NO312110B1 - Boreanordning - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for å utøve fremgangsmåten for undergrunnsundersøkelser eller undersøkelse av is, særlig til anvendelse ved leting etter forekomster av hydrokarboner eller mineraler.

Leting etter gass og olje og kartlegging av slike ressurser, er i stor grad begrenset av kostnaden knyttet til boring av lete-, avgrensings- og kartleggingsbrønner, særlig for off-shore prosjekter. Ettersom petroleumsvirksomheten flyttes til dypere vann, øker lete-, avgrensings- og kartleggingskostna-dene. Store fremskritt innen seismiske metoder og forbedrede letemodeller har gitt økt kunnskap om petroleumsforekomstene, men det er likevel behov for å penetrere jordskorpen for å utforske de mulige forekomstene ytterligere. For å lete etter olje og gass i jordskorpen og kartlegge disse ressursene be-nyttes i dag en kombinasjon av seismiske undersøkelser og boring av brønner, hvor det foretas målinger av fysiske parametere under boring og etter endt boring. De seismiske undersø-kelsene gir informasjon om hvor oljen eller gassen finnes. Brønnmålingene gir informasjon om formasjonens egenskaper og fluidene i denne. De etterfølgene produksjonstestene gir informasjon om forventet produksjonsrate, funnets størrelsene og fluidets egenskaper.

De seismiske metodene er som nevnt ovenfor, blitt vesentlig bedre, men de gir likevel ikke nok informasjon om olje- og gassforekomstene til at utvinning av ressursene kan planleg-ges og besluttes. Kostbare lete- og avgrensingsbrønner må bo-res for å få bekreftet et antatt funn, og for å kunne vurdere reservoarets egenskaper.

Internasjonal patentsøknad WO098/37301 omhandler en selvdre-vet boreanordning omfattende et kabelmagasin hvorfra kabel mates ut etter hvert som boreanordningen forskyves i jordskorpen.

Oppfinnelsen har til formål på en relativt enkel og billig måte å bringe måleutstyr ned i jordskorpen, foreta målinger og å sende måledata til brukeren.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

En sylinderformet anordning som i sin enkleste utførelse om-fatter en borekrone, en drivmotor for borekronen, en enhet for styring og måling, et kabelmagasin og eventuelt en utmater for kabel, bringes ved egenvekt og borekronens rotasjon til å arbeide seg nedover i jordskorpen samtidig som kabel mates ut. og danner en forbindelse til jordoverflaten. Energi for boreoperasjonen tilføres via den nevnte kabel fra overflaten. Måleverdier og styresignaler overføres via den samme kabel. Den av borekronen løsnede og oppmalte masse føres for-bi anordningen, eventuelt igjennom en i boreanordningen gjennomgående kanal/rør, til borehullet bak/over anordningen, og fyller borehullet samtidig som den danner feste for den utmatede kabelforbindelse til jordoverflaten. Etter at en viss boredybde er nådd, vil løsnet boremasse av flyte- og gravita-sjonstekniske årsaker i noen anvendelser ikke lenger trenge ut av borehullet. En trykkøkning rundt anordningen må derfor forventes fordi det ikke oppnås samme komprimeringsgrad av det utborede materiale etter at det er oppmalt, som det hadde før utboringen. Ved et gitt trykk, avhengig av formasjonens beskaffenhet, vil masse trenge inn i den nærliggende formasjon på samme måte som ved hydraulisk sprengning ifølge kjent teknikk.

En anordning i den ovenfor beskrevne enkleste utførelsesform vil bare unntaksvis være anvendbar fordi det vil være behov for en eller flere tilleggsfunksjoner, eksempelvis en bore-retningstyring, en fremmatingsanordning, en boreslaghammer, en intern transportanordning for løsnet masse, måleapparatur for måling av eksempelvis trykk, temperatur og boreretning, alt av i og for seg kjent og utprøvd teknikk.

Etter at anordningen har avsluttet boringen, vil den normalt bli etterlatt i jordskorpen hvor den eventuelt kan fortsette å sende informasjon til overflaten.

En viderutvikling av anordningen kan omfatte anvendelse av hydrauliske kretser for drift og styring, slagboreutstyr, enheter for forsegling av borehull ved hjelp av betong eller andre kjemiske materialer, enheter for oppsprekking av omliggende formasjon, annen energitilførsel enn elektrisitet. Videre kan anordningen utstyres med vibrasjonselementer for å lette fremdriften, og den kan bringe med seg sprengstoff. Al-ternativ kommunikasjonsmetode mellom anordningen og overflaten kan være basert på fiberoptisk-, elektromagnetisk- eller akustisk metode. I en fremtidig utførelse kan det tenkes at anordningen kan være reverserbar og innrettet til å ta mate-rialprøver med til jordoverflaten.

I det etterfølgende beskrives fremgangsmåten sammen med flere ikke-begrensende eksempel på foretrukne utførelsesformer av en anordning for å utøve fremgangsmåten. Anordningen er an-skueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk i snitt boreanordningens hovedkompo-nenter ; Fig. 2 viser skjematisk i snitt en boreanorning som er forsynt med flere tilleggsfunksjoner; Fig. 3 viser skjematisk i snitt og større målestokk boreanordningens kabelutmatingsdel; og Fig. 4 viser skjematisk i snitt boreanordningen anbrakt i et startrør.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en boreanordning omfattende en borekrone 2 som, via en roterende rørformet opplagret senteraksling 3, er koplet til en elektrisk drivmotor 4. Senterakslingens 3 gjennomgående boring 5 danner nedre del av en i boreanordningen 1 gjennomgående kanal/rør 6. Bak/over drivmotoren 4 er det anordnet en styredel 7. Foruten å danne et hulrom for plassering av ikke vist elektrisk kop-lingsutstyr, måle- og kommunikasjonsinstrumenter, er styredelen 7 forsynt med utvendige langsgående rette ribber 8. De langsgående rette ribbers 8 inngripen i en om boreanordningen 1 omsluttende knust boremasse og formasjon 9, er innrettet til å dempe boreanordningens 1, av borekronens 2 rotasjonsmo-ment forårsaket rotasjonsbevegelse, og derved redusere det resulterende moment som setter boreanordningen 1 i rotasjon. Bak/over styredelen 7 er det anordnet et magasin 10 og en styring/utmater 11 for en kabel 12. Kabelen 12 er innrettet til å bli matet ut av magasinet 10 etter hvert som boreanordningen 1 arbeider seg nedover, og å tilføre boreenheten 1 elektrisk energi fra jordoverflaten 27, samtidig som kommuni-kasjonen mellom boreenheten 1 og jordoverflaten 27 overføres igjennom den samme kabel 12. Kabelen 12 er kveilet i magasinet 10. Kabelen 12 føres via utmateren 11 ut av magasinet 10. Utmateren 11 som er fremstilt av elastisk materiale, er for-bundet til den gjennomgående kanal/rørs 6 øvre endeparti. En omkransende vulst 14 er, ved at den leder kabelen 12 i en vinkel ut fra kanalen/røret 6 utvendige flate under utleg-ging, innrettet til å hindre at kabelen 12 låser seg omkring kanalen/

røret 6. Utmateren 11 er forsynt med en sylindrisk leppe 15 som ved sitt anleggflatetrykk mot magasinets 10 endeparti 16 motvirker ved friksjon at kabelen 12 unødvendig trekkes ut fra magasinet 10 av boremasse som strømmer ut av borehullet 18 under boring.

Bbrekronen 2 settes i rotasjon av drivmotoren 4 og løsner og knuser masse fra borehullets 18 bunn 19. Den knuste boremasse som etter blanding med det omkring boreanordningen 1 omliggende vann eller annen fluid, har konsistens som en tyktfly-tende masse, beveger seg opp igjennom kanalen 6, eventuelt også igjennom ringrommet 17 som dannes mellom boreanordningens 1 utvendige sylinderflate og jordskorpeformasjonen 9, ved at boreanordningen 1 med sin høyere egenvekt fortrenger den. Boremassen forlater boreanordningen 1 og legger seg i borehullet 18 over/bak boreanordningen 1 hvor den omslutter den utmatede kabel 12.

I en annen utførelsesform, se fig. 2 og 4, er boreanordningen 1 forsynt, med en pumpe 20, eksempelvis en skrupumpe, som danner en del av den gjennomgående kanalen 6. Pumpen 20 drives av en tilkoplet elektromotor 21. En retningsstyreseksjon 22 er forsynt med fire hydraulisk manøvrerte koppformede sylind-rer 23 som er individuelt styrt og innrettet til å presse mot borehullveggen i en bestemt retning for å forskyve boreanordningen 1 i motsatt retning. Boreanordningen 1 inntar derved en vinkel i forhold til borehullets 18 senterlinje, og boreanordningen 1 fortsetter å bore i ønsket avvik igjennom formasjonen 9. Sylinderne 21 er koplet til en aksialt relativt boreanordningen 1, forskyvbar ikke i detalj vist del 24 av i og for seg kjent utførelse, i den hensikt å forskyve boreanordningen 1 under boringen. Andre kjente retningsstyremeto-der, eksempelvis leddet borekroneoppheng kan også anvendes. Andre kjente enheter for å skyve frem boreanordningen 1 kan være mer hensiktsmessig enn den som er beskrevet ovenfor, og vil være nødvendig ved eventuell boring horisontalt eller nær horisontal vinkel.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen plasseres et startrør 25 på jordoverflaten 27, se fig. 4, alternativt kan boreanordningen 1 føres ned i et konvensjonelt alle-rede boret hull. Startrøret 25 må være tilstrekkelig fast-gjort, eksempelvis med stag 26, og opprettet på jordoverflaten 27, slik at boreanordningen 1 får en riktig startretning. Boreanordningen 1 plasseres i startrøret 25, og kabelen 12 koples til et nødvendig ikke vist energitilfør-sel/kontrollutstyr. Borekronen 2 settes i rotasjon av den tilkoplede drivmotor 4. Boreanordningens 1 relativt store masse bevirker, sammen med styreribbenes 8 dempende funksjon, at boreanordningen 1 bare langsomt settes i rotasjon i motsatt retning av borekronens 2 dreieretning. Etter en relativt kort tidsperiode reverseres borekronens 2 dreieretning, hvor-ved drivmotorens 4 dreiemoment også forandrer retning. Boreanordningens 1 rotasjonshastighet retarderes derved til boreanordningen 1 stanser og akselereres deretter i motsatt dreieretning. Dersom boranordningen 1 er forsynt med en ret-ningsstyreanordning 22 med forskyvbar del 24, trykkes sylind-rene 23 som er festet til den forskyvbare del 24, mot start-rørets 25 innervegg, og den forskyvbare del 24 forskyver boreanordningen slik at den roterende borekrone 2 starter boringen i jordskorpens mineraler.

Under boring måles ved hjelp av kjent teknikk en eller flere av maskinparameterne slik som boreanordningens 1 orientering i forhold til gravitasjonsfelt og jordmagnetfelt, og brønnpa-rametere slik som temperaturer, trykk, tetthet, vannmetning, hydrokarbonmetning, porøsitet, permeabilitet. Videre kan det foretas permeabilitetstester. Etter endt boring kan boreanordningen 1 fortsette å måle brønndata.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan bo-rekostnadene ved kartlegging av petroleumsforekomster vesentlig reduseres. I forhold til kjent teknikk er det derfor mu-lig å innhente data fra flere posisjoner for å kunne undersø-ke flere mulige petroleumsforekomster eller kartlegge et reservoar bedre. Flere petroleumsforekomster vil således kunne påvises, og en større del av et påvist reservoar vil kunne utvinnes. Dette gjelder for forekomster både på land og til havs.

Samme fremgangsmåte og utstyr kan anvendes til leting etter eller kartlegging av mineraler, eller til undersøkelse av andre forhold i jordskorpen, eksempelvis generell geologisk kartlegging eller leting etter vann, eller i is, dog vil valg av parametere som måles variere med formålet med undersøkel-sen. For penetrering av is vil det trolig være enklest å smelte isen ved oppvarming av et varmeelement i boreanordningen 1. Over boreanordningen 1 vil vannet igjen fryse til is, og kabelen 12 bli liggende igjen i et tett hull; I denne anvendelse av oppfinnelsen er det også aktuelt å avbilde eventuelle forekomster av mineraler i væsken eller i den omliggende is.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å føre instrumenter/måleutstyr/verktøy inn i jordskorpeformasjoner (9) eller andre faste stoff så som is, ved hjelp av en med motor og borekrone, alternativt et varmeelement, forsynt boreanordning (1) som drives uten mekanisk støtte fra overflaten, hvor formasjonsmateriale løsnes eksempelvis ved rotasjon av en borekrone (2), og hvor det løsnede formasjonsmaterialet foran boreanordningen (1) deponeres i borehullet over/bak boreanordningen (1), karakterisert ved at det overskytende materialvolum som dannes ved løsgjøring av materialet, ved hjelp av energitilførsel trykkes inn i den omsluttende formasjon (9).

2. Fremgangsmåte i henhold krav 1, karakterisert ved at energitilførselen tilveiebringes ved forbrenning av et brennstoff hvor forbrenningen øker trykket omkring boreanordningen (1) tilstrekkelig til å forårsake inn-trenging av formasjonsmateriale i formasjonen (9).

3. Fremgangsmåte i henhold til ett eller flere av de foregå-ende krav, karakterisert ved at reaksjons-momentet fra borekronens (2) akselerasjon og borekraft opptas av boreanordningens (1) relativt store rotasjons-treghetsmoment, og hvor borekronens (2) dreieretning vendes før boreanordningen (1) har oppnådd en forutbestemt rotasjonsvinkel, hvoretter borekronens (2) dreieretning igjen vendes før boreanordningen (1) har oppnådd en forutbestemt rotasjonsvinkel i motsatt dreieretning.

4. Anordning ved en boreanordning (1) for å føre instrumen-ter /måleutstyr/verktøy inn i jordskorpeformasjoner (9) eller andre faste stoff så som is, ved hjelp av en med motor (4) og borekrone (2), alternativt et varmeelement, forsynt boreanordning (1) som drives uten mekanisk støtte fra overflaten, hvor materiale løsnes eksempelvis ved rotasjon av en borekrone (2), og hvor det løsnede formasjonsmaterialet foran boreanordningen (1) deponeres i borehullet over/bak boreanordningen (1), karakterisert ved at boreanordningen (1) er forsynt med en gjennomgående boring (5).

5. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at boreanordningen (1) er forsynt med en pumpe (20), fortrinnsvis av monotypen, som er innrettet til å pumpe de løsnede formasjonsmasser gjennom boringen (5).