NO316809B1

NO316809B1 - Fremgangsmåte og koplingsstykke for tilføyelse eller fjerning av et rørelement

Info

Publication number: NO316809B1
Application number: NO991515A
Authority: NO
Inventors: Laurence John Ayling
Original assignee: Coupler Dev Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2004-05-18
Also published as: AU4632697A; DE69733023D1; EP0932745B1; US6739397B2; NO991515D0; WO1998016716A1; AU732227B2; ATE293203T1; CA2267426C; NO991515L; US6315051B1; CA2267426A1; US7322418B2; BR9712521A; US20040159467A1; EP0932745A1; CA2550981C; US20020157838A1; CA2550981A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et koplingsstykke for tilføyelse eller fjerning av et rørelement i øvre ende av en borestreng mens boreslam kontinuerlig sirkuleres ned i en brønn gjennom borestrengen via et lukket sirkulasjonssystem. Et toppdrevet rotasjonssystem anvendes til å rotere borestrengen når rotasjonssystemet og borestrengen er sammenkoplet. Oppfinnelsen er spesielt nyttig i forbindelse med boring etter hydrokarboner.

Ved boring av brønner roteres borestrengen for å drive borekronen, og boreslam sirkuleres gjennom borestrengen for å kjøle ned, smøre og fjerne borekaks som dannes ved boring.

Ettersom borekronen trenger ned i jorden, føyes rørseksjoner til borestrengen. Dette medfører stopp i boringen mens rørene tilføyes. Prosessen reverseres når borestrengen fjernes, eksempelvis for å skifte ut borekronen. Denne avbrytelse i boringen betyr normalt at sirkulasjonen av boreslammet stoppes og må startes opp når boringen tar til igjen, noe som i tillegg til å være tidkrevende, kan føre til skader på veg-gene i brønnen som bores, og kan føre til problemer med å holde brønnen "åpen".

I tillegg velges boreslammets egenvekt normalt slik at den gir en trykkhøyde som står i forhold til det omgivende trykk ved den øvre ende av borestrengen når denne er åpen under tilføyelse eller fjerning av borerør. Denne vekttilsetting av boreslammet kan være meget kostbar.

Ved hjelp av oppfinnelsen behøver ikke lenger boreslammets egenvekt stå i forhold til trykkhøyden nedenfor en borekrone tilkoplet borestrengen. Oppfinnelsen muliggjør også kontinuerlig vertikalbevegelse av borestrengen ved tilføyelse eller fjerning av rørelementer.

Som eksempel på kjent teknikk, beskriver US 3.559.739 en fremgangsmåte og en anordning for brønnutrenskningsformål ved å opprettholde kontinuerlig skumsirkulasjon via en rørstreng i brønnen. Oppfinnelsen benyttes i forbindelse med brønn-overhaling av eller boring gjennom formasjoner med ukonsoli-derte bergarter og med lavt trykk. Denne tekniske løsning er ikke egnet til å besørge kontinuerlig sirkulasjon av trykk-satt boreslam inn i en brønn. Den sørger heller ikke for kontinuerlig bevegelse av en borestreng i brønnen, og den benyt-ter ikke et toppdrevet rotasjonssystem til dette formål. Oppfinnelsen er derved ikke egnet til å løse de tekniske problemer som den foreliggende oppfinnelse beskjeftiger seg med.

Videre beskriver US 4.646.855 en fremgangsmåte for å føre inn en borestreng i en avviksbrønn. Fremgangsmåten består i å rotere borestrengen i én retning mens en nedihulls fortreng-ningsmotor samtidig dreier borestrengens borekrone i motsatt retning med like stor omdreiningshastighet. Derved forblir borekronen stasjonær under dens innføring i avviksbrønnen, slik at den ikke borer seg ut på nedre side av brønnens hull-bane. Fremgangsmåten ifølge US 4.646.855 løser heller ingen av de tekniske problemer som den foreliggende oppfinnelse beskjeftiger seg med.

Den foreliggende fremgangsmåte sørger for tilførsel av boreslam ved riktig trykk i et trykkammer som omgir en rør-koplingsforbindelse som skal frakoples. Strømmen av boreslam som tilføres på denne måte, overlapper derved med slamstrøm-men fra det toppdrevne rotasjonssystem mens rørelementet er atskilt fra borestrengen. Det frakoplete rørelement atskilles så helt fra borestrengen ved å stenge av en blind brønnsik-ringsventil eller annen sikringsventil eller stengeinnretning, eksempelvis en sluseventil, beliggende mellom det at-skilte rørelement og borestrengen. Det frakoplete rørelement kan så spyles, eksempelvis med luft eller vann (dersom under vann), trykkavlastes, trekkes ut av trykkammeret og bort fra borestrengen. Deretter koples rørelementet fra det toppdrevne rotasjonssystem og fjernes, virkningen av å anvende nevnte sikringsventil eller stengeinnretning er å dele nevnte trykk-kammer i to kammerdeler, hvorav en øvre kammerdel og en nedre kammerdel. Derved kan det frakoplete rørelement fjernes fra den øvre kammerdel når denne er trykkavlastet, og uten tap av boreslam til omgivelsene. Samtidig sirkuleres boreslam ved nødvendig trykk fra den nedre kammerdel og ned gjennom borestrengen.

I sin enkleste form omfatter den foreliggende fremgangsmåte for tilføyelse eller fjerning av et rørelement i øvre ende av en borestreng følgende handlingstrinn: - å gripe øvre ende av borestrengen med en nedre rørgriper; - å gripe nedre ende av rørelementet med en øvre rørgriper; - å kontinuerlig tilføre boreslam gjennom nevnte trykkammer som omgir borestrengen, slik at boreslam kan strømme videre ned gjennom borestrengen når rørelementet er atskilt fra bo-

restrengen; og

- å rotere rørelementet og borestrengen relativt i forhold til hverandre for å sammenkople eller frakople dem.

I en fordelaktig utførelse av fremgangsmåten opprettholdes rotasjon av borestrengen mens rørelementer tilføyes eller fjernes fra borestrengen, og det anvendes anordninger til å isolere det sirkulerende boreslam eller andre fluider fra deres omgivelser mens nevnte slam/fluider fremdeles sirkulerer, hvorved miljøforurensning hindres.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan et rørelement tilføyes ved hjelp av nevnte koplingsstykke som inkluderer en klemanordning for griping av borerør. I koplingsstykket foreligger det en blind brønnsikringsventil som kan skille koplingsstykket i en øvre og en nedre seksjon. Den øvre ende av borestrengen omsluttes av og gripes- av koplingsstykkets nedre seksjon. Rørelementet føyes så til koplingsstykkets øvre seksjon og tettes ved hjelp av en ringromssikringsventil. Deretter åpnes den blinde brønnsikringsventil, hvoretter den nedre ende av rørelementet og den øvre ende av borestrengen koples sammen.

I bruk vil den nedre seksjon av koplingsstykket beliggende nedenfor den blinde brønnsikringsventil, allerede omslutte den øvre ende av borestrengen før rørelementet senkes ned. Når rørelementet senkes ned i koplingsstykket, vil den øvre seksjon av koplingsstykket beliggende ovenfor den blinde

brønnsikringsventil, omslutte den nedre ende av rørelementet.

Rørelementet kan tilføyes borestrengen ved å feste den nedre seksjon av koplingsstykket til den øvre ende av den roterende borestreng, mens den blinde brønnsikringsventil i stengt stilling forhindrer utstrømning av boreslam eller borefluid. Rørelementet senkes mer eller mindre rett ovenfra og ned i

den øvre seksjon av koplingsstykket, og det roterende rørele-ment tettes så ved hjelp av en tetning, slik at alt borefluid holdes inne. Deretter åpnes den blinde brønnsikringsventil,

og rørelementet og borestrengen bringes i kontakt med hverandre og koples sammen, idet rørgripere sammenføyer rør-elementet og borestrengen med nødvendig dreiemoment.

Den nedre ende av rørelementet og den øvre ende av borestrengen er atskilt ved hjelp av den blinde brønnsikringsven-til, slik at et ringrom mellom rørelementet og koplingsstykket kan avtettes ved hjelp av en øvre ringromssikringsventil. Derved vil det ikke forekomme noen vesentlig utstrømning av boreslam eller borefluid når den blinde brønnsikringsventil åpnes, hvoretter rørelementet og borestrengen kan føres sammen og sammenskrus. med nødvendig dreiemoment.......

For å fjerne et nytt rørelement fra borestrengen, føres rørspolen eller slitasjestykket, som er anbrakt under det toppdrevne rotasjonssystem, inn i den øvre del av trykkammeret. Deretter fylles rørspolen/slitasjestykket med boreslam og trykksettes, hvorpå den blinde brønnsikringsventil åpnes og lar det toppdrevne rotasjonssystem besørge boreslamssirkulasjon på tradisjonell måte, mens spolen tilkoples borestrengen med nødvendig dreiemoment. Deretter kan trykkammeret trykkavlastes og spyles med luft (eller vann dersom under vann), og borestrengen kan heves til neste rørkoplings-forbindelse er kommet inn i trykkammeret. Deretter stenges "kile- og gripeanordning"-ventilen, og trykkammeret fylles med boreslam og trykksettes, hvorpå syklusen gjentas. Derved unngås forurensning av miljøet, uavhengig av om nevnte operasjoner foretas over eller under vann.

Koplingsstykket inkluderer fortrinnsvis et kilebelte som bærer borestrengen når det toppdrevne rotasjonssystem løftes opp for å ta imot og kople til et nytt rørelement.

Sammenskruing og fraskruing av rørkoplingsforbindelser kan utføres ved hjelp av tradisjonelle roterende rørgripere som kan være anbrakt på utsiden av koplingsstykket, men som fortrinnsvis er anbrakt inni koplingsstykket.

Ettersom boreslammet, borefluider eller andre sirkulerende fluider kan holdes atskilt fra det omgivende miljø, er det mulig å redusere forurensning av eller fra slike fluider. Dette er spesielt fordelaktig under vann, hvor denne virkning reduserer risikoen for forurensning av sjøvannet, spesielt ved anvendelse av oljebasert slam, som ikke passer inn i det marine miljø. I tillegg kan vann utelates fra boreslammet der -hvor følsomme, åpne formasjoner kan skades av vann.

Trykkisolasjonen betyr at boreslammets egenvekt ikke er ba-sert på en "trykkhøyde" som i tradisjonell boring, men er ba-sert på en trykkprofil som kreves over borehullets åpne og utsatte formasjon, og som bestemmes av boreslammets innløps-og returtrykk, av den åpne formasjons egenskaper og av re-tur slammets egenskaper. Derved behøver man ikke å benytte kostbare tilsetningsstoffer for annet enn som nødlager for brønndreping, idet slike tilsetningsstoffer ved tradisjonell boring kan være nødvendige å tilsette boreslammet for å oppnå tilstrekkelig slamvekt.

Dette gjør det mye enklere å "holde hullet åpent", og gjør det mulig å velge lettere boreslam, noe som kan føre til betydelige innsparinger i forhold til tradisjonelle fremgangs-måter for boring.

Fremgangsmåten og koplingsstykket ifølge oppfinnelsen gjør det mulig til enhver tid å opprettholde et stabilt og styrbart trykk på den åpne og utsatte formasjonsveggen nedover i borehullet, og fra første boring til sementering av et foringsrør. Dette kan oppnås både ved overbalansert, balan-sert og underbalansert boring. Dette gjør det mulig å holde borehastigheten ved et sikkert maksimum samtidig som forrna-sjonsskader begrenses til et minimum. Oppfinnelsen er spesielt nyttig ved underbalansert boring, hvor virkelige fordeler oppnås ved å styre fluidtrykket i borehullet til en hvilken som helst ønsket verdi beliggende mellom et maksimumstrykk hvor boreslam trenger inn i den åpne formasjonsvegg, såkalt tapt sirkulasjon, og et minimumstrykk hvor hullveggen presses inn i borehullet, såkalt borehullskollaps. Derved kan borehastigheten maksimeres. Trykket i hullet kan raskt og enkelt endres uten å forandre egenvekten på boreslammet mens rør-element er tilføyes eller fjernes. Når brønnspark forekommer, er derfor den foreliggende fremgangsmåte og koplingsstykke mye sikrere å bruke enn kjente virkemidler.

Fremgangsmåten og koplingsstykket kan også fjernstyres, for eksempel ved hjelp av datastyrte kontrollsystemer med manuell overstyring etc. Dette gjør oppfinnelsen spesielt godt tilpasset undervannsoperasjoner, og den er spesielt anvendelig på dypt vann, under is og under andre ugjestmilde forhold.

Oppfinnelsen sørger også for at de sirkulerende fluider og de omkringliggende omgivelser er veldig godt atskilt, slik at en rigg kan foreta operasjoner under vann uten å forurense sjøen med boreslam eller forurense boreslammet med sjøvann.

En hensiktsmessig modifisert utblåsingssikringsstakk (UBIS-stakk) kan innbefatte, i rekkefølge ovenfra og nedover:

i. En øvre roterende ringromssikringsventil som er innrettet til å motstå trykket i boreslammet ved dens innløp, og som under bruk ikke lar boreslammet passere en rør-koplingsforbindelse (boks eller fortykning) ved fullt trykk ved innløpet, og som derfor lett kan skiftes ut; ii. et skille som deler koplingsstykkets trykkammer i en øvre kammerdel og en nedre kammerdel, hvor skillet kan være en blind brønnsikringsventil som er innrettet til å motstå trykket i boreslammet ved ventilens innløp, og som har et spyleutløp; iii. en ringromssikringsventil, hvor denne har en profil innrettet til å fungere som et "kilebelte" og å "gripe" den nedre boks av koplingsforbindelsen for å tilføre borestrengen et dreiemoment; iv. en nedre roterende ringromssikringsventil som er innrettet til å avtette et ringrom underliggende koplingsstykket, og som er anbrakt umiddelbart utenfor borestrengen, idet nevnte ringrom inneholder boreslam som strømmer ut av brønnen etter dets nedpumping i denne, såkalt returslam; og v. én eller flere utblåsningssikringsventiler forsynt med omslutningshode eller avskjæringshode og/eller en avleder, dersom nødvendig.

Som en del av utstyret for gjennomføring av oppfinnelsen, kan det anvendes en roterende utblåsingssikringsventil (RUBIS), som er en velkjent og kommersielt tilgjengelig innretning, for tetting av ringrommet mellom borestrengen og fdrings-røret, hvor denne rommer returslam under slik trykkstyring som normalt utføres ved underbalansert boring. Eksisterende RUBIS'er må imidlertid stenge ved betydelig trykkforskjell over tetningen. Tetningene må ofte skiftes ut, hvilket har en ugunstig innvirkning på boringen. For gjennomføring av oppfinnelsen kan alle funksjoner inkorporeres i en enkel, modifisert UBIS-stakk som inneholder en RUBIS som tetter ringrommet, og som er "våt" på begge sider. Dette gjør det mulig å redusere tetningskraften betydelig, slik at tetningene får mye lenger levetid. Hovedtrykkforskjellen kan tas opp av en andre RUBIS, som befinner seg ovenfor nivået for rørsammen-kopling og derved lett kan skiftes ut, selv midt i boringen av en brønn.

En slik UBIS-stakk erstatter rotasjonsbordet og kilebeltet i tradisjonelle UBIS'er, og høyden av stakken kan reduseres ved for eksempel å bruke en dobbel RUBIS for (i) og (ii), og en dobbel ventil-UBIS for (iv) og. (v).

Kår det ikke bores, benyttes boreslammet kun for å holde til-bake den åpne og utsatte formasjonsvegg. Ved uttrekking av

borestrengen kan sirkulasjonen stoppes så snart borekronen er ovenfor den siste foringsrørsko, men etterfylling av boreslam på grunn av tapt sirkulasjon og borerørsforskyvning kan fortsette å tilføres nedenfor den nederste UBIS eller avleder.

Når foringsrør skal anbringes i hullet, kan "borerør-koplingsstykket" fjernes, og f&ringsrøret kan på lignende vis føres inn gjennom et modifisert "foringsrør-koplingsstykke" med stor diameter og ved lavt trykk, slik at riktig trykk kan opprettholdes på den åpne formasjon til enhver tid, og inntil foringsrøret er på plass og er sementert.

På grunn av at trykket i hullet umiddelbart kan økes og opprettholdes mens rørelementer tilføyes eller fjernes fra borestrengen, elimineres potensielle utblåsingssituasjoner som skyldes "åpne hull"-forhold, og trykkstyringen blir mer kontinuerlig og konsistent og forbedrer sikringen mot utblåsing.

Ved overbalansert boring beregnes boreslammets egenvekt slik at den gir riktig trykkgradient vis-å-vis den åpne formasjon. Trykket som velges, beregnes slik at det gir optimal fluid-migrasjonshastighet inn i den minst stabile lag av den åpne formasjon uten å forårsake skade på formasjonen, og for å holde hullveggen stabil. I overbalansert boring er formasjonsskade og tap av sirkulasjon mindre sannsynlig på grunn av de kontinuerlige og stabile statiske og dynamiske trykk som skyldes et permanent stengt innløp og system samt kontinuerlig slamsirkulasjon.

Ved underbalansert boring, og vis-å-vis alle nivåer av den åpne formasjonsvegg, settes gradienten slik at det foreligger en undertrykksmargin i forhold til det trykk som kan forårsake kollaps av det åpne borehull. Formasjonsskade og borehullskollaps er også mindre sannsynlig på grunn av de kontinuerlige og stabile statiske og dynamiske trykk som skyldes et permanent stengt innløp og system samt kontinuerlig slam-sirkulas jon. I tilfeller hvor formasjonen er løst sammensatt, kan dette mindre kostbare boreslam gå tapt til formasjonen uten å påføre store kostnader i stedet for å måtte stabilise-re boreslammet. Dette forutsetter at formasjonen ikke lett tilstoppes og skades av borekaksets finandeler.

Dersom et betydelig "brønnspark" oppstår, vil styringen av innløps- og utløpstrykket samt muligheten for å "sirkulere inn" tyngre slam gjøre det lettere å håndtere og fjerne brønnsparket fra brønnen. Dersom borestrengen er langt på vei ut av hullet, kan den føres inn igjen mens sirkulasjonen opprettholdes ved nødvendig trykk.

Fremgangsmåten og koplingsstykket ifølge oppfinnelsen kan benyttes i forbindelse med kontinuerlig rotasjon av boret og med kontinuerlig boreslamsirkulasjon. Boreslam kan derved ledes inn i borestrengen innenfra koplingsstykket og kan deretter overlappe og blande seg med boreslammet som strømmer ned gjennom rørseksjonen fra det toppdrevne rotasjonssystem.

Oppfinnelsen gjør det mulig å opprettholde rotasjon av borestrengen samt opprettholde sirkulasjon av boreslammet eller andre borefluider uten avbrytelse gjennom hele boreoperasjonen. Rotasjon av borestrengen formenes å etablere et nesten stabilt system inni den åpne formasjon, slik at avbrytelse av rotasjonen kan ha en ugunstig virkning. Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse motvirkes denne ugunstig virkning.

Boring under styrt trykk, som kan oppnås gjennom oppfinnelsen, betyr at den ekstra kontinuerlige rotasjon vil være*til fordel for boreoperasjonen ved at det opprettholdes en jevn og uavbrutt behandling av borehullet med et i det vesentlige trykkonstant og hydromekanisk system som er stabilisert ved hjelp av kontinuerlig, uavbrutt rotasjon av borestrengen.

Den kontinuerlige rotasjon vil redusere hyppigheten av fast-kjøring av borekroner og borekronesammenstillinger, hvilket

lett forekommer når rotasjonen stopper. For å bevirke kontinuerlig rotasjon, kan koplingsstykket innrettes med en moto-risert "kile- og gripeanordning", eksempelvis ved å anbringe et drivorgan i den innvendige rotasjonsmekanisme i en RUBIS, slik at borestrengen kan fortsette å rotere når den er frakoplet det toppdrevne rotasjonssystem. Rotasjonen av det toppdrevne rotasjonssystem og RUBIS'en kan drives uavhengig av hverandre for å få til sammenskruing, fraskruing av rør-koplingsforbindelser med nødvendig dreiemoment mens bore-

strengen fortsetter å rotere i borehullet. Dette kan også brukes i forbindelse med turbinboring, hvor den roterende "kile- og gripeanordning" holder borestrengen i langsom rotasjon mens det toppdrevne rotasjonssystem er frakoplet.

Som vist på figur 2 (beskrevet senere), er en ekstra, motori-sert roterende rørgriper inkludert i koplingsstykket, slik at begge rørbokser som skal sammenkoples, gripes. Ved å gripe begge halvdeler av rørforbindelsen, avkortes avstanden mellom de to gripesteder, hvilket forenkler den relative rotasjon av hver koplingsdel samt dreiemomenttilførselen.

Når borestrengen føres ned i en brønn, foreligger det fortrinnsvis en overbygning over bakken, hvor overbygningen er i stand til å holde neste rørelement ovenfor og mer eller mindre langs en akse gjennom hullet som bores. Rørelementet holdes- ovenfor og stort sett langs aksen gjennom borestrengen,— slik at rørelementet avstøttes langs nevnte akse og posisjoneres over borestrengen. Således er det praktisk å utføre skråboring med den foreliggende oppfinnelse. Nevnte akse kan også være vertikal, og derved kan overbygningen også innrettes til å holde neste rørelement mer eller mindre vertikalt ovenfor hullet som bores, slik at rørelementet avstøttes vertikalt og posisjoneres over borestrengen.

For å tilføye et rørelement i øvre ende av en borestreng, festes en øvre håndteringsinnretning, som inkluderer en rørgriper, til øvre ende av rørelementet som skal tilføyes borestrengen, og roterer rørelementet til ønsket rotasjonshastighet. En nedre håndteringsinnretning, som inkluderer en klemanordning for griping av borerør, er allerede klemt fast omkring øvre ende av borestrengen, som håndteringsinnretningen bærer, roterer og besørger boreslamssirkulasjon gjennom. Den nedre håndteringsinnretning tar imot den nedre ende av det nye rørelement som henger ned fra den øvre håndteringsinnretning, idet nevnte nedre ende kommer inn ovenfra. Den nedre håndteringsinnretning bevirker sammenkopling mellom rørelementet og borestrengen. Deretter koples den nedre håndteringsinnretning fra borestrengen, slik at vekten av borestrengen tas opp av den øvre håndteringsinnretning. Den øvre håndteringsinnretning beveger seg så nedover ettersom borestrengen beveger seg nedover i brønnen under boring, idet et toppdrevet rotasjonssystem er tilkoplet borestrengen og anvendes til å rotere denne samt sirkulere boreslam derigjennom. Deretter koples den øvre håndteringsinnretning fra borestrengen og den nedre håndteringsinnretning og beveges oppover, slik at den kan klemmes fast omkring den øvre ende av det neste rørelement som skal tilføyes borestrengen. Samtidig holdes borestrengen fastklemt av den nedre håndteringsinnretning, som også sørger for rotasjon og sirkulasjon gjennom borestrengen når denne er avtettende atskilt fra den øvre håndteringsinnretning og det toppdrevne rotasjonssystem.

Nevnte klemanordning inkluderer fortrinnsvis klammere, som i det vesentlige består av to halvsirkelformede klammere som kan plasseres på hver sin side av et rørelement og drives innover, for eksempel hydraulisk, inntil deres ender møtes og rørelementet er klemt fast, og inntil rørkoplingsforbindelsen mellom rørene er fullstendig omsluttet av nevnte trykkammer.

Denne sammenkoplingsprosess kan så gjentas ved at den øvre og den nedre håndteringsinnretning bytter plass fortløpende, i en "hånd over hånd" rekkefølge, slik at boret uavbrutt kan trenge ned i grunnen under boringen.

Når borestrengen skal fjernes, reverseres nevnte prosess.

Dette kan gjøres ved hjelp av en frakoplingsprosess hvor den øvre håndteringsinnretning, som griper enden av borestrengen og bærer vekten av denne, beveger seg vertikalt oppover og hever borestrengen mens den fremdeles roterer. Når borestrengen er blitt hevet tilstrekkelig til at koplingsforbindelsen med neste rørelement er over bakken, griper den nedre håndteringsinnretning tak i denne koplingsforbindelse og tar opp vekten av borestrengen. Koplingsforbindelsen mellom rør-elementene frakoples ved hjelp av den nedre håndteringsinnretning, hvoretter den øvre håndteringsinnretning hever og fjerner det frakoplede rørelement. Den nedre håndteringsinnretning fortsetter så å bevege seg oppover, og prosessen gjentas. Fortrinnsvis er hver av de to håndteringsinnretninger tilpasset til å kunne ta opp hele vekten av borestrengen, til å kunne rotere borestrengen, til å kunne sammenkople og frakople koplingsforbindelsen mellom rørelementene, og til å kunne besørge sirkulasjon av boreslam og andre fluider gjennom borestrengen.

Håndteringsinnretningene kan monteres på begge sider av borestrengen, og de kan monteres på understøttelser, eksempelvis vertikale understøttelser, slik at de kan beveges vertikalt eller horisontalt etter ønske. Understøttelsene beveges fortrinnsvis ved hjelp av mekanisk, hydraulisk eller elektrisk kraft, slik at det ikke er behov for noen fastgjort konstruksjon ovenfor et understell på en borerigg. Ved at understøt-telsene er montert på boreriggens understell, overføres en betydelig vekt av borestrengen direkte gjennom riggens føtt-ter.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes i forbindelse med ett eller flere koplingsstykker som arbeider "hånd-over-hånd". I tillegg, og avhengig av den enkelte konstruksjons-fornt, kan rørseksjoner bestående av én eller flere rørlengder koples til eller fra hver gang.

Det toppdrevne rotasjonssystem eller den øvre hånd som holder og roterer borestrengen, kan i det vesentlige likne tradisjonelle toppdrevne rotasjonssystemer.

Ved å reversere trinnene beskrevet ovenfor, kan fremgangsmåten og koplingsstykket ifølge oppfinnelsen brukes for å heve en borestreng og å fjerne rørelementer fra denne. Rørelemen-tene kan anbringes i posisjon eller fjernes fra denne ved å bruke tradisjonelle håndteringsinnretninger for å bevege rør-elementene sidelengs.

Ettersom oppfinnelsen gjør det mulig å opprettholde sirkulasjon av slam eller andre fluider til enhver tid mens rørele-menter sammenkoples eller frakoples, kåri borestrengen føres inn i eller trekkes ut av brønnen i en kontinuerlig, jevn bevegelse til enhver tid, selv under sammenkopling eller frå-kopling av rørelementer. Under innkjøring eller uttrekking av borestrengen, behøver det således ikke foreligge noen avbrudd verken i borestrengens jevne og kontinuerlige aksialbevegel-se, i dens rotasjonen eller i slamsirkulasjonen gjennom denne. Derved blir boringen og innkjøringen/uttrekkingen av borestrengen mer jevn og effektiv, og den hydrauliske behandling av den åpne og utsatte borehullsvegg blir langt mer fordelaktig.

Fremgangsmåten og koplingsstykket kan brukes under alle forhold, for eksempel på land og under vann.

Oppfinnelsen beskrives med henvisning til tegningene, hvor:

Figurer 1, 2 og 3 er skjematiske tegninger som viser sideriss av koplingsstykker ifølge oppfinnelsen; Figurer 4, 5 og 6 viser operasjonsrekkefølgen for en utførel-se av oppfinnelsen, innbefattende kontinuerlig rotasjon av en borestreng og kontinuerlig sirkulasjon derigjennom, slik som illustrert i tabell 1; og Figur 7 viser et mer detaljert eksempel på en håndteringsinnretning som er forsynt med et koplingsstykke ifølge oppfinnelsen, og som muliggjør kontinuerlig vertikalbevegelse av borestrengen. Figurene 1, 2 og 3 viser et toppdrevet rotasjonssystem 1 som har et spyleinnløp 2, og som er tilpasset for å tilkoples et rørelement 5. En rørgriper 4 kan gripe rørelementet 5 og ut-gjør en del av en øvre håndteringsinnretning'3. I denne forbindelse foreligger det også en nedre håndteringsinnretning 6 og en føring 7 som samvirker med den øvre håndteringsinnretning 3 når rørelementet 5 føres inn i eller ut av et underliggende koplingsstykke. Koplingsstykket omfatter en øvre ringromssikringsventil 9, et spyleutløp 10, en blind brønn-sikringsventil 11 som kan atskille de øvre og nedre seksjoner av koplingsstykket, en øvre rørgriper 12 og en nedre rørgri-per 13 som er i stand til å gripe rørelementet 5, et kilebelte 14, et spyleinnløp 15 og en nedre ringromssikringsventil 16, idet den nedre rørgriper 13 kan gripe den øvre ende av en borestreng 17. Utførelsen ifølge figur 3 viser en roterende UBIS 19 samt en sammenstilling 8 av et roterende kilebelte og rørgripere.

Ved bruk følges rekkefølgen som er vist på figurer 4, 5 og 6 for å føye et rørelement til en borestreng. Operasjonsrekke-følgen er vist mer detaljert i tabell 1, hvor rørgripere anvendes for å bevege et rørelement inn i stilling.

Figur 7 viser håndteringsinnretningen generelt ved 20 , som er montert på vertikale understøttelseselementer 21 som kan beveges horisontalt. Derved kan håndteringsinnretningen 20 beveges oppover og nedover, men også imot og vekk fra en borestreng 25 sin midtlinje.. For å nærme seg og omslutte koplingsforbindelsen mellom borestrengen 25 og et rørelement 24 av denne, deler håndteringsinnretningen seg vertikalt i to deler 22a og 22b. Håndteringsinnretningen inkluderer et koplingsstykke som inneholder en nedre ringromssikringsventil 26, et kilebelte 27, en nedre roterende skrunøkkel 28, en øvre roterende skrunøkkel 29, en blind brønnsikringsventil 30 og en øvre ringromssikringsventil 31. I denne sammenheng ut-gjør hver skrunøkkel 28, 29 en form for rørgriper. Boreslam og andre fluider kan strømme inn gjennom et rør 32 og ut gjennom et rør 33. Navlestrengene for kraft, overvåkning og styring går gjennom fleksible rør ved tilkoplingsposisjon 34 og 35.

Ved bruk kan håndteringsinnretningen plasseres omkring koplingsforbindelsen mellom rørelementet 24 og borestrengen 25 mens disse roterer og beveger seg oppover. Hendelsesrekkeføl-gen for å kople rørelementet 24 fra borestrengen 25, er som følger: i. Håndteringsinnretningen beveger seg oppover ved samme hastighet som borestrengen 25, og koplingsstykkets to kammerdeler 22a og 22b kommer sammen og omslutter koplingsforbindelsen mellom rørelementet 24 og borestrengen 25; ii. håndteringsinnretning beveges så raskere oppover, til de roterende kilebelter 27 tar opp vekten av borestrengen 25; iii. ringromssikringsventilene 26 og 31 stenges, de roterende skrunøkler 28 og 29 griper fortykningene i koplingsforbindelsen, og sirkulasjonsfluid strømmer inn gjennom røret 32 og midlertidig ut gjennom røret 33; iv. den øvre skrunøkkel 29 dreies raskere, eller langsomme-re, enn den nedre roterende skrunøkkel 28, hvorved rør-elementet 24 skrus fra borestrengen 25, hvoretter sir-kulas jonsf luid fra røret 32 strømmer inn og ned i borestrengen 25; v. den øvre roterende skrunøkkel 29 slipper taket og lar rørelementet 24 bli hevet inntil den blinde brønnsik-ringsventil 30 kan stenges nedenfor rørelementet 24; vi. innholdet i rørelementet 24 spyles ut via et rør 36 fra den andre håndteringsinnretning ovenfor; vii. rørelementet 24 heves ut av denne håndteringsinnretning, som fortsetter å heve og rotere borestrengen 25 samt besørge sirkulasjon av sirkulasjonsfluid gjennom denne; viii. på riktig tidspunkt slutter denne håndteringsinnretning å bære vekten av borestrengen 25 eller å rotere denne, men den fortsetter å avstøtte borestrengen 25 og å be-sørge sirkulasjon gjennom denne;

ix. denne håndteringsinnretning hever så borestrengen 25 et stykke i forhold til den andre håndteringsinnretning nedenfor, før rør 32 benyttes for å spyle ut sirkulasjonsfluid fra borestrengen 25 med en fastsatt mengde luft, vann eller annet fluid;

x. denne håndteringsinnretning hever så borestrengen 25 ut av den nedre håndteringsinnretning, og overfører rør-elementer 25 til lagring, hvoretter håndteringsinnretningen løser seg fra borestrengen ved å atskille seg vertikalt i nevnte to deler 22a og 22b; og

xi. denne håndteringsinnretning senkes så ned under den nedre håndteringsinnretning og plasseres rundt den neste rørkoplingsforbindelse idet denne kommer ut av brønnhodet eller UBIS-stakken, og syklusen gjentas som i (i) til (xi) ovenfor.

Ved bruk følges sekvensen som er fremsatt på figur 4 og beskrevet i tabell 1, for å føye et rør til en borestreng. Håndteringsinnretningene referer til anordninger for å bevege et rør inn i stilling.

Fremgangsmåten og koplingsstykket ifølge oppfinnelsen mulig-gjør opprettholdelse av et jevnt, styrbart fluidtrykk på den utsatte formasjonsveggen til enhver tid, fra første boring til sementering av installert foringsrør. Dette gjør det mye enklere å holde hullet åpent, og gjør det mye enklere å velge lettere boreslam, noe som kan gi en betydelig reduksjon i bo-rekostnadene. Tidligere måtte slamsirkulasjonen stoppes hver gang en rørkoplingsforbindelse skulle sammenføyes eller frakoples, og dette forhindret kontinuerlig slamsirkulasjon og betydde uvegerlig betydelige trykksvingninger i hullet. I tillegg ble egenvekter for boreslam beregnet på grunnlag av behovet for å fremskaffe en spesiell trykkhøyde, noe det ikke lenger er behov for i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse.

Fjerning av ett rørelement, eller én rørseksjon, fra borestrengen gjøres ved å kjøre ovennevnte aktiviteter i omvendt rekkefølge.

Claims

1. Fremgangsmåte for tilføyelse eller fjerning av et rør-element (5; 24) i øvre ende av en borestreng (17; 25) mens boreslam kontinuerlig sirkuleres ned i en brønn gjennom borestrengen (17; 25), idet et toppdrevet rotasjonssystem (1) anvendes til å rotere borestrengen (17; 25) når rotasjonssysternet og borestrengen (17; 25) er sammenkoplet, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende handlingstrinn: - å gripe øvre ende av borestrengen (17; 25) med en nedre rørgriper (13; 28); - å gripe nedre ende av rørelementet (5; 24) med en øvre rørgriper (12; 29); - å kontinuerlig tilføre boreslam gjennom et trykkammer som omgir borestrengen (17; 25), hvorved boreslam kan strømme videre ned gjennom borestrengen (17; 25) når rør-elementet (5; 24) er atskilt fra borestrengen (17; 25); og - å rotere rørelementet (5; 24) og borestrengen (17; 25) relativt i forhold til hverandre for å sammenkople eller frakople dem.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at rotasjon av borestrengen (17; 25) opprettholdes mens rørelementer (5; 24) tilføyes eller fjernes fra borestrengen (17; 25); og at det anvendes anordninger til å isolere det sirkulerende boreslam eller andre fluider fra deres omgivelser mens nevnte slam/fluider fremdeles sirkulerer, hvorved miljøforurensning hindres.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det foreligger et koplingsstykke over-for en forbindelse mellom borestrengen (17; 25) og et rørelement (5; 24), idet koplingsstykket omfatter nevnte trykkammer som er inndelt i en øvre kammerdel og en nedre kammerdel som kan gjennomløpes av borerør (5; 17; 24; 25); og at boreslam ved riktig trykk tilføres like i nær-heten av nevnte rørforbindelse som skal frakoples, og slik at den fremskaffede slamstrøm overlapper med slam-strømmen fra det toppdrevne rotasjonssystem (1); og at slamstrømmen fra rotasjonssystemet (1) til rørelementet (5; 24) som skal frakoples, stoppes idet rørelementet (5; 24) koples fra borestrengen (17; 25).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at koplingsstykket inkluderer en klemanordning for griping av borerør (5; 17; 24; 25), og at den øvre ende av borestrengen (17; 25) omsluttes og gripes av en nedre seksjon av koplingsstykket, i hvilket koplingsstykke det foreligger en blind brønnsikringsventil (11; 30) som at-skiller en øvre seksjon av koplingsstykket fra dets nedre seksjon, hvorved den blinde brønnsikringsventil (11; 30) avstenger forbindelsen mellom disse; og at rørelementet (5; 24) føyes til koplingsstykkets øvre seksjon, og et ringrom mellom rørelementet (5; 24) og koplingsstykket tettes ved hjelp av en øvre ringromssikringsventil (9; 31); hvorpå den blinde brønnsikringsventil (11; 30) åp-r nes, og nedre ende av rørelementet (5; 24) og øvre ende av borestrengen (17; 25) koples sammen, idet koplingsstykket omfatter passasjer for sirkulerende boreslam og andre fluider.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at rørelementet {5; 24) føyes til borestrengen (17; 25) ved å feste koplingsstykkets nedre seksjon til den øvre ende av borestrengen (17; 25) mens nevnte blinde brønnsikringsventil (11; 30) er anbrakt i lukket stilling for å forhindre utstrømning av boreslam eller borefluid; hvoretter rørelementet (5; 24) senkes ned i koplingsstykkets øvre seksjon og tettes ved hjelp av en tetning, slik at alt borefluid holdes inne; og deretter åpnes den blinde brønnsikringsventil {11; 30); hvorpå rørelementet (5; 24) og borestrengen (17; 25) bringes i kontakt med hverandre og sammenkoples med riktig dreiemoment ved hjelp av nevnte rørgripere (12, 13; 28, 29).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den blinde brønnsikringsventil (11; 30) atskil-ler den nedre ende av rørelementet (5; 24) og den øvre ende av borestrengen (17; 25), slik at nevnte ringrom utenfor rørelementet (5; 24) kan isoleres ved hjelp av en øvre ringromssikringsventil (9; 31), og slik at rør-elementet (5; 24) i det vesentlige er fylt med boreslam eller borefluid når den blinde brønnsikringsventil (11; 30) åpnes; hvoretter rørelementet (5; 24) og borestrengen (17; 25) føyes sammen med riktig dreiemoment, og boreslam ledes inn i borestrengen (17; 25) innenfra koplingsstykket og overlapper og blandes med boreslammet som strømmer ned gjennom rørelementet (5; 24) fra det toppdrevne rotasjonssystem (1).

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 3-6, karakterisert ved at det anvendes ett eller flere koplingsstykker som er horisontalt og vertikalt bevegelige, og som er anbrakt overliggende hverandre og derved arbeider "hånd-over-hånd", hvorved kontinuerlig vertikal bevegelse av borestrengen {17; 25) bevirkes ved tilføyelse eller fjerning av rørelementer (5; 24) i borestrengen (17; 25).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det minst ene koplingsstykkes håndteringsinnretning (20) monteres på understøttelser (21) som er montert på et understell på en borerigg, og som kan beveges vertikalt og horisontalt ved hjelp av mekanisk, hydraulisk eller elektrisk kraft, slik at det ikke er behov for noen fastgjort konstruksjon ovenfor boreriggens understell, idet understøttelsene (21) overfører en betydelig vekt av borestrengen {17; 25) direkte gjennom riggens føtter.

9. - Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert" ved at det, under kjøring av borestrengen (17; 25) ned i en brønn, foreligger det en overbygning over bakken, hvor overbygningen er i stand til å holde neste rørele-ment (5; 24) mer eller mindre vertikalt ovenfor hullet som bores, slik at rørelementet (5; 24) avstøttes vertikalt og posisjoneres over borestrengen (17; 25).

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4-9, karakterisert ved at en øvre håndteringsinnretning (3), som inkluderer en rørgriper (4), er fes-tet til øvre ende av rørelementet (5; 24) som skal føyes til borestrengen (17; 25), og roterer rørelementet (5; 24) til ønsket rotasjonshastighet; og at en nedre håndteringsinnretning (20), som inkluderer en klemanordning (13, 14, 16; 8, 19; 26, 27, 28), allerede er klemt fast omkring øvre ende av borestrengen (17; 25), idet den nedre håndteringsinnretning (20) bærer og roterer borestrengen (17; 25) samt besørger sirkulasjon av boreslam eller borefluid gjennom denne; hvoretter den nedre håndteringsinnretning (20) tar imot den nedre ende av rør-elementet (5; 24) som henger ned fra den øvre håndteringsinnretning (3), og bevirker sammenkopling mellom rørelementet (5; 24) og borestrengen (17; 25); hvorpå den nedre håndteringsinnretning (20) frakoples borestrengen (17; 25), slik at vekten av borestrengen (17; 25) tas opp av den øvre håndteringsinnretning (3).

11. Koplingsstykke for tilføyelse eller fjerning av et rør-element (5; 24) i øvre ende av en borestreng (17; 25) mens boreslam kontinuerlig sirkuleres ned i en brønn gjennom borestrengen (17; 25), idet et toppdrevet rota-sjons system (1) anvendes til å rotere borestrengen (17; 25) når rotasjonssystemet og borestrengen (17; 25) er sammenkoplet, karakterisert ved at koplingsstykket omfatter et trykkammer forsynt med et skille som deler trykkammeret i en øvre kammerdel og en nedre kammerdel, idet skillet forhindrer utstrømning av boreslam eller borefluid når det er anbrakt i lukket stilling, mens rørelementet (5; 24) kan føyes til eller frakoples borestrengen (17; 25) når skillet er anbrakt i åpen stilling; og at trykkammeret er forsynt med et inn-løp (15; 32) og et utløp (10; 33) til å sirkulere boreslam eller borefluid inn i og ut av trykkammeret; og at koplingsstykket også er forsynt med en øvre rørgriper (12; 29) til å gripe rørelementet (5; 24) og en nedre rørgriper (13; 28) til å gripe borestrengen (17; 25), idet rørgriperne (12, 13; 28, 29) er innrettet bevegelige i forhold til borerørene (5; 17; 24; 25), hvorved disse kan sammenkoples eller frakoples mens boreslam eller borefluid kontinuerlig sirkuleres gjennom trykkammeret.

12. Koplingsstykke ifølge krav 11, karakterisert ved at minst én av øvre rørgriper (12; 29) og nedre rørgriper (13; 28) er anbrakt i trykkammeret.

13. Koplingsstykke ifølge krav 11, karakterisert ved at det omfatter: i) en øvre roterende ringromssikringsventil (9; 31) som er innrettet til å motstå slam- eller fluidtrykket ved nevnte innløp (15; 32); og som under bruk ikke lar boreslammet eller borefluidet passere en rør-koplingsforbindelse ved fullt trykk ved innløpet (15; 32); ii) nevnte skille som deler koplingsstykkets trykkammer i en øvre kammerdel og en nedre kammerdel; iii) en ringromssikringsventil; iv) en nedre roterende ringromssikringsventil (19; 26) (RUBIS) som er innrettet til å avtette et ringrom underliggende koplingsstykket, og som er anbrakt umiddelbart utenfor borestrengen (17; 25), idet dette ringrom inneholder boreslam eller borefluid som strømmer ut av brønnen etter dets nedpumping i denne; og v) én eller flere utblåsningssikringsventiler forsynt med omslutningshode eller avskjæringshode og/eller en avleder, dersom nødvendig.