NO312640B1 - Montasje i nedre del av borstrengen - Google Patents

Description

Den fremlagte oppfinnelse angår en montasje i nedre del av borstrengen (BHA) til bruk ved awiksrotasjonsboring.

Nåværende avviksborings-praksis er å bore det største partiet av en avviksbrønn ved å benytte roterende montasjer i nedre del av borstrengen (brønnhullsmontasjer). En roterende montasje er konstruert for å øke (bygge) eller minske (senke) helningen i det vertikale planet, og i en mindre grad, å vende (snu) til høyre eller venstre i det horisontale planet. Graden som den roterende montasjen vil avvike kan imidlertid ikke nøyaktig innstilles. Dessuten, selv hvis en liten forandring i awiksbanen blir nødvendig idet det bores, er det nødvendig å trekke opp BHA'en til overflaten og manuelt gjeninnstille den. Det er av disse grunner at i seksjoner av en brønn hvor en sikker, nøyaktig eller kontinuerlig forandring i awiksraten er påkrevet, bringes den roterende montasjen til overflaten, og en styrbar montasje settes inn i stedet. En styrbar montasje er en som innbefatter en brønnmotor og et borerørsledd for borkronen. I et slikt tilfelle omfatter BHA'en en borkrone, et boreledd som vinkler borkronens akse ved omkring 1/2°-3° fra borstrengaksen, og en brønnmotor forbundet til borkronen. Den nye banen til borehullet oppnås ved å dreie borstrengen inntil borkronen peker i den ønskede retningen, på grunn av borerørsleddet. Denne posisjonen kan finnes ved hjelp av instrumenter lokalisert i BHA'en, slik som akselerometere og magnetometere, som kan bestemme retningen som borkronen vender mot, og overføre informasjonen til overflaten. Etter at borkronen er orientert i den riktige retningen, roteres den ved hjelp av en brønnmotor, vekt anvendes på borkronen fra overflaten og på vanlig måte, men uten rotasjon av borstrengen, og tillates således å bore forover i den ønskede retningen. Så snart borehullets bane har avviket til den påkrevde grad, trekkes borstrengen fra brønnen og BHA'en erstattes med en roterbar BHA, og rotasjonsboringen starter igjen for å bore rett frem eller avvike på den konven-sjonelle måten.

Det er et antall problemer ved boring med en BHA innbefattende et borerørsledd og brønnmotor. Når boring utføres uten rotasjon ved å bruke brønnmotoren, reduseres penetrasjonshastigheten i høy grad. Det er også en større sannsynlighet for at borstrengen vil sette seg fast. Dessuten krever ofte bruk av en kombinasjon av roterbart og styrbart verktøy et større antall turer av borstrengen ut av hullet for å bytte eller justere BHA-komponenter; dette kombinert med den lavere penetrasjonshastigheten kan alvorlig påvirke fremgangshastigheten til en brønn og øke den totale kostnaden, likesom kostnaden av BHA-utstyret også kan gjøre. Av denne årsak, sammen med problemene omtalt ovenfor, har det blitt søkt etter alter-native fremgangsmåter for awiksboring. US-patenter 4.597.455 og 4.732.223 beskriver en justerbar brønnhullsovergang som kan tilveiebringe enten en bøyd eller rett BHA ifølge kravene, og overgangen aktiveres ved å slippe en kule gjennom borstrengen inn i overgangen for på den måten å aktivere en clutch-mekanisme. US-patent 4.739.843 beskriver et system hvor et eksentrisk stabiliseringsrør som er forhindret fra å rotere benyttes for å skape avviket ved borkronen, og en fleksibel seksjon av borerøret tillater at en jevn krumningsradius lages av borkronen ved rotasjonsboring.

En alternativ tilnærming til awiks-rotasjonsboring er beskrevet i US 4.995.465 og GB 2.246.151, i hvilke enten en asymmetrisk borkrone eller en normal borkrone og borerørsledd-kombinasjon benyttes ved rotasjonsboring i forbindelse med noen innretninger for å skape pulseringer i vekten som påføres borkronen. Ved å tidsinnstille vekten på borkrone- (WOB) pulseringer for å falle sammen med en gitt rotasjonsposisjon av borkronen, kan et avvik skapes.

Den fremlagte oppfinnelse tar utgangspunkt i det faktum at BHA-utformingen kan optimaliseres for på den måten å maksimere avviket som effektivt kan oppnås med periodisk modifikasjon av skjærevirkningen til borkronen i borehullet.

Den fremlagte oppfinnelse tilveiebringer en montasje i den nedre del av borstrengen (BHA) for forbindelse til en borstreng til bruk ved innretning av banen til en borkrone ved rotasjonsboring, BHA'en omfatter: et borkrone-arrangement, innretning for å tilveiebringe en modifisert skjærevirkning av borkronen i et forhåndsbestemt parti av hullet under rotasjon ifølge rotasjonsposisjonen til borkronen i hullet, og et stabiliseringsrør; BHA'en er kjennetegnet ved at en fleksibel del er innlemmet i endepartiene til BHA'en i nærheten av bor-kronen.

Med "fleksibel" er ment fleksibel i forhold til hoveddelen av BHA'en - den fleksible delen er typisk en del laget av et materiale med en lavere Youngs-modul enn BHA-rørenes stål og/eller en del med en mindre veggtykkelse enn det gjenværende av BHA'en. I det tidligere tilfellet kan en fleksibel del tilveiebringes ved et aluminium- (eller aluminiumslegering) vektrør eller et vektrør av sammensatt materiale. Alternativt, eller i tillegg, kan veggtykkelsen av materialet av hvilket veggtykkelsen er formet, lages mindre enn resten av BHA'en.

Den fleksible delen er fortrinnsvis satt inn mellom borkronen og stabiliseringsrøret, og mest hensiktsmessig er den lokalisert nær tilstøtende borkronen. Både materialet og dimensjonene av den fleksible delen kan velges for å gi den ønskede fleksibilitet ved eller nær borkronen.

Innretningen for å tilveiebringe en modifisert skjære-virkning kan være enhver innretning som modifiserer skjære-virkningen ved borkronen slik at, for en gitt situasjon av borkronen, er skjærevirkningen i en sektor av hullet forskjellig fra den i resten av hullet. Ved stadig å modifisere skjærevirkningen i en sektor av hullet, enten ved å øke eller minske skjæremengden, kan borkronens bane foranlediges til å avvike. En teknikk som kan benyttes er å tilveiebringe en asymmetrisk borkrone-sammenstilling sammen med innretning for å variere vekten påført borkronen ifølge dens roterende posisjon i hullet. Den asymmetriske borkrone-sammenstillingen kan omfatte en symmetrisk borkrone og en bøyd overgang i BHA'en, eller en vesentlig rett BHA og en borkrone med kuttere anordnet i et ikke-radielt symmetrisk mønster. En annen teknikk er å tilveiebringe innretning som forandrer strømmen av borefluid gjennom borkronen i en sektor av hullet slik at borkronens skjærevirkning forandres. For eksempel kan strømmen av borefluid gjennom en del av borkronen reduseres, eller til og med stoppes, da denne delen av borkronen passerer sektoren hvor skjærevirkningen skal modifiseres.

Den fleksible delen er mest foretrukket lokalisert mellom stabiliseringsrøret og borkronen, selv om noen eller alle innretningene for å fremskaffe den modifiserte skjærevirkningen er lokalisert over stabiliseringsrøret. Dimensjonene og fleksibiliteten til BHA'en under stabiliseringsrøret bør være slik at det partiet ikke vil henge ned i den grad at det kontakter borehullsveggen når borstrengen er bøyet til vertikalen.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen består den fleksible delen av en

leddet del.

Den fremlagte oppfinnelse vil nå bli beskrevet bare ved hjelp av eksempel, med referanse til de vedføyde tegninger, i hvilke: fig. 1a og 2b viser skjematiske riss av en BHA i forskjellige posisjoner i borehullet for å illustrere prinsippet bak den fremlagte oppfinnelse,

fig. 2 viser et skjematisk sideriss av en ytterligere BHA ifølge den fremlagte oppfinnelse,

fig. 3 viser et grunnriss av en mulig vekt-på-borkrone mot tidsprofilet for en BHA ifølge den fremlagte oppfinnelse, og

fig. 4 viser et teoretisk grunnriss av forskjellen på ikke-pulsert bygningsrate i forhold til pulsert bygnings-rate for forskjellige BHA'er ifølge den fremlagte oppfinnelse.

Den fremlagte oppfinnelse tilveiebringer en BHA som er hensiktsmessig for en pulsert vekt-på-borkrone- (WOB) roterende styrbart boresystem (selv om andre teknikker for å modifisere skjærevirkningen ved borkronen slik som kontroll av strålingen av borefluidet gjennom borkronen også kan benyttes for mye av den samme effekten.) I et slikt WOB-system er en radielt asymmetrisk borkrone fremskaffet med bedre skjæreevne i et område av borkronen enn et annet. Denne radielle symmetri kombineres ved å variere WOB'en slik at mer vekt påføres når området til borkronen med den beste skjæreevnen er innrettet med den ønskede retningen for boring, og mindre når den er andre steder. Borkronen skjærer således fortrinnsvis i den ønskede retningen. Dette er summert i fig. 1a og 1b (henholdsvis puls på og puls av), i hvilke pilene X og Y indikerer penetrasjonsvektorene med WOB høy (X) og lav (Y). Den resulterende kraftvektor Fr roteres i forhold til borkronens akse ved en mengde ø, avhengig av størrelsen på WOB'en når pulsen er på og av, og på utformingen av borkronen.

Komponentene til en BHA ifølge den ene utførelsen av oppfinnelsen er vist i fig. 2 og definert i Tabell 1 nedenfor:

Komponent-nummeret er posisjonen av denne komponenten i

BHA'en, nummerert fra borkronen. I denne foretrukne utførelsen omfatter BHA'en en 22 cm (8,5") PDC-borkrone 1 (BIT) som har blitt modifisert slik at kuttetennene har blitt fjernet fra en 120° sektor av borkronen og erstattet av ikke-kuttende støtter. Et fleksibelt vektrør 2 (DC) forbinder borkronen til det gjenværende av BHA'en. I tabellen er lengden og den ytre diameter av det fleksible vektrøret 2 gitt som A og B. Disse, sammen med materialet som vektrøret er laget av, kan varieres ifølge BHA'ens ønskede egenskaper, som vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor. Det neste arrangementet i BHA'en er et første stabiliseringsrør 3 (SZR) med 22 cm (8,5") bladdiameter. BHA'en omfatter så et vektrør 4 (DC), et andre stabiliseringsrør 5 (SCR) og MWD-pakke 6 (MWD), tredje stabiliseringsrør 7 (SZR), tre vektrørseksjoner 8, 9,10 (DC) med forskjellige dimensjoner, og til slutt en seksjon av borerøret 11 (DP). I den følgende beskrivelse vil alle komponentene til BHA'en være konstante, bortsett fra dimensjonene A og B og materialet av det fleksible vektrøret 2.

Profilet for pulseringen av WOB er summert i fig. 3, hvor WOB er plottet mot tid (for en konstant rotasjonshastighet, tiden svarer til vinkelposisjonen av borkronen, og i dette tilfellet er en puls anvendt pr. hel omdreining). Størrelsen av vinkelen ø

(forandringen i boreretning av borkronen) er avhengig av forholdet av den halve amplitude h til WOB-pulseringen og den halve WOB-verdien ^. I fig. 2 er utgangs WOB'en b, pulsen (pulseringen) WOB er a,.

Virkningen av å variere h/ji for en gitt BHA er at jo høyere verdien av h/p. er, desto høyere er størrelsen ø av avviket til borkronen - og følgelig avviket av hele BHA'en. Dette er summert i Tabell 2 nedenfor. BHA'en som dataene angår består av en 22 cm (8,5") krone, et 33 cm (13") aluminiumvektrør, et 21 cm (8,25") stabiliseringsrør, et 10 m (33 ft) vektrør, et ytterligere 21 cm (8,25") stabiliseringsrør, 10 m (33ft) vektrør, og ytterligere 21 cm (8,25"), vektrør og 22 cm (8,5") stabili-seringsrør.

Som det kan sees i Tabell 2 varierer økningen i oppbygning eller fall avhengig av helningen på borstrengen, men er generelt lik for alle helninger. Hvis ikke annet er angitt, angår dataene som her er gitt en borstreng med 45° helning.

Awiksstørrelsen som kan produseres for en gitt puls (dvs. fast pulsvarighet, h/ja etc.) er avhengig av størrelsen som det fleksible vektrøret bøyer seg under bruk. Dette kan varieres enten ved å opprettholde vektørets dimensjoner, men ved å benytte et materiale med avvikende fleksibilitet, og/eller ved å variere vektrørets dimensjoner, eller begge deler. Fig. 4 viser hvorledes avviket ved pulsering er avhengig av beskaffenheten av det fleksible vektrør. x-aksen omfatter lengden av det fleksible vektrøret (A i Tabell 1), og de nedre tre linjene representerer ytelsen ved pulsering av WOB med stålvektrør med forskjellige ytre diametere (B i Tabell 1, bor på 7,5 cm (3") i alk} tilfeller). Diameterne som benyttes er 17 cm (6,625") (hel linje), 59 cm (6,25") (prikket linje) og 15 cm (6,00") (prikket streket linje). Den øverste linjen angår et vektrør som i dimensjoner svarer til den laveste linjen, men er laget av aluminium (Youngs modul 68,9 GN/m<2>) istedenfor stål (Youngs modul 210 GN/m<2>).

Det fleksible partiet av BHA'en i nærheten av borkronen kan innlemmes i det fleksible vektrøret 2, som kan ha forskjellige lengder og dimensjoner, avhengig av designparametrene som er velkjent innen dette området. Alternativt kan et større parti av BHA'en gjøres fleksibel f.eks. innbefattende vektrøret 2, stabiliseringsrøret 3 og vektrøret 4, i henhold til den fremlagte oppfinnelse.

Claims (10)

1. Bunnhullssammenstilling for kopling til en borestreng til bruk ved styring av en borkrones bane under rotasjonsboring, omfattende et borkronearrangement (1), innretning (2) for å tilveiebringe en modifisert skjærvirkning av kronen i et forhåndsbestemt parti av hullet under rotasjon i henhold til omdreiningsposisjonen av borkronen i hullet; og et stabiliseringsrør (3); karakterisert ved at innretningen (2) innbefatter en fleksibel del som er fleksibel i forhold til hovedlegemet av sammenstillingen og den fleksible delen er innbefattet i endepartiet av sammenstillingen i nærheten av borkronen (1).

2. Bunnhullssammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved at den fleksible delen (2) omfatter et vektrør formet av et materiale med en lavere Youngs-modul enn stål.

3. Bunnhullssammenstilling som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den fleksible delen (2) omfatter et vektrør med redu-sert veggtykkelse når sammenlignet med andre vektrør i bunnhullssammenstillingen.

4. Bunnhullssammenstilling som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at den fleksible delen (2) er satt inn mellom borkronen (1) og stabiliseringsrøret (3), og er lokalisert nær tilstøtende borkronen (1).

5. Bunnhullssammenstilling som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at stabiliseringsrøret (3) er det laveste av en rekke av to eller flere stabiliseringsrør (3, 5, 7).

6. Bunnhullssammenstilling som angitt i ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at borkronesammenstillingen (1) er asymmetrisk, og innretningen for å tilveiebringe en modifisert skjærevirkning omfatter en innretning for å bevirke pulseringer i vekten påført borkronen (1) ifølge rotasjonsposisjonen til borkronen i hullet.

7. Bunnhullssammenstilling som angitt i krav 6, karakterisert ved at den asymmetriske borkronesammenstillingen (1) omfatter en symmetrisk borkrone og et borerørsledd eller en borkrone med et asymmetrisk rekke kuttere (skjærere) derpå.

8. Bunnhullssammenstilling som angitt i et av kravene 6 og 7, karakterisert ved at borkronen (1) har en bue med modifisert skjæreevne, og pulseringen påføres for et rotasjonsparti svarende til nevnte bue.

9. Bunnhullssammenstilling som angitt i ethvert av kravene 6 til 8, karakterisert ved innretningen for å produsere pulseringer i vekten på borkronen produserer pulseringer med et forhold på h/u av 20-50%, hvori a er den totale vekten påført ved pulseringen, og b er vekten påført uten pulseringen.

10. Bunnhullssammenstilling som angitt i ethvert av kravene 1 til 5, karakterisert ved at innretningen (2) for å tilveiebringe en modifisert skjærevirkning omfatter innretning for å variere strømmen av et borefluid gjennom borkronen (1) i henhold til borkronens posisjon i hullet.