NO328778B1 - Borerorsamlestokk, boreror og fremgangsmate - Google Patents

Abstract

En borerørsamlestokk (1) innbefatter et hult sylindrisk legeme (2) avpasset i hver ende til å kontakte enden av et borerør og med en slam-innløpsåpning (5) i sideveggen av legemet (2) og en ventil (17). I en første posisjon tetter ventilen (17) innløpsåpningen (5) og tillater slam-strømning mellom endene av legemet (2), og forhindrer i en andre posisjon fluidstrømning mellom endene av legemet (2) og tillater slam- strømning fra innløpsåpningen (5) til den nedre enden av legemet (2).

Description

Oppfinnelsen vedrører forbedringer i og vedrørende anordninger for underoverflateboring, spesielt for boring inn i hydrokarbon- eller andre underoverflatereservoarer. Mer spesifikt vedrører den samlestokkenheter (header units) for borerør, borerør som inkorporerer slike samlestokkenheter, og en fremgangsmåte for boring ved bruk av slike rør.

Underoverflateboring involverer driving av en borekrone ved bruk av en fjerntliggende drivmotor, hvilken borekrone og motor er forbundet via en borestreng bestående av sammenlåste hule borerør, hvert generelt ca 9 m langt og med en ytre diameter på ca 20 cm. Under boreoperasjonen blir boreslam pumpet ned til borekronen gjennom borestrengen og tilbake opp borehullet utenfor borestrengen og til overflaten. Det stigende slammet fører borekaks (debris) vekk fra borekroneområdet, og slammet som kommer ut av borehullet blir renset og brukt på nytt.

Ettersom borehullet blir lenger, må borestrengen forlenges. For å gjøre dette blir drivmotoren frakoblet fra toppenden av borestrengen, et nytt borerør eller mer generelt en rørseksjon innbefattende tre borerør med en totallengde på ca 27 m, blir festet til toppen av borestrengen, drivmotoren blir tilkoblet toppen av det nye borerøret eller rørseksjonen, og boringen blir gjenopptatt.

Under festingen av det nye borerøret eller rørseksjonen blir pumping av slam, som entrer borestrengen på stedet for drivmotoren, stoppet, og når boringen gjenopptas, gjenopptas også slampumping.

Dette har den effekt at strømmen av slam i borehullet opphører under festingen av det nye borerøret eller rørseksjonen. Gjenoppstarting av slamstrømmen krever et høyere trykk enn det som kreves bare for å opprettholde slamstrømmen, og dette trykkstøtet kan få slammet til å skade formasjonen - fjellet som omkranser borehullet. Videre, når slamstrømmen blir stoppet, kan borekaks felles ut og bygge seg opp i nærheten av borekronen, og trykket mot borekronen vil avta ettersom friksjonstap grunnet trykk (friction loss-to-pressure) forsvinner når borestrengrotasjonen stopper.

Det er derfor ønskelig å bibeholde slamstrømmen under den perioden når et nytt borerør eller borerørseksjonen blir festet.

En anordning for å oppnå dette, "the Maris continuous circulation coupler", har blitt utviklet av Maris International i Storbritannia, og er beskrevet på Maris' hjemmeside www. marisint. co. uk og i WO 00/22278. Denne anordningen er i det vesentlige en hylse som omkranser toppenden av borestrengen og som er i stand til å bli avdelt til å danne et nedre og et øvre kammer som tillater slam å bli pumpet inn i det nedre kammeret og således inn i borestrengen mens et nytt borerør eller rørseksjon blir festet. Maris-kobleren er imidlertid relativt stor, som gjør at bruk av denne på eksisterende borerigger blir problematisk og kostbar.

Av ytterligere kjent teknikk innen området kan nevnes US 3 298 385 A og US

4 448 267 A.

Vi har nå innsett at kontinuerlig slamsirkulasjon kan bli oppnådd på en mye enklere måte ved bruk av en ventilutstyrt samlestokkenhet som blir plassert på toppen av hvert nytt borerør eller rørseksjon og som vil danne og forbli en integrert del av borestrengen, dvs. at den vil bevege seg ned gjennom borehullet når borestrengen blir forlenget.

Sett fra ett aspekt tilveiebringes således en borerørsamlestokk innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset til i hver ende å kontakte enden av et borerør, med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slamstrøm mellom endene av legemet, og som i en andre posisjon forhindrer slamstrøm mellom endene av legemet og tillater slamstrøm fra åpningen til den nedre enden av legemet og hvor ventilen er roterbart montert om en akse som går gjennom den sentrale lengdeaksen til borerørsamlestokken.

Sett fra et ytterligere aspekt tilveiebringes også et borerør med en samlestokk i henhold til oppfinnelsen tilkoblet i en ende derav.

Om ønskelig kan samlestokkenheten danne en integrert del av et borerør. Sett fra et ytterligere aspekt tilveiebringes således et borerør som i én ende har en samlestokk innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset for i den åpne enden derav å kontakte enden av et ytterligere borerør, med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slamstrøm langs lengden av røret og samlestokken og som i en andre posisjon forhindrer slamstrøm langs lengden av røret og samlestokken og forhindrer slamstrøm fra åpningen til den andre enden av røret.

Sett fra et ytterligere aspekt tilveiebringes også en fremgangsmåte for underoverflateboreoperasjon hvor en borekrone koblet til en ende av en borestreng blir drevet av en drivmotor som kan tilkobles den andre enden av borestrengen, idet slam blir pumpet gjennom borestrengen mot borekronen, og hvor borestrengen blir forlenget ved å frakoble motoren fra den andre enden, ved å koble en ende av et borerør til den andre enden av borestrengen, og ved å koble drivmotoren til den andre enden av borerøret, kjennetegnet ved at den andre enden av borestrengen er tilveiebrakt med en samlestokk innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset for i den åpne enden derav å kontakte enden av et ytterligere borerør, med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slamstrøm langs lengden av røret og samlestokken, og som i en andre posisjon forhindrer slamstrøm langs lengden av røret og samlestokken og tillater slamstrøm fra åpningen og ned borestrengen, og ved at slam blir bevirket til å strømme gjennom innløpsåpningen når drivmotoren er frakoblet.

I samlestokken kan ventilen være en enkelt ventil eller flere ventiler. En ventil kan således tjene til å åpne eller lukke slaminnløpsåpningen mens en annen kan tjene til å tillate eller forhindre slamstrøm langs lengden av det sylindriske legemet. Uansett hvilken bestemt konstruksjon som benyttes, bør ventilen eller ventilene i den første posisjon fortrinnsvis tillate utstyr å passere gjennom lengden av samlestokken uten å bli stoppet eller hindret av ventilen(e).

Samlestokkenheter med ventiler som kan bli operert for å forhindre fluidstrømning langs borestrengen er velkjent innen fagområdet. En spesielt egnet ventilkonstruksjon er kjent som en Kelly-ventil. (Samlestokker med Kelly-ventiler er tilgjengelige for eksempel fra WNCO Valve International i Odessa, Texas, US). Kelly-ventilen er en kule som sitter i et kammer inne i den sylindriske samlestokken og som kan rotere om en akse vinkelrett på samlestokkens sylindriske akse. Vinkelrett på rotasjonsaksen strekker en sylindrisk åpning seg gjennom kulen. I en posisjon er denne åpningen således innrettet med samlestokkens sylindriske akse slik at fluid tillates å strømme gjennom samlestokken. Med kulen rotert 90° er imidlertid åpningen vinkelrett på samlestokkens sylindriske akse og kulen forhindrer således fluidstrømning.

I samlestokkene er ventilen fortrinnsvis en modifisert Kelly-ventil med en ytterligere åpning i kulen vinkelrett på den første og som ikke går gjennom hele kulen. Den kombinerte åpningen er således T-formet. Fortrinnsvis åpner den vertikale delen av T'n gjennom et antall mindre åpninger (fortrinnsvis noen som er langstrakt i den aksielle retningen til toppbjelken til T'n) og inn i toppbjelken til T'n. På denne måten er det mindre sannsynlig at vertikalen til T'n "hekter" eller hindrer utstyr ført ned gjennom borestrengen. I en ventilposisjon er toppbjelken til T'n innrettet parallelt med samlestokkens sylindriske akse, med vertikalen til T'n pekende vekk fra slaminnløps-åpningen. Rotert 90° peker en ende av toppbjelken til T'n mot slaminnløpsåpningen og vertikalen til T'n er parallell med samlestokkens sylindriske akse pekende mot den nedre enden, dvs. til borestrengen.

"Kulen" i en Kelly-ventil trenger selvfølgelig ikke å være kuleformet. Et sylindrisk ventilelement, montert med sin sylindriske akse vinkelrett på den sylindriske aksen til samlestokken og med åpningene vinkelrett på dens egen sylindriske akse, vil selv-følgelig fungere på samme måte; likeledes kan sylindrisk symmetrisk deformerte sferoider benyttes ("kulen" i WNCO Kelly-ventiler er akkurat en slik deformert sferoide, mer spesifikt en sylinder med avrundede ender).

I en alternativ utførelsesform innbefatter ventilen i samlestokken to ventiler: en øvre ventil som åpner eller lukker den indre boringen til det sylindriske legemet - for eksempel en konvensjonell Kelly-ventil eller kuleventil; og en nedre ventil i form av en sylindrisk hylse, med sin sylindriske akse parallelt med den til samlestokksylinderen, som er forskyvbar i sin aksielle retning, eller fortrinnsvis roterbar om sin sylindriske akse under påvirkning av et kiledrevet gir, mellom en posisjon i hvilken slaminnløps-åpningen er åpen og en posisjon i hvilken slaminnløpsåpningen er lukket. Hvis hylsen er roterbar er den fortrinnsvis tilveiebrakt med en åpning i sin sidevegg for å tillate slamstrømning når ventilen er i sin åpne posisjon. Samlestokken i henhold til oppfinnelsen kan i denne formen innbefatte to samlestokker koblet sammen, idet den øvre inneholder ventilen for avstengning av strømmen eller langs samlestokkens sylindriske akse (det vil for eksempel si en konvensjonell samlestokk) og den nedre inneholder slaminnløpsåpningen og ventilen for denne.

Sett fra et ytterligere aspekt tilveiebringes således en borerørsamlestokk innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset i hver ende til å kontakte enden av et borerør, med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slamstrømning mellom endene av legemet, og som i en andre posisjon tillater slamstrømning fra åpningen til den nedre enden av legemet.

Sett fra nok et ytterligere aspekt tilveiebringes et borerør med, i en ende av dette, en samlestokk innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset i den åpne enden derav til å kontakte enden av et ytterligere borerør, med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slam-strømning langs lengden av røret og samlestokken, og som i en andre posisjon tillater slamstrømning fra åpningen til den andre enden av røret.

Sett fra andre ventilsystemer, velkjent innen området, kan selvfølgelig benyttes.

Ventilen i samlestokken er fortrinnsvis mekanisk operert, for eksempel ved dreiing av en kile (key). Dette er en foretrukket operasjonsmåte siden den reduserer faren for arbeiderne på boreplattformen. Dette er den konvensjonelle operasjonsteknikken for Kelly-ventilsamlestokker. Elektrisk, magnetisk eller elektromagnetisk ventiloperasjon er mulig, men av sikkerhetsårsaker er den ikke for tiden foretrukket. Imidlertid, kan automatisk operasjon, for eksempel aktuert av en trykksensor, være en ønsket "back-up" slik at enhver plutselig trykkendring i borestrengen vil få ventilen til å lukke den sentrale passasjen gjennom borestrengen. Ikke desto mindre vil automatisert ventiloperasjon, som gjør at behovet for at personell er tilstede i toppen av borestrengen unngås, tenkes å være foretrukket.

I samlestokken vil ventilen nesten uten unntak fortrinnsvis være slik at den tillater utstyr å bli ført gjennom, dvs. ned inne i borestrengen. Dette er viktig ettersom det kan være nødvendig å bore ut en tilstoppet borestreng, å innføre eksplosiver, å innføre logge-utstyr, å injisere brønnbehandlingsmidler, etc. Kelly-ventilen og hylseventiler beskrevet ovenfor er således spesielt ønskelige ventilformater ettersom de tillater samlestokken å ha en innvendig diameter gjennom ventilen(e) som er den samme eller nesten den samme som den indre diameteren til borerørene.

Den ytre diameteren til samlestokken må selvfølgelig ikke være større enn den ytre diameteren til borehullet (som blir bestemt av størrelsen til borekronen eller foringen). Fortrinnsvis er samlestokkens ytre diameter innenfor 3 cm av den ytre diameteren til borerørene i borestrengen, mer foretrukket innenfor 2 cm, og spesielt foretrukket innenfor 1 cm. Samlestokkens ytre diameter kan imidlertid måtte være større enn den for borerørene for å montere ventilen i et miljø som er i stand til å motstå injeksjons-trykket for boreslammet.

Samlestokken er avpasset for tilkobling til et borerør. Generelt betyr dette at de åpne ender er tilveiebrakt med en skruekobling som tilstrammes under den rotasjon som skjer ved kjøring av drivmotoren. Fortrinnsvis er den øvre enden tilveiebrakt med en hun-skrueseksjon og den nedre med en han-skrueseksjon.

Samlestokksylinderen vil generelt være konstruert av to (eller flere) sylindriske seksjoner for å tillate innvendig plassering av ventilen. Dette er vanlig for samlestokker som inkluderer Kelly-ventiler. Seksjonene kan være skrudd sammen eller kan bli sveiset sammen - igjen er dette sedvanlig.

Slaminnløpsåpningen i samlestokken er fortrinnsvis tilveiebrakt med en ytterligere ventil, separat opererbar, for å optimalisere operatørsikkerheten. Likeledes er den fortrinnsvis tilveiebrakt med en yttermantel som kan bli satt på plass etter at slam-injeksjonen opphører for å minimalisere skade på innløpsåpningen under dens tid nedihulls (borerørene vil generelt bli gjenbrukt for boring på ulike steder). Spesielt fortrinnsvis vil slaminjeksjonsåpningen være tilveiebrakt med en trykksensor og/eller en tappemekanisme (bleed mechanism) slik at operatøren vil bli advart hvis det er en trykkdifferanse som vil gjøre det farlig å åpne åpningen eller feste en slaminjeksjons-slange.

For operasjon av fremgangsmåten er det foretrukket at slampumpen er festet til slam-injektoråpningen til drivmotorsammenstillingen via en ventilutstyrt slange. Slampumpen er fortrinnsvis tilveiebrakt med en ytterligere ventilutstyrt slange som kan tilkobles innløpsåpningen til samlestokken i henhold til oppfinnelsen i toppen av borestrengen. Den slangen blir fortrinnsvis tilkoblet før drivmotoren blir frakoblet, og slampumping gjennom slaminnløpsåpningen blir fortrinnsvis begynt før, samtidig eller svært kort etter at slampumping gjennom drivmotorsammenstillingen opphører.

Det sylindriske skallet til samlestokken er fortrinnsvis laget av et metall med en tykkelse og en styrke som kan sammenlignes med borerøret til en konvensjonell Kelly-ventilrommende samlestokk. Samlestokken bør således være i stand til å motstå det momentet som oppstår under boring, trykkdifferanser, strekk grunnet fastkilt borestreng, vibrasjon, etc. som kan skje ved bruk. Igjen er dette helt konvensjonelt for samlestokkenheter.

Borerørsamlestokken, borerøret og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i krav 1, 3 og 8 respektivt angitte trekk. Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger, der:

Fig. 1 er et avskåret skjematisk riss av en første samlestokk i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2A og 2B er avskårede skjematiske riss av en andre samlestokk i henhold til oppfinnelsen; og Fig. 3A og 3B er skjematiske riss av en boreplattform før og under plassering av en ny rørseksjon.

Med hensvisning til fig. 1, er det vist en samlestokk 1 med et hult sylindrisk legeme 2 tilveiebrakt med han 3 og hun 4 skruepartier for tilkobling til borerør, en slaminnløps-åpning 5 og øvre 6 og nedre 7 ventiler. Den øvre ventilen 6 er en konvensjonell Kelly-ventil. Den nedre ventilen 7 innbefatter en hul sylindrisk hylse 8 med en åpning 9 i sin sidevegg og tenner 10 rundt sin omkrets. Tennene 10 er i inngrep med et tannhjul 11 som er opererbart fra utsiden av samlestokken via en drivaksel 12. For å holde hylsen på plass, er den tilveiebrakt med tetteringer 13.

Slaminnløpsåpningen 5 har et fjernbart deksel 14 og en ytre seksjon 15 som kan kobles sammen med en slamslange 16.

Ved bruk blir dekselet 14 fjernet, slangen 16 tilkoblet, ventilen 6 avstengt, ventilen 7 åpnet, drivmotoren frakoblet og en ny borestreng skrudd inn i hun-seksjonen 4. Drivmotoren blir tilkoblet på nytt, ventilen 6 blir åpnet, ventilen 7 blir avstengt, slangen 16 blir frakoblet og dekselet 14 satt på plass.

Med henvisning til fig. 2A og 2B, er det vist en samlestokk i henhold til oppfinnelsen med en modifisert Kelly-ventil 17. Samlestokken 1 har et sylindrisk legeme 2 med øvre hun 4 og nedre han 3 skrupartier for tilkobling til borerør. Legemet 2 har en slaminn-løpsåpning 5 som et deksel 14 kan bli plassert i.

Den modifiserte Kelly-ventilen er en kule 17 med en T-formet åpning derigjennom. Den er roterbar, ved bruk av en kile og drivaksel som ikke er vist, om en akse vinkelrett på tegningen. I posisjonen vist i fig. 2A blir slamstrømning langs lengden av samlestokken tillatt og slaminnløpsåpningen 5 er lukket. Rotasjon gjennom 90° (med uret) til posisjonen vist i fig. 2B lukker samlestokken for slamstrømning langs dens lengde og tillater slamstrømning fra innløpsåpningen.

Med henvisning til fig. 3 A er det vist en boreplattform 20 med en drivmotor 21 tilkoblet samlestokken 1 i toppen av borestrengen 22. En slampumpe 23 er festet til samlestokken 1 og drivmotoren 21 via slanger 24 og 25 som er tilveiebrakt med ventiler 26 og 27.

Ventilen til samlestokken 1 blir så justert for å tillate slamstrømning inn i innløpsåpningen, og drivmotoren 21 blir frakoblet fra samlestokken. En rørseksjon 28 med en ytterligere samlestokk 29 blir så festet til den åpne enden av samlestokken 1 når drivmotoren er i sin hevede posisjon som vist i fig. 3B.

Claims (8)

1. Borerørsamlestokk (1), innbefattende et hult sylindrisk legeme (2) avpasset i hver ende til å kontakte enden av et borerør, med en slaminnløpsåpning (5) i sideveggen av legemet (2) og med en ventil (17) som i en første posisjon tetter åpningen (5) og tillater slamstrømning mellom endene av legemet (2) og som i en andre posisjon forhindrer slamstrømning mellom endene av legemet (2) og tillater slamstrømning fra åpningen (5) til den nedre enden av legemet (2), karakterisert ved at ventilen (17) er roterbart montert om en akse som går gjennom den sentrale langsgående akse av borerørsamlestokken (1).

2. Borerørsamlestokk i henhold til krav 1, karakterisert ved at i den andre posisjon forhindrer ventilen (17) slamstrømning mellom endene av legemet (1).

3. Borerør, karakterisert ved å ha en samlestokk (1) i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 og 2 tilkoblet i en ende derav.

4. Borerør eller samlestokk (1) i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ventilen (17) er dannet av en kuleventil med en første åpning (18) som går derigjennom og en andre åpning (19) vinkelrett på den første åpningen (18).

5. Borerør eller samlestokk i henhold til krav 4, karakterisert ved at den andre åpningen (19) er anordnet for ved bruk å fluidforbinde utsiden av kulen til den første åpningen (18).

6. Borerør eller samlestokk i henhold til krav 5, karakterisert v e d at den delen av den andre åpningen (19) som krysser den første åpningen (18) er dannet av et antall små åpninger.

7. Borerør eller samlestokk i henhold til krav 6, karakterisert v e d at antallet små åpninger er langstrakte i den aksielle retningen av den andre åpningen (19).

8. Fremgangsmåte for underoverflateboreoperasjon hvor en borekrone koblet til en ende av en borestreng (22) blir drevet av en drivmotor (21) som kan kobles til den andre enden av borestrengen (22), idet slam blir pumpet gjennom borestrengen (22) mot borekronen, og at borestrengen (22) blir forlenget ved å frakoble motoren (21) fra den andre enden, koble en ende av et borerør til den andre enden av borestrengen (22), og koble drivmotoren (21) til den andre enden av borerøret, karakterisert ved at den andre enden av borestrengen (22) er tilveiebrakt med en samlestokk (1) innbefattende et hult sylindrisk legeme avpasset i den åpne enden derav til å tilkobles enden av et ytterligere borerør (28), med en slaminnløpsåpning i sideveggen av legemet og med en ventil roterbart montert om en akse som går gjennom den sentrale langsgående aksen til borerørsamlestokken (1), som i en første posisjon tetter åpningen og tillater slamstrømning langs lengden av røret (28) og samlestokken (1) og som i en andre posisjon forhindrer slamstrømning langs lengden av røret (28) og samlestokken (1) og tillater slamstrømning fra åpningen og ned borestrengen (22), og ved at slam blir bevirket til å strømme gjennom innløpsåpningen når drivmotoren (21) er frakoblet.