 ved overflaten mens MWD-verktøyet 19 opereres for obesrvasjon av asimut til en slik akse.

Figurene 8-11 viser en teleskop-skjøt 58 av den art som kan innbefattes ved øvre ende av huset 21 for å muliggjøre forskyvning av loddenheten 51 og akselen 42 aksielt, for å operere koplingen 43A og ventilhodet 45 som reaksjon på manipulering av borestrengen 12 ved overflaten. Øvre ende av huset 21 er utformet med en innadvendt stoppskulder 80 og innvendige, langsgående kiler 81 som strekker seg nedad fra skulderen. En krave 82 som v.h.a. gjenger (ikke vist) er forbundet med nedre ende av MWD-verktøyet 19, har som sin nedre ende et parti 84 med redusert diameter som strekker seg ned inne i skulderen 80 til der hvor den har et større, nedre endeparti 85 med utvendige spor som motsvarer kilene 81 for å hindre relativ rotasjon. Følgelig kan kraven 82 beveges oppad inntil en-departiet 85 ligger an mot skulderen 80, og nedad inntil dens nedre flate 86 (Figur 9) er i anslag mot toppen av huset 21. En tetningsring 87 hidrer lekkasje av borefluider. Øvre ende av dreietappen 53 på den eksentriske loddenhet 51 er v.h.a.

en lagerenhet 89 dreibart montert på nedre ende av en stang 88 hvis øvre ende er festet til en tverrstilt vegg 90 ved øvre ende av kraven 82. Veggen 90 er som vist anordnet med flere strømningsporter 91, slik at borefluider kan føres ned gjennom disse.

På en øvre ende av en hylse 92, som kan være en enhetlig del av huset 21, er det utformet et antall langs omkretsen innbyrdes adskilte, oppad forløpende fjærfingre 93, og hver av fingrene har et større hodeparti 94. øvre og nedre, innvendige, ringformede spor 95, 96 er utformet i en boring 97 med redusert diameter, i kraven 82, og samvirker med hodene 94 for å låse kraven 82 til huset 21 i valgte, relative stillinger i lengderetningen. For å låse hodene 94 i et spor 95 eller 96, er et stempel 98 med et parti 99 med større diameter og et parti 100 med mindre diameter forskyvbart opptatt i en innvendig boring 101 i kraven 82, og er forspent oppad v.h.a. en spiralfjær 102 som virker mellom nedre endeflate av par-tiet 99 og en oppadvendt skulder 103 på kraven 82. En tetningsring 105 kan være montert på stempelets 98 parti 99 for å hindre lekkasje forbi dets yttervegger. Stempelet 98 har en sentral boring 104 som stangen 88 strekker seg gjennom, og det ringformede område mellom boringens vegg og stangens ytre omkrets danner en strømningspassasje med et innsnevret areal. Ytterdiameteren av stempelets 98 nedre parti 100 er dimensjonert for å passe i fjærfingrene 93 bare når hodene 94 er bragt fjærende inn i et spor 95 eller 96. Fluidstrømning gjennom det innsnevrede, ringformede areal tvinger stempelet 98 ned mot forspenningen av spi-ralfjæren 102, og bringer det nedre parti 100 til å flyttes bak hodene 94 og derved låse dem i et spor 95 eller 96, slik at kraven 82, stangen 88 og dreietappen 53 fikseres i lengderetningen i forhold til huset 21. Dette virker også til å fiksere loddets 57 stilling i lengderetningen i forhold til huset 21. Figur 8 viser den ikke-strømmende og ulåste stilling til delene hos teleskop-skjøten 58 når boreverktøyet 21 er på bunnen og skjøten er sammentrykket eller tilbaketrukket. Ved fravære av fluidstrømning løftes stempelet 98 oppad av fjæren 102. Låsehodene 94 er i sporet 95 p.g.a. skjøt-sammentrekningen, men de er imidlertid ikke låst i sine ytterstillinger v.h.a. stempelet 98. I Figur 9 er verktøyet 20 blitt plukket opp fra bunnen for å utskyve skjøten 58 og følgelig heve stangen 88 og dreietappen 53, hvilket virker til å heve loddet 57 i huset 21 for å frakople koplingen 43A, som vist i Figur 7. Stempelet 98 forblir imidlertid i sin øvre stilling under fraværet av fluidstrømning. I Figur 10 pumpes borefluid ned gjennom verk-tøyet 20 slik at trykkfallet p.g.a. fluidstrømning gjennom det innsnevrede område av boringen i stempelet 98 tvinger det ned mot forspenningen av fjæren 102 for anbringelse av det nedre parti 100 bak låsehodene 94, og følgelig låsing av kraven 82, stangen 88 og dreietappen 53 til huset 21. Koplingen 43A forblir frakoplet siden loddet 57 heves oppad, men fjæren 72 bringer koplingen 43B til å innkoples for låsing av den mellomliggende aksel 37 til huset 21. Dette muliggjør om-orientering av borkronens 11 verktøyflate ved dreining av borestrengen 12 ved overflaten og overvåking av fremvisningen dannet av MWD-signalene. Hvis boring begynner med teleskop-skjøten 58 i utskjøvet stilling, vil borkronen 11 søke å bore rett frem fordi drivakselen 27 er festet til huset 21 og dens øvre ende 34 bare vil kretse om husets 21 lengdeakse 40 fordi sistnevnte roteres av borestrengen 12. I Figur 11 er pumpene blitt stoppet og verktøyet 20 nedsenket til bunnen for å bringe skjøten 58 til å tilbaketrekkes, hvilket gjøres etter om-orientering som ovenfor beskrevet. Deretter startes igjen boreslam-pumpene for å begynne boring, hvilket bringer stempelet 98 til å forskyves ned som vist, og låse låsehodene 94 i det øvre spor 95. Da skjøten 58 ble sammentrykket, ble dreietappen 53 nedsenket for tilsvarende å nedsenke det eksentriske lodd 57 og innkople koplingen 43A. Med ventilhodet 45 i anlegg mot øvre ende av akselen 37, strømmer fluid forbi koplingsringen 68 som vist i Figur 4, og tvinger den ned til dens frigjorte stilling hvor loddet 57, den mellomliggende aksel 37 og drivakselen 27 forblir fiksert i rommet når huset 21 dreier rundt dem.

Under bruk og drift av foreliggende oppfinnelse blir boreverktøyet 20, med borkronen 11 festet til nedre ende av drivakselen 27, koplet til nedre ende av MWD-verktøyet 19 og nedsenket i borehullet 10 på enden av borestrengen 12, idet dens individuelle seksjoner eller skjøter er gjenget ende mot ende. Under nedsenking vil teleskop-skjøten 58 bli utskjøvet, men fordi det ikke er noen sirkulering, vil imidlertid stempelet 98 være i sin øvre stilling, vist i Figur 9, og fjærfingre-nes 93 hoder 94 vil være i det nedre spor 96. Når verktøyet 20 når bunnen, sam-mentrykkes skjøten 58 og bringer koplingen 43A til å innkoples. Når sirkulering igangsettes vil, koplingen 43B frakoples for å tillate loddet 57 å holde drivakselen 27 stasjonært i rommet når huset 21 og borkronen 11 roteres. Borkronens 11 verktøyflate vil ha blitt orientert, som ovenfor beskrevet, ved innledningsvis å pluk-ke opp teleskop-skjøten 58 for utskyving, og derved frigjøre koplingen 43A, og deretter starte pumpene for låsing av skjøten 58. Koplingen 43B innkoples for å låse akslene 37 og 27 til huset 21, slik at huset kan dreies for orientering av verk-tøyflaten. Fluidsirkulering driver MWD-verktøyet 19 slik at vinklene for skråstilling, asimut og verktøyflate fremvises ved overflaten i sanntid. Stempelet 98 beveges ned til den låste stilling som er vist i Figur 11.

For å endre den opprinnelige innstilling av verktøyflate-vinkel, hvis behovet oppstår, stoppes sirkulering, og borestrengen 12 blir plukket opp et kort stykke for utskyving av teleskop-skjøten 58, som vist i Figur 9. Dette virker til å heve det eksentriske lodd 57 og frakople koplingsenheten 43A, som vist i Figur 7, og dessuten heve ventilhodet 45 ut av sitt sete i akselens 37 øvre ende. Deretter gjenopprettes sirkulering for drift av MWD-verktøyet 19, hvilket bringer stempelet 98 til å forskyves ned og låse hodene 94. Koplingen 43B forblir innkoplet, som vist i Figur 7, p.g.a. uinnsnevret strømning inn i toppen av akselens 37 boring 37'. Akselen 37 og det eksentriske lager 35 låses følgelig til huset 21 v.h.a. koplingsringen 68 og kilene 71, slik at borkronens 11 rotasjonsakse 33 (Figur 2) er fiksert i forhold til huset 21. Deretter dreies borestrengen 12 sakte inntil verktøyflaten, som er retningen til aksen 33, har ønsket verdi, vist v.h.a. MWD-skjermen ved overflaten. Under slik dreining forblir loddet 57, p.g.a. tyngdekraften, på borehullets 10 lave side. Deretter stoppes pumpene, og verktøyet 20 nedsenkes til bunnen. Noe av vekten av vektrørene 15 slakkes av på dette for å sammentrykke skjøten 58, som vist i Figur 8. Denne bevegelse virker til å nedsenke loddet 57 for å bringe koplingen 43A til å innkoples, og til å bringe ventilhodet 45 til anlegg mot toppen av boringen 37'. Deretter gjenopprettes boreslam-sirkulering, og må gå rundt koplingen 43A og inn i portene 66, hvilket bringer ringen 68 til å forskyves ned og bevirke fråkopling av koplingens 43B endeflater 74, 75, som vist i Figur 4. Nå kan huset 21 rotere fritt i forhold til den mellomliggende aksel 37, som holdes stasjonær i rommet v.h.a. loddets 57 tilbøyelighet til å forbli i tilstøtning til den lave side av borehullets 10 skråstilte parti 17. Følgelig er det eksentriske lager 35 romlig fiksert slik at når borkronen 11 roteres v.h.a. huset 21 via kuleleddet 26, forblir orienteringen av aksen 33 fiksert og pekende i samme retning i rommet. Borehullet 10 vil bli boret langs en buet bane p.g.a. vinkelen mellom aksen 33 og husets 21 lengdeakse 40. En lagerutsparing i akselens 37 flens 36 med en særlig grad av eksentrisitet kan anordnes under montering ved overflaten, for å oppnå en ønsket bueradius hos borehullets 10 nedre parti 17. F.eks. kan det velges en eksentrisitet slik at den spisse vinkel mellom husets 21 akse 40 og borkronens 11 rotasjonsakse 33 er i området fra omtrent 1-3°. Når borkronen 11 roteres av huset 21 som reaksjon på rotasjon av borestrengen 12, bringer tyngdekraften det eksentriske lodd 57 til å forbli stasjonært i tilstøtning til den lave side av borehullet 10 når huset 21 roterer rundt det. Kuleleddet 26, som har påmontert drivakselen 27 ved nedre ende av huset 21, tillater akselen å dreie i alle retninger om senteret av kulen. Når verktøyflate-vinkelen om-orienteres, som ovenfor beskrevet, stoppes boreslam-pumpene for å bevirke innkopling av koplingen 43B. Fordi koplingen, som tidligere nevnt, kan innkoples i bare én relativ stilling, bør borestrengen 12 roteres sakte gjennom flere omdreininger uten pumping, for å sikre innkopling. Når slik innkopling inntreffer, blir den mellomliggende aksel 37 igjen låst til huset 21 via kileforbindelsen 70, 71, idet borkronens 11 akse 33 har en kjent relativ orientering.

Det skal nå være forstått at det er avdekket et nytt og forbedret, styrbart boreverktøy for boring av avviksbrønner, som drives ved rotasjon av borestrengen, og som er særlig anvendelig i kombinasjon med et MWD-verktøy.

Claims (24)

1. Rotasjonsboreverktøyanordning (20) for bruk ved avviksboring, karakterisert ved at den omfatter: en drivaksel (27) med en borkrone (11) på sin ene ende, hvilken aksel (27) og borkrone (11) har en første rotasjonsakse (33); et rørformet hus (21) med en andre rotasjonsakse (40) og innrettet til å roteres av en borestreng (12); en universalledd-innretning (24, 25, 26, 31, 32) for montering av drivakselen (27) på huset (21) og overføring av dreiemoment fra huset (21) til drivakselen (27) og borkronen (11); samt en gravitasjonsreagerende loddinnretning (51) som virker til å holde den første akse (33) slik at borkronen (11) vender i én retning i rommet under rotasjon av huset (21) om den andre akse (40).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den gravitasjonsreagerende loddinnretningen (51)innbefatter en radielt forskjøvet eksenterinnretning (36) som danner en fast, spiss vinkel mellom den første (33) og andre akse (40), idet eksenterinnretningen (36) holdes stasjonært når huset (21) roteres rundt samme under boring.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den gravitasjonsreagerende loddinnretningen (51) innbefatter en eksentrisk loddinnretning (57) som er montert for relativ rotasjon i huset (21) på en slik måte at loddinnretningen (57) forblir stasjonær i huset p.g.a. tyngdekraften mens huset (21) roteres; samt en innretning som innbefatter en annen aksel (37) som er montert koaksialt med huset (21) for å forbinde den eksentriske loddinnretningen (57) med eksenterinnretningen (36) slik at eksenterinnretningen (36) også forblir stasjonær i huset (21) under rotasjon av huset v.h.a. borestrengen (12).

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at forbindelsesinnretningen (37) innbefatter selektivt opererbare koplingsinnretninger (43) for endring av den ene retning i rommet til en annen retning i rommet ved å om-orientere den radielt forskjøvede eksenterinnretning (36) i forhold til den eksentriske loddinnretningen (57).

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at koplingsinnretningene (43) innbefatter en normalt frakoplet, første koplingsinnretning (43B) for låsing av eksenterinnretningen (36) til huset (21) for å gjøre det mulig å om-orientere den første rotasjonsakse (33) ved å dreie huset (21) i borehullet; og en normalt innkoplet, andre koplingsinnretning (43A) innrettet til å frakoples for å adskille den eksentriske loddinnretningen (57) fra eksenterinnretningen (36) under ny-orienteringen av den første akse.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter midler (45) for fråkopling av den første koplingsinnretning (43B) som reaksjon på strøm av borefluider, idet den første koplingsinnretning (43B) automatisk innkoples når strømmen av borefluider stoppes.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at den andre koplingsinnretning (43A) frakoples som reaksjon på oppadrettet bevegelse av den eksentriske loddinnretningen (57) i huset (21); og at den ytterligere innbefatter en på huset anordnet teleskop- skjøteinn-retning (58) som kan opereres til å løfte den eksentriske loddinnretningen (57) oppad som reaksjon på oppadrettet bevegelse av borestrengen (12).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at teleskop-skjøteinnretningen (58) innbefatter relativt bevegelige elementer (21, 82) med midler (81, 85) for innbyrdes overføring av dreiemoment, og midler (88, 89) for tilkopling av ett av elementene til den eksentriske loddinnretningen (57) som reaksjon på en trykkforskjell og for adskillelse av det ene element og den eksentriske loddinnretningen (57) som reaksjon på fraværet av trykkforskjellen.

9. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter midler (19) for nede i borehullet å utføre målinger av asimut hos den første rotasjonsakse (33); og midler for til overflaten å overføre signaler som gjengir målingene, for å muliggjøre om-orientering og overvåking av den første rotasjonsakse (33) for styring av den ene retning i rommet.

10. Rotasjonsboreverktøyanordning (20) for bruk ved awiksboring (17), karakterisert ved at den omfatter: et langstrakt, rørformet hus (21) med en første rotasjonsakse (40) og en øvre ende (82) innrettet til å tilkoples en borestreng (12), i hvilket hus (21) en nedre ende er stengt av en tverrgående vegg (24); en drivaksel-innretning (27) forløpende gjennom veggen (24), og hvis nedre endeparti er innrettet til å tilkoples en borkrone (11) og hvis øvre endeparti strekker seg i huset (21) over veggen (24); en universal ledd-innretning (24, 25, 26, 31, 32) for montering av drivakselen (27) i veggen (24), idet kuleledd-innretningen og veggen innbefatter midler for overføring av dreiemoment fra huset (21) til drivakselinnretningen (27) for å rotere borkronen (11) mens drivakselinnretningen (27) tillates dreiebevegelse i alle retninger om kuleledd-innretningen (24, 25, 26, 31, 32), idet drivakselinnretningen (27) og borkronen (11) danner en andre rotasjonsakse (33) som skjærer den første akse (40) i en lav vinkel ved kuleledd-innretningens geometriske senter; en eksenterinnretning (36) tilkoplet drivakselinnretningens (27) øvre endeparti for å muliggjøre at den andre akse (33) bare peker i én retning i rommet når huset (21) v.h.a. en borestreng (12) roteres om den første akse (40); og en i huset anordnet gravitasjonsreagerende loddinnretning (51) for å holde eksenterinnretningen (36) på en slik måte at den andre akse (33) forblir romlig fiksert.

11. Enhet ifølge krav 10, karakterisert ved at eksenterinnretningen (36) innbefatter en øvre aksel (37) montert i huset (21) langs den første akse (440) og har et radielt forskjøvet lager (35) på dets nedre ende, som er i inngrep med drivakselinnretningens (27) øvre endeparti.

12. Enhet ifølge krav 11, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter en koplingsinnretning (43) for kopling av den øvre ende av den øvre aksel (37) til loddinnretningen (51), hvilken koplingsinnretning (43) kan opereres til å muliggjøre om-orientering av den andre akse (33), slik at den peker i en annen retning i rommet.

13. Enhet ifølge krav 12, karakterisert ved at koplingsinnretningen (43) innbefatter en første og andre koplingsmekanisme (43A, 43B), idet én av koplingsmekanismene (43A) frakoples ved oppadrettet bevegelse av lodd-innretningen (51) for å muliggjøre om-orientering av den andre akse (33), og idet den andre av koplingsmekanismene (43B) frakoples som reaksjon på strøm av borefluider for å muliggjøre relativ rotasjon mellom huset (21) og eksenterinnretningen (36).

14. Enhet ifølge krav 13, karakterisert ved at den andre koplingsmekanisme (43B), ved fravær av fluidstrømmen, bringes til inngrep kun i én rotasjonsstilling hos huset (21) i forhold til eksenterinnretningen (36) for samroterende å sammenkople huset (21) og eksenterinnretningen (36) for å muliggjøre om-orienteringen som reaksjon på rotasjon av huset (21) v.h.a. borestrengen (12).

15. Enhet ifølge krav 14, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter midler (19) for måling av asimut hos den andre akse (33) under om-orienteringen av denne til overflaten.

16. Enhet ifølge krav 13, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter en ved øvre ende av huset (21) anordnet teleskop-skjøteinnretning som er bevegelig mellom en utskjøvet og en sammentrukket stilling; og en innretning (88, 89) for tilkopling av lodd-innretningen (57) til teleskop- skjøteinnretningen (58) på en slik måte at utskyvning av denne bevirker den oppadrettede bevegelse.

17. Fremgangsmåte for boring av et avviksborehull (17) med en borkrone (11) montert på nedre ende av en rotasjons-borestreng (12) v.h.a. en leddforsynt drivaksel (27), idet borestrengen (12) har en første rotasjonsakse (40) og idet drivakselen (27) og borkronen (11) har en andre rotasjonsakse (33), karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: overføring av dreiemoment fra borestrengen (12) til drivakselen (27) og borkronen (11) idet den andre akse (33) skjærer den første akse (40) i en lav vinkel slik at borehullet (17) bores på en buet bane; og anvendelse av en gravitasjonsreagerende loddinnretning (51) for å opprettholde den andre akse (33) pekende i én retning i rommet under rotasjon av borkronen (11) v.h.a. borestrengen (12).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at anvendelsestrinnet innbefatter montering av et eksentrisk lodd (57) i borestrengen (12) på en slik måte at loddet (57) forblir på den lave side av borehullet (17) under rotasjon av borestrengen (12); og tilkopling av loddet (57) til drivakselen (27) på en slik måte at den andre akse (33) opprettholdes i den ene retning under rotasjon av borestrengen (12).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at den innbefatter de ytterligere trinn for nede i borehullet å utføre målinger av asimut til den ene retning; og til overflaten å overføre signaler som gjengir slike målinger for å muliggjøre overvåking av bore-fremd riften.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved at den innbefatter det ytterligere trinn for fråkopling av loddet (57) fra drivakselen (27); om-orientering av den andre akse (33) slik at den peker i en annen retning i rommet; samt tilbakekopling av loddet (57) til drivakselen (27) for å muliggjøre boring med en annen verktøyflate.

21. Anordning for under rotasjon å opprettholde den romlige orientering av et første element (27) med en første lengdeakse (33) mens det til dette overføres rotasjon av av et andre element med en andre lengdeakse (40), hvilke akser krys-ser over hverandre i en vinkel, karakterisert ved at den omfatter: en ved krysset anordnet universalledd-innretning (24, 25, 26, 31, 32) for overføring av rotasjon av det andre element (21) til det første element (27); og en gravitasjonsreagerende loddinnretning (51) innbefattende et lodd (57) for opprettholdelse av den første akse (33) fiksert i rommet under rotasjon av elementene (21, 27).

22. Anordning ifølge krav 21, karakterisert ved at det andre element (21) er rørformet og har en innvendig boring, idet det første element (27) strekker seg delvis inn i boringen og idet det på dette er eksentrisk anordnet en indre ende, hvilket lodd (57) er montert eksentrisk i boringen slik at det opprettholdes stasjonært i denne under rotasjon, idet innretningen for opprettholdelse innbefatter midler (37, 43) for tilkopling av loddet (57) til den indre ende av det første element (27).

23. Anordning ifølge krav 22, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter midler (43A) for midlertidig frigjøring av koplingen for å hindre en endring av den romlige orientering av det første element (27) i forhold til loddet (57), og deretter gjeninnkopling av koplingen.

24. Anordning ifølge krav 23, karakterisert ved at den innbefatter en innretning (43B) som kan opereres under frigjøring av koplingen, for låsing av det andre element (21), slik at rotasjon av det andre element (21) endrer den romlige orientering av det første element (27), idet låseinnretningen (43B) kan frigjøres selektivt.