NO783618L - Anordning ved oljeboring. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved boring med omvendt sirkula-

sjon med undertrykkeffekt og vending av sirkula-sjonen i borerørstrengen, samt en anordning for utførelse av fremgangsmåten

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved boring med omvendt sirkulasjon, med undertrykkeffekt og omvending av sirkula-sjonen i borerørstrengen, såvel som en anordning for utførelse av denne fremgangsmåte.

Man vet at fremføringshastigheten av boreverktøyet såvel som dettes slitasje avhenger ikke bare av det jordlag det skal gjennom, men også av den trykkdifferanse som foreligger mellom boreslammets trykk og trykket av de fluidumer som foreligger i det jordlag man borer gjennom.

Man har således allerede uttenkt å frembringe i høyde med boreverktøyet et undertrykk som gjør det mulig for boreslam-met, som har spylt den forreste ende av utboringen, å stige til et undertrykkammer frembragt ved hjelp av venturi og anordnet i verktøyet hvor det blandes med det nedadgående boreslam gjennom borerørstrengen i verktøyet før det påny ledes til spylekretsen i forreste ende av boringen, idet en del stiger opp i det ringformede rom mellom brønnforingen og borerørstrengen.

Selv om denne forbedring bringer fordeler, har den ikke gjort det mulig å dra nytte av en beskyttelse av det jordlag som man trenger gjennom ved boringen, like effektivt som den som er virkeliggjort ved hjelp av fremgangsmåten med omvendt sirkulasjon, idet den andel av boresiammet som kommer fra verktøyet og rettes mot ringrommet, allerede er fylt med utboret materiale.

Formålet med oppfinnelsen er en fremgangsmåte ved brønn-boring som samtidig sikrer god beskyttelse av det gjennomborede jordlag ved hjelp av sirkulasjon nedover av et fluidum eller et egentlig boreslam gjennom hele lengden av borerørstrengen og hur-tig fremføring av verktøyet samtidig med reduksjon av dettes slitasje ved løfting ved undertrykk av boresiammet ved hjelp av borerørstrengen helt til i høyde med foringsrøret, idet boresiammet fylt med utboret materiale da drives ved venturieffekt til dette nivå og føres tilbake til det ringformede rom mellom borerørstrengen og foringsrøret, idet selve boresiammet pumpet fra overflaten i borerørstrengen rettes over dette nivå i det nedre parti av det ringformede rom mot brønnboringen.

Ved å anvende en omvendt sirkulasjon over hele utstrek-ningen av brønnboringen får ikke bare de gjennomborede jordlag en effektiv beskyttelse, men boresiammet som beveger seg nedover i ringrommet kan spyle den forreste ende. av utboringen uten å bli forurenset ved tilstedeværelsen av utboret materiale. Dessuten

.kan boresiammet som stiger opp gjennom borerørstrengen, suges ut ved venturieffekt og trykkes inn i det ringformede rom mellom for-ingsrøret og borerørstrengen, ved et tilstrekkelig høyt nivå til

å unnslippe belastningstapene i de områder som ikke er utstyrt med foringsrør. Man kan samtidig redusere trykkforskjellen mellom trykket i lagene i høyde med boringen og det trykk som utøves av boresiammet, mens man lett fører opp det utborede materiale i det øvre parti av ringrommet mellom borerørstrengen og foringsrøret.

Et annet formål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie en anordning for utførelse av den således beskrevne fremgangsmåte, hvilken anordning utmerker seg ved at borerørstrengen i sitt parti som befinner seg over massen av borerør og i ønsket høyde, en innretning for avbøyning av boresiammet forsynt med minst en øvre innløpskanal som forbinder det øvre innvendige parti av borerør-strengen med en nedre åpning som munner ut i det nedre parti av ringrommet, og minst en nedre innløpskanal som forbinder det indre nedre parti av borerørstrengen med et lavtrykkskammer som står i forbindelse med minst en øvre utløpskanal som munner ut i det øvre ringformede rom mellom foringsrøret og borerørstrengen, hvilken øvre innløpskanal dessuten munner ut i nevnte kammer ved hjelp av en venturiinnretning.

Det er således tilstrekkelig på overflaten å injisere boresiammet i borerørstrengen for det første for å drive en del i det nedre parti av ringrommet mot brønnboringen og boreverk-tøyet og for det annet for å mate venturiinnretningen for å frembringe et undertrykk som tjener til å løfte boresiammet fylt med utboret materiale som skriver seg fra verktøyet og ledes i borerørstrengen. Boresiammet blir deretter trykket ut ved hjelp av innretningen i det øvre parti av ringrommet. Da tverrsnittet av det ringformede rom mellom borerørstrengen og foringsrøret er større enn tverrsnittet av borerørstrengen, blir det,utborede materiale løftet i borerørstrengen med en større hastighet enn den boresiammet oppnår ved verktøyet, slik at man unngår i denne høyde ethvert tilbakefall av utboret materiale. Det er dessuten tilstrekkelig å anbringe innretningen for avbøyning og undertrykk i en tilstrekkelig dybde f.eks. i størrelsesordenen 1000 m, for dermed å frembringe et hydrostatisk trykk på 100 bar som ved venturiinnretningen frembringer et undertrykk i størrelsesordenen -30 bar. Tilførselen av boreslam ved hjelp av avbøyningskanalen ved venturiinnretningen.øker leveringen av boreslam som sirkulerer i det øvre parti av ringrommet og unngår således ethvert tilbakefall av utboret materiale i dette område.

Den svake strømføring som fås langs veggen av brønn-boringen gjør det mulig for boresiammet når dette kommer direkte fra overflaten ved hjelp av omvendingsinnretningen, fullt ut å sikre sin rolle med utjevning av de fluidumer som foreligger i jordlagene, uten erosjon av jordlagenes vegger og med minimal dan-nelse av slamkaker, mens man benytter seg av en økt strømføring i det øvre parti av ringrommet mellom borerørstrengen og forings-røret.

Venturieffekten i avbøyningsinnretningen sikrer dessuten en effektiv blanding av utboret materiale som løftes ved hjelp av borerørstrengen, med boreslam som kommer fra det øvre parti av borerørstrengen. Den samme blandingseffekt gjør det mulig å ute-lukke opptreden av store gassbobler som stiger opp i verktøyet, hvilke bobler deles opp i det injiserte boreslam.

Når det dreier seg om undervannsboring, stiger bore-■ slammet opp igjen til overflaten ved hjelp av ringrommet mellom borerørstrengen og forbindelsesrøret. I tilfelle av en enkel lede-boring uten forbindelsesrør kan det utborede materiale ganske enkelt tømmes ut i sjøen. Av denne grunn kan avbøyningsinnret-ningen ikke lenger omfatte nedre utløpskanaler mot brønnboringen, idet vannet som injiseres i borerørstrengen bare tjener til å danne et undertrykk for å løfte i det nedre parti av borerør-strengen det utborede materiale blandet med sjøvann og tømme det

ut i havet.

Ytterligere formål og karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå ut fra følgende beskrivelse under henvisning til tegningene som i form av et rent eksempel viser en utførelse av en anordning for anvendelse av oppfinnelsen såvel som en av dens varianter, idet fig. 1 er et skjematisk riss av en brønn forsynt med en innretning for avbøyning og undertrykk, fig. 2 en skjematisk fremstilling av et snitt av innretningen for avbøyning og verktøyet, og fig. 3 skjematisk snitt av innretningen i det tilfelle hvor et verktøy drives av en turbin.

Innretningen for avbøyning og undertrykk er vist skjematisk ved 1 på fig. 1. Pilene 13, 20, 29 og 26 antyder henholds-vis sirkulasjonsretningen for fluidumene i det indre av den øvre borerørstreng 14, den nedre borerørstreng 21, det nedre ringrom 15, fig. 2, som befinner seg mellom brønnboringens vegg 32 og borerørstrengen 21 og det øvre ringrom 2 7 som befinner seg mellom borerørstrengen 14 og foringsrøret 3. Brønnhodet såvel som pumpe-anlegg og annet utstyr som ikke utgjør noen del av oppfinnelsen, er ikke vist.

Innføringen av innretningen for avbøyning mellom det øvre og nedre parti av borerørstrengene 14 og 21 finner sted i en høyde som er slik at når verktøyet 4 er i boreposisjon befinner innretningen 1 seg over den nedre ende 2 av det siste foringsrør 3, fig. 2, hvis nedre parti er sementert ved 2 3 i brønnboringen 24.1 innretningen 1 er dannet et hus 5 som med gjenger 6 er skrudd fast til borerørstrengen 14 og med gjenger 7 til borerørstrengen 21. Overflaten 17 av huset 5 er tilstrekkelig glatt til ikke å skade foringen under dreining av borerørstrengen som driver verk-tøyet 4.

Huset 5 omfatter en eller flere øvre innløpskanaler 18 som kommuniserer med den øvre borerørstreng 14 og en eller flere nedre innløpskanaler 19 som kommuniserer med den nedre borerør-streng 21. Den eller de øvre innløpskanaler 18 kommuniserer direkte med den eller de nedre utløpsdyser 16, idet de nedre innløps-kanaler 19 kommuniserer med den eller de øvre utløpskanaler 25 over et kammer 9 hvis innløp 10 er i høyde med munnstykket 8. Dette er forbundet med bunnen av den eller de øvre innløpskanaler 18 ved hjelp av en eller flere' avgreninger. I den viste utfør-else er dysene 16 anbragt' umiddelbart under retningsforandringen som gjør det mulig for fluidumet 13 å stige opp ved 11 i munnstykket 8 .

Når boresiammet 13 injiseres ved overflaten i borerør-strengen 14, går det gjennom kanalene 18 hvor de deler seg i et parti 11 som fører mot munnstykket 8 og et parti 12 som går nedover ved 2 9 i det ringformede rom som befinner seg mellom brønn-boringen 32 og borerørstrengen 21, deretter i området 30 til verk-tøyet 4. Boreslam fylt med utboret materiale stiger opp ved 31

i verktøyet 4. Oppstigningen av boresiammet i borerørstrengen 21 er vist ved 20. Dets hastighet blir deretter akselerert i den eller de kanaler 19 som fører til kammeret 9 gjennom innløpet eller innløpene 10. Munnstykket 8 og kammeret 9 gjør det mulig å øke hastigheten for partiet 11 av boresiammet som kommer fra overflaten gjennom kanalene 18, og å frembringe et undertrykk som driver partiet 20 av boreslam fylt med utboret materiale. Blandingen 26 av disse boreslam blir således sprøytet ut gjennom kanalen eller kanalene 25 som munner i det øvre ringrom 27.

I denne sirkulasjon er trykket ved 15 ved utløpet av dysen eller dysene 16 noe større enn det hydrostatiske trykk og enn det trykk som hersker i området 2 7 av det øvre ringrom nær ut-løpskanalen 25. Dette fører til en svak strømning 28 tilstrekkelig til å hindre at det utborede materiale synker ned igjen og til å kjøle innretningen 1 i tilfelle av friksjon mot foringsrøret '3. Trykket ved 15 er også tilstrekkelig til å overvinne de belast-ningstap som bevirkes i det ringformede rom mellom strengen 2-1 og foringsrøret 3, og deretter mellom strengene 21 og brønnboringen 32.

I det tilfelle at man er tvunget til å senke innretningen 1 under det nedre nivå 2 for det siste foringsrør 3, kan man også anvende innretningen uten å skade brønnboringen ved å be-grense tilførselsstrømmen som kommer ut av dysen 16.

Innretningen kan selvsagt anvendes under de samme be-tingelser når det dreier seg om en undervannsbrønn, idet boresiammet pumpes fra plattformen eller boreskipet.

Når man foretar en forboring eller boring av et styre-hull og der ikke er noen fare for at forurensning kan opptre, kan man være nødt til å anvende innretningen i et nivå for borerør-strengen som befinner seg mellom bunnen av havet og overflaten, idet ennå ikke noe foringsrør er anbragt og det ikke anvendes noe stigerør. Under disse forhold kan man eventuelt utelate dysene 16, idet vannet som pumpes fra overflaten inn i de øvre borerør, har som eneste oppgave å drive oppstigningen av boresiammet be-stående av utboret materiale helt til kanalen 25 hvor det trykkes direkte ut i havet, idet innretningen 1 er over havbunnen.

I den på fig. 3 skjematisk viste variant hvor henvis-ningstallene er bibeholdt for de samme elementer, har man mellom innretningen 1 og verktøyet 4 innsatt en turbin 4 0 for drift av verktøyet. Ved 41 er vist anslag som holder turbinen opphengt, ved 42 er vist et lager som skal ta opp skyvekraft utøvet av rotorakselen 43. Statorskovlene og rotorskovlene er vist hen-holdsvis ved 44 og 45. Rotorakselen 43 er fast forbundet med verktøyet 4 og statoren er fast forbundet med borerørstrengen 21, hvorfor man drar nytte av den nedre omvendte sirkulasjon skjematisk antydet ved pilen 29 for det første, for kjøling av verk-tøyet 4 og for det annet under løftingen av fluidumet 20 for å dreie skovlene 43, idet fluidumet 20 som er fylt med utboret materiale og har passert gjennom turbinen, stiger opp i borerør-strengen 21 gjennom de samme kretser som de allerede forklart med henvisning til fig. 2.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved boring i jorden eller i havbunnen under frembringelse av en omvendt sirkulasjon, karakterisert ved at borefluidumet som strømmer gjennom den ringformede borerørstreng, brønnboringen, stiger opp i borerørstrengen ved undertrykk helt til et nivå, hvor det kastes ut utenfor borerørstrengen ved hjelp av driften av fluidum som pumpes fra overflaten i den øvre borerørstreng, idet dette fluidum avbøyes i samme oppadstigende retning som boresiammet drevet av venturi-ef-f ekt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bare en del av det fluidum som pumpes fra overflaten inn i den øvre borerørstreng, avbøyes for å drive oppstigningen av boresiammet fylt med utboret materiale som kommer fra den nedre borerørstreng, idet det annet parti strømmer ut av borerørstren-gen for å tjene som borefluidum.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at trykket av borefluidumet på det sted hvor det går fra den øvré borerørstreng til det ringformede rom som omgir den nedre borerørstreng, er noe større enn dets hydrostatiske trykk og at trykket av blandingen av fluidum som avbøyes etter dets injeksjon i boresiammet fylt med utboret materiale når dette presses ut i det øvre parti av det ringformede rom.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 2 og 3, karakterisert ved at utpressingen av boreslam fylt med utboret materiale foregår i et nivå som befinner seg over den nedre ende av det siste foringsrør.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at boringen av styrehullet i en undervannsbrø nn foregår ved direkte utkastning i havet av boresiammet fylt med utboret materiale fra den nedre borerø rstreng i ethvert nivå mellom havbunnen og overflaten.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, og under anvendelse av en turbin for drift av verktøyet, karakterisert ved at drivfluidumet for rotoren er det fluidum som <*> løftes opp av boresiammet fra verktøyet, 'idet det. fluidum som for-later turbinen drives av fluidumet pumpet inn ved overflaten. t

7. Anordning til utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at den er laget av en kapsling som omfatter minst en øvre innløpskanal som står i forbindelse med det øvre parti av borerørstrengen, minst en nedre innløpskanal som står i forbindelse med det nedre parti av borerørstrengen, minst en nedre dyse som står i forbindelse med den øvre innløpskanal, minst en øvre avløpskanal som over et kammer står i forbindelse med den nevnte nedre innlø pskanal, hvilket kammer danner et kammer med undertrykk som ved sin bunn omfatter et munnstykke såvel som en adgang til kammeret fra den nedre kanal, idet munnstykket er forbundet med den øvre innløpskanal og sammen med adgangskammeret danner en venturiinnretning.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den eller de øvre innføringskanaler såvel som den eller de nedre innføringskanaler munner ut i en gjenget skjøt for å ta imot de øvre og nedre partier av borerørstrengen.

9. Anordning ifølge et av kravene 7 eller 8, karakterisert ved at den nedre innløpskanal er forbundet med den øvre utløpskanal for en turbin som styrer omdreiningen av boreverktøyet, idet kanalen for løfting av boresiammet fra verk-tøyet er forbundet med innlø pskanaler for -turbinen som tar imot oppadstigende borefluidum og driver rotorskovlene for å løfte den nevnte nedre innlø pskanal i anordningen.