NO337294B1 - Borestabiliserende system, et passivt borestabiliserende system samt en fremgangsmåte for boring av et hovedsakelig konsentrisk borehull - Google Patents

Description

De utførelser som er her er beskrevet gjelder generelt borestrenger for boring av konsentriske borehull. Nærmere bestemt gjelder de her beskrevne utførelser boresystemer for boring av hovedsakelig vertikale borehull og/eller konsentriske, tangentiale seksjoner av avviksborehull.

Boreoperasjoner i undergrunnen utføres ofte for å lokalisere (lete etter) eller gjenvinne (produsere) hydrokarbonforekomster i undergrunnen. De fleste av disse operasjoner innebærer at en borerigg til sjøs eller på land driver flere sammenkoblede borerør, kjent som en borestreng. Store motorer på overflaten av boreriggen kan påføre dreiemoment og rotasjon på borestrengen mens vekten av borestrengkomponentene gir en nedover-rettet aksial kraft. Ved den fjerne ende av borestrengen er det montert en samling av boreutstyr kjent for fagfolk på området som en bunnhullsammenstilling (BHA - Bottom Hole Assembly). BHA'en kan typisk omfatte en eller flere borkroner, et vektrør, en stabilisator, en opprømmer, en slammotor, et rotasjonsstyreverktøy, følere for måling under boring og en hvilken som helst annen anordning som er nyttig ved boring i undergrunnen.

Skjønt de fleste boreoperasjoner begynner som en vertikal boreoperasjon beholder ofte det borehull som bores ikke en vertikal kurve- eller fremdriftsbane (trajektorie) langs hele sin vei. Ofte vil endringer i den underjordiske formasjon føre til endringer i fremdriftsbanen ettersom BHA'en har en naturlig tilbøyelighet til å følge den vei som gir minst motstand. Dersom det f.eks. støtes på en lomme med mykere formasjon som det er lettere å bore i, vil BHA'en og den tilhørende borestreng naturlig bøye av og fortsette i denne mykere formasjon heller enn i en hardere formasjon. Selv om de over korte lengder er forholdsvis lite fleksible blir borestrengens og BHA'ens komponenter noe fleksible over større lengder. Ettersom avvik i borehullets kurvebane typisk rapporteres som vinkelendringsmengde (dvs. "oppbyggingsvinkelen") over ett hundrede fot (30,48 m) kan borehullavviket være umerkelig for det nakne øye. Over distanser på mer enn flere tusen fot (hundretalls meter) kan imidlertid borehullavviket bli betraktelig.

Mange borehullkurver har i dag planlagte borehullavvik etter ønske. I formasjoner hvor f.eks. produksjonssonen har en horisontalt gang eller fuge kan ett eneste avveket hull boret horisontalt gjennom denne gang gi mer effektiv produksjon enn diverse vertikale boringer. I noen tilfeller foretrekkes det også å bore ett eneste vertikalt hovedhull og samtidig ha diverse horisontale hull avgrenet derfra for fullt ut å nå og utvikle alle hydrokarbonforekomster i formasjonen. Derfor har betraktelig tid og ressurser blitt avsatt for å utvikle og optimalisere evnen til avviksboring (eller retningsbestemt boring, om man vil). Avviksboreprosjekter omfatter typisk forskjellige mekanismer og apparater i BHA'en for selektivt å dirigere borestrengen bort fra dens opprinnelige fremdriftsbane. En tidlig utvikling på området avviksboring gjelder tillegg av en slammotor med positiv fortrengning til bunnhullsammenstillingen. Ved vanlig borepraksis roteres borestrengen fra overflaten ved påføring av dreiemoment på borkronen nedenfor. Med en slammotor festet til bunnhullsammenstillingen kan dreiemomentet påføres borkronen derfra, for derved å fjerne behovet for å rotere borestrengen fra overflaten. En slammotor med positiv fortrengning er særlig et apparat som omdanner energi i borefluidet til mekanisk rotasjonsenergi ved borkronen. Alternativt kan også en slammotor av turbintype brukes for å omdanne energi i et høytrykksborefluid til mekanisk rotasjonsenergi. Under de fleste boreoperasjoner pumpes fluider kjent som "boreslam" eller "borefluid" ned til borkronen gjennom et hull i borestrengen hvor fluider brukes for å rense, smøre og avkjøle borkronens skjærende overflater. Etter utløpet fra borkronen returnerer det brukte borefluid til overflaten (mens det bærer med seg suspendert borekaks fra formasjonen) langs ringformen dannet mellom det utskårne borehull og borestrengens ytre profil. En slammotor med positiv fortrengning bruker typisk en skruelinjeformet stator festet til den fjerne ende av borestrengen sammen med en tilhørende skruelinjeformet rotor i inngrep med denne og forbundet med resten av BHA'en nedenfor via slammotorens drivaksel. Som sådan treffer det trykksatte borefluid som strømmer gjennom borestrengens hull, statoren og rotoren for således å skape et resulterende dreiemoment på rotoren som i sin tur overføres til borkronen nedenfor.

Når det benyttes en slammotor behøver det derfor ikke være nødvendig å rotere borestrengen for å bore borehullet. I stedet glir borestrengen dypere inn i borehullet etter-hvert som borkronen trenger igjennom formasjonen. For å muliggjøre avviksboring med en slammotor legges det et krumt hus til BHA'en. Et krumt hus opptrer som en ordinær seksjon av BHA'en med det unntak at det har en svak bøyning. Som sådan kan det bøyde hus være en adskilt komponent festet ovenfor slammotoren (dvs. en bøyet overgang) eller være en del av selve motorhuset. Ved å bruke forskjellige måleanordninger i BHA'en blir boreoperatøren på overflaten i stand til å bestemme hvilken retning buen i det bøyde hus er orientert i. Boreoperatøren dreier så borestrengen inntil buen befinner seg i retning av den ønskede awiksbane og borestrengdreiningen stanses. Boreoperatøren kan så aktivere slammotoren slik at avviksborehullet bores mens borestrengen går fremover uten rotasjon inn i borehullet (dvs. at den glir) bak BHA'en ved bare å benytte slammotoren for å drive borkronen. Når den ønskede retningsendring er fullført bringer boreoperatøren hele borestrengen til å rotere kontinuerlig, slik at det bøyde hus' avviks-tendenser elimineres og borkronen kan bore en hovedsakelig rett fremdriftsbane. Når det igjen ønskes en endring i fremdriftsbanen stanses borestrengens kontinuerlige rotasjon og BHA'en rettes igjen i den ønskede retning og boringen gjenopptas ved at BHA'en glir eller sklir.

En av ulempene ved avviksboring med en slammotor og et bøyet hus er den gjentatte veksling mellom at borestrengen henholdsvis glir eller roterer, hvilket påvirker hullets dimensjon, borkronens laterale belastning og hullkvaliteten. Rotasjon av et bøyet hus eller en bøyet overgang i hullet skaper eksentriske bevegelse ved borkronen og i BHA'en, hvilket forårsaker overskytende borkroneslitasje og påkjenning på andre BHA-komponenter ettersom de dreies gjennom denne konsentriske bevegelse. Når borestrengen går fremover ved å gli reduseres den laterale belastning på borkronen. Den eksentriske bevegelse forårsaket av rotasjon av det bøyde hus får også borkronen til å bore et overdimensjonert hull, dvs. et hull som har en diameter som er større enn borkronens diameter. Kombinasjoner av hull med riktig dimensjon dannet under boring med glidning og overdimensjonerte hull dannet under boring med rotasjon fører således til avsatser i formasjonene eller områder hvor borekaks fanges, og som representerer vanskeligheter når boresammenstillingen trekkes ut av hullet eller når den føres tilbake inn i hullet. Ettersom borestrengen går fremover kan dessuten en komponent i BHA'en "sette seg fast" i formasjonen. Vektoppbyggingen på komponenten som sitter fast får komponenten til å frigjøres eller "slippe løs" og bevege seg fremover. Denne "sitte fast og slippe løs"-reaksjon kan forårsake støtskade på borkronen og andre BHA-komponenter.

En annen ulempe ved retningsbestemt boring med en slammotor og et bøyd hus oppstår når borestrengrotasjonen stanses og bevegelsen fremover av BHA'en fortsetter med en slammotor som har positiv fortrengning. I disse perioder glir borestrengen videre inn i borehullet ettersom det bores og nyter ikke fordelen av rotasjon for å hindre den fra å sette seg fast i formasjonen. Særlig innebærer sådanne operasjoner en økt risiko for at borestrengen vil bli sittende fast i borehullet og derved nødvendiggjøre kostbare fiske-operasjoner for å gjenvinne borestrengen og BHA'en. Så snart borestrengen og BHA'en er fisket ut kjøres utstyret igjen inn i borehullet hvor fastkjøring igjen kan bli et problem dersom borehullet nok en gang skal avbøyes og borestrengens rotasjon stanses. En annen ulempe ved å bore uten rotasjon er videre at den effektive friksjonskoeffisient blir større, hvilket gjør det vanskeligere å drive borestrengen frem inn i borehullet. Dette fører til en lavere gjennomtrengningsrate enn ved rotasjon og kan redusere den samlede "rekkevidde" eller utstrekning til hvilken borehullet kan bores horisontalt fra boreriggen.

I de senere år er det som en anstrengelse for å bekjempe problemene knyttet til boring uten rotasjon blitt utviklet manøvrerbare rotasjonssystemer (RSS - Rotary Steerable Systems). I et manøvrerbart rotasjonssystem blir BHA'ens fremdriftsbane avbøyd mens borestrengen fortsetter å rotere. Som sådan er de manøvrerbare rotasjonssystemer generelt delt inn i to typer, nemlig borkroneskyvesystemer (push-the-bit systems) og borkronepekesystemer (point-the-bit systems). I et borkroneskyve-RSS strekker en gruppe ekspanderbare trykkstykker seg sideveis fra BHA'en for å dytte og forspenne borestrengen til en ønsket fremdriftsbane. Et eksempel på et sådant system er beskrevet i US-patent nr. 5168 941. For å få dette til å skje mens borestrengen roterer, strekker de ekspanderbare trykkstykker seg fra hva som er kjent som et geostasjonært parti av boresammenstillingen. De geostasjonære komponenter roterer ikke i forhold til formasjonen, mens resten av borestrengen roterer. Mens det geostasjonære parti beholder en i hovedsak fast orientering kan operatøren på overflaten dirigere resten av BHA'en i en ønsket fremdriftsretning i forhold til posisjonen for det geostasjonære parti, med de ekspanderbare trykkstykker. Et alternativt rotasjonsstyresystem hvor borkronen skyves, er beskrevet i US-patent nr. 5 520 255, hvor sidetrykkputer er montert på et legeme som er forbundet med og dreier ved samme hastighet som den for resten av BHA'en og borestrengen. Disse puter drives syklisk under styring fra en reguleringsmodul med geostasjonær referanse for å gi en netto sideveis aksialkraft som i hovedsak er i den ønskede retning.

I motsetning til dette omfatter et borkronepeke-RSS en leddelt orienteringsenhet i sammenstillingen for å "peke" resten av BHA'en i den ønskede fremdirftsretning. Eksempler på sådanne systemer er beskrevet i US-patent nr. 6 092 610 og 5 875 859. Som med borkroneskyve-RSS'et er orienteringsenheten i borkronepekesystemet enten plassert på en geostasjonær krage (eller vektrør) eller har enten et mekanisk eller elektronisk, geostasjonært referanseplan, slik at boreoperatøren vet hvilket retning BHA-fremdriftsbanen vil følge. I stedet for en gruppe sideveis utvidbare trykkstykker har et borkronepeke-RSS typisk hydrauliske eller mekaniske aktuatorer for å dirigere den leddelte orienteringsenhet i den ønskede fremdriftsretning. Skjønt det eksisterer en lang rekke avbøynings-mekanismer er det som er felles for alle borkronepekesystemer, at de skaper en avbøy-ningsvinkel mellom den nedre ende av systemet eller systemets utgang, i forhold til aksen for resten av BHA'en. Skjønt borkronepeke- og borkroneskyve-systemer er beskrevet i forhold til deres evne til å avbøye BHA'en uten å stanse borestrengens rotasjon, skal det forstås at de ikke desto mindre kan omfatte slammotorer med positiv fortrengning eller tubinmotorer for å heve rotasjonshastigheten som påføres borkronen.

Manøvrerbare motorer som har en bore- eller slammotor med fast bøyning i et tilhørende hus som skaper en sidekraft på borkronen og en eller flere stabilisatorer for å posisjonere og føre borkronen i borehullet, betraktes generelt å være de første systemer som muliggjør forutsigbar avviksboring. Den sammensatte borevei er imidlertid noen ganger ikke glatt eller jevn nok til å unngå problemer ved komplettering av brønnen. Rotasjon av den bøyde sammenstilling gir dessuten en bølgeformet brønn med varierende diameter, hvilket kan føre til en ujevn eller grov brønnprofil og et spiralformet hull som etterpå kan fordre tidkrevende opprømmingsoperasjoner. En annen begrensning ved manøvrerbare motorer er behovet for å stanse rotasjonen for brønnhullets avviksboreseksjon, hvilket kan føre til dårlig hullrengjøring og en høyere ekvivalent sirkuleringstetthet ved bunnen av borehullet. Dette kan øke friksjonskreftene, hvilket gjør det vanskeligere å flytte borkronen fremover eller nedover i hullet. Dessuten kan styring av motorens verktøy-flateorientering bli vanskeligere.

For å overvinne de ovenfor nevnte vanskeligheter ved manøvrerbare boremotorsammen-stillinger førte det til utvikling av såkalte "selvregulerende" eller aktive borestystemer. Sådanne systemer har generelt en viss evne til å følge en planlagt eller forutbestemt borebane og korrigere for avvik fra den planlagte bane. Disse systemer muliggjorde imidlertid en raskere og til en viss grad mer direkte og spesialtilpasset respons på potensielle avvik for retningsbestemt boring. Sådanne systemer kan endre retnings-oppførselen nede i et hull for derved å redusere graden av borehullsknær (dog leg severity).

Fra US 4,492,276 fremgår det en nedihulls borkronemotor tilveiebrakt med en støtteenhet som støtter utgangsakselen i en skråstilt posisjon i forhold til motorhuset at utgangsakselens senterakse krysser motorhusets langsgående akse i et krysningspunkt under den nedre enden av huset.

US 5,474,143 beskriver en borkrone opprømmerstabilisator som har en øvre og en nedre stabilisator på en bunnhullsammenstilling med den nedre stabilisatoren så nær borkronen som mulig.

US 4,433,738 beskriver en fremgangsmåte for å jevne ut en kurvet seksjon av en brønnboring som er blitt boret med en bøyd nedihullsmotor-sammenstilling.

US 6,047,784 beskriver en styrbar retningsboreverktøy-sammenstilling med et bøyd hus som definerer en bøyd vinkel og som har en slammotor i sin øvre seksjon og en borkrone under sin nedre seksjon.

En boreanordning for boring av rette hull (SDD - Straight Hole Drilling Device) brukes ofte ved boring av vertikale hull. En SDD omfatter typisk en rett boremotor med en flerhet styreribber, vanligvis to motstående ribber, begge i ortogonale plan, på en bærende sammenstilling nær borkronen. Ribbene kan ha herdet overflate eller inneholde wolframkarbidinnlegg (TCI - Tungsten Carbid Inserts) og er typisk utformet for å ligge i plan med hullveggen. En slik utforming av ribbene kan forårsake bremsing når boresammenstillingen bevegeer seg nedover i borehullet og kan gripe eller "henge seg opp" i formasjonen.

I de senere år har firkantede motorhus blitt koblet til borestrengen for å manøvrere og stabilisere BHA'en under dannelsen av vertikale borehull. De fire kanter som danner den firkantede motor er hovedsakelig konstant i kontakt med veggen i borehullet ettersom BHA'en beveger seg nedover i borehullet. Således gir den firkantede motor BHA'en stivhet for derved å opprettholde den vertikale fremdriftsbane for borestrengen og redusere borestrengens avvik som f.eks. skyldes endringer i formasjonen. Den firkantede motor gir imidlertid en masse friksjon og derfor bremsing, som skyldes kontaktarealet mellom lengden av den firkantede motors fire kanter og veggen i formasjonen. Disse motorer er også tilbøyelige til å gi mye støy når borestrengen og motoren forflytter seg nede i hullet.

Avvik fra det vertikale måles ved hjelp av to ortogonalt monterte helningsfølere. En eller to ribber kan aktiveres for å dirigere borkronen tilbake på den vertikale kurs. Ventiler og elektronikk som vanligvis er montert over boremotoren regulerer aktiveringen av ribbene. Slampuls- eller andre telemetrisystemer brukes for å overføre helningssignaler til overflaten. Sideveis avvik av borehull fra den planlagte kurs (radial forskyvning) oppnådd med sådanne SDD-systemer har vært nesten to størrelsesordener mindre enn med konvensjonelle sammenstillinger. SDD-systemer er blitt brukt for å danne tette klynger av borehull og ikke så buktende borehull, for derved å minske eller fjerne fordringene til opprømming.

På området er det også kjent en flerpunkts boresammenstilling med en stabilisert motor. Flerpunktsboresammenstillingen omfatter et sett utvidelsesbor innlemmet i en borkrone-boks som virker som et rullelager som fører borkronen. Stabilisatorer på den bærende sammenstilling og statoren, også kjent som kraftseksjonen, reduserer borestrengens avvik under boring. Utvidelsesborene tjener også til å skjære borehullet så snart borkronen begynner å bli slitt, for derved å redusere lengden av et underdimensjonert hull. Et eksempel på en sådan utstyrssammenstilling er frembragt av Wenzel Downhole Tools (Oklahoma City, Oklahoma, U.S.A.).

Automatiserte boresystemer som har ribber montert på ikke-roterende muffer nær borkronen og hvor hver ribbe kan aktiveres individuelt, er kjent på området. Som et eksempel har Auto Trak fra Baker Hughes Incorporated (Houston, TX, U.S.A.) tre hydraulisk drevne stabilisatorribber montert på en ikke-roterende muffe. Integrerte formasjonsevaluerende følere muliggjør manøvrering på grunnlag av retningsparametere og reservoarendringer for derved å føre borkronen i den ønskede retning. En boremotor kan brukes for å drive hele sammenstillingen, for derved å gi mer kraft til borkronen. Ribbene kan være integrert i den bærende enhet for boremotoren.

Automatiserte boresystemer og manøvrerbare rotasjonssystemer omfatter typisk utstyr som er kostbart å produsere og drive. Omkostningene ved å kjøre et automatisert boresystem eller et manøvrerbart rotasjonssystem kan være hvor som helst fra USD 25.000 til USD 40.000 pr. døgn.

Følgelig eksisterer det et behov for et mer kostnadseffektivt boresystem som borer et konsentrisk borehull langs en vertikal bane. I tillegg eksisterer det et behov for et mer kostnadseffektivt boresystem som borer et konsentrisk borehull langs en avviksbane. Videre eksisterer det et behov for et boresystem som minimaliserer et borehulls buktning og reduserer graden av lokale borehullsknær (dog leg severity). Enda videre eksisterer det et behov for et stabilisert boresystem som gir redusert skade på borehullets vegg.

I ett aspekt gjelder utførelser beskrevet her, et borestabiliserende system som omfatter en kraftseksjon koblet til den øvre ende av et transmisjonshus, et støttehus koblet til den nedre ende av transmisjonshuset og en borkrone koblet til støttehuset, og hvor transmisjonshuset har i det minste to blader som strekker seg radialt utover og er anordnet på transmisjonshuset.

I et annet aspekt gjelder utførelser beskrevet her, et borestabiliserende system som omfatter en kraftseksjon koblet til den øvre ende av et transmisjonshus, et støttehus koblet til den nedre ende av transmisjonshuset og en borkrone koblet til den nedre ende av støttehuset, og hvor støttehuset har i det minste to blader som strekker seg radialt utover og er anordnet på støttehuset mens en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer er anordnet på de minst to blader som rager radialt utover.

I et annet aspekt gjelder utførelser beskrevet her, et transmisjonshus i en borestreng som har et rørformet element utformet for å motta en motortransmisjon, idet i det minste to blader strekker seg radialt utover og er anordnet på det rørformede element, mens en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer er anordnet på de minst to blader som strekker seg radialt utover.

I nok et annet aspekt gjelder utførelser beskrevet her, en fremgangsmåte ved boring av et hovedsakelig konsentrisk borehull, idet fremgangsmåten omfatter at det bores i en formasjon med en bunnhullsammenstilling for retningsbestemt boring koblet til en borestreng, retningen av boringen i formasjonen som bores, endres, den bunnhullsammenstilling for retningsbestemt boring fjernes fra borestrengen, et borestabiliserende system kobles til borestrengen og formasjonen bores med det borestabiliserende system.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og de tilhørende patentkrav, idet et er vedføyd tegninger, på hvilke:

fig. 1A og 1B viser et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser,

fig. 2viser delvis i snitt et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser, fig. 3 viser et støttehus i henhold til her beskrevne utførelser,

fig. 4A og 4B viser et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser, og fig. 5er et flytskjema som viser en fremgangsmåte ved boring i en formasjon i henhold til

her beskrevne utførelser.

I ett aspekt gjelder utførelser beskrevet her, et passivt borestabiliserende system for å opprettholde en valgt vinkel på boringen og unngå borehullsknær. I et annet aspekt gjelder her beskrevne utførelser et passivt borestabiliserende system for å opprettholde en nominell dimensjon på borehullet som bores. I nok et annet aspekt gjelder utførelser beskrevet her, en fremgangsmåte ved boring av et konsentrisk borehull.

Fig. 1A og 1B viser et eksempel på en BHA for boring av et borehull i en formasjon i henhold til her beskrevne utførelser. Som vist består et borestabiliserende system 100 i henhold til her beskrevne utførelser en motor 102, et støttehus 106 og en borkrone 108.

I en utførelse kan motoren 102 være en motor med positiv fortrengning (PDM - Positive Displacement Motor). Motoren 102 kan være opphengt i en brønn fra et gjenget rør, f.eks. en borestreng 110. Alternativt kan motoren 102 være opphengt i brønnen fra et viklet røroppheng (ikke vist). Motoren 102 kan omfatte en motordriverovergang 114, en kraftseksjon 112 og et transmisjonshus 104. Kraftseksjonen 112 kan omfatte en kon-vensjonell rotor med fliker (ikke vist) for å dreie motorens utgangsaksel (ikke vist) og derved dreie motorens driverovergang 114 som reaksjon på fluid som pumpes gjennom kraftseksjonen 112. I denne utførelse strømmer fluid gjennom motorstatoren (ikke vist) for å dreie den aksialt kurvede eller lobede rotor (ikke vist). Transmisjonshuset 104 er aksialt anordnet under kraftseksjonen 112. Transmisjonshuset 104 rommer en motortransmisjon med utstyr som er kjent på området for å omdanne eksentrisk bevegelse i kraftseksjonen 112 til konsentrisk bevegelse for enheten 106. Som vist har transmisjonshuset 104 en hovedsakelig sylindrisk ytre overflate og kan være utformet for å kobles sammen med den nedre ende av kraftseksjonen 112 og den øvre ende av støtteenheten 106. Koblingen mellom transmisjonshuset 104, kraftseksjonen 112 og støtteenheten 106 kan utføres ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på området. I en utførelse kan f.eks. transmisjonshuset 104 være utført i ett stykke med kraftseksjonen 112, eller transmisjonshuset 104 kan i en alternativ utførelse bli mekanisk koblet til kraftseksjonen 112 og støtteenheten 105. Transmisjonshuset 104 kan f.eks. skrus i inngrep med den nedre ende av kraftseksjonen 112 og skrus i inngrep med den øvre ende av støttehuset 106. Fagfolk på området vil forstå at støttehuset 106 kan romme en støttepakkesammenstilling (ikke vist) som f.eks. omfatter aksiallagre og radiallagre.

Som vist i fig. 1A og 1B kan støttehuset 106 ha i det minste to blader 116 som strekker seg radialt utover fra den sylindrisk ytre overflate av støttehuset 106, som ellers har jevn diameter. Fagfolk på området vil forstå at et hvilket som helst antall blader 116 som rager radialt utover kan anordnes på støttehuset 106, slik som tre blader, fire blader eller flere. I motsetning til vanlige styrebladkomponenter hvor bladene kan være utformet på en muffe som er skrudd over et støttehus, kan i en her beskrevet utførelse de i det minste to blader 116 være utformet i ett stykke med støttehuset 106. Alternativt kan de minst to blader 116 være koblet til støttehuset 106 ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på området, slik som sveising eller bolting. Som vist kan de minst to blader 116 ha en avskrånet overflate 118 anordnet ved hver aksiale ende av hvert blad 116.

Det henvises nå til fig. 1B som viser en utførelse hvor en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer 120 er anordnet på den ytre overflate av de minst to blader 116. De stabiliserende kontaktpunktelementer 120 kan være utformet for å gi en flerhet kontaktpunkter mellom de minst to blader 116 og veggen i borehullet (ikke vist). De stabiliserende kontaktpunktelementer 120 kan sørge for stabilisering av transmisjonshuset 104 og derved motoren 102, samtidig som skade på eller skjæring i borehullets vegg minimaliseres.

Som vist i fig. 2 kan i en utførelse de stabiliserende kontaktelementer 120 være en flerhet innlegg. Fagfolk på området vil forstå at flerheten av innlegg kan festes til hvert blad 116 ved hjelp av en hvilken som helst kjent metode på området, slik som slaglodding, presstilpasning og sveising. I en utførelse kan flerheten av innlegg omfatte diamantforsterkede innlegg (DEI - Diamond Enhanced Inserts). Som vist kan i noen utførelser de stabiliserende kontaktpunktelementer 120 omfatte en flerhet innlegg som har fasong av en kuppel. I denne utførelse sørger flerheten av de kuppelformede innlegg for en rekke forholdsvis små kontaktpunkter angitt ved A mellom hvert blad 116 på støttehuset 106 og veggen 122 i borehullet. Følgelig er det samlede overflateareal med kontakt mellom flerheten av de stabiliserende kontaktpunktelementer 120 og veggen 122 i borehullet forholdsvis lite for derved å redusere skade på formasjonen eller veggen 122 i borehullet samtidig som det sørges for tilstrekkelig stabilisering av motoren 102.

Som vist mer detaljert i fig. 3 har støttehuset 106 en hovedsakelig sylindrisk ytre overflate og det kan utformes for å kobles sammen med den nedre ende av transmisjonshuset 104 (fig. 1A), slik som beskrevet ovenfor. Den nedre ende av støttehuset 106 kan utformes for å kobles sammen med den øvre ende av motordriverovergangen 114 (fig. 1A). Som vist er i det minste to blader 116 utformet i ett stykke på den ytre overflate av støttehuset 106. En flerhet hull 130 kan være tatt ut på den ytre overflate 132 på de minst to blader 116 for å motta en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer (f.eks. 120 i fig. 1B).

Fig. 4A og 4B viser et borestabilisrende system 400 koblet til en borestreng 440 i henhold til den her beskrevne utførelse. Som drøftet ovenfor kan det borestabiliserende system 400 omfatte en motor (ikke vist), en kraftseksjon 412, et transmisjonshus 404, et støttehus 406 og en borkrone 408. Som vist er transmisjonshuset 404 koblet med gjenger til den nedre ende av kraftseksjonen 412, mens støttehuset 406 er koblet med gjenger til den nedre ende av transmisjonshuset 404.

Med henvisning til fig. 4B kan nå støttehuset 406 ha i det minste to blader 416 som strekker seg radialt utover fra den sylindriske ytre overflate av støttehuset 406 som ellers har jevn diameter. Fagfolk på området vil forstå at et hvilket som helst antall blader 416 som rager radialt utover kan anordnes på støttehuset 406, f.eks. tre blader, fire blader eller flere. I motsetning til konvensjonelle styrebladkomponenter hvor bladene kan være utformet på en muffe som er skrudd over støttehuset, er i den viste utførelse i det minste to blader 416 utformet i ett stykke med støttehuset 406. Alternativt kan de minst to blader 416 være koblet til støttehuset 406 ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på området, slik som ved sveising eller ved hjelp av bolter. Som vist kan de minst to blader 416 ha en avskrånet overflate 418 anordnet på hver aksiale ende av hvert blad 416, som bidrar til å føre BHA'en inn i borehullet når den settes inn ved overflaten.

I en utførelse kan transmisjonshuset 404 ha i det minst to blader 426 som strekker seg radialt utover fra den ytre sylindriske overflate av transmisjonshuset 404, som ellers har jevn diameter. Fagfolk på området vil forstå at et hvilket som helst antall blader 426 som rager radialt utover kan anordnes på transmisjonshuset 404, f.eks. tre blader, fire blader eller flere. I den viste utførelse er de i det minste to blader 426 utformet i ett stykke med transmisjonshuset 404. Alternativt kan de minst to blader 426 være koblet til transmisjonshuset 404 ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på området, slik som ved sveising eller ved hjelp av bolter. Som vist kan de minst to blader 426 ha en avskrånet overflate 428 anordnet ved hver aksiale ende av hvert blad 426, som bidrar til å føre BHA'en inn i borehullet når den settes inn ved overflaten.

I visse utførelser kan en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer 420 være anordnet på den ytre overflate av bladene 416, 426 på henholdsvis støttehuset 406 og transmisjonshuset 404. De stabiliserende kontaktpunktelementer 420 kan utformes for å gi en flerhet kontaktpunkter mellom de minst to blader 416 på støttehuset 406 og de minst to blader 426 på transmisjonshuset 404, og veggen i borehullet (ikke vist). De stabiliserende kontaktpunktelementer 420 kan sørge for stabilisering av en motor samtidig som skade på borehullets vegg minimaliseres.

Videre kan de stabiliserende kontaktpunktelementer 420 ha en flerhet innlegg anordnet i en flerhet hull tatt ut på den ytre overflate av de minst to blader 416 på støttehuset 406 og de minst to blader 426 på transmisjonshuset 404. Fagfolk på området vil forstå at innleggene kan være festet til hvert blad 416, 426 ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på området, slik som ved slaglodding, presstilpasning og sveising. I en utførelse kan flerheten av innlegg omfatte diamantforsterkede innlegg (DEI). I visse utførelser kan de stabiliserende kontaktpunktelementer 420 omfatte en flerhet innlegg som har fasong av en kuppel (se fig. 2). I denne utførelse kan flerheten av kuppelformede innlegg gi en rekke relativt små kontaktpunkter mellom hvert blad 416, 426 og veggen i borehullet (ikke vist). Følgelig er det totale overflateareal av kontakten mellom flerheten av stabiliserende kontaktpunktelementer 420 og veggen i borehullet (ikke vist) forholdsvis lite for derved å redusere skade på formasjonen eller veggen i borehullet (ikke vist) samtidig som det sørges for tilstrekkelig stabilisering av BHA'en.

I en utførelse vist i fig. 4A og 4B er bladene 416, 426 på henholdsvis støttehuset 406 og transmisjonshuset 404, plassert ved den kritiske nedre ende 432 av borestrengen 440. Stabilisering av den kritiske nedre ende 432 av borestrengen 440 kan sørge for retnings-stabilitet for borestrengen 440 ettersom borkronen 408 borer i formasjonen. Den kritiske nedre ende 432 av borestrengen 440 kan defineres som nedihullsenden av borestrengen som omfatter partier av BHA'en og som er anordnet under kraftseksjonen 412 for en motor. Særlig kan stabilisatorer, slik som bladene 416, 426 på henholdsvis støttehuset 406 og transmisjonshuset 404 anordnet nær borkronen 408, gi forbedret stabilisering av BHA'en. I denne utførelse omfatter følgelig den kritiske nedre ende 432 av borestrengen 440 transmisjonshuset 404, støttehuset 406, en motordriverovergang 414 og borkronen 408.

Bladene 416, 426 på henholdsvis støttehuset 406 og transmisjonshuset 404 kan gi den kritiske nedre ende 432 stabilitet ved å redusere eller minimalisere flerheten av bøyning av den kritiske nedre ende 432 ettersom den beveger seg nedover gjennom formasjonen. På en borestreng utformet for å bore et hull på omtrent 21,6 cm (8,5 tommer) kan i et eksempel den aksiale avstand fra toppen av borkronen 408 til toppen av de minst to blader 426 anordnet på transmisjonshuset 404 være omtrent 1,55 -1,83 m (5 - 6 fot). På en borestreng utformet for å bore et hull på omtrent 31,1 cm (12,25 tommer) kan i et annet eksempel den aksiale avstand fra toppen av borkronen 408 til toppen av de minst to blader 426 anordnet på transmisjonshuset 404 være omtrent 1,83 - 2,13 m (6 - 7 fot). Minimaliseringen av bøyningen av den kritiske nedre ende 432 gjør således borkronens 408 avvik fra en planlagt fremdriftsbane så lite som mulig. Følgelig kan en BHA med et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser følge en hovedsakelig vertikal bane uavhengig av variasjoner i formasjonen. Videre kan et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser gjøre det mulig for en BHA å opprettholde en retningsbestemt fremdriftsbane, dvs. en bane som har en vinkel fra borehullets vertikale linje, med mindre avvik enn en tradisjonell BHA.

Det henvises nå til fig. 4B som viser en utførelse hvor en langsgående, sylindrisk opp-rømmende stabilisator 460 kan kobles til den nedre ende av motorens driverovergang 414 og den øvre ende av borkronen 408. Stabilisatoren 460 har langsgående riller 462 og flater 464. Rillene 462 er utformet for å la fluid strømme tilbake forbi stabilisatoren 460 (og av denne grunn kan rillene 462 betegnes "avfallsfordypninger"). Flatene 464 avgrenser en ytre tverrstilt diameter for den opprømmende stabilisator 460. I en viss utførelse kan flatene 464 og rillene 462 være anordnet i spiralform. Fagfolk på området vil forstå at et hvilket som helst antall riller og flater kan brukes, og i en utførelse kan det f.eks. være seks flater 464 og seks riller 462.

Videre kan flatene 464 på stabilisatoren 460 være forsynt med en flerhet herdede innlegg 466 som strekker seg utover fra flatene 464. I denne utførelse kan ytterkantene av innleggene 466 bestemme den tverrgående diameter av den opprømmende stabilisator 460. De herdede innlegg 466 kan ha en overflate som er gjort hardere, slik som en polykrystallinsk diamant eller wolframkarbid, for å gå i inngrep med formasjonen. I en utførelse kan de hårde innlegg 466 være fjernbart montert i den opprømmende stabilisator 460 ved hjelp av slaglodding, f.eks. ved å sølvslaglodde innleggene 466 i hull dannet i flatene 464. Alternativt kan innleggene 466 være tett tilpasset i den opprømmende stabilisator i 460 i hull tatt ut på flatene 464. I en utførelse er den tverrgående diameter av borkronen 408 større enn den tverrgående diameter av den opprømmende stabilisator 460. Alternativt er den tverrgående diameter av borkronen 408 hovedsakelig den samme som den tverrgående diameter av den opprømmende stabilisator 460. Når borkronen 408 slites ned til mindre enn diameterdimensjonen vil følgelig den opprømmende stabilisator 460 gå i inngrep med formasjonen og virke som et utvidelsesbor. Et eksempel på en opprømmende stabilisator 460 er beskrevet i US-patent nr. 6 213 229 overdratt til innehaveren av foreliggende beskrivelse og som i sin helhet tas med her med som referanse.

I en utførelse kan det borestabiliserende system 400 være koblet til en borestreng og senket ned i et borehull. Ettersom borkronen borer i formasjonen kan flerheten av stabiliserende kontaktpunktelementer 420 anordnet på bladene 416, 426 på henholdsvis støttehuset 406 og transmisjonshuset 404 komme i kontakt med veggen i borehullet (ikke vist) for derved å redusere vibrasjoner i borestrengen. Den kuppellignende fasong på flerheten av kontaktpunktelementer 420 i henhold til her beskrevne utførelser lar i kombinasjon med BHA'ens stivhet eller fasthet gitt ved hjelp av to sett på i det minste to blader 416, 426 anordnet inntil borkronen 408, BHA'en bore i formasjonen med redusert bremsing samtidig som den planlagte fremdriftsbanes konsentrisitet opprettholdes.

Fig. 5 anskueliggjør en fremgangsmåte ved boring av et borehull i henhold til her beskrevne utførelser. I en utførelse kan det bores i en formasjon med en retningsbestemt bore-BHA 550 som kan ha flere borkroner, vektrør, stabilisatorer, opprømmere, slammotorer, rotasjonsstyringsverktøy, følere for måling under boring og en hvilken som helst annen anordning som er nyttig ved boring i undergrunnen. BHA'en for avviksboring kan være en hvilken som helst BHA som er kjent på området, f.eks. et rotasjonsstyresystem eller et automatisert boresystem, slik som beskrevet ovenfor. BHA'en for avviksboring kan så brukes for å avbøye fremdriftsbanen for det planlagte borehull ved f.eks. å aktivere en hydraulisk ribbe på en stabilisatormuffe for å bevege BHA'en til en vinklet retning. Følgelig kan retningen av boringen i formasjonen endres 552. Deretter kan borestrengen trekkes til overflaten og BHA'en for avviksboring fjernes fra borestrengen 554 så snart borehullet er blitt avveket fra den opprinnelige fremdriftsbane, f.eks. fra en vertikal bane.

Deretter kan et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser kobles til borestrengen 556 og senkes inn i borehullet. Det borestabiliserende system koblet til borestrengen kan senkes inn i awiksborehullet og formasjonen kan bores med det borestabiliserende system 558. Følgelig kan det borestabiliserende system bore i formasjonen og opprettholde borehullets avviksbane initiert ved hjelp av BHA'en for avviksboring. Siden et borestabiliserende system i henhold til her beskrevne utførelser er et passivt system, dvs. at stabiliseringen av systemet ikke fordrer automatiserte eller aktiviserte deler, kan omkostningene ved driften av systemet bli vesentlig mindre enn for et aktivt system.

De her beskrevne utførelsesformer kan med fordel anordnes i et borestabiliserende system for å bore hovedsakelig konsentriske, vertikale borehull med reduserte avvik fra en planlagt, vertikal fremdriftsbane. I tillegg kan de her beskrevne utførelser gi et mer effektivt og økonomisk borestabiliserende system for boring av konsentriske borehull. De her beskrevne utførelser kan også med fordel gi et borestabiliserende system for å bore i en formasjon og som opprettholder en avveket eller retningsbestemt fremdriftsbane. De her beskrevne utførelser kan også gi en fremgangsmåte ved boring i en formasjon eller langs en avveket fremdriftsbane samtidig som den avvikende kurvebane opprettholdes.

Et borestabiliserende system i henhold til de her beskrevne utførelser kan dessuten gi en stabil og stiv BHA med redusert friksjon og høyere gjennomtrengningsrate. Et borestabiliserende system i henhold til de her beskrevne utførelser kan også gi stabiliserende kontaktpunktelementer som sørger for stabilisering av BHA'en med redusert skade på eller skjæring i formasjonen.

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelsesformer vil fagfolk på området som har fordel av denne beskrivelse, forstå at det kan tenkes på andre utførelser som ikke forlater omfanget av oppfinnelsen, slik den her er beskrevet. Følgelig kan oppfinnelsens omfang bare begrenses av de vedføyde patentkrav.

Claims (15)

1. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som omfatter: en motor 102 ytterligere omfattende en kraftseksjon (112); et transmisjonshus (104, 404), hvori kraftseksjonen (112) er koblet til en øvre ende av transmisjonshuset (104, 404), og hvori transmisjonshuset (104, 404) huser transmisjonen; minst to blader (116, 416, 426) som strekker seg radial utover og anordnet på en ytre overflate av transmisjonshuset (104, 404) som huser transmisjonen; et støttehus (106, 406) koblet til en nedre ende av transmisjonshuset (104, 404); og en borkrone (108, 408) koblet til støttehuset (106, 406), hvori det borestabiliserende systemet (100, 400, 558) er konfigurert for passiv boring.

2. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, og hvor de minst to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover er utformet i ett med transmisjonshuset (104, 404).

3. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, og hvor støttehuset (106, 406) omfatter i det minste to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover og er anordnet på støttehuset (106, 406).

4. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 3, og hvor støttehuset (106, 406) også omfatter en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) anordnet på den ytre overflate (132) av de minst to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover og er anordnet på støttehuset (106, 406).

5. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, og som videre omfatter en opprømmende stabilisator (460) koblet til en øvre ende av borkronen (108, 408).

6. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, hvori kraftseksjonen (112) omfatter i det minste enten en motor (102) med positiv fortrengning eller en turbinmotor.

7. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, og hvor bladene anordnet på transmisjonshuset (104, 404) ikke i vesentlig grad roterer i forhold til borkronen (108, 408).

8. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, hvori settet med i det minste to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover omfatter en flerhet stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) som er konfigurert for å minimalisere friksjon mellom en vegg av brønnboringen og transmisjonshuset (104, 404) under drift.

9. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 8, og hvor flerheten av stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) omfatter kuppelformede innlegg.

10. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 8, og hvor flerheten av stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) omfatter diamantforsterkede innlegg.

11. Borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 1, omfattende en opprømmende stabilisator (460) koplet med en øvre ende av borkronen (108, 408) og hvor støttehuset (106, 406) omfatter i det minste to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover og er anordnet på støttehuset (106, 406).

12. Et passivt borestabiliserende system (100, 400, 558) omfattende: en motor (102) ytterligere omfattende en kraftseksjon (112); et transmisjonshus, hvori kraftseksjonen (112) er koblet til en øvre ende av transmisjonshuset (104, 404), og hvori transmisjonshuset (104, 404) huser en transmisjon; et støttehus (106, 406) koblet til en nedre ende av transmisjonshuset (104, 404); og en borkrone (108, 408) koblet til en nedre ende av støttehuset (106, 406), hvori støttehuset (106, 406) omfatter minst to blader (116, 416, 426) som strekker seg radial utover og anordnet på støttehuset (106, 406) og et flertall stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) plassert på minst en andel av en ytterste overflate av de minst to radielt utoverstrekkende bladene.

13. Et passivt borestabiliserende system (100, 400, 558) som angitt i krav 12, og som videre omfatter i det minste to blader (116, 416, 426) som strekker seg radialt utover og er anordnet på en ytre overflate av transmisjonshuset (104, 404) som huser transmisjonen, og et flertall stabiliserende kontaktpunktelementer (120, 420) plassert på de minst to utoverstrekkende bladene plassert på transmisjonshuset (104, 404).

14. Fremgangsmåte for boring av et hovedsakelig konsentrisk borehull, idet fremgangsmåten omfatter at: tilveiebringe et borestabiliserende system (100, 400, 558) som omfatter, en kraftseksjon (112) koblet til et transmisjonshus; et støttehus (106, 406) koblet til transmisjonshuset (104, 404); og en borkrone (108, 408) koblet til støttehuset (106, 406), hvori transmisjonshuset (104, 404) omfatter minst to blader (116, 416, 426) som strekker seg radial utover og er anordnet på transmisjonshuset (104, 404), bore i en formasjon med en bunnhullsammenstilling for retningsbestemt boring koblet til en borestreng (440, 554), endre en boreretning av formasjonen som bores; fjerne bunnhullsammenstillingen for retningsbestemt boring fra borestrengen (440, 554); koble det borestabiliserende system (100, 400, 558) til borestrengen (440, 554); og bore i formasjonen med det borestabiliserende systemet (100, 400, 558).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, og hvor bunnhullsammenstillingen for retningsbestemt boring er automatisert.