NO760007L - - Google Patents

Description

Roterende borkrone.

Foreliggende oppfinnelse angår jord- eller grunnboring, og mer bestemt en grunn-borkrone innrettet for boring i varierende formasjoner. Oppfinnelsen er spesielt egnet for utboring av hull med forholdsvis stor diameter.

Det foreligger et behov for en grunn-borkrone som kan arbeide effektivt over et bredt spektrum av formasjoner og som kan bore hull med forholdsvis stor diameter. Det må være mulig å fjerne borekaks fra borehullet ettersom borearbeidet skrider frem. Fjeks. innebærer den pågående oppføring av oljerørledningen gjennom Alaska utboring av hull med regelmessige mellomrom gjennom tundra, permafrost og varierende formasjoner, samt innstøping av lange pe-ler på hvilke skal monteres overliggende bærekonstruksjoner for understøttelse av rørledningen i avstand over jordflaten.

Omgivelsene ved boring av ovennevnte hull er meget stren-ge, både på grunn av de klimatiske forhold og de geologiske forhold. Da tunge kjøretøy har en ødeleggende virkning på tundraen søker man å begrense rørledningens oppføring til vintermånedene når tundraen

er hardfrosset og ikke så lett ødelegges av de tunge kjøretøy.

Den ekstreme kulde påvirker egenskapene til mannskap, maskiner og materialer og forverrer boreforholdene. Metaller som er seige og sterke ved normale temperaturer blir sprø og svake ved de ekstremt lave temperaturer som opptrer. Motorolje omdannes nesten til en fast masse. Elastomeriske og plastiske materialer blir for det mes-te sprø og svake.

De geologiske formasjoner som påtreffes ved boring av ovennevnte hull krever en borkrone som er innrettet for boring gjennom et bredt spektrum av formasjonskarakteristikker. Mange steder består formasjonene av ukonsoliderte materialer, såsom store stener, frosset og ufrosset vann og andre.ugunstige forhold. Da samme borkrone vil bli benyttet for et stort antall hull langs rør-ledningen, kan borkronen forventes å møte meget varierende borefor- hold. Borekaks og rester må fjernes fra borehullet og holdes under kontroll for å hindre forurensning av omgivelsene. Borekaksen må løftes opp fra bunnen slik at den kan medrives i fluidum-strømmen gjennom borestrengen. Veggene i borehullet må holdes intakte også under forhold hvor vann strømmer inn.

Konvensjonelt utføres boringen ved å tvinge et borefluidum nedover gjennom borstrengens indre hvor det strømmer gjennom et antall dyser og forbi kutterne til bunnen av borehullet, samtidig som det tar med seg borekaks og rester og fører borekak-set og restene oppover i ringrommet mellom borestrengveggen og borehullveggen. Borefluidet kan være luft eller væskeformet bore-slam. Et eksempel på denne form for boring er vist i US patent nr. 3 087 558. Det er også kjent å bore ved hjelp av et såkalt snudd sirkulasjons-boresystem. Et slikt system er beskrevet i

US patent nr. 3 416 617. Borefluidum presses nedover mellom veggene, til konsentriske borerør inntil fluidet når bunnen av brønn-hullet og deretter vandrer oppover i det midtre ringrom til bore-stcengen under medføring av borekaks og rester til overflaten.

I US patent nr. 3 416 618 er vist en roterende borkrone for anvendelse ved boring av olje- og gassbrønner eller lignende med konsentrisk borerør. Borkronen innbefatter en hoveddel som rotererbart bærer et antall kutterelementer som er anordnet på hoveddelen for disintegrering av bunnen i brønnhullet under borkronens rotasjon. Hoveddelen er anordnet for å tilkoples hvert av de konsentriske borerør. En skjerm er festet til hoveddelen og danner en del av denne. Skjermen har en utvendig diameter som er tilnærmet den samme som brønnhullets diameter for å hindre eller i det minste redusere fluidumstrøm mellom borkronen og brønnhullveg-gen. Skjermen er forlenget nedover så nær brønnhullbunnen som mulig for å øke effektiviteten ved oppfanging av borekaksen og for å bidra til å hindre forurensning av borekaksen.

I US patent nr. Re 26 669 er vist en borkrone for anvendelse under boring med dobbelt borerør. Borefluidet strømmer nedover i ringrommet mellom dobbeltrørene, strømmer gjennom borkronen og strømmer oppover i det indre rør og tar med seg eventuell borekaks og rester til jordoverflaten. Kronestammen fyller stort sett hullet for å hindre borefluidum fra. å strømme oppover i ringrommet i borehullet. Kronestammen kan være riflet for å tillate fluidum-gjennomstrømning når borkronen er borte fra bunnen. Slike riller kan, dersom de benyttes, i sine toppartier være forsynt med kutte blader for å lette boring oppover når borehullet faller inn. Borkronen har bunn-kutteblader av en bredde som tillater innføring i bløte formasjoner for å frembringe kuttevirkning som en trekk-kro-ne (drag bit). Disse blad er impregnert med harde partikler, såsom diamanter, hvilke partikler trenger inn i og gjennom harde stenformasjoner, som er for harde til at hele bladet kan trenge gjennom, og sikrer således at borkronen kan kutte både bløte og harde formasjoner. Borkronens bunn har avsmalnende tverrsnitt som gradvis plaserer større deler av kroneoverflaten på bunnen,

idet bladene trenger dypere inn i den bløte formasjon, og sikrer derved at man unngår fullstendig blokkering av vannstrømmen når en borkrone overbelastes i blø te^f ormas joner. Et ytterligere trekk for å hindre kroneblokkering er en rekke tverrgående hjelpe-vann-løp i borkronens hoveddel, hvilke hjelpe-vannløp har tverrgående slisser for kommunisering med borkronens bunn. Borkronens stråler løper vertikalt gjennom disse hjelpe-vannløp.

I US patent nr. 3 416 617 er vist en borkrone som er innrettet for anvendelse med et kontinuerlig dobbeltkanal-borerør og innbefatter fluidumkanaler som bevirker at fluidum strømmer fra omkring det indre borerør og ut på kutteelementene. Et skjørt rundt kutterelementene•begrenser vanligvis strømningen til borkronens utside, slik at nesten hele returstrømmen foregår oppover gjennom det indre rør. En radiell krage hindrer videre oppadret-tet strømning..

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringe en roterende borkrone som kan benyttes med et undertrykk-, undertrykk/overtrykk-, eller, overtrykk-sirkulasjons-boresystem. Borkronen ifølge foreliggende oppfinnelse er innrettet til å bore i varierende formasjoner og virker effektivt til å fjerne borekaks. Borkronen innbefatter en hoveddel som roterende bærer kutterorganer for desintegrering av formasjonene og utforming av det ønskede borehull. En skjerminn-retning rager ut fra hoveddelen nær kutterorganene, idet minst et første parti av skjerminnretningen har en utvendig diameter som er tilnærmet lik den utvendige diameter til kutterorganene og tilnærmet lik borehullets diameter, samt i det minste et andre parti med en utvendig diameter tilnærmet mindre enn den utvendige diameter til kutterorganene og tilnærmet mindre enn bor.ehullets diameter. En første kanal strekker seg gjennom hoveddelen for å opprette fluidumstrøm gjennom borkronen, og en andre kanal strekker seg gjennom hoveddelen for å opprette fluidumstrøm gjennom borkronen. Ovennevnte samt andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende nærmere beskrivelse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen. Figur 1 er et sideriss av en borkrone for grunnboring konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et riss av motsatt side av borkronen vist i figur I,

Figur 3 er ét grunnriss sett nedenfra av borkronen vist

i figur 1 og 2.

På tegningen, spesielt figur 1, er vist et sideriss av en borkrone for grunnboring konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Borkronen som generelt er angitt med henvisningstal-let 10 omfatter en hoveddel 14. Som vist er hoveddelen 14 innrettet til å tilkoples en lengde av borerør 24 for å danne en rotasjons-borstreng. En flens 11 på hoveddelen 14 er plasert nær en flens 12 på borerørlengden 24. Et antall bolter 13 anordnet mellom flensene 11 og 12 fastholder borkronen 10 til bore-rørlengden 24.

Borstrengen 24 og borkronen 10 innbefatter en midtre kanal gjennom hvilken gassformede fluider, borekaks og/eller materiale fra borehullet kan strømme. Et rør 19 strekker seg fra rotas jons-borerøret 24 langs hoveddelen 14 til en stilling mellom

og nær kutterne 15 og 17. Et rør 18 strekker seg fra rotasjons-borerøret 24 langs hoveddelen 14 til en stilling mellom og nær kuttere 16 og 17. Tre individuelle lagertapper rager ut fra hoveddelen 14. Hver av lagertappene bærer et stort sett konisk kutter-element. Kutterelementene er angitt ved henvisningtallene 15, 16 og 17. Hver av kutterelementene 15, 16 og 17 er på omkretsen forsynt med kutterorganer for. anlegg mot og desintegrering av formasjonene.

Deler 21 og 22 av en ringformet skjerm strekker seg rundt nedre ende av hoveddelen 14. Skjermelementene 21 og 22 strekker seg nedover så nær bunnen av borehullet som mulig. Et parti av skjermdelen 21 har en utvendig diameter som er tilnærmet lik borkronens radius slik den avgrenses av kutterne 16 og 17 og tilnærmet lik diameteren i borehullet. Et annet parti av skjerm-seksjonen 21 har en utvendig diameter som er tilnærmet mindre enn borkronens radius som avgrenses av kutterne 16 og 17, og vesentlig mindre enn borehullets diameter. Et parti av skjermdelen 22 har en utvendig diameter som er tilnærmet lik borkronens radius som av grenset av kutterne 15 og 17 og tilnærmet lik borehullets diameter. Et annet parti av skjermdelen 22 har en utvendig diameter som er tilnærmet mindre enn borkroneradien som avgrenset av kutterne 15

og 17 og vesentlig mindre enn borehullets diameter.

Figur 2 viser et riss fra motsatt side av borkronen 10. Borkronen 10 innbefatter som tidligere nevnt en hoveddel 14. Som vist er hoveddelen 14 innrettet til å tilkoples en lengde 24 av en rotasjons-borstreng. En flens 11 på hoveddelen 14 er plasert. nær en flens 12 på rotas jons-bor strengen 24. Et antall bolter 13-som er anordnet mellom flensene 11 og 12 forbinder borkronen 10 med rotasjons-borstrengen 24. Borstrengen 24 og borkronen 10 innbefatter en midtre kanal gjennom hvilken gassformede fluider, borekaks og materiale fra borehullet kan strømme. Et rør 20 strekker seg fra rotasjons-borstrengen 24 langs hoveddelen 14 til en stilling mellom og nær kuttere 15 og 16..

Tre individuelle lagertapper strekker seg fra. hoveddelen 14. Hver av lagertappene bærer de koniske kutterelementer 15, 16 og 17. Hvert av kutterelementene 15, 16 og 17 er på omkretsen forsynt med kutterorganer for anlegg mot og desintegrering av formasjonene. En del 20 av en ringformet skjerm strekker seg rundt nedre ende av hoveddelen 14. Skjermdelen 20 strekker seg nedover så nær mot bunnen av borehullet som mulig. Et parti av skjermdelen 20 har en utvendig diameter som er tilnærmet lik borkroneradien som -avgrenset av kutterne 15 og 16 og vesentlig lik borehullets diameter. Et annet parti av skjermdelen 20 har en utvendig diameter som er tilnærmet mindre enn borkroneradien som avgrenset av kutterne 15 og 16 og vesentlig mindre enn borehullets diameter.

På figur 3 er borkronen 10 vist sett nedenfra. De koniske kuttere 15, 16 og 17 er anordnet med lik innbyrdes avstand rundt hoveddelens omkrets. Skjermelementene 21, 22 og 23 rager nedover rundt borkronens 10 omkrets og danner derved et ringformet deksel. Et parti på hver av de respektive skjermer 21, 22 og 23 har en utvendig diameter som er vesentlig lik den utvendige diameter til borkronen slik denne avgrenses av kutterne 15, 16 og 17, og tilnærmet lik borehullets diameter. De respektive skjermelemen-ter 21, 22 og 23 har også partier som er vesentlig mindre enn den utvendige diameter til borkronen 10 og vesentlig mindre enn borehullets diameter. Rørene 18, 19 og 20 strekker seg gjennom skjer-mene 21, 22 og 23 og stikker ut mellom de respektive kuttere.

Etter at de konstruksjonsmessige detaljer ved borkronen

10 ifølge oppfinnelsen ovenfor er beskrevet skal dens virkemåte nå forklares under henvisning til figur 1, 2 og 3. ■ Borkronen 10

er en rotasjons-borkrone som kan anvendes med et undertrykk-, undertrykk/overtrykk- eller et overtrykk-isolasjons-boresystem. Borkronen 10 er innrettet til å bore i varierende formasjoner og til effektivt å fjerne borekaks fra borehullet ved å sikre at bo-rekakset løftes fra bunnen og medrives i sirkuleringsfluidet.

Som best vist i figur 2 innbefatter borestrenglengden 24 et midtre ringrom 25 og et mellomliggende ringrom 26 mellom et mellomrør og midtrøret. Ved undertrykk-overtrykk assistert boring står den indre kanal 25 i forbindelse med en undertrykk-kilde, slik at luft trekkes oppover i midtrommet 25. Mellom-rommet 26 er forbundet med en trykkluftkilde slik at luft presses nedover i ringrommet 26. Rørene 18, 19 og 20 er forbundet med

.ringrommet 26. Luften strømmer nedover gjennom ringrommet 26 inn i rørene 18, 19 og 20 og rettes nedover mot bunnen av borehullet, hvorved borekaks løftes opp fra bunnen og sirkuleres oppover i luften som trekkes oppover i ringrommet 25 på grunn av undertrykket. Skjermelementene 21, 2 2 og 2 3 bevirker at luft trekkes nedover fra borkronensog borstrengens utside og sirkuleres mellom kutterne 15, 16 og 17 -for derved å bidra til å løfte borkaksen opp fra bunnen slik at de medrives i luftstrømmen som på grunn av undertrykket trekkes oppover i ringrommet 25. Det parti av skjermelementene 21, 22 og 23 som er vesentlig mindre enn diameteren til borkronen og borehullets diameter bevirker at luft mellom veggene til borehullet og borestrengen sirkulerer mellom kutterne 15, 16 og 17. Skjermelementene sikrer at denne luften må nødvendigvis sirkulere nær borehullets bunn og derved løfte borkaksen opp fra bunnen. Borkronen 10 letter fjerning av borekaks fra borehullet. Borekaksen kan variere i størrelse fra stykker med forholdsvis stor diameter til pulverlignende partikler. Vann eller andre stoffer kan også komme inn i borehullet og må fjernes. Borehullets vegger må forbli intakte og borkronens gjennomtrengningshas-tighet under boring bør være tilstrekkelig til at det kan bores et stort antall hull i løpet av rimelig tid. Ved bruk tilkoples borkronen 10 til borstrenglengden 24. Borstrengen senkes ned i borehullet inntil kutterne 15, 16 og 17 ligger an mot bunnen i hullet. Ved anlegg mot hullbunnen rote-res borstrengen og sammen med denne borkronen 10. Når borkronen 10 roterer om borkronens rotasjonsakse roterer hver av kutterne 15, 16 og 17 om sine respektive rotasjonsakser.. Kutterorganene på kutterne 15, 16 og 17 desintegrerer jordformasjonene og danner borekaks som kan variere i størrelse fra store stykker til pulverlignende kaks. Borekaksen må fjernes fra borehullet. Borkronen 10 er særlig effektiv når den benyttes ved boring med sug-eller undertrykkindusert snudd sirkulasjon og trykkassistert under trykkbor ing .Undertrykk dannes i midtkanalen 25 i rotasjons-borstrengen, slik at et undertrykk induseres i midtkanalen i hoveddelen 14. Luft eller annen gass fra en trykkilde strømmer gjennom ringrommet 26 og inn i rørene 18, 19 og 20 og treffer borehullets bunn for å sikre at borekaksen løftes fra bunnen. Borekaksen trekkes inn i midtkanalen i hoveddelen 14 inn i midtkanalen 25 i borstrengen og føres oppover til overflaten.

Claims (1)

1. Rotasjons-borkrone for utforming av et borehull, karakterisert ved et antall kutterelementer (15, 16 og 17), en hoveddel (14) som roterbart bærer kutterelementene med innbyrdes avstand slik at kutterelementene kan ligge an mot og desintegrerer borehullbunnen ved rotasjon av borkronen, hvilken hoveddel omfatter fra hoveddelen utstikkende skjermorganer (21, 22, 23) som strekker seg nær kutterelementene idet i det minste et første parti av skjermelementene har en utvendig diameter som er vesentlig lik den utvendige diameter til kutterelementene og vesentlig lik borehullets diameter, samt i det minste et andre parti med en utvendig diameter som er mindre enn den utvendige diameter til kutterelementene og mindre enn borehullets diameter, idet en første kanal (25) strekker seg gjennom hoveddelen, og en andre kanal (26) strekker seg gjennom hoveddelen.