NO346073B1 - Apparat, fremgangsmåte og system for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Område for oppfinnelsen

[0001] Denne oppfinnelse angår generelt brønnverktøy for oljefelt og mer nøyaktig boresammenstillinger som benyttes for retningsboring av brønnboringer.

2. Bakgrunnsteknikk

[0002] For å oppnå hydrokarboner slik som olje og gass, er borehull eller brønnboringer boret ved å rotere en borkrone festet til bunnen av en boresammenstilling (også referert heri til som en bunnhullssammenstilling eller "BHA"). Boresammenstillingen er festet til bunnen av et rør, som vanligvis er enten et skjøtet stivt rør eller et relativt fleksibelt spolbart rør vanligvis referert innen fagområdet til som "kveilrør". Strengen omfatter røret og boresammenstillingen er vanligvis referert til som "borestrengen". Når skjøtet rør er benyttet som røret, er borkronen rotert ved å rotere det skjøtede rør fra overflaten og/eller ved en slammotor holdt i boresammenstillingen. I tilfellet av et kveilrør, er borkronen rotert ved hjelp av slammotoren. Under boring, er et borefluid (også referert til som "slammet") tilført under trykk inn i røret. Borefluid går gjennom boresammenstillingen og så ut ved borkronens bunn. Borefluidet tilveiebringer smøring for borkronen og fører fjelldeler som er nedbrutt av borkronen ved boring av brønnboringen til overflaten. Slammotoren roteres av borefluidet som går gjennom boresammenstillingen. En drivaksel som er forbundet til motoren og borkronen roterer borkronen.

[0003] US2009/0272579A1 omtaler styrbare boresystemer for tilrettelegging av boring i henhold til en foreskrevet, tredimensjonal bane. Styring kan oppnås ved bruk av passive aktuatorer som krever liten eller ingen kraft. For eksempel kan dempningselementer som kobler en borkrone til et vektrør benyttes for å skråstille borkronen med hensyn til vektrøret. Alternativt kan roterende skjærelementet anbrakt på borkronen benyttes for å styre kraften mellom borkronen og formasjonen ved forskjellige aksiale steder. Passive elementer benyttet for å styre skråstillingen eller rotasjonen av de roterende skjæreelementene er aktuert i et bestemt mønster, for eksempel geostasjonært, for å oppnå et ønsket avvik av brønnboringen mens det bores fremover. En måte å oppnå dette på er gjennom bruken av feltfølsomme materialer, for eksempel magnetorheologiske (MR) fluider, som forandrer viskositet som respons på et påført magnetisk felt.

[0004] WO2009/101477A2 vedrører et styrbart system som omfatter et første roterbart hus, et andre roterbart hus forbundet til det første roterbare hus med en justerbar skjøt, et kam-element holdt mot rotasjon, under bruk, og kamfølgerinnretning som samvirker med kam-elementet og bevegelig for å drive det andre roterbare hus for bevegelse i forhold til det første roterbare hus omkring den justerbare skjøt.

[0005] En vesentlig andel av nåværende boreaktivitet involverer boring av avvikede og horisontale brønnboringer for mer fullstendig å utvinne hydrokarbonreservoarer. Slike borehull kan ha relativt komplekse brønnprofiler. Den foreliggende oppfinnelse adresserer behovet for styreanordninger for boring av slike brønnboringer så vel som brønnboring for andre anvendelser slik som geotermiske brønner, så vel som andre behov innen kjent teknikk.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0006] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved et apparat for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon ved å bryte en borestreng, omfattende: en aksel med et endeparti, akselen er konfigurert for å anbringes på borestrengen; videre kjennetegnet ved en skjøt koblet til endepartiet, hvori skjøten innbefatter en boring for transportering av et borefluid; en borkrone, borkronen har et borkronelegeme og en kroneflate konfigurert for å skjære en brønnboringsbunn, borkronen er tippbart anbrakt på skjøten, hvori borkrone-legemet innbefatter i det minste en passasje i kommunikasjon med boringen til skjøten, den i det minste ene passasjen støter ut borefluid ved borkroneflaten, hvori akselen traverserer en periferisk åpning som atskiller borestrengen og borkronen, og hvori skjøten er på innsiden av borkronen og mellom den periferiske åpning og borkroneflaten; minst en aktuator konfigurert for å generere en skråstillingskraft for å skråstille borkronen.

[0007] Foretrukne utførelsesformer av apparatet er utdypet i kravene 2 til og med 10.

[0008] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås også ved en fremgangsmåte for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon, kjennetegnet ved at den omfatter: å anbringe en skjøt på innsiden av et borkrone-legeme, skjøten er posisjonert ved et endeparti av akselen; å forbinde akselen til et hus posisjonert på en borestreng, hvori akselen traverserer en periferisk åpning som atskiller huset og borkrone-legemet, og hvori skjøten er posisjonert mellom den periferiske åpning og kroneflaten til borkrone-legemet; å forme brønnboringen ved å benytte borestrengen; og å styre en boreretning av kroneflaten ved å skråstille borkronelegemet omkring endepartiet ved å påføre en skråstillingskraft generert av minst én aktuator.

[0009] Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er utdypet i kravene 12 til og med 15.

[0010] Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås videre ved et system for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon, omfattende: en borestreng; en aksel med et endeparti, akselen er konfigurert for å anbringes på en borestreng; videre kjennetegnet ved en skjøt forbundet til endepartiet; en borkrone med en kroneflate som opptar en bunn av brønnboring og skråstillbar omkring endepartiet, skjøten er posisjonert på innsiden av borkronen, hvori akselen traverserer en periferisk åpning som adskiller borestrengen og borkronen, og hvori skjøten er posisjonert mellom den periferiske åpning og kroneflaten; og i det minste en aktuator konfigurert for å skråstille borkronen ved påføring av en skråstillingskraft.

[0011] Foretrukne utførelsesformer av systemet er videre utdypet i kravene 17 til og med 20.

[0012] Det er omtalt et apparat for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon. Apparatet kan innbefatte en aksel med et endeparti, et borkronelegeme tippbar omkring endepartiet, og i det minste en aktuator konfigurert for å påføre en tippekraft på borkronelegemet. Én eller flere komponenter til apparatet kan være modulær.

[0013] Det er videre omtalt en fremgangsmåte for forming av en brønnboring i en underjordisk formasjon. Fremgangsmåten kan innbefatte forming av brønnboringen ved å benytte et apparat som kan innbefatte en aksel med et endeparti, et borkronelegeme tippbart omkring endepartiet, og i det minste én aktuator konfigurert for å påføre en tippekraft på borkronelegemet.

[0014] Eksempel på visse egenskaper av oppfinnelsen har blitt oppsummert i heller bred grad for at den detaljerte beskrivelse av denne som følger bedre kan forstås og for at bidragene de representerer til teknikken kan forstås. Det er selvfølgelig ytterligere egenskaper med oppfinnelse som vil beskrives heretter og som vil forme gjenstanden for kravene som er vedføyd hertil.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0015] For en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal referanser gjøres til den følgende detaljerte beskrivelse av utførelser, sett i forbindelse med de vedføyde tegninger, i hvilke like elementer har blitt like numre, hvori:

Figur 1 illustrerer et boresystem laget i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 2 illustrerer skjematisk en styreanordning laget i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse som benytter en tippbar borkrone;

Figur 3 illustrerer en retningsforandring forbundet med en tipping generert ved en styreanordning laget i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

Figur 4 og 5 illustrerer funksjonelle utførelser av styresystemet laget i henhold til utførelser av den foreliggende oppfinnelse; og

Figur 6 illustrerer skjematisk en operasjonstilstand av en styreanordning laget i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0016] Som det vil forstås fra omtalen nedenfor, tilveiebringer aspekter av den foreliggende oppfinnelse et roterbart styresystem for boring av brønnboringer. Generelt kan den beskrevne styremetodelære innbefatte avbøyning av vinkelen til borkroneaksen i forhold til verktøyaksen ved tipping (skråstilling) av et legeme til borkronen. I noen utførelser kan borkronen tippes ved å benytte en aktuatorsammenstilling som anvender en tippekraft på borkronen. For å kompensere for borkronerotasjon, kan kraften være sekvensielt påført en spesifisert asimut eller periferisk lokalisering på borkronen for å danne en geostasjonær helning; dvs. en helning som konsekvent retter kronen mot en ønsket boreretning selv når borkronen roterer. Som det vil fremkomme fra omtalen nedenfor, kan roterbare styresystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse konstrueres slik at borkronen, som kan innbefatte relativt høyslitasje-komponenter, kan være lett frakoblet fra aktuatorsammenstillingen. Således kan aktuatorsammenstillingen utsetter for mindre slitasje under operasjon. I noen utførelser kan aktuatorsammenstillingen være modulær i sin opprinnelse for å tilrettelegge reparasjon eller utskifting av styresystemet. Videre er elementene som muliggjør skråstilling av krone posisjonert innen selv kronen. På grunn av at distansen mellom kroneflaten og senterpunktet for bøyning er relativt liten (dvs. kanskje halvparten av lengden av borkronen), kan aktuatorsammenstillingen kreve mindre kraft og behøver å generere mindre kraft enn konvensjonelle styresystemer for å orientere borkronen. Andre ønskelig trekk vil også beskrives nedenfor.

[0017] Nå med referanse til fig.1 er det der vist en illustrativ utførelse av et boresystem 10 som benytter en styrbar boresammenstilling eller bunnhullssammenstilling BHA 12 for retningsboring av en brønnboring 14. Idet en landbasert rigg er vist, er disse konsepter og fremgangsmåter like anvendbare for offshoreboresystemer. Systemet 10 kan innbefatte en borestreng 16 opphengt fra en rigg 20. Borestrengen 16, som kan være skjøtede rør eller kveilrør, kan innbefatte kraft og/eller dataledere slik som vaiere for å tilveiebringe toveis kommunikasjon og kraftoverføring. I en konfigurasjon innbefatter BHA'en 12 en styrbar sammenstilling 100 som innbefatter en borkrone 200, en sensorovergang 32, en toveis kommunikasjon og kraftmodul (BCPM) 34. En formasjonsevalueringsovergang (FE-overgang) 36, og roterende kraftanordninger slik som boremotorer 38. Sensorovergangen 32 kan innbefatte sensorer for å måle nær borkroneretning (f.eks. BHA asimut og inklinasjon, BHA-koordinater, etc.) og sensorer og verktøy for å utføre rotasjonsretnings-undersøkelser. Nær-krone-helningsanordningene kan innbefatte tre (3) akse-akselerometre, gyroskopiske anordninger og signalbehandlingskrets. Systemet kan også innbefatte informasjonsbehandlingsanordninger slik som en overflatekontroller 50 og/eller en brønnkontroller 42.

Borkronen 200 til styresammenstilling 100 kan roteres ved å rotere borstrengen 16 og/eller ved å benytte en boremotor 38, eller annen passende roterende kraftkilde. Kommunikasjon mellom overflaten og BHA'en 12 kan bruke opplinker (eng. uplinks) og/eller nedlinker (eng. downlinks) generert av en slamdrevet generator, en slamimpulser og/eller transportert ved å benytte harde ledninger (f.eks. elektriske ledere, fiberoptikk), akustiske signaler, EM eller RF.

[0018] Figur 2 illustrerer seksjonsmessig en styresammenstilling 100 for retningsboring av et borehull i en underjordisk formasjon. Den styrbare sammenstilling 100 innbefatter en tippbar/skråstillbar borkrone 200 som kan være orientert ved en aktuatorsammenstilling 300. Nå med referanse til fig.2 og 3, ved orientering, betyr det at aktuatorsammenstillingen 300 kan bevirke en spesifisert vinkelavbøyning 105 mellom en kroneakse 102 og en verktøyakse 104. Aksene 102, 104 er generelt innrettet med en langsgående akse av brønnboringen (ikke vist). Denne vinkelavbøyning bevirker at en kroneflate 201 peker i den ønskede boreretningen. Kroneflaten 201 er generelt overflaten av borkronen 200 som opptar en bunn av brønnboringen (ikke vist). Som benyttet heri viser betegnelsen helning generelt til vinkelavbøyningen 105. Dessuten, som det vil omtales i større detalj nedenfor, opprettholder aktuatorsammenstillingen 300 vinkelavbøyningen i en geostasjonær tilstand.

[0019] Med referanse til fig.2 kan, i en utførelse, borkronen 200 innbefatte et kronelegeme 202 som er koblet til en kroneaksel 204. Kroneakselen 204 kan være festet i kronelegemet 202 med en kobling 206. En ringformet åpning 207 atskiller i det minste et parti av kroneakselen 204 og koblingen 206. Åpningen 207 tilveiebringer rommet for skråstilling av kronelegemet 202. Kroneakselen 204 kan ha en ende 212 som er konfigurert for å forbinde til et hus eller overgang 301 forbundet med aktuatorsammenstillingen 300. For eksempel kan enden 212 ha en gjenget skjøt. I noen utførelser kan aktuatorsammenstillingen 300 anses som å være selektivt forbundet til borkronen 200 ved at borkronen 200 kan fjernes fra huset 301 uten demontering eller på annen måte forstyrre aktuatorsammenstillingen 300. Det skal bemerkes at skråstilling skjer omkring en bærekonstruksjon 214 posisjonert på innsiden av borkronlegemet 202. Kroneakselen 204 kan være konstruert som en universaltype, en Cardan-type skjøt, en skjøt som benytter elastomeriske deler, eller enhver annen skjøt tilpasset for å overføre vridningsmoment idet den er i stand til å gjennomgå en stor artikulasjonsvinkel. I en konfigurasjon låser rotasjonsmessig vridningsmoment-overføringselementet 216, som kan være kuledeler, borkroneakselen 204 til borkrone-legemet 202. Således roterer borkroneaksel 204 og borkrone-legemet 202 sammen. På en konvensjonell måte er borefluid tilført borkronen 200 via en boring 218. Borkronefluidet støtes ut av borkronelegemet 202 via passasjer 220 for å avkjøle og smøre kroneflaten 201 og vaske bort borekaks fra brønnboringsbunnen ettersom kroneflaten 201 kutter brønnboringsbunnen. På grunn av at borefluidet er ved et relativt høyt trykk, kan tetningselementer benyttes for å forhindre borefluidet fra å gå inn i det indre av borkrone-legemet 202. For eksempel kan tetninger 222 benyttes for å tilveiebringe en fluidtett tetning, eller smøreinneholdende kammer, rundt et område 224 som innbefatter de sampassende overflater til kroneakselen 204 og kronelegemet 202. Området 224 kan være fylt med fett, olje eller annen passende væske for å smøre området og minimalisere forurensning fra borefluider og andre uønskede materialer.

[0020] Nå med referanse til fig.2 og 4, kan, i én utførelse, aktuatorsammenstillingen 300 innbefatte aktuatorer 302 som er periferisk oppstilt i overgangen 301. Idet tre aktuatorer 302 er vist, kan høyere eller færre antall av aktuatorer 302 benyttes. I et illustrativt arrangement kan aktuator 302 innbefatte en kraftpåføringsdel 304, en stempelsammenstilling 306, en ventil 308 og en pumpe 310.

Kraftpåføringsdelen 304 kan være en stiv del, slik som en stang som opptar og påfører en skråstillingskraft på flaten 226 til koblingen 226. Som benyttet heri viser betegnelsen skråstillingskraft til en kraft påført til en spesifisert asimut-lokalisering på kronelegemet 202 som presser kronelegemet 202 for skråstilling (bikking) i en ønsket retning. I de beskrevne utførelser kan kraften være en aksial kraft, men i andre utførelser behøver ikke kraften å være innrettet med aksen 104. Således, er f.eks. en vekt-på-krone generert av borestrengen ikke en skråstillingskraft fordi kraften ikke er påført fortrinnsvis til en spesifikk asimut-lokalisering på kronelegemet 202. De kontaktende partier til kraftpåføringsdelen 304 og flaten 226 kan være herdet eller forsterket. For eksempel kan de sampassende overflatene være herdet ved å benytte teknikker slik som sementering eller nitrering. Materialet slik som PDC kan også benyttes. For eksempel kan enden av kraftpåføringsdel 304 innbefatte "polykrystallinsk diamantkompakte" (PDC) skjærere, slitemotstandsdyktig materiale som innbefatter wolframkarbid-granulater, etc.

[0021] Kraftpåføringsdelen 304 kan være hydraulisk aktuert ved å benytte pumpen 310, ventil 308 og stempelsammenstilling 306. Stempelsammenstilling 306 kan innbefatte et stempelhode 311 som overfører i en sylinder eller kammer 312. I et arrangement tilfører pumpen 310 trykksatt hydraulisk fluid via ventilen 308 til kammeret 312 hvor stempelhodet 311 er anbrakt. Ventilen 308 kan være styrt for å pulse eller på annen måte styre fluidstrømningen inn i kammeret 312 for å oppnå en geostasjonær skråstillingsvinkel.

[0022] I et arrangement kan en kontroller 314 være operativt forbundet til ventilen 308 for å styre én eller flere aspekter av fluidstrømningen inn i og/eller ut av kammeret 312 for å oppnå en geostasjonær helningsvinkel. For eksempel kan kontrolleren aktivere (f.eks. åpne eller lukke) ventilen 308 basert på rotasjonshastigheten av borkronen 202. I noen utførelser kan ventilen 308 aktiveres én gang pr. borkrone-omdreining. I andre utførelser kan aktiveringen skje én gang pr. to omdreininger eller noen annen fraksjonsstørrelse som tillater helningsvinkelen å forbli generelt geostasjonær. Kontrolleren 314 kan være konfigurert for å filtrere, sortere, desimere, digitalisere eller på annen måte behandle data, og innbefatter passende PLC'er. For eksempel kan prosessoren innbefatte én eller flere mikroprosessorer som benytter et dataprogram implementert på et passende maskinlesbart medium som muliggjør prosessoren å utføre kontrollen og prosesseringen. Det maskin-lesbare medium kan innbefatte ROM'er, EPROM'er, EAROM'er, flashhukommelser og optiske disker. Kontrolleren 314 kan være kontrolleren 42 i fig.1 eller en separat kontroller.

[0023] Når trykksatt fluid går inn i kammeret 312, er stempelhodet 311 og kraftpåføringsdelen 304 skjøvet aksialt mot borkronen 202. I noen utførelser kan en baselinje-forspenningskraft genereres i kammeret 312 ved å benytte trykksatt fluid og/eller et forspenningselement (ikke vist) slik som en fjær. I tilfeller hvor kraftpåføringsdelen 304 er hydraulisk aktuert, kan tetningselementer benyttes for å forhindre lekkasje av trykksatt hydraulisk fluid. For eksempel kan tetninger 318 slik som O-ringer posisjoneres på stempelhodet 311, tetningsavskrapere 320 være anbrakt på stangpartiet til kraftpåføringsdelen 304, og en metall eller gummimembran 322 kan være posisjonert ved en åpning hvorfra kraftpåføringsdelen 304 stikker frem.

[0024] I noen utførelser, traverserer kraftpåføringsdelen 304 en periferisk åpning 316 som atskiller huset 301 og koblingen 206. Bredden av åpningen 316 kan være en faktor som styrer størrelsen eller hardheten av helningen til kronelegemet 202. For å styre kronehelning, kan en skulder 230 være formet på kronelegemet 202. Skulderen 230 kan strekke seg delvis over åpningen 316 for å redusere den effektive åpningsbredde, og derfor begrense størrelsen av helningen. I noen utførelser kan skulderen 230 være justerbar.

[0025] I visse utførelser kan aktuatorsammenstillingen 200 og/eller aktuatorene 302 være modulære i sin opprinnelse. I ett aspekt viser betegnelsen modulær til en standardisert konstruksjonsmessig konfigurasjon med generisk eller universalkoblingsgrenseflater som muliggjør at en komponent kan være utbyttbar innen brønnboringsverktøyet. En illustrativ modul kan innbefatte kraftpåføringsdelen 304, stempelsammenstilling 306, ventilen 308 og pumpen 310. Disse komponenter kan være pakket i et enhetlig hus som kan være fjernbart anbrakt i huset 302. En annen illustrativ modul kan innbefatte kun ventilene 308 eller kun pumpen(e) 310. Således, hvis komponentene svikter eller behøver å vedlikeholdes, kan en erstatningskomponent innføres i dens plass innen boresammenstillingen. Et annet aspekt viser betegnelsen "modul" til en komponent tilgjengelig som et flertall av moduler. Hver modul kan ha et standardisert hus for utbyttbarhet idet den også er funksjonsmessig eller operasjonsmessig atskilt fra en annen (f.eks. hver modul har forskjellig operasjonsinnstillingspunkt eller operasjonsområde og/eller forskjellig ytelseskarakteristikker). For eksempel kan kraftpåføringsdelene 304 ha forskjellige slaglengder eller pumpene 310 kan ha forskjellige operasjonstrykkverdier.

Således, ettersom boredynamikker forandrer seg, er komponentmodulen med de passende operasjons- eller ytelseskarakteristikker for å oppnå optimal boring effektivt innført i brønnborings-boresammenstillingen.

[0026] I noen utførelser kan styreanordningen 100 benytte én eller flere sensorer 110, 32 for å styre borkronen 200 og aktuatorsammenstillingen 300. Sensorene kan benyttes for å beregne en posisjon, orientering, operasjonsstatus, eller tilstand av borkrone-legemet 202, kraftpåføringsdelen 304, ventilen 308, pumpen 310 eller enhver annen komponent eller anordning til styreanordningen 100. For eksempel kan en sensor 112 benyttes for å beregne bredden av åpningen 316 og en sensor 114 kan benyttes for å bestemme en posisjon av stempelhodet 311 og/eller kraftpåføringsdel 304. Illustrative sensorer innbefatter, men er ikke begrenset til, ultrasoniske sensorer, kapasitive sensorer og piezo-elektriske elementer.

Sensorene 110 kan også innbefatte sensorene 32 (fig.1) som tilveiebringer retningsinformasjon.

[0027] Det skal forstås at mange arrangementer kan benyttes for å flytte kraftpåføringsdelen 304. For eksempel kan ventilen 308 være formet som et statisk dyseelement som tillater fluidstrømning over en terskeltrykkverdi. I et slikt arrangement kan kontrolleren 314 være operativt koblet til pumpen 310, som kan være en justerbar hastighetspumpe. Kontrolleren 314 kan således øke hastigheten til pumpe 310 for å øke pumpetrykk. Hastighetsøkningene kan være periodisk i sin opprinnelse for å pulse fluid inn i kammeret 312 ved den ønskede frekvens.

[0028] Nå med referanse til fig.5 er det der vist et annet arrangement for styresystemet 300. I det illustrerte arrangement kan aktuatoren 302 innbefatte en kraftpåføringsdel 304, en stempelsammenstilling 306, ventiler 332 og en felles pumpe 330. Den felles pumpe 330 tilfører trykksatt fluid til ventilene 332 styrt av kontrolleren 314. I denne utførelse kan kontrolleren 314 være programmert for å styre ventilen 332 etter behov for å opprettholde en geostasjonær borkronehelning. Mange forskjellige pumpekonfigurasjoner kan benyttes for å tilføre hydraulisk kraft; f.eks. radiale stempelpumper, aksiale stempelpumper, skvalpeplatepumper, etc. Enda andre utførelser kan benytte et ikke-hydraulisk system. For eksempel kan aktuatorsammenstillingen benytte elektromekaniske systemer som innbefatter, men er ikke begrenset til, spindeldrivanordninger, lineære motorer og materialer som reagerer på elektrisk strøm (f.eks. piezo-elektriske materialer).

[0029] De hydrauliske systemer kan aktiveres ved å benytte borestreng-rotasjon, høytrykks borefluid, en brønnelektrisk kraftgenerator, et brønnbatteri, og/eller ved overflatetilført kraft. Likeledes kan den elektrisk kraft for disse systemer genereres nede i brønnen, tilført fra et brønnbatteri og/eller tilført fra overflaten. Nå med referanse til fig.1 og 4 kan for eksempel en toveis datakommunikasjon og kraftmodul ("BCPM") 34 benyttes for å tilføre elektrisk kraft til aktuatorsammenstillingen 300. BCPM'en 34 kan også benyttes for å overføre styresignaler mellom kontrolleren 314 og overflaten.

[0030] Med referanse til fig.6 er det der vist skjematisk et snittenderiss av borkronen 200 som kan skråstilles ved å benytte tre periferisk anordnede aktuatorer 302. Borkronen 200 er vist å rotere i en retning 350. Nå med referanse til fig.2 og 6, er det ønskelig å bore langs aksen 104, dvs. uten avvik, alle aktuatorene 302 er så aktivert slik at alle kraftpåføringsdelene 304 opptar koblingen 206. Sensoren 112 kan beregne helningen av borkronehodet 202. Hvis nødvendig kan kontrolleren 314 justere én eller flere av aktuatorene 302 for å balansere eller styre de påførte aksiale krefter for å ha en vesentlig nullhelning. For eksempel kan kontrolleren 314 øke eller minske det tilførte fluid til stempelet(stemplene) for å holde kronelegemet 202 i en nullhelningsorientering.

[0031] Hvis det er ønskelig å bore i en spesifisert retning 352, opererer så kontrolleren aktuatorene 302 for å påføre aksial kraft på borkronen 200 for å skråstille borkronen 200 i den spesifiserte retning 352. Som tidligere nevnte roterer borkronen 200 i retning 350. Således kan, i en tilstand, kontrolleren 314 (fig.4) aktivere kun aktuatoren 302 som er i en asimut-sektor 354 som er motsatt av boreretningen 352. Denne aktivering kan være et signal til ventilen 308 som åpner ventilen 308 for å injisere trykksatt fluid inn i kammeret 312. Som reaksjon forskyver stempelhodet 311 kraftpåføringsdelen 304 mot koblingen 206. Når aktuatoren 302 forlater asimut-sektoren 354, er fluidtrykket i kammeret 312 frigjort eller redusert til en lavere trykkverdi. Dette trykktap tillater stempelhodet 311 og kraftpåføringsdelen 304 å gli tilbake på grunn av vekten-på-kronen og kontakten av borkronen 200 mot formasjonen. I en variant kan kontrolleren 314 (fig.4) aktivere to eller flere av aktuatorene 302 for å generere en resulterende aksialkraft i asimut-sektoren 354. Hver aktuator 202 er således aktivert ettersom den roterer i den passende posisjon og så deaktiveres ettersom aktuator 202 roterer ut av den passende posisjon. Det vil si at aktuatorene 202 er sekvensielt aktuert for å kontinuerlig påføre en hellingskraft til en spesifisert asimut-lokalisering.

[0032] I en annen tilstand kan kontrolleren 314 (fig.4) aktivere kun aktuatoren 302 som er i den samme asimut-sektor som boreretningen 352. Denne aktivering kan være et signal til ventilen 308 som åpner ventilen 308 for å frigjøre trykksatt fluid fra kammeret 312. Som reaksjon tillater stempelhodet 311 kraftpåføringsdelen 304 å redusere kraften påført koblingen 206. Når aktuatoren 302 forlater asimutsektoren 354, er fluidtrykket i kammeret 314 økt til en ønsket trykkverdi. Som tidligere kan kontrolleren 314 (fig.4) aktivere to eller flere av aktuatorene 302 for å oppnå en ønsket resulterende skråstillingskraft.

[0033] Det skal forstås at borkronen kan rotere ved hastigheter på hundrevis av omdreininger pr. minutt eller mer. Aktuatorene 302 kan således aktiveres for perioder i størrelsesorden av et sekund eller fraksjonen av et sekund. Ikke desto mindre på grunn av at den aksiale kraft alltid er påført ved eller nær asimutsektoren 354, er skråstillingen geostasjonær.

[0034] I en annen operasjonstilstand kan størrelsen av boreretningen også styres. I eksemplet beskrevet ovenfor beveger aktuatorene 302 borkrone-legemet 202 fra en nullhelningsorientering til en maksimal helningsorientering. Aktuatorsammenstillingen 300 kan også være konfigurert for å posisjonere eller orientere borkronen 202 ved en helningsverdi som er mellomliggende av nullhelning og maksimumshelningen. I et slikt arrangement kan kontrolleren 314 operere aktuatorene 302 for å begrense slaget til kraftpåføringsdelen 304 til mindre enn maksimalt slag eller for å påføre en kraft som er mindre enn en maksimalkraft. Borkrone-legemet 202 behøver således ikke å skråstilles til den maksimale verdi. Slaget kan begrenses ved modulering eller redusering av volumet eller trykket av et fluid anvendt på stempelhodet 311, ved fysisk å forhindre bevegelse av kraftpåføringsdelen 304, eller noen annen fremgangsmåte.

[0035] Nå med referanse til fig.1, 2 og 4, er på en eksemplifiserende bruksmåte BHA'en 12 transportert inn i brønnboringen 14 fra riggen 20. Under boring av brønnboringen 14 styrer styreanordningen 100 borestrengen 16 i en valgt retning. Boreretningen kan følge en på forhånd innstilt bane som er programmert inn i en overflate og/eller brønnkontroller (f.eks. kontroller 50 og/eller kontroller 42).

Kontrolleren(e) 50 og/eller 42 benytter retningsdata mottatt fra brønnretningssensorer 32 for å bestemme orienteringen av BHA'en 12. Hvis en kurskorreksjon er nødvendig, overfører kontrolleren 314 signaler til ventilen 308 og/eller pumpene 310 for å bevirke kraftpåføringsdelene 314 til å skråstille borkrone-legemet 202 i den ønskede retning. Dessuten kan disse signaler også styre størrelsen av helningen. I et annet brukseksempel overfører overflatepersonell signaler til kontrolleren 314 for å styre borestrengen 16 i den ønskede retning. I enda et annet brukseksempel kan geostyring utføres ved å benytte sensorer i FE-overgangen 36. Disse sensorer kan innbefatte sensorer for å beregne gammastrålingsutstrålinger, temperatur, flerutbredelses-resistivitet, sensorer for å bestemme parametere av interesse relatert til formasjonen, borehullet, geofysiske karakteristikker, borehullsfluider og grenseforhold; formasjonsevalueringssensorer (f.eks. resistivitet, dielektrisk konstant, vannmetning, porøsitet, tetthet og permeabilitet, sensorer for måling av borehullsparametere (f.eks. borehullsstørrelse, borehullsgrovhet, sann vertikal dybde, målt dybde), sensorer for måling av geofysiske parametere (f.eks. akustisk hastighet og akustisk bevegelsestid). På en automatisert, semi-automatisert eller overflatestyrt måte kan BHA'en 12 styres i forhold til én eller flere spesifiserte formasjons- eller reservoar-karakteristikker.

[0036] Når ønsket, kan BHA'en 12 trekkes ut av brønnboringen. Hvis ønsket kan borkronen 200 fjernes fra BHA'en 12 ved boredekket. Det skal bemerkes at fjerningen av borkronen 200 kan utføres ved å frakoble borkronen 200 fra huset 301. Andre komponenter, f.eks. aktuatorsammenstilling 300, kan forbli i BHA'en 12. Dessuten kan atskillelsen av borkronen 200, eller valgte komponenter av borkronen 200, utføres med standardutstyret og på boredekket.

[0037] Fra det som er angitt ovenfor vil det forstås at det som har blitt beskrevet innbefatter, delvis, et apparat for å forme en brønnboring i en underjordisk formasjon. Apparatet kan innbefatte en aksel med et endeparti, et borkronelegeme tippbart omkring endepartiet, i det minste én aktuator konfigurert for å påføre en helningskraft på borkrone-legemet.

[0038] Fra det som er angitt ovenfor vil det forstås at det som har blitt beskrevet også innbefatter, delvis, en fremgangsmåte forme en brønnboring i en underjordisk formasjon. Fremgangsmåten kan innbefatte forming av brønnboringen ved å benytte et apparat som kan innbefatte en aksel med et endeparti, et borkronelegeme tippbart omkring endepartiet, og i det minste en aktuator konfigurert for å påføre en helningskraft på borkrone-legemet.

Claims (20)

PATENTKRAV

1. Apparat for å forme en brønnboring (14) i en underjordisk formasjon ved å benytte en borestreng (16), omfattende:

en aksel (204) med et endeparti (212), akselen (204) er konfigurert for å anbringes på borestrengen (16); videre

k a r a k t e r i s e r t v e d

en skjøt koblet til endepartiet (212), hvori skjøten innbefatter en boring (218) for transportering av et borefluid;

en borkrone (200), borkronen (200) har et borkrone-legeme (202) og en kroneflate (201) konfigurert for å skjære en brønnboringsbunn, borkronen (200) er tippbart anbrakt på skjøten, hvori borkrone-legemet (202) innbefatter i det minste en passasje (220) i kommunikasjon med boringen (218) til skjøten, den i det minste ene passasjen (220) støter ut borefluid ved borkroneflaten (201), hvori akselen (204) traverserer en periferisk åpning (316) som atskiller borestrengen (16) og borkronen (200), og hvori skjøten er på innsiden av borkronen (200) og mellom den periferiske åpning (316) og borkroneflaten (201);

minst en aktuator (302) konfigurert for å generere en skråstillingskraft for å skråstille borkronen (200).

2. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den i det minste ene aktuator (302) innbefatter en kraftpåføringsdel (304); og videre omfattende en kobling (226) som avgrenser endepartiet (212) mellom den periferiske åpning (316) og borkroneflaten (201), hvori koblingen (226) er atskilt fra borkrone-legemet (202) med en ringformet åpning (207), hvori kraftpåføringsdelen (304) opptar en flate til koblingen (226) for å påføre skråstillingskraften til borkrone-legemet (202).

3. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den i det minste ene aktuator (302) er posisjonert i borestrengen (16), og hvori den i det minste ene aktuator (302) innbefatter en pumpe (310) som tilfører trykksatt fluid; en stempelsammenstilling (306) aktivert av det trykksatte fluid; og en ventil (308) konfigurert for å styre fluidstrømning mellom pumpen (310) og stempelsammenstillingen (306).

4. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t minst en aktuator (302) er aktivert ved å benytte en kraftkilde valgt fra én av: (i) trykksatt fluid, og (ii) elektrisk kraft.

5. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den i det minste ene aktuator (302) er konfigurert for å påføre skråstillingskraften som en funksjon av en rotasjonshastighet til borkrone-legemet (202).

6. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en kontroller (314) opererbart koblet til den i det minste ene aktuator (302), hvori kontrolleren (314) er programmert for å opprettholde en geostasjonær skråstilling av borkrone-legemet (202).

7. Apparat ifølge krav 6,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter en roterende kraftkilde som roterer borkrone-legemet (202), kontrolleren (314) er programmert for å operere den i det minste ene aktuator (302) basert på en rotasjonshastighet av borkronelegemet (202).

8. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den minst ene aktuator (302) innbefatter et flertall av aktuatorer, og videre omfattende en kontroller (314) operativt koblet til flertallet av aktuatorer, kontrolleren (314) er programmert for sekvensiell aktivering av flertallet av aktuatorer.

9. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t skjøten er valgt fra en av: (i) universalskjøt, (ii) et kardangledd; og (iii) ledd med en elastomerdel.

10. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter:

et hus (301) som mottar akselen (204) og den i det minste ene aktuator (302), hvori den periferiske åpning (316) adskiller huset (301) fra borkronen (200), den periferiske åpning (316) er konfigurert for å tillate en forhåndsbestemt grad av skråstilling for borkronen (200), og hvor skjøten er posisjonert mellom den periferiske åpning (316) og borkroneflaten (201); og

i det minste et vridningsmoment-overføringselement (216) posisjonert i et indre område av borkronen (200), det i det minste ene vridningsmomentoverføringselement (216) forbinder skjøten til borkronen (200).

11. Fremgangsmåte for å forme en brønnboring (14) i en underjordisk formasjon, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den omfatter:

å anbringe en skjøt på innsiden av et borkrone-legeme (202), skjøten er posisjonert ved et endeparti (212) av akselen (204);

å forbinde akselen (204) til et hus (301) posisjonert på en borestreng (16), hvori akselen (204) traverserer en periferisk åpning (316) som atskiller huset (301) og borkrone-legemet (202), og hvori skjøten er posisjonert mellom den periferiske åpning (316) og kroneflaten (201) til borkrone-legemet (202);

å forme brønnboringen (14) ved å benytte borestrengen (16); og

å styre en boreretning av kroneflaten (201) ved å skråstille borkronelegemet (202) omkring endepartiet (212) ved å påføre en skråstillingskraft generert av minst én aktuator (302).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter posisjonering av den i det minste ene aktuator (302) på innsiden av borestrengen (16), hvor den i det minste ene aktuator (302) innbefatter en pumpe (310), en stempelsammenstilling (306), og en ventil (308), og videre omfattende:

å aktivere stempelsammenstillingen (306) ved å benytte et trykksatt fluid fra pumpen (310), og

å styre fluidstrømming mellom pumpen (310) og stempelsammenstillingen (306) ved å benytte ventilen (308).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den minst ene aktuator (302) innbefatter et flertall av aktuatorer, og videre omfattende sekvensiell aktivering av flertallet av aktuatorer ved å benytte en programmert kontroller (314).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter å påføre skråstillingskraften som en funksjon av en rotasjonshastighet av borkrone-legemet (202).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den videre omfatter å opprettholde en geostasjonær skråstilling av borkrone-legemet (202) ved å benytte en programmert kontroller (314) som er opererbart koblet til den i det minste ene aktuator (302).

16. System for å forme en brønnboring (14) i en underjordisk formasjon, omfattende:

en borestreng (16);

en aksel (204) med et endeparti (212), akselen (204) er konfigurert for å anbringes på en borestreng (16); videre

k a r a k t e r i s e r t v e d

en skjøt forbundet til endepartiet (212);

en borkrone (200) med en kroneflate (201) som opptar en bunn av brønnboring (14) og skråstillbar omkring endepartiet (212), skjøten er posisjonert på innsiden av borkronen (200), hvori akselen (204) traverserer en periferisk åpning (316) som adskiller borestrengen (16) og borkronen (200), og hvori skjøten er posisjonert mellom den periferiske åpning (316) og kroneflaten (200);

og i det minste en aktuator (302) konfigurert for å skråstille borkronen (200) ved påføring av en skråstillingskraft.

17. System ifølge krav 16,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t akselen (204) og borkronen (200) danner en første sammenstilling som er selektivt forbundet til den i det minste ene aktuator (302).

18. System ifølge krav 17,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t den første sammenstilling er konfigurert for å frakobles fra den i det minste ene aktuator (302) på et boredekk.

19. Apparat ifølge krav 1,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t det videre omfatter i det minste ett vridningsmoment-overføringselement (216) i et indre område av borekronen (200), det i det minste ene vridningsmoment-overføringselement (216) forbinder skjøten til borekronen (200)

20. System ifølge krav 16,

k a r a k t e r i s e r t v e d a t akselen (204) og skjøten har en boring (218) som kommuniserer borefluid gjennom borkronen (200), hvori sampassende overflater av skjøten og borkrone-legemet (202) er i et indre området av borkronen (200) og mellom den periferiske åpning (316) og kroneflaten (201).