NO972626L - Fremgangsmåte og anordning for utforming av et borehull i undergrunnsformasjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for utforming av et borehull i undergrunnsformasjoner, ved bruk av et boreverktøy som er forbundet med den nedre ende av en rotasjonsdrevet boreline, samt en i anordningens hus opptatt drivmotor for borkronen.

Når borehull utformes i undergrunnsformasjoner ved hjelp av et borehull av ovennevnte art, blir borelinen, for å minske friksjon mellom formasjonen og borelinen samt for å påføre et mot-dreiemoment på boreverktøyhuset, vanligvis brakt til å rotere forholdsvis sakte i retning mot høyre, og således i samme retning som borkronen, idet den forholdsvis sakte rotasjon øker borkronens rotasjonshastighet som frembringes av boreverktøyets drivmotor. Dreiemomentet som utøves på borelinens boreverktøyhus, minskes imidlertid på grunn av friksjonen mellom formasjonen og borelinen etterhvert som sistnevntes lengde øker, slik at borelinen bare overfører til boreverktøyhuset en gradvis avtagende del av det dreiemoment som ansettes ved overflaten og som er tilgjengelig for drivmotoren som et mot-dreiemoment. Av fasthetsårsaker er det bare mulig å innføre en begrenset øking av dreiemomentet ved overflaten.

Oppfinnelsen angår problemet forbundet med å forbedre ansettingen av dreiemoment ved hjelp av borelinen og boreverktøyet. Den løser dette problem ved en fremgangsmåte som angitt krav 1 og ved en anordning som angitt i krav 8. Med hensyn til ytterligere utviklinger vises til krav 2-7 og 9-15.

For den samme maksimale dreiemoment-belastning på borelinen, skifter fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen punktet for innføring av dreiemomentet som bringer borelinen til å rotere til boreledningens borehullende, med den følge at det der er tilgjengelig et høyt mot-dreiemoment som kan påvirke rotasjons-borkronen. Dette muliggjør betydelig større boreytelse og oppnåelse av lengre avstander, ettersom det ikke er noe nødvendig med noe restmoment som et mot-dreiemoment ved borelinens overflateende, og hele dreiemomentet som innføres i borelinen ved borehullenden for å rotere den, kan benyttes til å over-vinne friksjonskraften.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen er nærmere beskre-vet i det følgende, i tilknytning til tegningen som skjematisk og i større målestokk viser en anordning for utforming av et borehull i undergrunnsformasjoner.

Den viste anordning omfatter en boreline 1 som består av enkelt-bore-rørseksjoner 2, 3 som er sammenkoplet og som er forbundet med et boreverktøy 4 ved sin bunnende. Boreverktøyets 4 hus 5 opptar en drivmotor, fortrinnsvis en hydraulisk drivmotor 6 som drives ved hjelp av boreslam, og dens drivaksel 6 strekker seg ut av huset 5 med en liten spiss vinkel til husets lengdeakse og bæ-rer en borkrone 7 ved sin ytterende.

Borerørseksjonene 2, 3 kan være sammenkoplet på konvensjonell måte ved hjelp av bolter, men det er også mulig å anordne en forbindelse 8 mellom borerørseksjonene 2, 3 som kan belastes i begge rotasjonsretninger og som f.eks er konstruert som en rillekopling som er låst ved hjelp av en kapselmutter. Denne er skrudd på en ytre, skruegjenget del 10 på borerørseksjonen 3, som skjematisk nærmere vist i detalj E1. I utgangspunktet kan enhver type kopling som kan belastes i begge rotasjonsretninger, benyttes.

På overflaten strekker borelinen 1 seg gjennom en overflate-drivinnretning, f.eks. et dreiebord som skjematisk vist ved 13 og ved hjelp av hvilket borelinen 1 eventuelt kan drives i begge rotasjonsretninger. På overflaten er det fortrinnsvis også en overflatebrems som er skjematisk vist ved 14 og som samvirker med borelinens yttervegger i en overflateseksjon. Bremseinnretningen kan f.eks. omfatte en bremsesko 11 som ved hjelp av en momentarm 12 kan trykkes mot borelinens yttervegger, som skjematisk vist i detalj i fig. E2, selv om den også kan ha en utføringsform hvor den er kombinert med rotasjons-drivinnretningen 13.

Som det fremgår av tegningen, er huset 5 til boret i verktøyet 4 forsynt med en bremseinnretning 15 som, slik det er nærmere skjematisk vist i detalj i fig. E3, f.eks. kan omfatte bremseelementer 16 som kan utskyves i anlegg mot borehullveggene. Borkronens 7 skaftparti kan også være forsynt med en bremseinnretning 17 som omfatter bremseelementer 16 innrettet til å bringes i anlegg mot borehullveggene, som skjematisk antydet nærmere i detalj fig. E3. Bremseele-mentene 16 kan være konstruert som bremsesko eller -ribber.

Borkronen 7 er fortrinnsvis utstyrt med koplingsdeler 18 eller 19 som har en angrepsvinkel 20 som kan ligge mellom en liten negativ og en liten positiv verdi som antydet i detalj fig. E4. I betraktning av den høyt tilgjengelige drivutgang for borkronen 7, utgjør en slik utføringsform et ytterligere bidrag til øket borefremdrift.

Boreverktøyets 4 drivmotor 6 er konstruert for en sammenligningsvis høye-re ytelse, slik at drivmotoren kan drive både borkronen 7 i høyrerettet rotasjon og borelinen 1 i venstrerettet rotasjon. Borelinens 1 venstre rotasjon foregår fortrinnsvis med en hastighet som er en brøkdel av borkronens 7 rotasjonshastighet. Dersom det gjelder et retnings-boreverktøy, så som vist i tegningen, bringes borelinen 1 som regel til å rotere mot venstre under rette boreoperasjoner.

I tilfeller der formasjonen bare utøver minimal friksjon på borelinen 1, er det mulig å bruke bremseinnretningen 14 til å skape et dreiemoment som virker mot-satt borelinens 1 venstre rotasjon, og som erstatter en manglende friksjon som formasjonen virker på borelinen 1 med og som er nødvendig for å bygge opp et ønsket mot-dreiemoment på boreverktøyets 4 hus 5. Bremsemomentet som ved overflaten innføres i borelinen via bremseinnretningen 14, kan trinnløst varieres for å tilpasses enhver situasjon, og det påføres i ethvert tilfelle hver gang rotasjonshastigheten til borelinens 1 venstre rotasjon overskrider et forutbestemt maskimumsnivå.

I tilfeller der formasjonen utøver en meget høy friksjon på borelinen, kan det være ønskelig ved overflaten å innføre i borelinen 1 et dreiemoment som virker i retning av venstre rotasjon ved hjelp av drivinnretningen 15 for å hjelpe drivmotoren 6 i boreverktøyet 4.

I den grad den minimale friksjon som utøves på borelinen 1 av formasjonen innebærer at borelinen 1, for sin venstre rotasjon, bare krever et minimalt dreiemoment som, som et mot-dreiemoment, ikke er tilstrekkelig til å drive borkronen med en ønsket bore-fremdriftshastighet, så kan man, i tillegg til å bruke bremseinnretningen 14 eller isteden for å bruke bremseinnretningen 14, sette bremseinnretningen 15 som kan være anordnet på boreverktøyets 4 hus 5, men som også kan være anordnet hvilket som helst annet sted på borelinen, i bevegelse for å gi drivmotoren 6 det nødvendige mot-dreiemoment for en høy boreytelse. I dette tilfelle har bruken av bremseinnretningen 15 den fordel at rotasjonshastigheten til borelinens 1 venstre rotasjon kan reguleres uten å påføre borelinen 1 et tilsva-rende dreiemoment ved hjelp av bremseinnretningen 14 ved overflaten. Bremseinnretningen 15 kan også brukes som en rotasjonshastighetsbegrenser for borelinen 1.

Dersom det skulle vise seg at borkronen 7 ikke lenger finner tilstrekkelig motstand i formasjonen til å kunne skape, som et mot-dreiemoment, det moment som er nødvendig for en venstre rotasjon av borelinen 1, så er det ved hjelp av

bremseinnretningen 17 mulig å bygge opp på rotasjonsborekronens 7 skaft og på grunn av bremseeffekten fra borehullveggene, et dreiemoment som er nødvendig og som kan virke som et mot-dreiemoment for å drive borestangen 1. I likhet med bremseinnretningene 14 og 15, kan også bremseinnretningen 17 trinnløst varieres slik at det via bremseinnretningene 14, 15, 17 enkeltvis eller sammen, og finjustere hvilken som helst ønsket påføring av dreiemoment ved borkronen 7 og borelinen 1.

F.eks. i forbindelse med en konvensjonell utforming av et borehull, dersom overflate-drivinnretningen 15 driver en boreline 1 i høyrerotasjon med en hastighet på 60 r/min, så vil boreverktøyets 4 drivmotor 6 også virke til å rotere borkronen 7 mot høyre med 200 r/min i forhold til huset 5 og på overflaten vil borelinen 1 være utsatt for et dreiemoment på 40 000 Nm hvorav bare 10 000 Nm, på grunn av friksjonen til borelinen 1 i formasjonen, vil være igjen ved overføringen mellom huset 5 og boreverktøyet 4, slik at driv-utgangseffekten ved borkronen som roterer med 260 r/min i forhold til formasjonen og i en høyrerotasjon, vil beløpe seg til 7,272 kW.

På den annen side, dersom boreverktøyets 4 drivmotor 6 driver borelinen 1 med 20 r/min i venstrerotasjon, slik at borkronen 7 drives i forhold til boreverktøy-ets 4 hus 5 200 r/min i høyrerotasjon, og dersom drivmotoren 6 derved påfører borelinen 1 et dreiemoment på 40 000 Nm, hvorav bare 10 000 Nm, på grunn av friksjonen til borelinen 1 i formasjonen, er tilgjengelig ved overflateenden, så vil driv-utgangseffekten ved borkronen som roterer med 180 r/min mot høyre i forhold til formasjonen beløpe seg til 7,754 kW.

Til slutt, dersom boreledningen drives av boreanordningens 4 drivmotor 6 mot venstre med 60 r/min, så vil utgangseffekten ved en borkrone som roterer med 140 r/min mot høyre i forhold til formasjonen, med dreiemomenter som er uendret ved borelinens 1 topp- og bunn-ender beløpe seg til 7,586 kW, og likevel være omtrent det dobbelte av den driv-utgangseffekt som for konvensjonell høy-rerotasjon av borelinen 1 kan påføres av borkronen 7 fra overflaten.

Ettersom det ved toppenden av borelinen 1 og i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, ikke må være tilgjengelig noe rest-dreiemoment, slik som ved konvensjonelle metoder med overflate-høyrerotasjon av borelinen 1, er nødvendig som et mot-dreiemoment ved bunnenden, så får den sammen maksimale belastning av borelinen slik at borehull av betraktelig større utstrekning kan utformes.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for utforming av et borehull i undergrunnsformasjoner ved hjelp av et boreverktøy som er forbundet med bunnenden av en rotasjonsdrift-boreline, særlig et retning-boreverktøy som i sitt hus opptar en drivmotor for bore-verktøyets borkrone, karakterisert ved at borelinen rotasjonsdrives i en venstre-rotasjons-retning ved hjelp av boreverktøyets drivmotor.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hastigheten til borelinens rotasjonsbevegelse mot venstre utgjør en brøkdel av borkronens rotasjonshastighet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at en overflateseksjon av borelinen bremses.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at en undergrunnsseksjon av borelinen bremses i forhold til borehullet.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at boreverktøyets ytterhus bremses i forhold til borehullet.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at borkronens skaftparti bremses i forhold til borehullet og i området ved dets skaft.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at bremsingen av borelinen kuttes inn når en forutbestemt maksimal rotasjonshastighet av venstrerettet rotasjon overskrides.

8. Anordning for utforming av et borehull i undergrunnsformasjoner med en boreline (1) som er innrettet for rotasjonsdrift og et boreverktøy (4), særlig et ret-nings-boreverktøy, som kan forbindes med borelinens (1) bunnende og som er utstyrt med en i boreverktøyets (4) hus (5) anordnet drivmotor for boreverktøyets (4) borekrone (7), karakterisert ved at boreverktøyets (4) drivmotor (6) er konstruert til å drive borkronen (7) i rotasjon i høyre retning samtidig som det driver borelinen mot venstre i rotasjon i retning mot venstre.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at borkronen (7) er utstyrt med skjæreelementer (18, 19) med en skråvinkel (20) som ligger mellom en liten negativ og en liten positiv verdi.

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at borelinen (1) består av rørseksjoner (2, 3) som er innrettet til å sammenkoples ved hjelp av koplingsmidler (8; 9, 10, 11, 12) slik at de kan belastes i begge rotasjonsretninger.

11. Anordning ifølge krav 8-10, karakterisert ved at borkronen (7) skaftparti er forsynt med en bremseinnretning (15) med bremsedeler (16) som kan bringes til anlegg mot borehullets vegger.

12. Anordning ifølge et av kravene 8-11, karakterisert ved at boreverktøyets (4) hus (5) er utstyrt med en bremseinnretning (15) med bremsedeler (16) som kan bringes i anlegg mot borehullets vegger.

13. Anordning ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at bremseinnretningen (15; 17) omfatter bremse-bakker som kan utskyves til anlegg mot borehullets vegger.

14. Anordning ifølge et av kravene 8-13, karakterisert ved at en bremseinnretning (14) som er stivt understøt-tet og som samvirker med et overflateparti av borelinens (1) yttervegger.

15. Anordning ifølge et av kravene 8-14, karakterisert ved en overflate-rotasjonsdrift (13) for borelinen (1) ved hjelp av hvilken det blir mulig å bringe borelinen (1) til å rotere valgfritt i retning mot venstre eller høyre.