NO333485B1 - Anordning for fresing av en helisk rifle i en bronnboring - Google Patents

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.

Description

Introduksjon

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.

Bakgrunn

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.

Mekaniske og hydrauliske begrensninger

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:

■ Utbuling av borestrengen

■ Avvridning av borestrengen

> Økt trykktap langs borestrengen som forårsaker for stort trykk på formasjonen (ECD) kan føre til:

■ Instabilitet av borehullet og tapt sirkulasjon

■ Dårlig brønnrengjøring og fastkjørt rør

> Kontakt borestrengen/borehullets vegg som forårsaker slamkakeskade og økt slaminvasjon kan føre til:

■ Instabilitet av brønnboringen og brønnkollaps

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.

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.

Fra US 3,360,960 fremgår det en rørformet borestreng med spiralformede riller.

Fra EP 0 313 413 fremgår det et fleksibelt borestrengelement og en fremgangsmåte for å bore avviksborehull.

Fra US 5,040,620 fremgår det en fremgangsmåte og anordning for boring av undergrunnsbrønner.

Fra 4,862,974 fremgår det en nedihulls boreenhet, anordning og fremgangsmåte for å benytte en boremotor og stabilisator.

Fra GB 2 164 371 fremgår det et borestrengelement for eksempel en borekrage omfattende et langstrakt rørformet legeme med en ytre perifersk overflate.

Sammenfatning av oppfinnelsen

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.

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.

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.

I et fjerde aspekt tilveiebringer oppfinnelsen forskjellig anvendelse av bruk av verktøyene for opprømming av borehullet og øking av diameteren av det sirkulære hovedborehull.

Kort beskrivelse av de vedlagte figurer:

Fra fig. 1 fremgår det skjematisk boring med forlenget rekkevidde (ERD) med en anordning i henhold til oppfinnelsen;

Fra fig. 2 fremgår det et tverrsnitt i tversgående retning av en brønnboring med en rifle boret med en anordning i henhold til oppfinnelsen;

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;

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;

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;

Fra fig. 6 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en første utførelsesform av oppfinnelsen;

Fra fig. 7 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en andre utførelsesform av oppfinnelsen;

Fra fig. 8 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en tredje utførelsesform av oppfinnelsen;

Fra fig. 9 fremgår det en riflebrønnboring der en åpenhulls seksjon og en seksjon med foringsrør/produksjonsrør fra en boringsseksjon fremgår;

Fra fig. 10 fremgår ytterligere riller i et sirkulært tverrsnitt etter rotering av tverrsnittet under aksial penetrasjon;

Fra fig. 11 viser en borestreng i en riflet brønnboring og områder med og uten kontakt mellom borestrengen og borehullet;

Fig. 12 er en prinsippskisse som viser reduksjon av kontaktarealet under våte betingelser;

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;

Fra fig. 14 fremgår et tversgående tverrsnitt av et borehull med en borehullsdiameter, en ekvivalent diameter, riller og et borerør;

Fig. 15 viser en grav over vannfiltreringstap;

Fra fig. 16 fremgår det en illustrasjon av en simulert strømningshastighet over et tversgående tverrsnitt av et borehull;

Fra fig. 17 fremkommer det resultater av strømningsstudium der forholdet mellom trykktap/1 OOcm og brønnseksjonstype fremgår;

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;

Fra fig. 19, fremgår det to grafer over friksjonsoppførsel i våt tilstand;

Fra fig. 20, fig. fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår, i perspektiv;

Fra fig. 21, fig. fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår, i tverrsnitt i tversgående retning; og

Fra fig. 22 fremgår det en anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen.

Riflebrønnboring

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.

Riflebrønnboring er vist på fig. 9 der en åpenhulls seksjon 30 og en seksjon med foringsrør/produksjonsrør 31 fra en boringsseksjon 32 fremgår

Beskrivelse av riflebrønnborings-konseptet

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.

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.

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.

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.

Figur 4 viser klaring av borehull/borerør i sirkulær brønn sammenliknet med klaring i borehull/borerør i riflebrønn.

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).

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.

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.

Differansetrykkfastsuging av borestrengen til borehullet er hovedårsaken til aksial og rotasjonsmessig vibrasjonsfare (VSS) i boringen.

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.

Én av hovedfordelene ved reduksjon av veggkontaktarealet er reduksjon av friksjonen.

Reduksjon av borehullsfriksjonen

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.

Dette fremgår fra 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.

Dette fremgår av tabellen på fig. 13.

Reduksjon av veggkontakten bevirker reduksjon av friksjonen, og forbedrer til slutt forholdene under boring i retnings-, ERD- og tynt-hull-brønner.

Utbuling av borestrengen

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.

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.

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.

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.

Økning av det effektive ringromsareal

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.

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.

Fra fig. 14 fremgår et borehull med en borehullsdiameter 39, en ekvivalent diameter 40, riller 41 og et borerør 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.

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.

Forbedret brønnboringsstabilitet

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.

Fra fig 15 fremgår det en tabell som viser vannfiltreringstap.

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.

Redusert instabilitet av borehullet fører til mindre boretid og økt operasjonell sikkerhet, hvilket er de viktigste utfordringer innen boreindustrien.

Forbedret rengjøring av borehullet

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.

Fra Fig. 16 fremgår det en illustrasjon av en simulert strømningshastighet 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.

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.

Studium av trykktapet i de forskjellige tilfeller og sammenligning av det konvensjonelle og rifleboresystemet viser at borehullets rengjøring er mye bedre i riflebrønner.

Hvordan bore en riflebrønn

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.

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.

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.

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.

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.

Foringsrør forlengingsrør boring

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.

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.

Resultater av "riflebrønn"-boreteknologi

1- Øking av effektivt ringromsareal og reduksjon av ECD i åpenhullsseksjon.

2- Mulighet for å øke diameter av BHA og borerør, hvilket bevirker økt utbuling, dreiemomentgrense for borestrengen, og øke den horisontale rekkevidde.

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.

4- Redusert differansetrykk-fastsuging og vibrasjonsfare (VSS).

5- Mindre reservoarformasjonsskade fører til økning av produksjonsmengden og den totale utvinning fra et reservoar og mindre miljøpåvirkninger.

6- Økt brønnboringsstabilitet på grunn av redusert slamkakeskade.

7- Forbedret hullrengjøring på grunn av rotasjonsstrømningsregime i ringrommet.

8- Lavere trykkøkning- og trykksenkingseffekt og høyere innkjøring/uttrekkings-hastighet.

9- Reduksjon av den ikke-produktive boretid NPDT.

10- Forenkle kjøring av foringsrøret i ERD-brønner.

Bakgrunn

■ Brønnanlegging er den viktigste kostnadsdriver ved feltutbygging

■ Boring med forlenget rekkevidde (ERD) er en viktig utfordring

> Nå lenger ut fra infrastruktur og flere mål

> Tynt hull innfyllingsboring (TTRD)

> Se fig. 1

Mekaniske og hydrauliske begrensninger

Boring med forlenget rekkevidde (ERD) er begrenset på grunn av:

ECD-problemer

> Borehullets instabilitet og tapt sirkulasjon

> Dårlig brønnrengjøring og fastkjørt rør

Borestrengens friksjon

> For stor bevegelsesmotstand og dreiemoment

> Borestrengens utbuling, vibrasjon og avvridning

> Rørets slitasje

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.

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.

Reduksjon av ECD

Økning av strømningsareal fører til mindre trykktap i ringrommet.

Se fig. 14.

Reduksjon av friksjon

■ Friksjonsfaktor er en empirisk måling, påvirket av forskjellige variabler: glidehastighet, temperatur, vibrasjon, overflatekvalitet, kontaktareal og utstrekning av kontaminasjon

■ Friksjonslovene er betydelig forskjellige fra for tørre overflater

> I smurte overflater er friksjonsmotstanden nesten uavhengig av

normalkraften

> Friksjonsfaktor i borehull er en funksjon av boreslamegenskaper og

kvalitet av brønnens rengjøring

> For stor bevegelsesmotstand og dreiemoment forårsaket av avsatt

borkaks og dårlig rengjøring

> Se fig. 13

Industrielle eksperimenter

Fra fig. 19, fremgår det to grafer over friksjonsoppførsel i våt tilstand.

I grafene vises friksjon ved forskjellige normallaster ved 50°C (Våt clutch studie, Rikard Maki 2005, Universitetet i Luleå og friksjonsstudie ved våt bremsing,

(Oak Ridge Nnational Laboratory 2003, USA)

Reduksjon av slamfiltreringstap

Reduksjon av kontakt borestreng/vegg i borehull fører til:

> Mindre slamkakeskade, men signifikant redusert filtreringstap

> Redusert slamfiltreringstap,

> redusert brønnboringsinstabilitet under boring

> mindre formasjonsskade i reservoarseksjonen

> Økt produksjonsmengde og mindre påkrevet syrebehandling

> Økt samlet utvinningsfaktor

> Se fig. 15

> Mindre miljøpåvirkninger

Nytt brønnboringskonsept - "riflebrønn"

■ Økt borehull- og ringromsareal - redusert ECD

■ Redusert kontakt borestreng vegg (opp til 75%) - redusert friksjon

■ 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.

Fokuserings-problemstillinger

■ Strømningsmodellering

■ Friksjonsstudium

■ Bergartsmekanikk

■ Kompabilitet med boreteknikk og verktøy

Verktøy forprosjektering

■ Roterende boremodus

■ Glidende modus

■ Kveilrør

■ Forlengingsrør-boring

Strømningsstudium

Fra fig. 20 og fig. 21 og. 16 fremgår det et strømningsstudium knyttet til borkakstransport der partikkelhastighet (m/s) fremgår.

Resultater av

strømningsstudium

■ 4 x høyere fluidhastighet

nedenfor borerøret i den

horisontale seksjon

■ Fordeler

■ Forbedret brønn-rengjøring

■ Mindre avsatt borkaks og mindre bevegelsesmotstand og dreiemoment

■ Valgmuligheter

■ Tillater redusert strømningsmengde

for redusert ECD

■ Tillater større borerør for økte

mekaniske egenskaper

■ Se fig. 16 og 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.

Fig. 1717 viser Økt trykktap - Økt energitap - Forbedret rengjøring Hovedfordeler

Fordeler ved "riflebrønn"-boreteknologi

> Redusert ECD på brunn av økt ringromsareal

> Redusert samlet borehullsfriksjon og redusert veggkontakt

> Forbedret hullrengjøring på grunn av rotasjonsstrømningsregime

> Økt brønnboringsstabilitet på grunn av redusert slamkakeskade

> Redusert differansetrykkfastsuging og vibrasjonsfare (VSS)

> Forenkle kjøring av foringsrøret

> Mindre invasjonssone og formasjonsskade

> Lavere trykkøkning/trykksenkings-effekt og høyere innkjøring/uttrekkings-hastighet i tynne hull

Se fig. 3 og fig. 22.

"Enkelt" konsept

Kompatibelt med boreinfrastruktur.

Se fig. 3 og fig. 22.

Riflebrønn-borekonsept (fase 1)

"Riflemaskinen" vil bli designet for:

■ Glidende borestreng

■ Stigning av spiralene styres fra overflaten

■ Borkrone roteres med PDM

■ Roterende borestreng

■ Stigning av spiralene dannes automatisk

■ Borkrone roteres av borestrengen

■Fig. 7

Riflebrønn-borekonsept (fase 2)

"Riflemaskinen" vil bli designet for:

Fritt-roterende borestreng

■ Borestrengen er "frigjort" fra BHA-en ved hjelp av en svivel

■ Mulighet for langsom rotasjon av borestrengen og redusert

slitasje i ERD-brønner

■ Riflemaskinen vil bli rotert av borkronens reaktive dreiemoment

■ Stigning av spiralene dannes automatisk

■ Fig. 6

Riflebrønn kan hjelpe

foringsrør/forlengingsrør boring

■ Opphentbar som en del av BHA-en

■ Forbedrede mekaniske betingelser, mindre dreiemoment og utmatting

■ Redusert differansetrykk-fastsuging

■ Mindre ECD

■ Rifleverktøy kan også brukes som en underrømmer

■ Mindre påkrevet dreiemoment sammenlignet med passive rømmere

■ Lavere påkrevet rotasjon, mindre dreiemoment og utmatting

■ Fig. 8

■

I det følgende vises det til figurene 6, 7 og 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;

midler for rotering av huset med en styrt rotasjonshastighet;

midler for mating av huset 2 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.

Midlene for fjerning av materiale kan inkludere partikkel-blåsedyser.

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.

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.

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.

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.

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.

Huset 2 kan inkludere flere freser 5 på siden av huset 2. Fire freser 5 kan f.eks. brukes.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (8)

1. Anordning for fresing av en helisk rifle i en brønnboring med en brønn-boringsvegg, omfattende energitilførte drivende midler for å drive minst én rotasjonssidefres (5) drevet i rotasjon ved nevnte drivende midler og midler for å mate et hus (2) med en styrt mengde av fremoverbevegelse i nevnte brønnboring,karakterisert ved: at de drivende midler er lokalisert i huset (2) for å drive den minst ene rotasjonssidefres (5); huset (2) innbefatter en fremre ende tilpasset for å vende i retningen av brønnboringen, og sider (13) tilpasset for å vende mot brønnboringsveggen og den minst ene rotasjonssidefres (5) er plassert på siden av huset (2) for fjerning av materiale fra nevnte brønnboringsvegg; midler for å rotere huset (2) med en styrt rotasjonshastighet; og hvorved midlene for å mate huset (2) med en styrt mengde av fremoverbevegelse i forhold til brønnboringsveggen, midlene for å rotere huset (2) med en styrt rotasjonshastighet, og de drivende midlene lokalisert i huset (2) for å drive den minst ene rotasjonssidefres (5), er tilpasset for å drives samtidig for fresing av den heliske riflen.

2. Anordning som angitt i krav 1, hvor midlene for rotering av huset (2) med en styrt rotasjonshastighet inkluderer midler for rotering av en borestreng (6) festet ved en bakre ende av huset (2).

3. Anordning som angitt krav 1, hvor den minst ene rotasjonssidefres (5) for fjerning av materiale er skråstilt i forhold til brønnboringens vegg for tilveiebringelse av en foroverrettet bevegelse og en roterende bevegelse av huset (2) i brønn-boringen under fresing av den heliske rifle.

4. Anordning som angitt i krav 1, hvor huset (2) inkluderer en første og en annen del og hvor i det minste den første del inkluderer den minst ene rotasjonssidefres (5) og den annen del er glidende festet til den første del og inkluderer midler for forankring av anordningen til brønnboringens vegg og apparatet inkluderer en mekanisme for tilveiebringelse av en samtidig rotering og foroverrettet bevegelse i en målerlarvebevegelse.

5. Anordning som angitt i krav 1, hvor i huset (2) inkluderer flere freser (5) på siden av huset (2).

6. Anordning som angitt i krav 1, hvor huset (2) videre inkluderer en borkrone (14) ved enden av huset (2) vendende i retning av brønnboringen for boring av brønnboringen.

7. Anordning som angitt i krav 1, videre inkluderende sensorer for overvåking av rotasjon og foroverrettet bevegelse i forhold til brønnboringen.

8. Anordning som angitt i krav 2, hvor huset (2) inkluderer minst én aktuator for aktuering av den minst ene fres (5) mellom en utstrukket driftsposisjon og en inntrukket posisjon.