NO334262B1

NO334262B1 - Anordning ved apparat for retningsstyring av boreverktøy

Info

Publication number: NO334262B1
Application number: NO20073136A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom
Original assignee: 2TD Drilling AS
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2014-01-20
Also published as: GB201000542D0; US20100236830A1; GB2465500A; US20130146363A1; GB2465500B; US8453765B2; WO2008156375A1; NO20073136L

Description

Denne oppfinnelse vedrører anordning ved et retningsstyringsapparat for et boreverktøy. Nærmere bestemt dreier det seg om et retningsstyreapparat for et boreverktøy hvor bore verktøy ets retning under boring av et borehull styres ved hjelp av minst et styrelegeme som forskyves radialt mot borehullets vegg. Det minst ene styrelegemets forskyvning relativt retningsstyringsapparatets senterakse er innstillbar med hensyn til å styre boreverktøyet i ønsket retning og med ønsket utslag. Minst en elektrisk aktuator er via minst ett sett transmisjonselement koplet til det minst ene styrelegemet og er innrettet til å kunne forskyve det minst ene styrelegemet til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets senterakse hvor det minst ene styrelegemets relative posisjon bevirker at boreverktøyet styres i ønsket retning og med ønsket utslag.

Under boring i grunnen slik det er kjent fra blant annet petroleumsutvinning, er det ofte nødvendig å kunne styre boreverktøyet i en ønsket retning. For eksempel bores såkalte avviksbrønner med et betydelig avvik fra vertikal retning.

Under boring i grunnen er det vanlig å anvende en borekrone som er koplet til en rørstreng, idet rørstrengen og borekronen dreies om sin lengdeakse av en boreanordning på overflaten.

Ifølge kjent teknikk kan retningsstyring av boreverktøyet foretas ved å påføre borekronen en radiell kraft som er innrettet til å kunne bevirke at borekronen borer med noe utslag i ønsket retning forhold til sin senterakse. Instrumentering ved borekronen i form av minst ett av et gyroskop, et akselaerometer, eller et magnetometer, muliggjør tilbakemelding om borekronens posisjon i grunnen.

US-patentsøknad 2006/0090935 beskriver et antall legemer som er anordnet i et mellomstykke mellom borekronen og rørstrengen, og hvor legemene manøvreres ved hjelp av hydrauliske stempler. Transdusere måler de respektive stemplers posisjon, idet hydrauliske ventiler anvendes til å styre trykket mot legemene, hvorved den radielle kraften fra legemene mot borehullsveggen bevirker at borekronen styres i ønsket retning. Anordningen ifølge US 2006/0090935 er således relativt komplisert med forholdsvis mange ventiler som vil være ømfintlige og som tilføres borevæske under trykk som drivmiddel.

US 6092610 beskriver en anordning for retningsstyring av en borekrone hvor borekronens senterakse endres i forhold til nedre del av borestrengen. Videre skal det vises til US 5875859, US 2004/0262043 og US 6494272 som alle helt eller delvis anvender prinsippet med å endre borekronens vinkel relativt til det nedre partiet av borerøret.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste en av ulempene

ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Anordning ved et retningsstyringsapparat i overensstemmelse med oppfinnelsen for retningsstyring av et boreverktøy hvor boreverktøyets retning under boring styres ved hjelp av minst et styrelegeme som forskyves radialt mot borehullets vegg, og hvor det minst ene styrelegemets forskyvning relativt retningsstyringsapparatets senterakse er innstillbar med hensyn til å styre boreverktøyet i ønsket retning og med ønsket utslag ved hjelp av minst en elektrisk drevet aktuator. Retningsstyringsapparatet ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at aktuatoren(e) via minst ett sett transmisjonselement er koplet til det mint ene styrelegemet, og er innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets senterakse hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet styres i ønsket retning og med ønsket utslag.

Den minst ene elektriske aktuator tilføres typisk energi via en lednings forbindelse til overflaten, men den kan også forsynes med energi for eksempel fra en lokal akkumulator eller en borevæskedrevet generator. Aktuatoren kan kommunisere med overflaten via kjente kommunikasjonsmetoder.

Den første elektriske aktuator er med fordel koplet til det mint ene styrelegemet via et første sett transmisjonselement og innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets senterakse hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet styres med et ønsket utslag, og hvor en andre elektrisk aktuator via et andre sett transmisjonselement er koplet til det minst ene styrelegemet og innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets senterakse hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet styres i ønsket retning.

Retningsstyringsapparatet, som på i og for seg kjent måte omfatter et mellomhus,

befinner seg mellom boreverktøyets borekrone og rørstreng like bak borekronen.

Mellomhuset er med fordel fritt roterende i forhold til rørstrengen og samroterer derved ikke med rørstrengen under boring. En spindel som er koplet til rørstrengen og til borekronen forløper sentrisk gjennom mellomhuset og overfører blant annet rotasjonsmoment og borevæske.

I en foretrukket utførelsesform omfatter retningsstyirngsapparatet et antall styrelegemer som er fordelt om mellomhuset, og som er forskyvbare i radiell retning relativt retningsstyreapparatets og derved boreverktøyets senterakse. En indre eksenterhylse er dreibart lagret om spindelen og omkranses av en ytre eksenterhylse. Den ytre eksenterhylse og den indre eksenterhylse har lik differanse mellom sine respektive største og minste utvendige radier. Den ytre eksenterhylses utvendige sylinderflate er derved konsentrisk om retningsstyringsapparatets senterakse når den utvendige eksenterhylses største radius står 180 grader i forhold til den innvendige eksenterhylses største radius.

Når styrelegemene skal forskyves i en bestemt retning for å endre borekronens boreretning, dreies den ytre eksenterhylsen ved hjelp av den førte aktuator inntil styrelegemene er tildelt et ønsket utslag. Den innvendige eksenterhylse dreies sammen med den ytre eksenterhylse inntil den ytre eksenterhylses største diameter befinner seg i ønsket retning relativt apparatets senterakse. Denne retning er normalt diametralt motsatt den retning borekronen skal styres i.

De elektriske aktuatorer kan med fordel utgjøres av elektriske motorer. Aktuatorene kan være forsynt med posisjonsgivere av i og for seg kjent utførelse.

Elektrisk styring og aktivering av retningsstyringsapparatets minst ene styrelegeme bevirker at retningsstyringsapparatet er uavhengig av hydraulisk fluid, være seg i form av borevæske som kan oppvise relativt store trykkvariasjoner, eller fra et lokalt fluidreservoar med nødvendig pumpeutstyr. Oppfinnelsen tilveiebringer således en vesentlig forenkling i forhold til kjente anordninger for retningskontroll av et boreverktøy.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et boreverktøy som omfatter en rørstreng og en borekrone samt et retningsstyringsapparat i overensstemmelse med oppfinnelsen; Fig. 2 viser i større målestokk et lengdesnitt av retningsstyreapparatet i fig. 1; Fig. 3 viser i ytterligere noe forstørret målestokk et snitt Ila-IIa i fig. 2 hvor retningsstyringsapparatet styrer boreverktøyet i en retning A; Fig. 4 viser et snitt Ilb-IIb i fig. 2 under de samme forhold som fig. 3; Fig. 5 viser snittet Ila-IIa i fig. 2, men etter at retningsstyringsapparatet er innstilt i nøytral stilling;

Fig. 6 viser snittet Ilb-IIb i fig. 2 under de samme forhold som i fig. 5; og

Fig. 7 viser snittet Ila-IIa i fig. 2 etter at retningsstyringsapparatet er innstilt til å

styre boreverktøyet i retning B.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 et boreverktøy som omfatter en rørstreng 2 samt en borekrone 4, og hvor det mellom rørstrengen 2 og borekronen 4 er innmontert et retningsstyringsapparat 6 ved hjelp av en adapterhylse 8.

Retningsstyringsapparatet 6 omfatter et mellomhus 10 med en senterakse 12 og en konsentrisk gjennomgående spindel 14. Spindelen 14 er ved sitt ene endeparti tettende koplet til borekronen 4, og ved sitt motstående endeparti tettende koplet til rørstrengen 2 ved hjelp av adapterhylsen 8. En mutter 16 holder spindelen 14 i stilling i adapterhylsen 8.

Spindelen 14 er forsynt med en gjennomgående sentrisk boring 18 for gjennomstrømning av borevæske fra rørstrengen 2 og til borekronen 4. Mellomhuset 10 er koplet til spindelen 14 via lagre 20 og er frittroterende om spindelen 14.

Et første styrelegeme 22', et andre styrelegeme 22" og et tredje styrelegeme 22"', se fig. 3, er radialt forskyvbart fordelt med fortrinnsvis lik deling om mellomhuset 10.

Styrelegemene 22', 22", 22"' er sylinderformet og passer komplementært i sine respektive boringer 24 i mellomhuset 10.

I sitt mot senteraksen 12 vennende endeparti ligger styrelegemene 22', 22", 22"' an mot en ytre eksenterhylse 26, idet den ytre eksenterhylse 26 er dreibart opplagret om en indre eksenterhylse 28. Den ytre eksenterhylse 26 og den indre eksenterhylse 28 har lik differanse mellom sine respektive største og minste utvendige radier.

En hake 30 i hvert av styrelegemene 22', 22", 22"' rager aksialt relativt senteraksen 12 inn i et spor 32 som omkranser den ytre eksenterhylse 26. Styrelegemene 22', 22", 22"' er derved forhindret fra utilsiktet å kunne forskyves ut av mellomhuset 10.

Den ytre eksenterhylse 26 er i sitt fra borekronen 4 vennende endeparti forsynt med en innvendig tannkrans 34 som er konsentrisk med den ytre eksenterhylses 26 indre mantelflate 36.

Den indre eksenterhylse 28 omkranser opplagret og dreibart spindelen 14, idet en forlengerhylse 38, som er koplet til den indre eksenterhylse 28, rager aksialt ut fra den indre eksenterhylses 28 endeparti som vender bort fra borekronen 4.

Et tannhjul 40 som lagrende omkranser forlengerhylsen 38 passer komplementært til tannkransen 34 og er koplet til en første elektromotor som utgjør en første elektrisk drevet aktuator 42. Den første aktuator 42 er festet til forlengerhylsen 38 og samroterer med denne. Den første aktuator 42 er innrettet til å kunne dreie den ytre eksenterhylse 26 om den indre eksenterhylse 28.

Tannhjulets 40 inngrep med tannkransen 34 forblir fullgod selv om tankransens 34 senter forskyves om senteraksen 12 når den indre eksenterhylse 28 dreies, idet tannkransens 34 senter som nevnt sammenfaller med senteret til den indre eksenterhylses 28 utvendige mantel 44.

Forlengerhylsen 38 er koplet til en andre elektromotor som utgjør en andre elektrisk drevet aktuator 46. Den andre aktuator 46 er festet til mellomhuset 10. Den andre aktuator 46 er derved innrettet til å kunne dreie forlengerhylsen 38 med den indre eksenterhylse 28 relativt mellomhuset 10.

Aktuatorene 42, 46 tilføres energi og styresignaler via en ledningsforbindelse 48 som forløper til overflaten.

Den ytre eksenterhylse 26 og tannhjulet 40 utgjør et første sett transmisjonselement 50, mens den indre eksenterhylse 28 med forlengerhylsen 38 utgjør et andre sett transmisjonselement 52.

Ved å dreie den ytre eksenterhylse 26 om den indre eksenterhylse 28 ved hjelp av den første aktuator 42, kan den ytre eksenterhylses 26 ytre eksentrisitet i forhold til senteraksen 12 innstilles mellom null og fullt utslag. I fig. 3 og 4 har den ytre eksenterhylse 26 tilnærmet fullt utslag, mens den i fig. 5 og 6 er vist i konsentrisk stilling i forhold til senteraksen 12. Den første aktuator 42 anvendes således til å styre styrelegemenes 22', 22", 22"' utslag eller pådrag.

Den andre aktuator 46 dreier den indre eksenterhylse 28 samt den ytre eksenterhylse 26 og den første aktuator 42 om senteraksen 12 i forhold til mellomhuset 10. Mellomhuset 10 som er fritt opplagret, roterer i prinsippet ikke selv om rørstrengen 2, adapterhylsen 8, spindelen 14 og borekronen 4 roterer. Den andre aktuator anvendes således til å stille inn retningen styrelegemene 22', 22", 22"' skal rette borekronen mot, se fig. 3 hvor borekronen 4 ledes i en retning A, og fig. 7 hvor borekronen 4 ledes i en retning B.

I praksis vil imidlertid mellomhuset 10, grunnet friksjonskrefter og vibrasjoner, trekkes noe med i rotasjonen under boring. Den andre aktuator 46 kompenserer for dette ved å dreie eksenterhylsene 26, 28 tilsvarende i motsatt retning.

Claims

1. Anordning ved remingsstyringsapparat (6) for boreverktøy (1) hvor boreverktøyets (1) retning under boring av et borehull styres ved hjelp av minst ett styrelegeme (22', 22", 22"') som forskyves radialt mot borehullets vegg, idet det minst ene styrelegemets (22', 22", 22"') forskyvning relativt retningsstyringsapparatets (6) senterakse (12) er innstillbar for å kunne styre boreverktøyet (1) i ønsket retning og med ønsket utslag ved hjelp av minst en elektrisk drevet aktuator (42,46),karakterisert vedat aktuatoren(e) (42,46) via minst ett sett transmisjonselement (50, 52) er koplet til det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"') og innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"') til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets (6) senterakse (12) hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet (1) styres i ønsket retning og med ønsket utslag.

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedaten første elektrisk drevet aktuator (42) via et første sett transmisjonselement (50) er koplet til det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"') og innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"') til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets (6) senterakse (12) hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet (1) styres med et ønsket utslag, og hvor en andre elektrisk drevet aktuator (46) via et andre sett transmisjonselement (52) er koplet til det minst ene styrelegemet (22', 22", 22'") og innrettet til å forskyve det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"') til en posisjon relativt retningsstyringsapparatets (6) senterakse (12) hvor den relative posisjon bevirker at boreverktøyet (1) styres i ønsket retning.

3. Anordning i henhold til krav 2,karakterisert vedat det første sett transmisjonselement (50) omfatter en ytre eksenterhylse (26).

4. Anordning i henhold til krav 2,karakterisert vedat det andre sett transmisjonselement (52) omfatter en indre eksenterhylse (28).

5. Anordning i henhold til krav 3 og 4,karakterisert vedat den ytre eksenterhylse (26), som utvendig ligger an mot det minst ene styrelegemet (22', 22", 22"'), lagrende omkranser den indre eksenterhylse (28), idet den indre eksenterhylse (28) er dreibar om senteraksen (12).

6. Anordning i henhold til krav 3 og 4,karakterisert vedat den ytre eksenterhylse (26) og den indre eksenterhylse (28) har lik differanse mellom sine respektive største og minste utvendige radier.