NO323362B1 - Fremgangsmate for a drive er borestrengverktoy. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å drive et borestrengverktøy i en brønnboring utformet i en jordformasjon som angitt i innledningen i krav 1.

Brønnhull som bores i jordformasjonen for hydrokarbonundersøkelse- og pro-duksjonsformål blir stadig dypere og mer kompliserte i geometri, siden mange ganger buede, skrånende eller horisontale seksjoner er inkludert. Slike dype og kompliserte brønnhull legger strenge krav på borestrengene som brukes. Et uløst problem er imidlertid forekomst av store friksjonskrefter mellom borestrengen og brønnhullveggen, hvilke friksjonskrefter ofte hindrer tilstrekkelig borehulloperasjoner.

Det skjer f.eks. ofte at den nedre borestrengdel, i alminnelighet kalt bunnhullenheten (BHA), blir fastkilt i brønnhullet. For å utløse den fastkilte del av borestrengen, blir en strekk- eller kompresjonskraft tilført på den øvre borestrengdel for å frigjøre den fastkilte nedre borestrengdel. For å øke effekten av slike krefter, blir et riste-verktøy generelt inkludert i borestrengen på et sted ovenfor den delen av borestrengen som kan bli fastkilt i brønnhullet Slike risteverktøy omfatter, f.eks., teleskop-formede øvre og nedre deler, hvor den øvre del er forbundet med den øvre borestrengdel og den nedre del er forbundet med den nedre borestrengdel. Ved å tilføre en strekk- eller kompresjonskraft på den øvre borestrengdel, blir den øvre teleskopdel fra begynnelsen utsatt for en høy motstand mot oppad-eller nedadgående bevegelse (f.eks. ved en hjelp av en smal flyt-begrensning for hydraulisk olje), og deretter plutselig for en lav motstand mot slik bevegelse, til en stopper hindrer ytterligere bevegelse. Som en følge av dette, blir elastisk energi som først har samlet seg i den øvre borestrengdel plutselig utløst og forårsaker en anslagskraft på den nedre borestrengdel.

Et problem med den konvensjonelle fremgangsmåte for å utløse en borestreng er at det oppstår store langsgående friksjonskrefter mellom borestrengen og brønnhullveggen, hvilke friksjonskrefter forårsaker en betydelig reduksjon i den effektive strekk- eller kompresjonskraft på den fastkilte del av borestrengen. Spesielt i meget avvikende brønnhull blir en stor del av strekk- eller kompresjonskraften motvirket av langsgående friksjonskrefter. Videre vil friksjonskreftene øke med økende lengde av borestrengen, slik at for dypere brønnhull vil det være vanskeligere å frigjøre borestrengen.

Videre, i brønnhullboring er det ofte nødvendig å rengjøre brønnhullet ved å fjerne borkaks fra brønnhullet ved bruk av en strøm av borefluid. En betydelig del av borkaksen kan imidlertid enkelte ganger ikke bli effektivt fjernet.

US 4 632 193 beskriver en borestreng med en nedhullsmotor som har en drivaksel med en borekrone. En kopling er anordnet for å bringe drivakselen til motorens hus slik at borekronen kan roteres ved rotasjon av borestrengen. Ved normal boring er koplingen frakoplet og motoren driver borekronen. Dersom boret setter seg fast i borehullet vil koplingen aktiveres slik at borekronen koples roterbart til borestrengen.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte for å bevirke en betydelig reduksjon i de langsgående friksjonskrefter som utøves av brønnhullet på borestrengen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte for forbedret brønnhullrengj øring.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse formål ved at fremgangsmåten har de karakteri-stiske trekk som angitt i krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Når f.eks. den nedre borestrengdel er blitt fastkilt i brønnhullet, blir rotasjonsover-føringsanordningen utkoplet, hvilket tillater rotasjon av den øvre borestrengdel i brønnhullet i forhold til den nedre borestrengdel. Siden retningen av friksjonskreftene som utøves av borehullveggen på borestrengen er i retning av relativ bevegelse, er disse kreftene i hovedsak i perifer retning av den øvre borestrengdel under rotasjon av denne. Andre langsgående friksjonskratfkomponenter som kan oppstå som følge av en tilført langsgående kraft på borestrengen, har en redusert mengde på grunn av den begrensede mengde av de totale friksjonskrefter (som f.eks. definert i Coulombs friksjonslov). Ved således å rotere den øvre borestrengdel mens den nedre borestrengdel forblir stasjonær, oppnår man at den langsgående friksjonskraftkomponent blir betydelig redusert. I tilfelle en fastkilt nedre borestrengdel, vil i det vesentlige hele den tilførte langsgående kraft på overflaten minus vekten av borestrengen derfor være tilgjengelig nede i borehullet for å utløse den fastkilte nedre borestrengdel.

Borestrengverktøyet er passende anvendt i tilfelle den nedre borestrengdel er blitt fastkilt i brønnhullet, hvor under trinn c) en langsgående kraft blir tilført den øvre borestrengdel for å utløse den nedre borestrengdel fra brønnhullet.

Borestrengverktøyet kan også anvendes med det formål å rengjøre borehullet, hvor under eller etter trinn c), brønnhuUfluid strømmer gjennom brønnhullet for å rengjøre brønnhullet for borkaks. Ved å rotere den øvre borestrengdel blir brønnhullfluidet som omgir borestrengen satt i bevegelse slik at steinpartikler, så som borkaks, beveger seg sammen med brønnhullfluidet. Dermed kan slike steinpartikler bli fjernet fra brønnhullet mer effektivt, mens borekronen ved den nedre ende av borestrengen forblir stasjonær.

For å forbedre brønnhuUrengjøringseffektiviteten, velges rotasjonshastigheten for den øvre borestrengdel under trinn c) slik at den induserer en lateral vibrasjon på den øvre borestrengdel i brønnhullet. Mer å foretrekke er det at den øvre borestrengdel induseres til å innta en spiralform i brønnhullet under trinn c). Dette kan oppnås, f.eks., ved å tillate den øvre borestrengdel å bulkes på en styrt måte. Den roterende spiralformede øvre borestrengdel har en pumpeeffekt på brønnhullet slik at brønnhullfluidet og partikler blir pumpet ut av brønnhullet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i mer detalj og gjennom eksempel, med henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser skjematisk et longitudinalt tverrsnitt av borestrengverktøyet Borestrengverktøyet 1 vist på figur 1 omfatter et første element i form av en spindel la forbundet ved en kopling 2 med den øvre borestrengdel 3, og et annet element i form av et hus 5 forbundet ved en kopling 6 med den nedre borestrengdel 7. Spindelen la er roterbar inne i huset 5 rundt lengdeaksen 9 av verktøyet ved hjelp av lagre 11 plassert mellom spindelen la og huset 5, hvor lagrene 11 ikke tillater noen annen relativ bevegelse mellom spindelen la og huset 5. En clutch 15 er anordnet inne i huset 5a via en splintanordning 17, som tillater glidning av clutchen 5 inne i huset i langsgående retning av dette, mellom to endeposisjoner. Clutchen 1 er ved sin ende nærmest spindelen la utstyrt med tenner 19 som passer inn i tilsvarende fordypninger 20 anordnet i spindelen la. En fjær 22 holder clutchen 15 til en første endeposisjon slik at tennene 19 er plassert i fordypningene 20, i hvilken første endeposisjon rotasjonsbevegelse av spindelen la blir overført via samvirkende fordypninger 20 og tenner 19, og via splintanordningen 17, til huset 5.

En fluidpassasje 24 for strømning av borefluid strekker seg longitudinalt gjennom spindelen la, clutchen 15 og huset 5. Et sete 26 for elastomerisk aktiveringskule 28 er anordnet i fluidpassasjen 24 innenfor clutchen 15, hvor setet 26 og aktiveringskulen 28 er slik dimensjonert at aktiveringskulen 28 plugger fluidpassasjen 24 inn i clutchen 15 når den er plassert på setet 26. Et antall utløpsåpninger 30 er anordnet i huset 5, hvilke utløpsåpninger 30 danner fluidforbindelse mellom det indre og det ytre av huset 5. Clutchen 15 stenger utløpsåpningene 30 når clutchen er i sin første endeposisjon. Den andre endeposisjon av clutchen 15 er definert ved en passende stopperanordning (ikke vist), i hvilken annen endeposisjon fjæren 22 er mer komprimert enn i den første endeposisjon, og utløpsåpningene er ikke stengt av clutchen 15.

Den elastomeriske kulen 28 er slik dimensjonert at kulen 28 blir klemt gjennom setet 26 og gjennom fluidpassasjen 24 i clutchen 15 ved tilføring av et egnet overtrykk i fluidpassasjen 24 oppstrøms fra kulen 28. En kule-mottaker (ikke vist) som er egnet til å motta og returnere et antall kuler 28 er plassert inne i et rom 32 i huset 5 hvor fjæren 22 er plassert.

Under normal bruk av borestrengverktøyet 1 for det formål å utløse den nedre borestrengdel 7 når den er fastkilt i brønnhullet, er verktøyet 1 plassert i borestrengen ovenfor eller nedenfor et risteverktøy (ikke vist) inkludert i den nedre borestrengdel 7, ovenfor det fastkilte punkt. Clutchen 15 blir tvunget av fjæren 22 i den første endeposisjon som er den normale boreposisjon. I denne posisjonen er utløpsåpningen 30 stengt, og roterende bevegelse av spindelen la blir overført ved clutchen 15 til huset 5. Borefluid blir pumpet gjennom fluidpassasjen 24 til en borekrone (ikke vist) ved den nedre ende av borestrengen. For å utløse den fastkilte nedre borestrengdel 7, blir aktiveringskulen 28 pumpet gjennom borestrengen til setet 26 for å plugge fluidpassasjen 24. Fluidtrykket øker dermed (på grunn av fortsatt pumping), og tvinger clutchen 15 til dens andre endeposisjon. Mens clutchen 15 beveger seg til sin andre endeposisjon blir utløpsåpningene 30 udekket slik at borefluid strømmer fra passasjen 24, gjennom åpningene 30, til det ringformede rom (ikke vist) mellom borestrengen og brønnhullet. . Med clutchen 15 i sin andre posisjon, kan spindelen la fritt rotere inne i huset 5. Ved å rotere den øvre borestrengdel 3 og spindelen la, blir friksjonskraften mellom borestrengen og brønnhullveggen dirigert perifert. I denne situasjon vil ikke en langsgående bevegelse utøvet på den øvre borestrengdel føre til en longitudinal friksjonskraftkomponent av vesentlig mengde på grunn av at mengden av den totale friksjonskraft er begrenset. En trekkraft tilført den øvre borestreng 3 blir således ikke motvirket av noen vesentlig longitudinal friksjonskraft Som et resultat er i hovedsak hele trekkraften tilgjengelig for å samle elastisk energi i den øvre borestrengdel 3. Risteverktøyet utløser plutselig denne oppsamlede energi for å skape en sterk anslagskraft som utløser den nedre borestrengdel.

Etter at borestrengen er utløst fra brønnhullet blir et valgt overtrykk tilført fluidet i passasjen 24 for å trykke kulen 28 til rommet 32 hvor kulen 28 blir mottatt og holdt ved kulemottakeren. Etter ankomst av kulen 28 i rommet 32 vil fluidtrykket i passasjen 24 igjen reduseres slik at fjæren 22 tvinger clutchen 15 tilbake til dens første endeposisjon for å bli innkoplet på nytt, og boringen kan gjenopptas.

Under normal bruk av borestrengverktøyet 1 for det formål å rengjøre brønnhullet, blir aktiveringskulen 28 pumpet gjennom borestrengen for å utløse clutchen 15 og å frigjøre utløpsåpningene 30, som beskrevet ovenfor. Den øvre borestrengdel 3 blir så rotert ved en hastighet som er valgt til å skape en lateral vibrasjon av denne mens brønnhullfluidet blir sirkulert gjennom borestrengen via utløpsåpningene 30. Den vibrerende borestreng forbedrer rengjøringseffektiviteten av det sirkulerende brønnhullfluid.

Istedenfor å indusere lateral vibrasjon av den øvre borestrengdel for det formål å rengjøre borehullet, kan den øvre borestrengdel bli indusert til å ta en spiralform under rotasjon av brønnhullet. Den roterende spiralformede øvre borestrengdel virker som en pumpe som pumper brønnhullfluid og partikler som finnes i dette ut av brønnhullet.

I en alternativ anordning er det andre element og risteapparatet integrert formet.

Istedenfor å anvende aktiveringskule-anordningen for å styre clutchen som beskrevet ovenfor, kan tilkopling og fråkopling bli oppnådd ved en "J-spor"-mekanisme. I en slik mekanisme kan clutchen styres ved å senke eller heve den øvre borestrengdel og å tilføre en valgt mengde rotasjon til denne. En slik "J-spor' -mekanisme kan anvendes f.eks. i en såkalt fiskestreng, og kan kombineres med en fluidtrykkpuls-aktiveringsmekanisme for tilkopling/fråkopling av clutchen.

Alternativt kan et trådløst telemetrisystem anvendes i kombinasjon med en borehull clutchaktuator for å styre clutchen. F.eks., i slike systemer vil en slampuls-mottaker nede i borehullet motta et slampuls-signal fra overflaten, hvilket slampuls-signal inneholder en instruksjon til å tilkople eller frakople clutchen. Slamsignalet blir kodet ved et elektronisk system som styrer et hydraulisk system for å kople eller frakople clutchen. Kraftbehovet for å operere de elektroniske og hydrauliske systemer nede i borehullet, deriblant aktuatoren, genereres av slamstrømmen med en turbin/altemator-kombinasjon som ofte brukes i verktøy for måling under boring.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å drive et borestrengverktøy (1) i en brønnboring utformet i en jordformasjon, hvor verktøyet omfatter et første element (la) forbundet med en øvre borestrengdel (3), et andre element (5) forbundet med en nedre borestrengdel (7), lageranordninger (11) som tillater rotasjon av det første elementet i forhold til det andre elementet omkring borestrengens lengdeakse, anordninger (15) for rotasjonsoverføring for å overføre rotasjonen av det første elementet omkring lengdeaksen til det andre elementet, og styreanordninger (26, 28) for selektiv fråkopling av anordningene for overføring av rotasjon, karakterisert veda) å rotere den øvre borestrengdelen (3) mens anordningen (15) for overføring av rotasjon overfører rotasjon av det første element (la) til det andre elementet (5) for således å rotere den nedre borestrengdelen (7) for å kunne bore en seksjon av brønnboringen, b) når den nedre borestrengdelen (7) kiles fast i brønnboringen eller når brønnboringen skal rengjøres, å bringe styreanordningene (26, 28) til å frigjøre anordningen (15) for rotasjonsoverføring for således å tillate det første elementet (la) å rotere i forhold til det andre elementet (5) ved hjelp av lageranordningene (11), c) å rotere den øvre borestrengdelen (3) om sin lengdeakse mens den nedre borestrengdelen (7) holdes i det vesentlige stasjonær, og d) under trinn c) å tilføre en kraft i lengderetningen til den øvre borestrengdelen (3) for således å frigjøre den nedre borestrengdelen (7) fra borehullet, eller under eller etter trinn c) å tilføre en fluid i brønnboringen for å rengjøre brønnboringen for borkaks.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre borestrengdelens (3) rotasjonshastighet under trinn c) er valgt for å frembringe en vibrasjon av den øvre borestrengdelen (3) i sideretningen, i borehullet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved under trinn c) å påvirke den øvre borestrengdelen (3) til å innta en skruelinjeform i borehullet.

4. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at anordningen for overføring av rotasjon omfatter et clutch (15).

5. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at styreanordningen omfatter et objekt (28) som kan beveges gjennom borestrengen til verktøyet.

6. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at borestrengen omfatter et risteapparat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at verktøyet og risteapparatet er utformet integrert.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 5-6, karakterisert ved at risteapparatet er anordnet i den nedre borestrengdelen (7).