NO333485B1

NO333485B1 - Device for milling a helical rifle in a wellbore

Info

Publication number: NO333485B1
Application number: NO20091149A
Authority: NO
Inventors: Mohammad Ali Taghipour Khadrbeik; Inge Manfred Carlsen
Original assignee: Sinvent As
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2013-06-24
Also published as: NO20091149L

Abstract

Anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring med en brønnboringsvegg, omfattende: et hus med en fremre ende tilpasset til å vende i retning av brønnboringen, og sider tilpasset til å vende mot brønnboringens vegg og midler på siden av huset for fjerning av materiale fra brønnboringens vegg; midler for rotering av huset med en styrt rotasjonshastighet; midler for mating av huset i en styrt hastighet av foroverrettet bevegelse i brønnboringen; midler for koordinering av rotasjonshastigheten og hastigheten av foroverrettet bevegelse for å produsere den heliske rifle i brønnboringen.Device for milling a helical rifle in a wellbore having a wellbore wall, comprising: a housing with a front end adapted to face the wellbore, and sides adapted to face the wellbore wall and means on the side of the housing for removal of material from the wellbore wall; means for rotating the housing at a controlled rotational speed; means for feeding the housing at a controlled rate of forward movement in the wellbore; means for coordinating the rotation speed and the speed of forward movement to produce the helical rifle in the wellbore.

Description

Introduksjon Introduction

Den foreliggende oppfinnelse vedrører kostnader og problemer med boring av oljebrønnene, både på land og offshore, hvilke som helst størrelser og retning, og ERD-brønner. Særlig, vedrører oppfinnelsen et konsept, innretning og fremgangsmåte for boring av et borehull som har et semisirkulært tverrsnitt med flere riller, som roterer langs lengden av borehullet og danner en slags spiralriller langs hoved borehullet. The present invention relates to costs and problems with drilling the oil wells, both on land and offshore, of any size and direction, and ERD wells. In particular, the invention relates to a concept, device and method for drilling a borehole which has a semicircular cross-section with several grooves, which rotate along the length of the borehole and form a kind of spiral grooves along the main borehole.

Bakgrunn Background

Anleggelse av brønner er den viktigste kostnadsdriver innen feltutbygging, og reduksjon av borekostnaden er det viktigste elementet for å oppnå økonomisk produksjon. Boring med forlenget rekkevidde (extended reach drilling, ERD) er også nøkkelutfordring for å nå langt ut fra infrastruktur og flere mål. Construction of wells is the most important cost driver in field development, and reducing the drilling cost is the most important element in achieving economic production. Extended reach drilling (ERD) is also a key challenge for reaching far beyond infrastructure and multiple targets.

Mekaniske og hydrauliske begrensninger Mechanical and hydraulic limitations

De fleste boreoperasjoner og boring med forlenget rekkevidde (ERD) er begrenset på grunn av: > Borestrengfriksjon som forårsaker for stor bevegelsesmotstand og dreiemoment kan føre til: Most drilling operations and extended reach (ERD) drilling are limited due to: > Drill string friction causing excessive movement resistance and torque can lead to:

■ Utbuling av borestrengen ■ Bulging of the drill string

■ Avvridning av borestrengen ■ Twisting of the drill string

> Økt trykktap langs borestrengen som forårsaker for stort trykk på formasjonen (ECD) kan føre til: > Increased pressure loss along the drill string causing excessive pressure on the formation (ECD) can lead to:

■ Instabilitet av borehullet og tapt sirkulasjon ■ Borehole instability and lost circulation

■ Dårlig brønnrengjøring og fastkjørt rør ■ Poor well cleaning and stuck pipes

> Kontakt borestrengen/borehullets vegg som forårsaker slamkakeskade og økt slaminvasjon kan føre til: > Contact the drill string/borehole wall causing mud cake damage and increased mud invasion can lead to:

■ Instabilitet av brønnboringen og brønnkollaps ■ Instability of the well drilling and well collapse

Fra WO 0111179 fremgår det en boreanordning meden nedsenkbar elektrisk motor som overfører et dreiemoment til en borestang vie en enhet for hastighetsreduksjon. En kjøleenhet er tilknyttet en øvre ende av motoren og er forbundet med en høytrykkspumpe. Anordningen omfatter to utgangsaksler med et blad for skjæring av et spor i brønnboringsveggen. WO 0111179 discloses a drilling device with a submersible electric motor which transfers a torque to a drill rod via a unit for speed reduction. A cooling unit is attached to an upper end of the engine and is connected to a high pressure pump. The device comprises two output shafts with a blade for cutting a groove in the wellbore wall.

Fra US 3.085.639 fremgår det en borekrage for en oljebrønn. Oppfinnelsen vedrører et borerør for anvendelse under roterende foring av brønner, og omfatter spesielt et borerør med et flertall periferisk og langsgående i en avstand fra hverandre plasserte skrueavsatser på denne for anvendelse som føringer for borerøret. US 3,085,639 discloses a drill collar for an oil well. The invention relates to a drill pipe for use during rotary casing of wells, and in particular comprises a drill pipe with a plurality of circumferentially and longitudinally spaced screw projections on this for use as guides for the drill pipe.

Fra US 3,360,960 fremgår det en rørformet borestreng med spiralformede riller. US 3,360,960 discloses a tubular drill string with helical grooves.

Fra EP 0 313 413 fremgår det et fleksibelt borestrengelement og en fremgangsmåte for å bore avviksborehull. EP 0 313 413 discloses a flexible drill string element and a method for drilling deviation boreholes.

Fra US 5,040,620 fremgår det en fremgangsmåte og anordning for boring av undergrunnsbrønner. US 5,040,620 discloses a method and device for drilling underground wells.

Fra 4,862,974 fremgår det en nedihulls boreenhet, anordning og fremgangsmåte for å benytte en boremotor og stabilisator. From 4,862,974 it appears a downhole drilling unit, device and method for using a drilling motor and stabilizer.

Fra GB 2 164 371 fremgår det et borestrengelement for eksempel en borekrage omfattende et langstrakt rørformet legeme med en ytre perifersk overflate. GB 2 164 371 discloses a drill string element, for example a drill collar comprising an elongated tubular body with an outer peripheral surface.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Oppfinnelsen kan i et første aspekt tilveiebringe et konsept for boring av et borehull som har et semisirkulært tverrsnitt med flere riller, som roterer langs lengden av borehullet og som danner en slags spiralriller langs hovedborehullet. Brønnboringen er i en utførelse et brønnmønster som har spiralriller langs det sirkulære hovedborehull. In a first aspect, the invention can provide a concept for drilling a borehole having a semicircular cross-section with several grooves, which rotate along the length of the borehole and which form a kind of spiral grooves along the main borehole. The well drilling is in one embodiment a well pattern which has spiral grooves along the circular main borehole.

I et annet aspekt tilveiebringer oppfinnelsen de forskjellige verktøy for boring av et borehull som har et semisirkulært tverrsnitt med flere riller, som roterer langs lengden av borehullet og danner en slags spiralriller langs det sirkulære hovedborehull. In another aspect, the invention provides the various tools for drilling a borehole having a semi-circular cross-section with multiple grooves, which rotate along the length of the borehole and form a kind of spiral grooves along the main circular borehole.

I et tredje aspekt tilveiebringer oppfinnelsen fremgangsmåtene for boring av et borehull som har et semisirkulært tverrsnitt med flere riller, som roterer langs lengden av borehullet og danner en slags spiralriller langs hovedborehullet. In a third aspect, the invention provides the methods for drilling a borehole having a semicircular cross-section with multiple grooves, which rotate along the length of the borehole and form a kind of spiral grooves along the main borehole.

I et fjerde aspekt tilveiebringer oppfinnelsen forskjellig anvendelse av bruk av verktøyene for opprømming av borehullet og øking av diameteren av det sirkulære hovedborehull. In a fourth aspect, the invention provides different application of the use of the tools for reaming the borehole and increasing the diameter of the circular main borehole.

Kort beskrivelse av de vedlagte figurer: Brief description of the attached figures:

Fra fig. 1 fremgår det skjematisk boring med forlenget rekkevidde (ERD) med en anordning i henhold til oppfinnelsen; From fig. 1 schematically shows extended reach drilling (ERD) with a device according to the invention;

Fra fig. 2 fremgår det et tverrsnitt i tversgående retning av en brønnboring med en rifle boret med en anordning i henhold til oppfinnelsen; From fig. 2 shows a cross-section in the transverse direction of a well bore with a rifle drilled with a device according to the invention;

Fra fig. 3 fremgår det et tverrsnitt i en langsgående retning av en brønnboring med en rifle boret med en anordning i henhold til oppfinnelsen; From fig. 3 shows a cross-section in a longitudinal direction of a well bore with a rifle drilled with a device according to the invention;

Fra fig. 4 fremgår et tverrsnitt i tversgående retning som viser hvordan et areal i et borehull i en riflebrønn er økt i forhold til et areal i en sirkulær brønn, selv om klaringen mellom borehull og borerør er den samme; From fig. 4 shows a cross-section in the transverse direction showing how an area in a borehole in a rifle well is increased in relation to an area in a circular well, even though the clearance between borehole and drill pipe is the same;

Fra fig. 5 fremgår et tverrsnitt i langsgående retning som viser hvordan et areal i et borehull i en riflebrønn er økt i forhold til et areal i en sirkulær brønn, selv om klaringen mellom borehull og borerør er den samme; From fig. 5 shows a cross-section in the longitudinal direction showing how an area in a borehole in a rifle well is increased in relation to an area in a circular well, even though the clearance between borehole and drill pipe is the same;

Fra fig. 6 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en første utførelsesform av oppfinnelsen; From fig. 6 shows a device for milling a helical rifle in a wellbore according to a first embodiment of the invention;

Fra fig. 7 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en andre utførelsesform av oppfinnelsen; From fig. 7 shows a device for milling a helical rifle in a wellbore according to a second embodiment of the invention;

Fra fig. 8 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en tredje utførelsesform av oppfinnelsen; From fig. 8 shows a device for milling a helical rifle in a wellbore according to a third embodiment of the invention;

Fra fig. 9 fremgår det en riflebrønnboring der en åpenhulls seksjon og en seksjon med foringsrør/produksjonsrør fra en boringsseksjon fremgår; From fig. 9 shows a riffle well drilling where an open hole section and a section with casing/production pipe from a drilling section appear;

Fra fig. 10 fremgår ytterligere riller i et sirkulært tverrsnitt etter rotering av tverrsnittet under aksial penetrasjon; From fig. 10 shows further grooves in a circular cross-section after rotation of the cross-section during axial penetration;

Fra fig. 11 viser en borestreng i en riflet brønnboring og områder med og uten kontakt mellom borestrengen og borehullet; From fig. 11 shows a drill string in a fluted wellbore and areas with and without contact between the drill string and the borehole;

Fig. 12 er en prinsippskisse som viser reduksjon av kontaktarealet under våte betingelser; Fig. 12 is a schematic diagram showing reduction of the contact area under wet conditions;

Fra fig. 13 fremgår det en tabell som viser at reduksjon av veggkontakten bevirker reduksjon av friksjonen, og forbedrer til slutt forholdene under boring i retnings-, ERD- og tynt-hull-brønner; From fig. 13 there is a table showing that reducing the wall contact results in a reduction of the friction, and ultimately improves the conditions during drilling in directional, ERD and thin-hole wells;

Fra fig. 14 fremgår et tversgående tverrsnitt av et borehull med en borehullsdiameter, en ekvivalent diameter, riller og et borerør; From fig. 14 shows a transverse cross-section of a borehole with a borehole diameter, an equivalent diameter, grooves and a drill pipe;

Fig. 15 viser en grav over vannfiltreringstap; Fig. 15 shows a grave above water filtration loss;

Fra fig. 16 fremgår det en illustrasjon av en simulert strømningshastighet over et tversgående tverrsnitt av et borehull; From fig. 16 shows an illustration of a simulated flow rate across a transverse cross-section of a borehole;

Fra fig. 17 fremkommer det resultater av strømningsstudium der forholdet mellom trykktap/1 OOcm og brønnseksjonstype fremgår; From fig. 17 shows the results of a flow study where the relationship between pressure loss/1 OOcm and well section type is shown;

Fra fig. 18 fremgår det et semisirkulært tverrsnitt med flere riller og som etter rotasjon under aksial brønnboring illustrert med pil danner en boring med samme diameter; From fig. 18 shows a semi-circular cross-section with several grooves which, after rotation during axial well drilling, illustrated with an arrow, forms a bore of the same diameter;

Fra fig. 19, fremgår det to grafer over friksjonsoppførsel i våt tilstand; From fig. 19, there are two graphs of friction behavior in the wet state;

Fra fig. 20, fig. fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår, i perspektiv; From fig. 20, fig. it appears a flow study related to sawdust transport where particle velocity (m/s) is shown, in perspective;

Fra fig. 21, fig. fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår, i tverrsnitt i tversgående retning; og From fig. 21, fig. it appears a flow study related to sawdust transport where particle velocity (m/s) is shown, in cross-section in the transverse direction; and

Fra fig. 22 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. From fig. 22 shows a device for milling a helical rifle in a wellbore according to an embodiment of the invention.

Riflebrønnboring Rifle well drilling

Riflebrønnboringsteknologi i et nytt konsept for boring innen oljeindustrien og det adresserer problemer ved åpenhullsboring, så som friksjon, ECD, hullren-gjøring og brønnboringens stabilitet. RWDT vil bevirke reduksjon av boreproblemet og kostnadene både for boring på land og offshore. Rifle well drilling technology in a new concept for drilling within the oil industry and it addresses problems in open hole drilling, such as friction, ECD, hole cleaning and well drilling stability. RWDT will reduce the drilling problem and the costs for both onshore and offshore drilling.

Riflebrønnboring er vist på fig. 9 der en åpenhulls seksjon 30 og en seksjon med foringsrør/produksjonsrør 31 fra en boringsseksjon 32 fremgår Rifle well drilling is shown in fig. 9 where an open hole section 30 and a section with casing/production pipe 31 from a drilling section 32 appear

Beskrivelse av riflebrønnborings-konseptet Description of the rifle well drilling concept

Riflebrønnboring er et nytt borekonsept, hvilket har mange fordeler for boring av en oljebrønn. I dette konseptet er det påkrevet å bore riller i tillegg til det sirkulære tverrsnitt av borehullet. Rotering av posisjonen av rillene langs aksen i borehullet under penetrasjonen av hovedborehullet vil således innføre ytterligere spiralriller langs hovedborehullet. Rifle well drilling is a new drilling concept, which has many advantages for drilling an oil well. In this concept, it is required to drill grooves in addition to the circular cross-section of the borehole. Rotating the position of the grooves along the axis of the borehole during the penetration of the main borehole will thus introduce additional spiral grooves along the main borehole.

Fra fig. 10 fremgår ytterligere riller 33 til det sirkulære tverrsnittet, rotering av tverrsnittet 34 under den aksiale penetrasjon, spiralriller 35, som medfører større effektivt areal 36 med konstant effektiv diameter. From fig. 10 shows further grooves 33 to the circular cross-section, rotation of the cross-section 34 during the axial penetration, spiral grooves 35, which result in a larger effective area 36 with a constant effective diameter.

Antallet av rillene kan varieres fra 1 eller 2 eller 3 eller 4 eller flere. Antallet av rillene og formen og størrelsen av dem kan variere i henhold til verktøyets design. Omfanget av reduksjon av veggkontakt er også avhengig av antall og stør-relse av sidekuttene, og kan være enda mer enn 95%. Dette er det skjematiske ved den typiske riflebrønn med fire riller etter boring. Riflebrønnteknikken kan an-vendes på alle brønnstørrelser. Generelt vil hvert ikke-sirkulære og ut - av -fasong - tverrsnitt som har blitt rotert langs borehullets akse danne spiralrillene, hjørnene og formene (riflebrønn) og det har fordelen med opprettholdelse av borestrengen inne i hovedborehullet. Disse riller, hjørner og former kan lages ved hjelp av enhver freseprosess i oljebrønnene. Dette fremgår av figurene 2 og 3. The number of grooves can be varied from 1 or 2 or 3 or 4 or more. The number of grooves and their shape and size may vary according to the design of the tool. The extent of reduction of wall contact also depends on the number and size of the side cuts, and can be even more than 95%. This is the schematic of the typical rifle well with four grooves after drilling. The rifle well technique can be used on all well sizes. In general, any non-circular and out-of-shape cross section that has been rotated along the axis of the borehole will form the spiral grooves, corners and shapes (rifling well) and it has the advantage of maintaining the drill string inside the main borehole. These grooves, corners and shapes can be made using any milling process in the oil wells. This is evident from Figures 2 and 3.

Rotering av posisjonen til rillene langs aksen i borehullet og introdusering av spiralrillene er de viktigste saker for å opprettholde den mekaniske klaring for borestrengen og borehullet. Rotating the position of the grooves along the axis of the borehole and introducing the spiral grooves are the most important matters to maintain the mechanical clearance of the drill string and the borehole.

Figur 4 viser klaring av borehull/borerør i sirkulær brønn sammenliknet med klaring i borehull/borerør i riflebrønn. Figure 4 shows clearance of borehole/drill pipe in a circular well compared with clearance in borehole/drill pipe in rifle well.

Riflebrønnboring forårsaker reduksjon av veggkontakten for borestrengen og borehullet, hvilket fører til reduksjon av enkelte av utfordringene ved boring av de lange brønner (brønner med forlenget rekkevidde, ERD). Rifle well drilling causes a reduction in the wall contact of the drill string and the borehole, which leads to a reduction of some of the challenges when drilling the long wells (wells with extended reach, ERD).

Fig. 11 viser en borestreng i en riflet brønnboring og områder 34 uten kontakt mellom borestrengen 6 og borehullet 20, og områder 35 med kontakt mellom borestrengen 6 og borehullet 20. Fig. 11 shows a drill string in a fluted wellbore and areas 34 without contact between the drill string 6 and the drill hole 20, and areas 35 with contact between the drill string 6 and the drill hole 20.

Veggkontakt særlig i horisontal brønn er én av den hovedutfordring som bevirker fastkjøring av borestreng/borehull, dårlig rengjøring, aksial og rotasjonsmessig vibrasjon, borestreng-dreiemoment og bevegelsesmotstandskraft. Wall contact, especially in horizontal wells, is one of the main challenges that cause the drill string/drill hole to jam, poor cleaning, axial and rotational vibration, drill string torque and resistance to movement.

Differansetrykkfastsuging av borestrengen til borehullet er hovedårsaken til aksial og rotasjonsmessig vibrasjonsfare (VSS) i boringen. Differential pressure suction of the drill string to the borehole is the main cause of axial and rotational vibration hazards (VSS) in drilling.

Reduksjon av veggkontakten er den viktigste sak for å redusere differansetrykk-fastsuging, særlig for retnings- og ERD-brønner. Reduksjon av differansetrykk-fastsuging i riflebrønner vil forbedre boringen og foringsrørets operasjon. Riflebrønnboring vil derfor forenkle foringsrøroperasjon og kjøring av foringsrør og forlengingsrør, særlig i ERD-brønner. Reducing the wall contact is the most important issue for reducing differential pressure suction, especially for directional and ERD wells. Reduction of differential pressure suction in riffle wells will improve drilling and casing operation. Rifle well drilling will therefore simplify casing operation and the running of casing and extension pipes, particularly in ERD wells.

Én av hovedfordelene ved reduksjon av veggkontaktarealet er reduksjon av friksjonen. One of the main advantages of reducing the wall contact area is the reduction of friction.

Reduksjon av borehullsfriksjonen Reduction of borehole friction

Friksjon mellom borestrengen og brønnboringen er én av de viktigste begrensende faktorer for å bore lange brønner. Boring av en lang avviksbrønner eller horisontalbrønner er beheftet med friksjon. Boring av en brønn med riflekonseptet vil bevirke reduksjon av kontaktarealet for borestrengen og brønnboringen. Reduksjon av kontaktarealet under våte betingelser vil redusere friksjonen. Friksjonskraft i de våte overflater er uavhengig av normalkraften. Friksjonsfaktor er en empirisk måling, påvirket av forskjellige variabler: glidningshastighet, temperatur, vibrasjon, overflatekvalitet, kontaktareal og graden av forurensning. Friction between the drill string and the wellbore is one of the most important limiting factors for drilling long wells. Drilling long deviation wells or horizontal wells is fraught with friction. Drilling a well with the riffle concept will reduce the contact area for the drill string and the wellbore. Reducing the contact area under wet conditions will reduce friction. Frictional force in the wet surfaces is independent of the normal force. Friction factor is an empirical measurement, affected by various variables: sliding speed, temperature, vibration, surface quality, contact area and degree of contamination.

Dette fremgår fra Fig. 12 This is evident from Fig. 12

Friksjonslovene for smurte overflater er betydelig forskjellige fra tørre overflater. I smurte overflater er friksjonsmotstanden nesten uavhengig av den spesi-fikke last. Ved reduksjon av borestrengens veggkontakt vil således friksjonen bli redusert. I tillegg vil reduksjon av fastkjøringen (differansetrykk-fastsuging) og forbedret rengjøring av borehullet bevirke reduksjon av den samlede friksjonsmot-stand som påføres på borestrengen. The laws of friction for lubricated surfaces are significantly different from dry surfaces. In lubricated surfaces, the frictional resistance is almost independent of the specific load. By reducing the drill string's wall contact, friction will thus be reduced. In addition, reduction of jamming (differential pressure jamming) and improved cleaning of the borehole will result in a reduction of the overall frictional resistance applied to the drill string.

Dette fremgår av tabellen på fig. 13. This is evident from the table in fig. 13.

Reduksjon av veggkontakten bevirker reduksjon av friksjonen, og forbedrer til slutt forholdene under boring i retnings-, ERD- og tynt-hull-brønner. Reduction of wall contact results in reduction of friction, ultimately improving conditions during drilling in directional, ERD and thin-hole wells.

Utbuling av borestrengen Bulging of the drill string

Opprettholdelse av den samme klaring for borestrengen og borehullet vil opprettholde den samme utbulingskapasitet for borestrengen. Borehullets klaring rcer én av de parametere som har innvirkning på utbulingsgrensen for borestrengen og borehullet. Etter som rcer konstant og den samme for sirkulære og riflebrønner, vil utbulingskapasiteten være konstant etter innføring av spiralrillene langs borehullet for riflebrønner. Maintaining the same clearance for the drill string and the drill hole will maintain the same bulging capacity for the drill string. The borehole clearance rcer is one of the parameters that has an impact on the bulge limit for the drill string and the borehole. As rcer is constant and the same for circular and rifled wells, the bulge capacity will be constant after introducing the spiral grooves along the borehole for rifled wells.

Med rifleboresystemet vil derfor det effektive ringromsareal øke mens den effektive borehullsdiameter vil forbli konstant. Dette betyr at det med riflebrønnborekonseptet er mulig å redusere ECD samtidig som borestrengens utbuling ikke reduseres. With the rifle drilling system, the effective annulus area will therefore increase while the effective borehole diameter will remain constant. This means that with the riffle well drilling concept it is possible to reduce ECD at the same time that the bulge of the drill string is not reduced.

Fra fig. 4 fremgår det hvordan et areal i et borehull 20 / borerør 6 i en riflebrønn er økt i forhold til et areal borehull / borerør i en sirkulær brønn, selv om klaringen mellom borehull/borerør er den samme. From fig. 4 shows how an area in a borehole 20 / drillpipe 6 in a rifle well is increased in relation to an area of a borehole / drillpipe in a circular well, even if the clearance between boreholes / drillpipe is the same.

Mulighet for å øke størrelsen av borerøret for å redusere borehullets klaring er et alternativ, hvilket fører til økt utbulingsgrense for borestrengen med de samme ECD-betingelser. Dette er en unik fordel ved riflekonseptet, som har gjort det mulig å forbedre betingelsene for borestrengen under kontante hydrauliske forhold. Possibility of increasing the size of the drill pipe to reduce the borehole clearance is an alternative, which leads to an increased bulge limit for the drill string with the same ECD conditions. This is a unique advantage of the riffle concept, which has made it possible to improve the conditions of the drill string under cash hydraulic conditions.

Økning av det effektive ringromsareal Increase of the effective annulus area

For stort sirkulasjonstrykktap i ringrommet er også en av hovedutfordringene under boring av ERD- brønner. Trykktap under sirkulasjon av borefluid og vekt av suspendert borkaks kan bevirke for stort trykk på formasjonen og kan resultere i frakturering av formasjonen. Det totale trykk som er innført i formasjonen er ekvivalent til det hydrostatiske trykk i det sirkulerende slam med den ekvivalente tetthet i ringrommet, og kalles ECD. Excessive circulation pressure loss in the annulus is also one of the main challenges when drilling ERD wells. Pressure loss during circulation of drilling fluid and weight of suspended drill cuttings can cause excessive pressure on the formation and can result in fracturing of the formation. The total pressure introduced into the formation is equivalent to the hydrostatic pressure in the circulating mud of the equivalent density in the annulus, and is called ECD.

ECD er én av de viktigste begrensende faktorer i forlengede lange brønner. For å forlenge rekkevidden av boring av en brønn, særlig i tynne hull, er det essensielt å redusere ECD. Riflebrønnboringskonseptet vil bevirke et større ringromsareal og redusert ECD. ECD is one of the most important limiting factors in extended long wells. To extend the range of drilling a well, especially in thin holes, it is essential to reduce ECD. The rifle well drilling concept will result in a larger annulus area and reduced ECD.

Fra fig. 14 fremgår et borehull med en borehullsdiameter 39, en ekvivalent diameter 40, riller 41 og et borerør 42. From fig. 14 shows a borehole with a borehole diameter 39, an equivalent diameter 40, grooves 41 and a drill pipe 42.

Riflebrønnkonseptet bevirker økning av det effektive ringromsareal samtidig som ringrommets diameter ikke forandres. Dannelse av en ekstra rille rundt hovedborehullet med spiralkonfigurasjon langs borehullets akser bevirker økning av det effektive strømningsareal samtidig som klaringen mellom borestrengen og borehullet forblir konstant. The rifle well concept causes an increase in the effective annulus area while the annulus diameter does not change. Formation of an additional groove around the main borehole with a spiral configuration along the borehole axes increases the effective flow area while the clearance between the drill string and the borehole remains constant.

Lavere trykkøkning/trykksenking-effekt og høyere innkjøring/uttrekkings-hastighet er de andre fordeler ved å ha det større effektive ringrom i tynne hull. Reduksjon av innkjøring/uttrekkings-tid og økt sikkerhet er hovedsakene i bore-operasjonene. Lower pressure increase/pressure decrease effect and higher drive-in/withdrawal speed are the other advantages of having the larger effective annulus in thin holes. Reduction of drive-in/withdrawal time and increased safety are the main issues in the drilling operations.

Forbedret brønnboringsstabilitet Improved wellbore stability

Riflebrønnboring kan forbedre brønnens stabilitet. Roterende borestreng virvler kontinuerlig inn i borehullet og bevirker kontinuerlig skading av slamkaken og for stort slamfiltreringstap og invasjonssone rundt borehullet. På grunn av den reduserte kontakt i borehullet, kan borestrengen ikke fjerne slamkaken i det kontaktfrie område og helheten av rillene. Mindre kontakt fører til mindre slamkakeskade, mindre filtreringstap og mindre stabilitet av brønnboringen. I tillegg bevirker det mindre formasjonsskade i reservoarseksjonen. Mindre invasjonssone i reservoaret fører til redusert overflateeffekt og forbedret produksjonsmengde og høyere utvinningsfaktor. Redusert nødvendighet for syrebehandling for å redusere invasjonssoneproblemene fører til mange økonomiske og miljømessige fordeler. Rifle well drilling can improve well stability. Rotating drill string continuously swirls into the borehole and causes continuous damage to the mud cake and excessive mud filtration loss and invasion zone around the borehole. Due to the reduced contact in the borehole, the drill string cannot remove the mud cake in the non-contact area and the entirety of the grooves. Less contact leads to less mud cake damage, less filtration loss and less stability of the wellbore. In addition, it causes less formation damage in the reservoir section. Smaller invasion zone in the reservoir leads to reduced surface effect and improved production volume and higher recovery factor. Reduced need for acid treatment to reduce invasion zone problems leads to many economic and environmental benefits.

Fra fig 15 fremgår det en tabell som viser vannfiltreringstap. Fig. 15 shows a table showing water filtration losses.

Fluidtap for boreslammet er én av hovedfaktoreffektene på borehullets instabilitet i de fleste formasjoner. Det største volum av filtreringstapet går gjennom formasjonen på tidlig tidspunkt og preparering av slamkaken vil redusere fluidtapet. Dette viser at å hindre slamkakeskade har en stor innvirkning på reduksjon av volumet av fluidtapet. Riflebrønnborekonseptet og reduksjon av veggkontakten vil derfor ha en stor innvirkning på å redusere borehullets instabilitet. Fluid loss for the drilling mud is one of the main factor effects on borehole instability in most formations. The largest volume of filtration loss passes through the formation at an early stage and preparation of the mud cake will reduce fluid loss. This shows that preventing sludge cake damage has a major impact on reducing the volume of fluid loss. The rifle well drilling concept and reduction of wall contact will therefore have a major impact on reducing borehole instability.

Redusert instabilitet av borehullet fører til mindre boretid og økt operasjonell sikkerhet, hvilket er de viktigste utfordringer innen boreindustrien. Reduced instability of the borehole leads to less drilling time and increased operational safety, which are the most important challenges in the drilling industry.

Forbedret rengjøring av borehullet Improved borehole cleaning

Dannelse av spiralrillene rundt hovedborehullet i riflebrønn-borekonseptet bevirker forbedret strømningsregime med hensyn på transport av borkaks i ringrommet. Eksistensen av noe siderettet fluidbevegelse i spiralrillene og på grunn av noe rotasjons-strømningsregime vil transport av borkaks være mer effektiv enn det sirkulære ringrom. I tillegg, bevirker mer klaring nedenfor borerøret og rillene i rifle-brønnene høyere fluidhastighet i undersiden av borehullet. Høyere fluidhastighet i denne seksjon er den viktigste sak for å øke transport av borkaks og avtagende tendenser til partikkelavsetning. Formation of the spiral grooves around the main borehole in the rifle well drilling concept results in an improved flow regime with regard to the transport of drilling cuttings in the annulus. The existence of some lateral fluid movement in the spiral grooves and due to some rotational flow regime, the transport of cuttings will be more efficient than the circular annulus. In addition, more clearance below the drill pipe and grooves in the riffle wells results in higher fluid velocity in the bottom of the borehole. Higher fluid velocity in this section is the most important issue for increasing the transport of drill cuttings and decreasing tendencies for particle deposition.

Fra Fig. 16 fremgår det en illustrasjon av en simulert strømningshastighet over (m/s) Fig. 16 shows an illustration of a simulated flow velocity over (m/s)

Typisk strømningssimulering med ekvivalent betingelse viser at det retur-nerende slamstrømningsregime i riflebrønn-ringrommet vil være forskjellig sammenlignet med konvensjonelle ringrom og vil forbedre rengjøring av hullet i ERD-brønner. Typical equivalent condition flow simulation shows that the return mud flow regime in the riffle well annulus will be different compared to conventional annulus and will improve cleaning of the hole in ERD wells.

Høyere fluidhastighet nedenfor borerøret i den horisontale seksjon fører til forbedret brønnrengjøring og mindre avsatt borkaks. Bedre borehullsrengjøring vil redusere det avsatte borkaks og for stor bevegelsesmotstand og dreiemoment. Bruk av riflebrønn-borekonseptet i innfyllingsboring gjør det mulig å redusere strømningsmengden for redusert ECD. Også bruk av større størrelse av borerøret for økte mekaniske egenskaper er også i enkelte tilfeller en valgmulighet for å forlenge boringens rekkevidde. Higher fluid velocity below the drill pipe in the horizontal section leads to improved well cleaning and less deposited cuttings. Better borehole cleaning will reduce the deposited drill cuttings and excessive movement resistance and torque. Using the riffle well drilling concept in infill drilling makes it possible to reduce the flow rate for reduced ECD. Using a larger size of the drill pipe for increased mechanical properties is also an option in some cases to extend the drilling reach.

Studium av trykktapet i de forskjellige tilfeller og sammenligning av det konvensjonelle og rifleboresystemet viser at borehullets rengjøring er mye bedre i riflebrønner. Study of the pressure loss in the different cases and comparison of the conventional and rifle drilling system shows that borehole cleaning is much better in rifle wells.

Hvordan bore en riflebrønn How to drill a rifle well

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring med en brønnboringsvegg. Anordningen omfatter energitilførte drivende midler for å drive minst én rotasjonssidefres drevet i rotasjon med nevnte drivende midler og midler for å mate et hus med en styrt mengde av fremoverbevegelse i nevnte brønnboring. De drivende midler er lokalisert i huset for å drive den minst ene rotasjonssidefres. Huset innbefatter en fremre ende tilpasset for å vende i retningen av brønnboringen, og sider tilpasset for å vende mot brønnboringsveggen. Den minst ene rotasjonssidefres er plassert på siden av huset for fjerning av materiale fra nevnte brønnboringsvegg. Anordningen omfatter videre midler for å rotere huset med en styrt rotasjonshastighet. Midlene for å mate huset med en styrt mengde av fremoverbevegelse i forhold til en borehullsvegg, midlene for å rotere huset med en styrt rotasjonshastighet, og de drivende midlene lokalisert i huset for å drive den minst ene rotasjonssidefres, er tilpasset for å drives samtidig for fresing av den heliske riflen. The present invention relates to a device for milling a helical rifle in a wellbore with a wellbore wall. The device comprises energized driving means for driving at least one rotary side cutter driven in rotation with said driving means and means for feeding a housing with a controlled amount of forward movement in said wellbore. The driving means are located in the housing to drive the at least one rotary side cutter. The housing includes a front end adapted to face the direction of the wellbore, and sides adapted to face the wellbore wall. The at least one rotary side cutter is placed on the side of the housing for removing material from said wellbore wall. The device further comprises means for rotating the housing at a controlled rotational speed. The means for feeding the housing with a controlled amount of forward movement relative to a borehole wall, the means for rotating the housing at a controlled rate of rotation, and the driving means located in the housing for driving the at least one rotary side cutter are adapted to be driven simultaneously for milling of the helical rifle.

For å bore en riflebrønn og danne spiralrillene langs brønnboringen, er det påkrevet å penetrere inn i veggen i borehullet. Generelt vil hvert ikke-sirkulære og ut-av-form-tverrsnitt som har blitt rotert langs borehullets akse danne spiralrillene, hjørner og former (riflebrønn). Disse riller, hjørner og former kan dannes ved anvendelse av enhver freseprosess, blåsing eller andre teknikker i oljebrønnene. Bruk av et spesielt verktøy, som benevnes riflemaskin, gjør det mulig å danne spiralrillen langs hovedborehullet. Riflemaskinen kan være som en del av bunn-hullsanordningen, BHA. Verktøyene kan være lokalisert i øvre del av BHA-en, bak hovedborkronen og LWD- og MWD-verktøyene. To drill a rifled well and form the spiral grooves along the wellbore, it is required to penetrate into the wall of the borehole. In general, any non-circular and out-of-shape cross-section that has been rotated along the borehole axis will form the spiral grooves, corners and shapes (rifling). These grooves, corners and shapes can be formed using any milling process, blasting or other techniques in the oil wells. Using a special tool, called a rifling machine, makes it possible to form the spiral groove along the main borehole. The rifling machine can be as part of the bottom-hole assembly, BHA. The tools can be located in the upper part of the BHA, behind the main bit and the LWD and MWD tools.

Riflemaskinen har noen rotasjons-sideborkroner, som kan roteres og penetrere inn i borehullets vegg perpendikulært på borehullets akse og hovedborkronen. Sideborkronene roterer og har evnen til å bevege seg ut av kroppen og trekke seg inn etter avslutning av jobben. For å danne spiralrillene må riflemaskinen rotere langsomt under den aksiale penetrasjon av hovedborehullet. Hovedborkronen og sideborkronene roterer raskt, men kroppen av riflemaskinen må roteres langsomt for å danne spiralens stigning. Stigningen til spiralene avhenger av penetrasjonshastigheten til hovedborkronen og rotasjonshastigheten til riflemaskinen. Denne prosess kan designes manuelt eller automatisk. The rifling machine has some rotary side drill bits, which can be rotated and penetrate the borehole wall perpendicular to the axis of the borehole and the main drill bit. The side drill bits rotate and have the ability to move out of the body and retract after finishing the job. To form the spiral grooves, the rifling machine must rotate slowly during the axial penetration of the main borehole. The main drill bit and side drill bits rotate quickly, but the body of the rifling machine must be rotated slowly to form the pitch of the helix. The pitch of the spirals depends on the penetration speed of the main bit and the rotation speed of the rifling machine. This process can be designed manually or automatically.

I henhold til den forskjellige design av riflemaskinen, kan hovedborkronen foran borestrengen og sideborkronene roteres ved anvendelse av interne slammotorer. I dette tilfelle styres stigningen til spiralene av langsom rotasjon av borestrengen. Riflemaskinen kan designes til å virke i en roterende borestreng, og i det tilfelle vil hovedborkronen og riflesideborkronene rotere ved rotering av borestrengen. Det reaktive dreiemoment for hovedborkronen vil bevirke langsom rotering av riflemaskinen og dannelse av spiralrillene. Stigningen til spiralene vil dannes automatisk og er i henhold til verktøyets design, se fig. 7. According to the different design of the rifling machine, the main drill bit in front of the drill string and the side drill bits can be rotated using internal mud motors. In this case, the pitch of the spirals is controlled by slow rotation of the drill string. The rifling machine can be designed to operate in a rotating drill string, in which case the main drill bit and the riffle side drill bits will rotate as the drill string rotates. The reactive torque of the main bit will cause slow rotation of the rifling machine and formation of the spiral grooves. The pitch of the spirals will be formed automatically and is according to the design of the tool, see fig. 7.

Det er mulig å frigjøre BHA-en inkludert riflemaskinen fra borestrengen og ha en fritt roterende borestreng, hvilket kan være fordelaktig for å redusere foringsrørets slitasje i ERD-brønn, se Fig. 6. It is possible to free the BHA including the riffle from the drill string and have a freely rotating drill string, which can be beneficial to reduce casing wear in ERD well, see Fig. 6.

Foringsrør forlengingsrør boring Casing extension pipe drilling

Riflemaskinen kan være opphentbar som en del av BHA-en. Maskinen kan brukes som et etter-omrømmingsverktøy for foringsrør og forlengingsrør boring. Maskinen kan være fastholdt til helheten av forlengingsrøret og langsom rotasjon av forlengingsrøret og riflemaskinen (ca. 10 RPM avhengig av ROP) kan rømme opp borehullet og gjøre det større. Fordelen ved bruk av riflemaskin som et etter-opprømmingsverktøy er mindre påkrevet dreiemoment for rotering av riflemaskinen for opprømming av hullet. Rotasjonssideborkroner av riflemaskinen fører til mer virksom kutteprosess sammenlignet med den passive kutter i de tradisjonelle rømmere, se fig 8. The rifle machine may be obtainable as part of the BHA. The machine can be used as a post-reaming tool for casing and extension pipe drilling. The machine can be attached to the whole of the extension pipe and slow rotation of the extension pipe and the rifling machine (about 10 RPM depending on the ROP) can clear up the borehole and make it bigger. The advantage of using a rifling machine as a post-reaming tool is less torque required to rotate the rifling machine for reaming the hole. Rotary side drill bits of the rifling machine lead to a more effective cutting process compared to the passive cutter in the traditional reamers, see fig 8.

Dannelse av spiralrillen med riflemaskinen kan også forbedre de mekaniske betingelser ved enhver foringsrør- og forlengingsboring ettersom borehullets klaring for foringsrøret og forlengingsrørene er mindre enn borerørene, er differanse-trykkfastsugingen mer utfordrende. Bruk av riflekonseptet for foringsrør og forleng-ingsrørboring kan således forbedre dreiemoment- og utmattingsbegrensningen. Mindre ECD og redusert differansetrykk-fastsuging og andre fordeler ved rifle-borekonseptet er også vanlig for foringsrør forlengingsrør boring. Forming the spiral groove with the riffle machine can also improve the mechanical conditions of any casing and extension drilling as the borehole clearance for the casing and extension pipes is less than the drill pipes, the differential pressure clamping is more challenging. Using the riffle concept for casing and extension pipe drilling can thus improve torque and fatigue limitation. Smaller ECD and reduced differential pressure suction and other advantages of the rifle drilling concept are also common for casing extension pipe drilling.

Resultater av "riflebrønn"-boreteknologi Results of "rifle well" drilling technology

1- Øking av effektivt ringromsareal og reduksjon av ECD i åpenhullsseksjon. 1- Increase of effective annulus area and reduction of ECD in open hole section.

2- Mulighet for å øke diameter av BHA og borerør, hvilket bevirker økt utbuling, dreiemomentgrense for borestrengen, og øke den horisontale rekkevidde. 2- Possibility to increase the diameter of the BHA and drill pipe, which causes increased bulge, torque limit for the drill string, and increases the horizontal reach.

3- Reduksjon av kontaktareal for borestrengen og brønnboringen (avhengig av den forskjellige verktøydesign, antall og størrelse av rillene) fører til signifikant reduksjon i samlet borehullsfriksjon. 3- Reduction of the contact area for the drill string and the wellbore (depending on the different tool design, number and size of the grooves) leads to a significant reduction in total borehole friction.

4- Redusert differansetrykk-fastsuging og vibrasjonsfare (VSS). 4- Reduced differential pressure suction and vibration hazard (VSS).

5- Mindre reservoarformasjonsskade fører til økning av produksjonsmengden og den totale utvinning fra et reservoar og mindre miljøpåvirkninger. 5- Less reservoir formation damage leads to an increase in production volume and total recovery from a reservoir and less environmental impact.

6- Økt brønnboringsstabilitet på grunn av redusert slamkakeskade. 6- Increased wellbore stability due to reduced mud cake damage.

7- Forbedret hullrengjøring på grunn av rotasjonsstrømningsregime i ringrommet. 7- Improved hole cleaning due to rotational flow regime in the annulus.

8- Lavere trykkøkning- og trykksenkingseffekt og høyere innkjøring/uttrekkings-hastighet. 8- Lower pressure increase and pressure decrease effect and higher insertion/extraction speed.

9- Reduksjon av den ikke-produktive boretid NPDT. 9- Reduction of the non-productive drilling time NPDT.

10- Forenkle kjøring av foringsrøret i ERD-brønner. 10- Simplify driving the casing in ERD wells.

Bakgrunn Background

■ Brønnanlegging er den viktigste kostnadsdriver ved feltutbygging ■ Well construction is the most important cost driver for field development

■ Boring med forlenget rekkevidde (ERD) er en viktig utfordring ■ Extended reach drilling (ERD) is an important challenge

> Nå lenger ut fra infrastruktur og flere mål > Reach further in terms of infrastructure and more targets

> Tynt hull innfyllingsboring (TTRD) > Thin hole infill drilling (TTRD)

> Se fig. 1 > See fig. 1

Mekaniske og hydrauliske begrensninger Mechanical and hydraulic constraints

Boring med forlenget rekkevidde (ERD) er begrenset på grunn av: Extended reach drilling (ERD) is limited due to:

ECD-problemer ECD problems

> Borehullets instabilitet og tapt sirkulasjon > Borehole instability and lost circulation

> Dårlig brønnrengjøring og fastkjørt rør > Poor well cleaning and stuck pipes

Borestrengens friksjon Drill string friction

> For stor bevegelsesmotstand og dreiemoment > Excessive movement resistance and torque

> Borestrengens utbuling, vibrasjon og avvridning > Bulging, vibration and twisting of the drill string

> Rørets slitasje > Tube wear

Et nytt brønnboringskonsept fremgår fra fig. 18 som viser øverst viser et semisirkulært tverrsnitt 40 med flere riller og som etter rotasjon under aksial brønnboring illustrert med pil 44 danner en boring med samme diameter. A new well drilling concept appears from fig. 18 which shows at the top shows a semicircular cross-section 40 with several grooves and which, after rotation during axial well drilling illustrated by arrow 44, forms a bore of the same diameter.

Nederst på fig. 18 fremgår en annen variant der et semisirkulært tverrsnitt 40 med et annet profil 42 enn det som er vist over med flere riller og som etter rotasjon under aksial brønnboring illustrert med pil 44 danner en boring 43 med samme diameter. At the bottom of fig. 18 shows another variant where a semicircular cross-section 40 with a different profile 42 than that shown above with several grooves and which after rotation during axial well drilling illustrated with arrow 44 forms a bore 43 with the same diameter.

Reduksjon av ECD Reduction of ECD

Økning av strømningsareal fører til mindre trykktap i ringrommet. Increasing the flow area leads to less pressure loss in the annulus.

Se fig. 14. See fig. 14.

Reduksjon av friksjon Reduction of friction

■ Friksjonsfaktor er en empirisk måling, påvirket av forskjellige variabler: glidehastighet, temperatur, vibrasjon, overflatekvalitet, kontaktareal og utstrekning av kontaminasjon ■ Friction factor is an empirical measurement, affected by various variables: sliding speed, temperature, vibration, surface quality, contact area and extent of contamination

■ Friksjonslovene er betydelig forskjellige fra for tørre overflater ■ The laws of friction are significantly different from too dry surfaces

> I smurte overflater er friksjonsmotstanden nesten uavhengig av > In lubricated surfaces, the frictional resistance is almost independent of

normalkraften the normal force

> Friksjonsfaktor i borehull er en funksjon av boreslamegenskaper og > Friction factor in boreholes is a function of drilling mud properties and

kvalitet av brønnens rengjøring quality of the well's cleaning

> For stor bevegelsesmotstand og dreiemoment forårsaket av avsatt > Excessive movement resistance and torque caused by the deposit

borkaks og dårlig rengjøring sawdust and poor cleaning

> Se fig. 13 > See fig. 13

Industrielle eksperimenter Industrial experiments

Fra fig. 19, fremgår det to grafer over friksjonsoppførsel i våt tilstand. From fig. 19, there are two graphs of friction behavior in the wet state.

I grafene vises friksjon ved forskjellige normallaster ved 50°C (Våt clutch studie, Rikard Maki 2005, Universitetet i Luleå og friksjonsstudie ved våt bremsing, The graphs show friction at different normal loads at 50°C (Wet clutch study, Rikard Maki 2005, University of Luleå and friction study at wet braking,

(Oak Ridge Nnational Laboratory 2003, USA) (Oak Ridge National Laboratory 2003, USA)

Reduksjon av slamfiltreringstap Reduction of sludge filtration losses

Reduksjon av kontakt borestreng/vegg i borehull fører til: Reduction of drillstring/wall contact in boreholes leads to:

> Mindre slamkakeskade, men signifikant redusert filtreringstap > Less sludge cake damage, but significantly reduced filtration loss

> Redusert slamfiltreringstap, > Reduced sludge filtration loss,

> redusert brønnboringsinstabilitet under boring > reduced wellbore instability during drilling

> mindre formasjonsskade i reservoarseksjonen > minor formation damage in the reservoir section

> Økt produksjonsmengde og mindre påkrevet syrebehandling > Increased production volume and less required acid treatment

> Økt samlet utvinningsfaktor > Increased overall recovery factor

> Se fig. 15 > See fig. 15

> Mindre miljøpåvirkninger > Less environmental impact

Nytt brønnboringskonsept - "riflebrønn" New well drilling concept - "rifle well"

■ Økt borehull- og ringromsareal - redusert ECD ■ Increased borehole and annulus area - reduced ECD

■ Redusert kontakt borestreng vegg (opp til 75%) - redusert friksjon ■ Reduced contact with the drill string wall (up to 75%) - reduced friction

■ Samme klaring borehull/borestreng - opprettholdt utbulingsgrense Se fig. 11 der områder 34 uten kontakt og områder 35 med kontakt mellom borehull 20 og borerør 6 fremgår. ■ Same drill hole/drill string clearance - maintained bulge limit See fig. 11 where areas 34 without contact and areas 35 with contact between drill hole 20 and drill pipe 6 are shown.

Fokuserings-problemstillinger Focusing issues

■ Strømningsmodellering ■ Flow modeling

■ Friksjonsstudium ■ Friction study

■ Bergartsmekanikk ■ Rock mechanics

■ Kompabilitet med boreteknikk og verktøy ■ Compatibility with drilling techniques and tools

Verktøy forprosjektering Tool preliminary design

■ Roterende boremodus ■ Rotary drilling mode

■ Glidende modus ■ Sliding mode

■ Kveilrør ■ Coiled pipe

■ Forlengingsrør-boring ■ Extension pipe drilling

Strømningsstudium Flow study

Fra fig. 20 og fig. 21 og. 16 fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår. From fig. 20 and fig. 21 and. 16 shows a flow study related to sawdust transport where particle velocity (m/s) is shown.

Resultater av Results of

strømningsstudium flow study

■ 4 x høyere fluidhastighet ■ 4 x higher fluid speed

nedenfor borerøret i den below the drill pipe in it

horisontale seksjon horizontal section

■ Fordeler ■ Advantages

■ Forbedret brønn-rengjøring ■ Improved well cleaning

■ Mindre avsatt borkaks og mindre bevegelsesmotstand og dreiemoment ■ Less deposited drill cuttings and less movement resistance and torque

■ Valgmuligheter ■ Options

■ Tillater redusert strømningsmengde ■ Allows reduced flow rate

for redusert ECD for reduced ECD

■ Tillater større borerør for økte ■ Allows larger drill pipe for increased

mekaniske egenskaper mechanical properties

■ Se fig. 16 og fig. 17 ■ See fig. 16 and fig. 17

Fra fig. 17 fremkommer det resultater av strømningsstudium der forholdet mellom trykktap/1 OOcm og brønnseksjonstype fremgår. Figuren viser ringromstrykktap for typisk tynt hull og forskjellig tverrsnitt. Langs grafen fra venstre mot høyre ser vi resultater for sirkulær, sirkulær 1,19%, eliptisk, spiralformet uten stigning, spiralformet med stigning og multidiameter boringer. From fig. 17 shows the results of a flow study where the relationship between pressure loss/1 OOcm and well section type is shown. The figure shows annulus pressure loss for a typical thin hole and different cross-sections. Along the graph from left to right we see results for circular, circular 1.19%, elliptical, spiral without pitch, spiral with pitch and multidiameter bores.

Fig. 1717 viser Økt trykktap - Økt energitap - Forbedret rengjøring Hovedfordeler Fig. 1717 shows Increased pressure loss - Increased energy loss - Improved cleaning Main advantages

Fordeler ved "riflebrønn"-boreteknologi Advantages of "rifle well" drilling technology

> Redusert ECD på brunn av økt ringromsareal > Reduced ECD on well due to increased annulus area

> Redusert samlet borehullsfriksjon og redusert veggkontakt > Reduced overall borehole friction and reduced wall contact

> Forbedret hullrengjøring på grunn av rotasjonsstrømningsregime > Improved hole cleaning due to rotary flow regime

> Økt brønnboringsstabilitet på grunn av redusert slamkakeskade > Increased wellbore stability due to reduced mud cake damage

> Redusert differansetrykkfastsuging og vibrasjonsfare (VSS) > Reduced differential pressure suction and vibration hazard (VSS)

> Forenkle kjøring av foringsrøret > Simplify driving the casing

> Mindre invasjonssone og formasjonsskade > Smaller invasion zone and formation damage

> Lavere trykkøkning/trykksenkings-effekt og høyere innkjøring/uttrekkings-hastighet i tynne hull > Lower pressure increase/pressure decrease effect and higher insertion/extraction speed in thin holes

Se fig. 3 og fig. 22. See fig. 3 and fig. 22.

"Enkelt" konsept "Simple" concept

Kompatibelt med boreinfrastruktur. Compatible with drilling infrastructure.

Se fig. 3 og fig. 22. See fig. 3 and fig. 22.

Riflebrønn-borekonsept (fase 1) Rifle well drilling concept (phase 1)

"Riflemaskinen" vil bli designet for: The "rifle machine" will be designed to:

■ Glidende borestreng ■ Sliding drill string

■ Stigning av spiralene styres fra overflaten ■ Ascent of the spirals is controlled from the surface

■ Borkrone roteres med PDM ■ Drill bit is rotated with PDM

■ Roterende borestreng ■ Rotating drill string

■ Stigning av spiralene dannes automatisk ■ Ascent of the spirals is formed automatically

■ Borkrone roteres av borestrengen ■ The drill bit is rotated by the drill string

■Fig. 7 ■Fig. 7

Riflebrønn-borekonsept (fase 2) Rifle well drilling concept (phase 2)

"Riflemaskinen" vil bli designet for: The "rifle machine" will be designed to:

Fritt-roterende borestreng Free-rotating drill string

■ Borestrengen er "frigjort" fra BHA-en ved hjelp av en svivel ■ The drill string is "released" from the BHA by means of a swivel

■ Mulighet for langsom rotasjon av borestrengen og redusert ■ Possibility of slow rotation of the drill string and reduced

slitasje i ERD-brønner wear in ERD wells

■ Riflemaskinen vil bli rotert av borkronens reaktive dreiemoment ■ The rifling machine will be rotated by the bit's reactive torque

■ Fig. 6 ■ Fig. 6

Riflebrønn kan hjelpe Rifle well can help

foringsrør/forlengingsrør boring casing/extension pipe drilling

■ Opphentbar som en del av BHA-en ■ Obtainable as part of the BHA

■ Forbedrede mekaniske betingelser, mindre dreiemoment og utmatting ■ Improved mechanical conditions, less torque and fatigue

■ Redusert differansetrykk-fastsuging ■ Reduced differential pressure suction

■ Mindre ECD ■ Less ECD

■ Rifleverktøy kan også brukes som en underrømmer ■ Rifle tool can also be used as an underarm

■ Mindre påkrevet dreiemoment sammenlignet med passive rømmere ■ Less required torque compared to passive reamers

■ Lavere påkrevet rotasjon, mindre dreiemoment og utmatting ■ Lower required rotation, less torque and fatigue

■ Fig. 8 ■ Fig. 8

■ ■

I det følgende vises det til figurene 6, 7 og 8. In the following, reference is made to figures 6, 7 and 8.

Søknaden vedrører en anordning 1 for fresing av en helisk rifle i en brønn-boring med en brønnboringsvegg. Anordningen omfatter et hus 2 med en fremre ende tilpasset til å vende i retningen av brønnboringen, og sider tilpasset til å vende mot brønnboringens vegg og midler 5 på siden 13 av huset 2 for fjerning av materialet fra nevnte brønnboringsvegg; The application relates to a device 1 for milling a helical rifle in a wellbore with a wellbore wall. The device comprises a housing 2 with a front end adapted to face in the direction of the wellbore, and sides adapted to face the wall of the wellbore and means 5 on side 13 of the housing 2 for removing the material from said wellbore wall;

midler for rotering av huset med en styrt rotasjonshastighet; means for rotating the housing at a controlled rotational speed;

midler for mating av huset 2 i en styrt hastighet av foroverrettet bevegelse i brønnboringen; means for feeding the housing 2 at a controlled rate of forward movement in the wellbore;

midler for koordinering av rotasjonshastigheten og hastigheten av foroverrettet bevegelse for å produsere den heliske rifle i brønnboringen. means for coordinating the rate of rotation and the rate of forward movement to produce the helical riffle in the wellbore.

Midlene for fjerning av materiale kan inkludere partikkel-blåsedyser. The means of material removal may include particle blowers.

Huset kan inkludere energitilførte drivende midler, så som slammotorer og andre drivende elementer velkjente innenfor feltet, typisk drevet av boreslam, eller elektriske motorer. Midlene for fjerning av materiale fra brønnboringens vegg i siden av huset 2 kan inkludere minst én fres 5 drevet i rotasjon av de drivende midler. The housing may include energized propulsion means, such as mud motors and other propulsion elements well known in the art, typically powered by drilling mud, or electric motors. The means for removing material from the wall of the wellbore in the side of the housing 2 may include at least one milling cutter 5 driven in rotation by the driving means.

Fresen kan typisk ha et kuppelformet hode med sintrede eller en form for hardmetallag-borkroner for å tilveiebringe en fresende virkning. Andre fasonger, så som en spiss eller firkantet fasong, kan imidlertid brukes. The cutter may typically have a domed head with sintered or some form of carbide layer drill bits to provide a milling action. However, other shapes, such as a pointed or square shape, can be used.

Midlene for rotering av huset med en styrt rotasjonshastighet kan inkludere midler for rotering av en borestreng 6 festet ved en bakre ende av huset 2. Rotasjonen tilveiebringes typisk av ordinære midler for rotering av en borestreng. The means for rotating the housing at a controlled rate of rotation may include means for rotating a drill string 6 attached to a rear end of the housing 2. The rotation is typically provided by ordinary means for rotating a drill string.

Den minst ene fres 5 for fjerning av materiale kan være skråstilt i forhold til brønnboringens vegg for tilveiebringelse av en foroverrettet bevegelse og en roterende bevegelse av huset 2 i brønnboringen under fresing av den heliske rifle. The at least one cutter 5 for removing material can be inclined relative to the wall of the wellbore to provide a forward movement and a rotary movement of the housing 2 in the wellbore during milling of the helical rifle.

Huset 2 kan inkludere en første og en annen del, og hvor i det minste den første del inkluderer midlene 5 for fjerning av materiale fra brønnboringens vegg og den annen del er glidende festet til den første del og inkluderer midler for forankring av anordningen til brønnboringens vegg, og anordningen kan inkludere en mekanisme for tilveiebringelse av en samtidig rotering og foroverrettet bevegelse i en målerlarvebevegelse. The housing 2 may include a first and a second part, and where at least the first part includes the means 5 for removing material from the wall of the wellbore and the second part is slidably attached to the first part and includes means for anchoring the device to the wall of the wellbore , and the device may include a mechanism for providing a simultaneous rotation and forward movement in a gauge caterpillar movement.

Huset 2 kan inkludere flere freser 5 på siden av huset 2. Fire freser 5 kan f.eks. brukes. The housing 2 can include several milling cutters 5 on the side of the housing 2. Four milling cutters 5 can e.g. is used.

Huset kan videre inkludere en borkrone 14 ved enden 3 av huset 2 vendende i retning av brønnboringen for boring av brønnboringen. Borkronen kan være en ordinær borkrone som er velkjent innen området, og kan typisk drives av en borkronemotor. The housing can further include a drill bit 14 at the end 3 of the housing 2 facing in the direction of the well bore for drilling the well bore. The drill bit can be an ordinary drill bit that is well known in the field, and can typically be driven by a drill bit motor.

Anordningen 1 kan videre inkludere sensorer for overvåking av rotasjon og foroverrettet bevegelse i forhold til brønnboringen. Utgang fra sensorene kan mates i sanntid til overflaten for styring av foroverrettet bevegelse og rotasjon av anordningen, eller kan mates til et kontrollsystem på anordningen. Sensorene kan også tilveiebringe informasjon til innebygde datamaskinlesbare lagringsmidler for senere avlesing av en datamaskin etter at anordningen er hentet opp til overflaten. The device 1 can also include sensors for monitoring rotation and forward movement in relation to the well drilling. Output from the sensors can be fed in real time to the surface to control forward movement and rotation of the device, or can be fed to a control system on the device. The sensors can also provide information to built-in computer-readable storage means for later reading by a computer after the device has been brought up to the surface.

Huset kan minst én aktuator for aktuering av den minste ene fres mellom en utstrukket driftsposisjon og en inntrukket posisjon, særlig for å være i stand til å trekke inn fresen eller fresene 5 under innkjøring eller opphenting. The housing can have at least one actuator for actuation of the smallest milling cutter between an extended operating position and a retracted position, in particular to be able to retract the milling cutter or milling cutters 5 during drive-in or pick-up.

Oppfinnelsen vedrører videre en brønnboring for leting etter hydrokarboner med en boring med et hovedsakelig sirkulært tverrsnitt og en helisk rifle som omgir boringen. Formen av den heliske rifle vil typisk tilpasse seg til formen av en fres hvis en fres brukes til å danne riflen, hvilket typisk tilveiebringer en krum eller spiss seksjon. The invention further relates to a well drilling for the search for hydrocarbons with a bore with a mainly circular cross-section and a helical rifle surrounding the bore. The shape of the helical rifling will typically conform to the shape of a milling cutter if a milling cutter is used to form the rifling, typically providing a curved or pointed section.

Når abrasiv blåsing brukes, vil profilen eller seksjonen være mindre forutsig-bar og vil i en større utstrekning avhenge av materialet i brønnboringen. Formen er imidlertid av mindre viktighet så lenge den heliske eller spiral-rifle tilveiebringer den tilsiktede effekt. Fig. 6 viser også en svivel 15 for å tillate anordningen å rotere fritt eller for å tilveiebringe en uavhengig rotasjon av anordningen i forhold til borestrengen. Fig. 8 viser videre en rømmer 18. Midler for sentrering av anordningen 17 i brønnboringen kan også være tilveiebrakt. When abrasive blasting is used, the profile or section will be less predictable and will depend to a greater extent on the material in the wellbore. However, the shape is of less importance as long as the helical or spiral rifling provides the intended effect. Fig. 6 also shows a swivel 15 to allow the device to rotate freely or to provide an independent rotation of the device in relation to the drill string. Fig. 8 further shows a reamer 18. Means for centering the device 17 in the wellbore can also be provided.

Claims

1. Device for milling a helical riffle in a wellbore with a wellbore wall, comprising energized driving means for driving at least one rotary side cutter (5) driven in rotation by said driving means and means for feeding a housing (2) with a controlled amount of forward movement in said well drilling, characterized in that: the driving means are located in the housing (2) to drive the at least one rotary side cutter (5); the housing (2) includes a front end adapted to face in the direction of the wellbore, and sides (13) adapted to face the wellbore wall and the at least one rotary side cutter (5) is located on the side of the housing (2) for removing material from said wellbore wall; means for rotating the housing (2) at a controlled rotational speed; and whereby the means for feeding the housing (2) with a controlled amount of forward movement relative to the wellbore wall, the means for rotating the housing (2) at a controlled rotational speed, and the driving means located in the housing (2) for driving the at least one rotary side cutter (5), is adapted to be operated simultaneously for milling the helical rifle.

2. Device as set forth in claim 1, wherein the means for rotating the housing (2) at a controlled rotational speed includes means for rotating a drill string (6) attached at a rear end of the housing (2).

3. Device as specified in claim 1, where the at least one rotary side cutter (5) for removing material is inclined in relation to the wall of the wellbore to provide a forward movement and a rotary movement of the housing (2) in the wellbore during milling of the helical rifle.

4. Device as stated in claim 1, where the housing (2) includes a first and a second part and where at least the first part includes the at least one rotary side cutter (5) and the second part is slidably attached to the first part and includes means for anchoring the device to the wall of the wellbore and the apparatus includes a mechanism for providing a simultaneous rotation and forward movement in a gauge caterpillar movement.

5. Device as stated in claim 1, where the housing (2) includes several milling cutters (5) on the side of the housing (2).

6. Device as stated in claim 1, where the housing (2) further includes a drill bit (14) at the end of the housing (2) facing in the direction of the wellbore for drilling the wellbore.

7. Device as stated in claim 1, further including sensors for monitoring rotation and forward movement in relation to the well drilling.

8. Device as stated in claim 2, where the housing (2) includes at least one actuator for actuation of the at least one milling cutter (5) between an extended operating position and a retracted position.