NO333715B1 - Styrbar hullutvider/stabilisatorenhet og fremgangsmate - Google Patents

Abstract

Hullenhet som omfatter en borkrone, en stabilisert hullutviderenhet beliggende bak borkronen, og en boreenhet. En fremgangsmåte for å bore i en formasjon omfatter anbringelse av en stabilisert hullutviderenhet bak borkronen, anbringelse av en boreenhet bak den stabiliserte hullutviderenheten og rotasjon av borkronen og den stabiliserte hullutviderenheten med boreenheten. En stabilisert hullutvider beliggende mellom en retningsboreenhet og en borkrone omfatter i det minste én armenhet som forløper fra den stabiliserte hullutviderenheten, idet armenheten omfatter et stabilisatorparti og en hullutvider-skjærestruktur.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Underjordiske boreoperasjoner utføres ofte for å bestemme (utforske) eller å finne (produsere) underjordiske hydrokarbonforekomster. De fleste av disse operasjoner omfatter en offshore eller landbasert borerigg for å drive flere sammenkoblede borerør kjent som en borestreng. Store motorer på overflaten av boreriggen bevirker dreiemoment og rotasjon av borestrengen, og vekten av borestrengkompo-nentene bevirker en aksial kraft nedover. På den nedre enden av borestrengen er montert en samling av boreutstyr kjent for fagfolk på området som en nedihulls sammenstilling. Typisk kan nedihulls sammenstillingen omfatte en eller flere borkroner, et vektrør, en stabilisator, en opprømmer, en slammotor, et roterende styreverktøy, følere for måling under boring og enhver annen anordning som anvendes ved underjordisk boring.

Mens de fleste boreoperasjoner begynner som vertikale boreoperasjoner, går ofte borehullet som bores ikke i en vertikal bane i hele dybden. Ofte vil endringer i den underjordiske formasjonen bestemme endringer av banen, ettersom borestrengen har en naturlig tendens til å følge den banen som gir minst motstand. Dersom det f.eks. påtreffes en lomme med en formasjon som er lettere å bore, vil nedihulls sammenstillingen og den fastgjorte borestrengen naturlig avbøyes og fortsette inn i denne mykere formasjonen i stedet for i den harde formasjonen. Mens de er for-holdsvis lite bøyelige i korte lengder, blir borestrengen og nedihulls sammenstil-lingkomponentene noe bøyeligere i større lengder. Ettersom avvik for borehull-banen normalt angis som graden av vinkelendring pr. 100 fot, kan avviket for borehullet være usynlig for det blotte øyet. I avstander på mer enn flere tusen fot kan imidlertid avviket være betydelig.

Mange borehullbaner omfatter idag fortrinnsvis planlagte borehullawik. For eksempel i formasjoner der produksjonssonen omfatter en horisontal sprekk, kan boring av en enkelt avviksboring horisontalt gjennom denne sprekken gi en mere effektiv produksjon enn flere vertikale boringer. I noen tilfeller er det dessuten ønskelig å bore en enkelt vertikal hovedboring med flere horisontale boringer avgrenet fra denne, for å komme frem til og utnytte alle hydrokarbonforekomstene i formasjonen. Det har derfor vært brukt betydelig tid og ressurser for å utvikle og optimalisere mulighetene for retningsboring.

Typiske retningsboreopplegg omfatter forskjellige mekanismer og anordninger i nedihulls sammenstillingen for selektivt å avbøye borestrengen fra dens opprinne-lige bane. En tidlig utvikling på området retningsboring omfattet anvendelsen av en slammotor med positiv fortrengning i kombinasjon med en bøyd husanordning i nedihulls sammenstillingen. Ved standard borepraksis roteres borestrengen fra overflaten for å utøve dreiemoment mot borkronen under denne. Med en slammotor fastgjort til nedihulls sammenstillingen kan dreiemoment utøves mot borkronen fra denne, for derved å eliminere behovet for å rotere borestrengen fra overflaten. En slammotor med positiv fortrengning er en anordning for å omdanne energien i høytrykks-borefluidet til mekanisk rotasjonsenergi ved borkronen. Alternativt kan en slammotor av turbintypen benyttes for å omdanne energi i høytrykks-borefluidet til mekanisk rotasjonsenergi. Ved de fleste boreoperasjoner pumpes fluider kjent som boreslam eller borefluider ned til borkronen gjennom en boring i borestrengen, der fluidene anvendes for å rengjøre, smøre og kjøle skjæreflatene på borkronen. Etter at de forlater borkronen returneres de brukte borefluidene til overflaten (og fører med seg borkaks fra formasjonen) langs ringrommet dannet mellom borehullet og den ytre profilen til borestrengen. En slammotor med positiv fortrengning benytter typisk en helisk stator fastgjort til den nedre enden av borestrengen, med en tilsvarende helisk rotor innført i denne og forbundet med resten av nedihulls sammenstillingen under denne via drivakselen til slammotoren. Trykksatte borefluider som strømmer gjennom boringen i borestrengen treffer statoren og rotoren og danner derved et resulterende dreiemoment for rotoren, som i sin tur overføres til borkronen under denne.

Når en slammotor anvendes er det således ikke nødvendig å rotere borestrengen for å bore borehullet. I stedet glir borestrengen stadig dypere ned i brønnboringen etter hvert som borkronen trenger ned i formasjonen. For å muliggjøre retningsboring med en slammotor kobles et bøyd hus til nedihulls sammenstillingen. Et bøyd hus ser ut som en ordinær seksjon av nedihulls sammenstillingen, med det unntak at den omfatter en bøy med liten vinkel. Det bøyde huset kan være en separat komponent fastgjort over slammotoren (dvs. en bøyd enhet), eller det kan være et parti av selve motorhuset. Ved bruk av forskjellige måleanordninger i nedihulls sammenstillingen kan en boreoperatør på overflaten bestemme i hvilken retning bøyen i det bøyde huset er rettet. Boreoperatøren dreier deretter borestrengen inntil bøyen er i retning av en ønsket avviksbane, og rotasjonen av borestrengen stanses. Boreoperatøren aktiverer deretter slammotoren, og awiks-borehullet bores, mens borestrengen føres ned uten rotasjon i borehullet (dvs. glir) etter nedihulls sammenstillingen, bare ved bruk av slammotoren for å drive borkronen. Når den ønskede retningsendring er fullført roterer boreoperasjonen hele borestrengen kontinuerlig slik at retningstendensen til det bøyde huset opphører, slik at borkronen kan bore i en hovedsakelig rett bane. Når en endring av banen på nytt er ønskelig, stanses den kontinuerlige rotasjonen av borestrengen, nedihulls sammenstillingen orienteres på nytt i ønsket retning, og boring fortsetter med nedføring av nedihulls sammenstillingen.

En ulempe med retningsboring med en slammotor og et bøyd hus er at bøyen kan bevirke store sidebelastninger på borkronen, særlig når systemet starter en retningsendring fra et rett hull, eller når det roteres i et rett hull. De høye sidebelastninger kan bevirke stor slitasje på borkronen og en grov veggoverflate i brønn-boringen.

En annen ulempe med retningsboring med en slammotor og et bøyd hus oppstår når borestrengrotasjonen stanses og fremdriften av nedihulls sammenstillingen fortsetter med slammotoren med positiv fortrengning. Under slike perioder glir borestrengen videre inn i borehullet etter hvert som det bores, og drar ikke for-delen av rotasjon for å hindre at den fastkjøres i formasjonen. Særlig medfører slike operasjoner øket fare for at borestrengen vil fastkjøres i borehullet og krever en kostbar "fiskeoperasjon" for å gjenvinne borestrengen og nedihulls sammenstillingen. Når borestrengen og nedihulls sammenstillingen er fisket ut føres anordningen på nytt ned i borehullet, der fastkjøring igjen kan bli et problem dersom borehullet på nytt avbøyes og borestrengrotasjonen stanses. En annen ulempe med boring uten rotasjon er dessuten at den effektive friksjonskoeffisienten er høyere og gjør det vanskeligere å drive borestrengen inn i brønnboringen. Dette medfører en lavere inntrengningsrate enn ved rotasjon, og kan minske den lengden som brønnboringen kan bores horisontalt fra boreriggen.

I de senere år har det som et forsøk på å løse problemer knyttet til boring uten rotasjon blitt utviklet styrbare rotasjonssystemer. I et styrbart rotasjonssystem avbøyes banen til nedihulls sammenstillingen mens borestrengen fortsetter å rotere. Styrbare rotasjonssystemer er generelt inndelt i to typer, systemer for å skyve borkronen og systemer for å innrette borkronen. I et styrbart rotasjonssystem for å skyve borkronen rager en gruppe ekspanderbare skyveklosser sideveis fra nedihulls sammenstillingen for å skyve og drive borestrengen inn i en ønsket bane. Et eksempel på et slikt system er beskrevet i US 5 168 941. For at dette skal inntreffe mens borestrengen roteres rager de ekspanderbare skyvere fra hva som er kjent som et geostasjonært parti av boreenheten. Geostasjonære komponenter roterer ikke i forhold til formasjonen mens resten av borestrengen roteres. Mens det geostasjonære partiet holdes i en hovedsakelig konstant orien-tering, kan operatøren på overflaten lede resten av nedihulls sammenstillingen inn i en ønsket bane i forhold til posisjonen til det geostasjonære partiet med de ekspanderbare skyvere. Et alternativt styrbart rotasjonssystem for skyving av borkronen er beskrevet i US 5 520 255, i hvilket sideveise skyveklosser er montert på et element som er forbundet med og roterer med samme hastighet som resten av nedihulls sammenstillingen og borestrengen. Klossene drives syklisk, styrt av en styremodul med en geostasjonær referanse, for å frembringe en netto sidekraft som hovedsakelig er i den ønskede retning.

Derimot omfatter et styrbart rotasjonssystem for å innrette borkronen en leddet orienteringsenhet inne i enheten, for å rette resten av nedihulls sammenstillingen inn i en ønsket bane. Eksempler på et slikt system er beskrevet i US 6 092 610 og 5 875 859. Som for et styrbart rotasjonssystem for å skyve borkronen befinner orienteringsenheten i systemet for å innrette borkronen enten på en geostasjonær krave eller har enten et mekanisk eller elektronisk geostasjonært referanseplan, slik at operatøren vet hvilken retning banen til nedihulls sammenstillingen vil følge. I stedet for en gruppe sideveis bevegelige skyvere omfatter et styrbart rotasjonssystem for innretting av borkronen hydrauliske eller mekaniske aktivatorer for å innrette den leddede orienteringsenheten i den ønskede banen. Mens det finnes forskjellige avbøyningsmekanismer, er det som er felles for alle systemer for innretting av borkronen at de danner en avbøyningsvinkel mellom den nedre enden av systemet i forhold til aksen til resten av nedihulls sammenstillingen. Mens systemer for innretting av borkronen og skyving av borkronen er beskrevet med hensyn til deres evne til å avbøye nedihulls sammenstillingen uten å stanse rotasjonen av borestrengen, vil det forstås at de også kan omfatte slammotorer med positiv fortrengning for å øke rotasjonshastigheten som borkronen drives med.

I forskjellige formasjoner er det dessuten fordelaktig at nedihulls sammenstillingen omfatter en pilotborkrone og en hullutvider for å bore en boring med full dimensjon i stedet for en enkelt borkrone. I en slik enhet befinner pilotborkronen med minsket dimensjon seg på enden av nedihulls sammenstillingen og benyttes for å bore en pilotboring som er mindre enn den endelige diameteren til borehullet. En hullutvider, eller hullåpner, befinner seg etter pilotborkronen, der den benyttes for å utvide pilotboringen til ønsket diameter. Hullutvideren må typisk passere gjennom foringsrør som er anbrakt i den foregående seksjonen av brønnboringen. Etter passering av foringsrøret ekspanderes hullutvideren under foringsrøret for å utvide brønnboringen.

Det har vært foreslått forskjellige systemer for retningsboring av underjordiske borehull ved bruk av en nedihulls sammenstilling som omfatter både en borkrone og en hullutviderenhet. Særlig beskriver US 5 060 736 en slik nedihulls sammenstilling. Med henvisning først til fig. 1 er det vist en nedihulls sammenstilling 100 i henhold til dette patentet. Nærmere bestemt er nedihulls sammenstillingen 100 vist under dannelse av et borehull 102 i en underjordisk formasjon 104. Nedihulls sammenstillingen 100 vist i patentet omfatter en pilotborkrone 106, en hullutvider 108 av rullekonustypen og en boreenhet 110. Som vist i fig. 1 borer boreenheten 110 i formasjonen 104 ved bruk av en slammotor med positiv fortrengning for å drive en mekanisme 112 og et bøyd hus for en retningsmekanisme 114.

Videre beskriver US 6 059 051 alternative nedihulls sammenstillinger. Med henvisning til fig. 2 er en nedihulls sammenstilling 150 vist ved boring av et bore hull 152 i en underjordisk formasjon 154. Nedihulls sammenstillingen 150 i fig. 2 omfatteren pilotborkrone 156, en første stabilisator 158, en hullutvider 160 av rullekonustypen og en boreenhet 162, i den viste rekkefølge. Som i fig. 1 omfatter boreenheten 162 i fig. 2 en retningsmekanisme 164 med bøyd hus og en slammotor 166 for retningsboring av borehullet 102 med pilotborkronen 156 og hullutvideren 160. Eventuelt kan en andre stabilisator 168 inngå i nedihulls sammenstillingen 150 og befinne seg over (vist) eller under boreenheten 162. Dersom den finnes kan videre den andre stabilisatoren 168 være enten en fast eller ekspanderbar stabilisator. Den første stabilisatoren 158 kan være fast eller roterbar i forhold til formasjonen 154.

Med henvisning til fig. 3 er det vist en alternativ nedihulls sammenstilling 200 i henhold til US 6 059 051, ved boring av et borehull 202 i en underjordisk formasjon 204. Nedihulls sammenstillingen 200 omfatter en pilotborkrone 206, en hullutvider 208 av rullekonustypen, en ekspanderbar stabilisator 210, en boreen-

het 212 og en andre stabilisator 214. Som tidligere er det vist at boreenheten 212 omfatter en retningsmekanisme 216 med bøyd hus og en slammotor 218 med positiv fortrengning. Videre beskriver patentet at en andre stabilisator 214 kan befinne seg over (vist) eller under boreenheten 212.

US 6 470 977 og 6 848 518 beskriver en annen nedihulls sammenstilling. Med henvisning til fig. 4 er det vist en nedihulls sammenstilling 250 i henhold til disse patenter ved boring av et borehull 252 i en underjordisk formasjon 254. Nedihulls sammenstillingen 250 i fig. 4 omfatter en pilotborkrone 256 som har et dimensjonerende parti 258, en hullutvider 260 av radialstempeltype og en boreenhet 262 som omfatter en slammotor 264 med positiv fortrengning og en retningsmekanisme 266 med bøyd hus. Videre er dimensjoneringspartiet 258 beskrevet i pat-entene slik at den har den samme diameteren som pilotborkronen 264 og en aksial lengde på i det minste 75% av diameteren.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelse medfører fordeler i forhold kjent teknikk på området retningsboring.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en nedihulls sammenstilling for å bore i en formasjon, idet nedihulls sammenstillingen omfatter: en borkrone, en boreenhet som omfatter en drivmekanisme og en retningsmekanisme, en stabilisert hullutviderenhet beliggende mellom borkronen og boreenheten; og i det minste én armenhet som rager fra den stabiliserte hullutviderenheten, kjennetegnet ved at armenheten omfatter et stabilisatorparti og en hullutvider-skjærestruktur.

Foretrukne utførelsesformer av nedihulls sammenstillingen er utdypet i kravene 2 t.o.m. 11.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås videre ved en fremgangsmåte for boring av en formasjon, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter: anbringelse av en stabilisert hullutviderenhet bak en borkrone, hvor i det minste en armenhet i stabilisatoren heten omfatteren hullutvider-skjærestruktur og et stabilisatorparti; anbringelse av en boreenhet bak den stabiliserte hullutviderenheten; rotasjon av borkronen og den stabiliserte hullutviderenheten med boreenheten for å trenge ned i formasjonen; og innretting av en bane for borkronen og den stabiliserte hullutviderenheten med en retningsmekanisme i boreenheten.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 13 t.o.m. 21.

En nedihulls sammenstilling for å bore i en formasjon kan omfatte en borkrone, en boreenhet som omfatter en drivmekanisme og en retningsmekanisme, og en stabilisert hullutviderenhet beliggende mellom borkronen og boreenheten. Fortrinnsvis forløper i det minste en armenhet fra den stabiliserte hullutviderenheten, idet armenheten omfatter et stabilisatorparti og en hullutvider-skjærestruktur.

En fremgangsmåte for å bore i en formasjon kan omfatte anbringelse av en stabilisert hullutviderenhet bak borkronen, anbringelse av en boreenhet bak den stabiliserte hullutviderenheten og rotasjon av borkronen og den stabiliserte hullutvider enheten med boreenheten for inntrengning i formasjonen. Fortrinnsvis omfatter i det minste en armenhet i stabilisatorenheten en hullutvider-skjærestruktur og et stabilisatorparti. Videre omfatter fortrinnsvis fremgangsmåten innretting av en bane for borkronen og den stabiliserte hullutviderenheten med en retningsmekanisme i boreenheten.

En stabilisert hullutvider beliggende mellom en retningsboreenhet og en borkrone kan omfatte i det minste en armenhet som forløper fra den stabiliserte hullutviderenheten, idet armenheten omfatter et stabilisatorparti og en hullutvider-skjærestruktur. Den stabiliserte hullutvideren omfatter også fortrinnsvis i det minste en aksial utsparing, idet flere skrådde kanaler er utformet i veggen til denne i det minste ene aksiale utsparingen. Fortrinnsvis beveges den i det minste ene armenheten langs de mange skrådde kanaler mellom en inntrukket stilling og en ekspandert stilling.

En fremgangsmåte for å bore et borehull kan omfatte anbringelse av en borkrone og en stabilisert hullutvider på en ytre ende av en borestreng, anbringelse av en boreenhet bak den stabiliserte hullutvideren, boring av en pilotboring med borkronen og boreenheten, utvidelse av pilotboringen med hullutviderskjærerne på den stabiliserte hullutvideren og stabilisering av borkronen med stabilisatorklosser på den stabiliserte hullutvideren.

Kortfattet forklaring av tegningene

Fig. 1 viser skjematisk en første nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til kjent teknikk. Fig. 2 viser skjematisk en andre nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til kjent teknikk. Fig. 3 viser skjematisk en tredje nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til kjent teknikk. Fig. 4 viser skjematisk en fjerde nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til kjent teknikk. Fig. 5 viser skjematisk en nedihulls sammenstilling som omfatter en stabilisert hullutvider i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er en profiltegning av en armenhet i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 7 viser skjematisk en nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 8 viser skjematisk en nedihulls sammenstilling til bruk ved retningsboring i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

Utførelser av oppfinnelsen angår generelt en boreenhet til bruk ved underjordisk boring. Nærmere bestemt angår visse utførelser en nedihulls sammenstilling som omfatter en stabilisert hullutvider beliggende mellom en borkrone og en retningsboreenhet. I noen utførelser omfatter boreenheten en styrbar rotasjon sen het, og i andre utførelser omfatter boreenheten en slammotor nede i hullet. Videre, i visse utførelser, er en ekspanderbar stabilisator anbrakt over eller på retningsboreen-heten.

Med henvisning til fig. 5 er det vist en nedihulls sammenstilling som beskrevet i US 6 732 817, som den foreliggende søknad er basert på og som inntas her med referanse. Nærmere bestemt er det vist en nedihulls sammenstilling 300 ved boring av et borehull 302 i en underjordisk formasjon 304. Nedihulls sammenstillingen 300 omfatter en pilotborkrone 306, en ekspanderbar opprømmer 308 og en ekspanderbar stabilisator 310. Den ekspanderbare opprømmeren 308 som er vist omfatter flere utførbare armenheter 312 som hver er utformet til å føres ut fra og tilbakeføres inn i opprømmeren 308 ved forskyvning. Armenhetene 312 vist i fig. 5 omfatter hullutviderskjærere 312, et stabilisatorparti 316 og eventuelt tilbakeopprømmer-skjærere 318. Armenhetene 312 er utformet til å beveges på langs og tvers av borehullet 302, mens skjæreelementer 320 skraper formasjonen 304 for å utvide en pilotboring 322 til et utvidet borehull 302.

Når armenhetene 312 er i glidende anlegg mot formasjonen 304, anvender ikke skjærerne 314, 318 og stabilisatorpartiet 316 i fig. 5 rullekonusmekanismer for å stabilisere og utvide pilotboringene til ønsket dimensjon. Rullekonushullutviderne (f.eks. 108,160, 208, 260 i fig. 1 - 4) danner anlegg mot hullveggen med de dimensjonerende tenner, og har derfor en overveiende sideskjærevirkning, i motsetning til en stabiliserende virkning. For en nedihulls sammenstilling som utfører retningsendringer ved bruk av et bøyd element for å oppå den ønskede retnings-responsen er det nødvendig at det er et svingepunkt tilknyttet bøyen. I et retnings-boresystem kan et svingepunkt defineres som et element som understøtter en be-lastning mot borehullveggen i én retning, for å tvinge borkronen mot borehullveggen i den motsatte retningen. Et dreiepunktelement må derfor ha evne til å oppta en høy sidebelastning. Dreiepunktelementet bør ha en overveiende stabiliserende virkning, i motsetning til en sideskjærevirkning.

Derimot fungerer en rullekonushullutvider ikke godt som et dreiepunkt eller stabili-seringspunkt, ettersom de høye sidebelastninger driver konustennene på hullutvideren dypere inn i borehullformasjonen enn ønskelig. Jo mere en opprømmer skjærer sideveis inn i borehullveggen i en retning, desto mindre er den i stand til å drive borkronen forover for å skjære inn i borehullveggen i den motsatte retningen. En borkrone forbundet med en rullekonushullutvider oppnår ikke pålitelig den ønskede banen. Ved å virke som et dreiepunkt påvirker betydelige belastninger rullekonuser og kan føre til at de svikter og slites ut for tidlig.

I motsetning til hullutvidere av rullekonustypen omfatter armenhetene 312 i fig. 5 både hullutviderskjærere 314 og stabilisatorpartier 316 nær hverandre. Videre er stabilisatorpartiene 316 konstruert med tilstrekkelig aksial lengde langs en akse i nedihulls sammenstillingen 300 til at det oppstår et betydelig kontaktareal mellom stabilisatorpartiene 316 og borehullet 302. Mens rullekonushullutvidere har relativt små kontaktarealer mot formasjonen, danner fordelaktig stabilisatorpartiene 316 kontakt med formasjonen 304 langs mange centimeter aksial lengde (og følgelig mange kvadratcentimeter kontaktareal) for å hindre at de graver seg inn i borehullveggen. Ved å anbringe stabilisatorpartiene 316 på den samme armen som hullutviderskjærerne kan dessuten stabilisatorpartiene 316 effektivt begrense dybden for skjæring med hullutviderskjærerne 314. I tidligere systemer som beskrevet ovenfor kan en separat hullutvider som beveges flere desimeter bak en stabilisator nær borkronen, med et retningsverktøy etter denne, drive hullutvideren for langt inn i hullveggen, og resultere i for høyt dreiemoment, vibrasjoner og for tidlig slitasje på borkronen.

Dessuten kan den stabiliserte hullutvideren 308 og borkronen 306 være konstruert som en enkelt komponent, idet armenhetene 312 befinner seg så nær skjærestrukturen på borkronen 306 som mulig. Et eksempel på en slik anordning er beskrevet i US patentsøknad 11/334 195 (fullmektigreferanse nr. 05516.264001) med tittelen "Drilling and Hole Enlargement Device" innlevert 18. januar 2005 av oppfinnerne John Campbell, Charles Dewey, Lance Underwood og Ronald Smith, og som inntas i sin helhet med referanse. Nærmere bestemt, ved bruk av en slik enhetlig konstruksjon, kan armenhetene 312 plasseres aksialt innenfor en til fem ganger skjærediameteren til skjærestrukturen på borkronen 306. Når det gjelder denne posisjonen er distansen målt mellom den fremre kanten på borkronen 306 og den fremre kanten på armenheten 312 når den er i tilbakeført stilling.

Med henvisning til fig. 6 er det vist en armenhet 350 i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelsen. Armenheten 350 er utformet til å føres ut fra og trekkes inn i en aksial utsparing (ikke vist) beliggende inne i hoveddelen til en stabilisert hullutvider (f.eks. 308 i fig. 5). Armenheten 350 omfatter en hullutvider-skjærestruktur 352, et stabilisatorparti 354 og en eventuell tilbakeopprømmer-skjærestruktur 356. Skjærestrukturene 352, 356 omfatter flere herdede skjæreelementer 358 anordnet slik at formasjonen skjæres når armenheten 350 roteres tangentialt mot denne. Mens armenheten 350 er vist med et forhold mellom hullutviderskjærerne 352, stabilisatorpartiet 354 og tilbakeopprømmerskjærerne 356, vil det forstås at dette forholdet kan varieres. Nærmere bestemt kan det i visse formasjoner være fordelaktig å fjerne tilbakeopprømmerskjærestrukturen 356, slik at enten stabilisatorpartiet 354, et parti av hullutviderskjærerne 352 eller begge disse kan være aksialt forlenget.

Fortrinnsvis er skjæreelementene 358 fremstilt av termisk stabil, polykrystallinsk diamant, men andre harde substanser (f.eks. ikke-termisk stabil PDC, CBN, wolframkarbid eller andre) som er kjent for fagfolk på området kan anvendes. Tilsvarende omfatter stabilisatorpartiet 354 flere harde elementer 360 for å fremme stabiliseringen av armenheten 350 mot formasjonen. De harde elementer 360 kan være hvilke som helst herdede, slitasjebestandige materialer som er kjent for fagfolk på området, men de er typisk fremstilt som wolframkarbid-innsatser. Alternativt kan sveisede, loddede eller plasmasprøytede, harde metallbelegg påføres på stabilisatorpartiet 354 i en armenhet 350. Sidene av armenheten 350 omfatter flere skrådde kanaler 362, gjennom hvilke armenhetene 350 innføres og tilbake-føres i aksiale utsparinger i en stabilisert hullutvider (308 i fig. 5). Tilsvarende skrådde kanaler utformet i veggene til de aksiale utsparinger danner anlegg mot skrådde kanaler 362 og bidrar til å føre armenheten 350 ut av en aksial utsparing ved skyving i retningen P. Som beskrevet i patentsøknad nr. 11/334 195 som er inntatt med referanse, kan andre skrådde kanaler anvendes på andre steder av armenheten 350, slik at stabilisatorpartiet 354 rager inn i formasjonen etter hull-utviderpartiet 352.

Med henvisning til fig. 7 er det vist en nedihulls sammenstilling 400 i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Nedihulls sammenstillingen 400 er vist under boring av et borehull 402 i en formasjon 404, på en ytre ende av en borestreng 405, og omfatter en borkrone 406, en stabilisert hullutvider 408 og en boreenhet 410. Boreenheten 410 er vist med en slammotor 412 med positiv fortrengning for en drivmekanisme og et bøyd hus 414 for en retningsmekanisme. En ekspanderbar stabilisator 416 befinner seg eventuelt over (vist) eller på boreenheten 410. Den stabiliserte hullutvideren 408 omfatter i det minste én armenhet 418, idet hver armenhet kan omfatte en hullutvider-skjærestruktur 420, et stabilisatorparti 422 og eventuelt en tilbakeopprømmer-skjærestruktur 424. Borkronen 406 og den stabiliserte hullutvideren 408 roteres samtidig, enten av slammotoren 412 med positiv fortrengning eller av borestrengen 405. Når den roteres av slammotoren 412 med positiv fortrengning borer borkronen 406 og den stabiliserte hullutvideren 408 et borehull 402 med full dimensjon i en avviksbane relatert til orienteringen og størrelsen av en bøy i det bøyde huset 414. Når et rett hull er ønskelig, roteres borkronen 406 og den stabiliserte hullutvideren 408 av borestrengen 405, slik at virkningene av det bøyde huset 414 elimineres. Armenhetene 418 i den stabiliserte hullutvideren 408 stabiliserer samtidig borkronen 406 og utvider en pilotboring 426 dannet av borkronen 406 til et borehull 402 med full dimensjon.

Fordi armenhetene 418 har stabilisatorpartier 422 i tillegg til hullutvider-skjærestrukturen 420, kan den stabiliserte hullutvideren 408 stabilisere nedihulls sammenstillingen 400 og formasjonen 404. Videre er armenheter 418 som kan danne anlegg ved forskyvning betydelig sterkere og mere robuste enn hengsel-fastgjorte armer i henhold til kjent teknikk. Ved å integrere hullutvider-skjærestrukturen 420 i stabilisatorpartiet 422 skjer stabilisatorvirkningen så nær skjærevirkningen som mulig, og hullutvider-skjærestrukturen 420 beskyttes mot sideveise vibrasjoner. Videre muliggjør integrering av stabilisatorpartiet 422 i hullutvider-skjærestrukturen 420 at stabilisatorklosser hovedsakelig kan ha full dimensjon, for derved å eliminere sideveis klaring og mulighet for sideveis beveg-else og vibrasjoner. Stabilisatorpartiet 422 hindrer hullutvider-skjærestruk-

turen 420 i å skjære for dypt inn i formasjonen, og beskytter skjærestrukturen 420 og minsker sleng.

Ved bruk av en stabilisert hullutvider i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelsen kan et styrbart rotasjonssystem for innretting av borkronen benyttes ved hullutvidelse ved retningsboreoperasjoner, idet hullutvidelsen skjer innen noen få desimeter av pilotborkronen. Med henvisning til fig. 8 er det vist en nedihulls sammenstilling 500 ved boring av et borehull 502 i en formasjon 504 på en ytre ende av en borestreng 505. Nedihulls sammenstillingen 500 omfatter en borkrone 506, en stabilisert hullutvider 508 og en boreenhet 510. Boreenheten er en retningsenhet av typen for innretting av borkronen som omfatter et geostasjonært ledd 512 (dvs. som er utformet til å holdes i en fast posisjon i forhold til formasjonen 504 når borestrengen 505 roteres). Borestrengen 505 virker derfor som en drivmekanisme, og leddet 512 virker som retningsmekanismen for boreen-

heten 501.

Som for den stabiliserte hullutvideren 408 i fig. 4 omfatter den stabiliserte hullutvideren 508 i fig. 5 i det minste én armenhet 514 som omfatter en hullutvider-skjærestruktur 516 og et stabilisatorparti 518. Eventuelt kan det også finnes en tilbakeopprømmer-skjærestruktur 520. Det integrerte stabilisatorpartiet 518 nær hullutvider-skjærestrukturen 516 gir den beste mulighet til å minske sideveise vibrasjoner og sleng som ellers ville skade leddet 512 i boreenheten 501 med styrbart rotasjonssystem. Videre kan en eventuell ekspanderbar stabilisator 522 være anbrakt i nedihulls sammenstillingen 500 over (vist) eller på boreen-

heten 510.

Fordelaktig oppviser visse utførelser av den foreliggende oppfinnelsen minskede sideveise vibrasjoner og sleng, slik at følsomme komponenter i det styrbare rotasjonssystemet beskyttes mere effektivt. Dessuten muliggjør visse utførelser av den foreliggende oppfinnelsen andre forbedringer i forhold til tidligere kjente systemer som anvender dobbeltsentrerte borkroner, ved at sideveise vibrasjoner bevirket av ubalanse i massen unngås.

Mens visse geometrier og materialer for en stabilisert hullutvider i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er vist, vil fagfolk på området innse at andre geometrier og/eller andre materialer kan benyttes. Videre som angitt ovenfor, muliggjør utvalgte utførelser av den foreliggende oppfinnelsen at en nedihulls sammenstilling kan fremstilles og benyttes for å muliggjøre retningsboring med øket stabilitet.

Mens foretrukne utførelser av denne oppfinnelsen er vist og beskrevet, kan modifikasjoner av denne gjøres av fagfolk på området uten å avvike fra idéen ved denne oppfinnelsen. Utførelsene som er beskrevet her er bare eksempler og ikke be-grensende. Mange variasjoner og modifikasjoner av systemet og anordningen er mulig og ligger innen rammen av oppfinnelsen. Følgelig er beskyttelsesomfanget ikke begrenset til de utførelser som er beskrevet, men er bare begrenset av de etterfølgende patentkrav, idet omfanget av disse skal omfatte alle ekvivalenter av det som er angitt i patentkravene.

Claims (21)

1. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) for å bore i en formasjon, idet nedihulls sammenstillingen (300, 400, 500) omfatter: en borkrone (306, 406, 506), en boreenhet (310, 410, 510) som omfatter en drivmekanisme (412, 505) og en retningsmekanisme (414, 512), en stabilisert hullutviderenhet (308, 408, 508) beliggende mellom borkronen (306, 406, 506) og boreenheten (310,410, 510); og i det minste én armenhet som rager fra den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508),karakterisert vedat armenheten omfatter et stabilisatorparti (316, 354, 422, 518) og en hullutvider-skjærestruktur (314, 352, 420, 516).

2. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) videre omfatter: i det minste én aksial utsparing, idet flere skrådde kanaler (362) er dannet i en vegg i det minste i én aksial utsparing; og idet den i det minste ene armenheten (312, 350, 418, 514) kan beveges langs flere skrådde kanaler (362) mellom en sammentrukket stilling og ekspandert stilling.

3. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den i det minste ene armenheten (312, 350, 418, 514) beveges aksialt og radialt mellom en sammentrukket stilling og en ekspandert stilling.

4. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat drivmekanismen omfatter en slammotor (412) med positiv fortrengning.

5. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat retningsmekanismen omfatter i det minste en som er valgt fra gruppen bestående av en styrbar rotasjonsanordning (510) og et bøyd hus (414).

6. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) videre omfatter tilbakeopprømmingsskjærere (318, 356, 424, 520).

7. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) er integrert med borkronen (306, 406, 506).

8. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) befinner seg etter borkronen (306, 406, 506) i en avstand mellom én til fem ganger skjærediameteren til borkronen (306, 406, 506).

9. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat den videre omfatter en ekspanderbar stabilisatorenhet (316, 354, 416, 522) beliggende over retningsmekanismen (414, 512) i boreenheten (310, 410, 510).

10. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat hullutvider-skjærestrukturen (314, 351, 420, 516) omfatter i det minste én fra en gruppe bestående av polykrystallinske diamant-skjærere, hardmetallinnsatser og impregnert naturlig diamant.

11. Nedihulls sammenstilling (300, 400, 500) ifølge krav 1,karakterisert vedat stabilisatorpartiet (316, 354, 422, 518) på armenheten er utformet til å danne kontakt med formasjonen (304, 404, 504) etter at hullutvider-skjærestrukturen (314, 352, 420, 522) danner kontakt med formasjonen (304, 404, 504).

12. Fremgangsmåte for boring av en formasjon, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: anbringelse av en stabilisert hullutviderenhet (308, 408, 508) bak en borkrone (306, 406, 506), hvor i det minste en armenhet (312, 350, 418, 514) i stabilisatorenheten (308, 408, 508) omfatter en hullutvider-skjærestruktur (314, 352, 420, 516) og et stabilisatorparti (316, 354, 422, 518); anbringelse av en boreenhet (310, 410, 510) bak den stabiliserte hullutvideren heten (308, 408, 508); rotasjon av borkronen (306, 406, 506) og den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) med boreenheten (310, 410, 510) for å trenge ned i formasjonen (304, 404, 504); og innretting av en bane for borkronen (306, 406, 506) og den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) med en retningsmekanisme (414, 512) i boreenheten (310,410, 510).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) videre omfatter: i det minste én aksial utsparing, idet flere skrådde kanaler (362) er utformet i en vegg i den i det minste ene aksiale utsparingen; idet den i det minste ene armenheten (350, 418, 514) beveges langs de mange skrådde kanaler (362) mellom en sammentrukket stilling og en ekspandert stilling.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat den videre omfatter at den i det minste ene armenheten (350, 418, 514) beveges langs de mange skrådde kanaler (362) for å danne kontakt med formasjonen (304, 404, 504) for hullutvider-skjærestrukturen (352, 420, 516) og stabilisatorpartiet (354, 422, 518).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter at formasjonen (304, 404,

504) kommer i kontakt med hullutvider-skjærestrukturen (352, 420, 516) før formasjonen (304, 404, 504) kommer i kontakt med stabilisatorpartiet (354, 422, 518).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter: boring av pilotboring med borkronen (306, 406, 506); og utvidelse av formasjonen (304, 404, 504) med den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat retningsmekanismen (412, 512) i boreenheten (310, 410, 510) omfatter i det minste én fra gruppen bestående av en styrbar rotasjonsenhet (510), et bøyd hus (414) og et leddet element.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter stabilisering av boreenheten (310, 410, 510) med en ekspanderbar stabilisatorenhet (316, 416, 516).

19. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter montering av den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) ifølge krav 2 i en nedihulls sammenstilling (300, 400, 500).

20. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat den videre omfatter boring av et borehull, omfattende: anbringelse av en borkrone (306, 406, 506) og en stabilisert hullutviderenhet (308, 408, 508) på en ytre ende av en borestreng; boring av en pilotboring med borkronen (306, 406, 506) og boreenheten; utvidelse av pilotboringen med hullutvider-skjærestruktur (314, 352, 420, 516) på den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508); og stabilisering av borkronen (306, 406, 506) med stabilisatorklosser på den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert vedat den stabiliserte hullutviderenheten (308, 408, 508) er integrert i borkronen (306, 406, 506).