SE523945C2 - Förfarande och anordning vid riktningsstyrd borrning - Google Patents

Description

25 30 p . a n nu 523 94àä* 2 under utförande av en mycket hastig vridning. Denna ”stick-Slip” effekt minskar borrsjunkningen och ökar kronslitaget.

En väsentlig skillnad mellan konventionell rätlinjig borrning med borrstöd som består av ett antal efter varandra skarvbara borrör och ett böjligt borrör av coil-string typ är att användandet av böjliga borrstöd bara tillåter en förhållandevis liten ansättningskraft mot borrkronan vilket väsentligen reducerar borrteknikens effektivitet. I synnerhet när det handlar om riktningsstyrd borrning av krökta hål är denna begränsning påtaglig eftersom en stor del av ansättningskraften går förlorad vid varje parti av borrörets som kröker sig. Dessa problem beror dels på geometriska betingelser, men också på grund av de stora statiska friktionskrafter som uppträder vid varje avlänkat parti av borrstödet. I denna del bör inses att de ovan nämnda problemen blir större vid allt snävare krökningsradier.

På senare tid har det blivit allt vanligare med riktningsstyrd borrning och härmed ställs också allt större krav på effektiviteten hos sådan utrustning och i synnerhet då vid borrning av serier av icke linjära hål, det vill säga krökta eller sneda hål. Ett exempel på detta är de fall man på önskar undvika onödig borrning i icke malmförande berg, utan effektivt styra borrningen direkt mot de malmförande kropparna i berget.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att minimera uppträdande ”stick slip” vid riktningsstyrd borrning, I synnerhet vid borrning av krökta hål med små radier eftersom de friktionskrafter som härvid uppträder mellan det böjliga borrstödet och berg- eller hålväggen blir mycket stora vid vridning av borrstödet för indexering av borrmaskinen.

Dessa syften med uppfinningen uppnås genom att anordningen enligt föreliggande uppfinning har erhållit de särdrag och kärmetecken som anges i patentkraven.

I det följande beskrivs denna uppfinning närmare med hänvisning till den enda bifogade ritningen på vilken visas schematiskt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Med hänvisning till fig. 1 visas ett exempel på utrustning som enligt uppfinningen används vid riktningsstyrd borrning vid övergången från ett vertikalt parti 1 till ett horisontellt parti 2 av ett borrhål 3 i ett berg. I den distala änden av ett rörforrnig böjligt borrstöd 4 av s k ”coil-string” typ, är ett allmänt med betecknat 5 sänkaggregat (BHA) anordnat. Med 6 betecknas en trumma på vilken det böjliga borrstödet 4 är upprullat och med 7 en matnings- anordning för matning av borrstödet ned i det efter hand bildade borrhålet.

För att bilda något som i det följande benämns borrsträng innefattar särikaggregatet 5, från borrstödets distala ände sett, ett slagverktyg 8, en lägesbestämmande utrustning 9 eller en s k ”measurement while drilling” (MWD, en styranordning 10 i form av en motor för vinkling eller lägesinställning av aggregatet, en indexeringsanordning ll och en borrmaskin K:\Patent\l 100-\l l0078600se\0203 l3text.doc 10 15 20 25 30 523 94š*%ïffiï 3 12 med en borrkrona 13. lndexeringsanordningen ll är avsedd för stegvis vridning av borrmaskinen omkring borrkronans i borriktningen sett sig sträckande huvudaxel och är företrädesvis, liksom övriga i aggregatet ingående enheter såsom slagverktyget, MWD- utrustningen och borrmaskinen utformade på lämpligt konventionellt sätt.

Rent konstruktivt kan indexeringsanordningen 11 vara utformad på en rad olika sätt och innefattar i det här beskrivna utföringsexemplet en roterbar vätskemotor av mud-typ samt ett av motorn drivet ventilarrangemang med hjälp av vilket hela borrmaskinen kan vridas ett definierat gradtal (indexeras) mellan varje slag. Under drift strömmar en drivvätska bestående av en blandning av vatten eller en suspension av bentonit lera i vatten genom motom vilken i sin tur driver ventilarrangemanget. På känt sätt är ventilarrangemanget så utformat och balanserat att en variation av den genom motom passerande drivvätskan resulterar i en förändring av flödesbalansen genom ventilarrangemanget vilket i sin tur är så kopplat till en i indexeringsanordningen ingående motor eller liknande ställ- och manöverdon så att borrmaskinen 12 vrids ett definierat gradtal under inverkan av motorn.

På liknande sätt är övriga i sänkaggregatet 5 ingående enheter utrustade med motorer och till dessa anordnade ventilarrangemang utformade för styrning och reglering genom varierande av det genom motorn passerande drivvätskeflödet.

Under drift genererar slagverktyget 8 en axiell fram och återgående rörelse som överförs till borrmaskinen så att den i densamma anordnade borrkronan 13 åstadkommer ett borrarbete mot den mötande bergytan. Borrkronans 13 matas efter hand in i det bildade hålet via rnatningsanordningen 7 under det att den ansätts med viss bestämd kraft mot den mötande bergytan. Matningsanordningen 7 håller borrstödets proximalände vridfast fixerat mot eventuella i borrhålet 3 uppträdande vridkrafter. Normalt drivs borrkronan 13 på detta sätt linjärt i en riktning framåt in i borrhålet. På konventionellt sätt kan eventuell riktningsstyming av borrkronan 13 utföras genom inverkan av styranordningen 10 med motom och den till denna kopplade och inställbara leden varvid den inställda riktningen kontrolleras av den lägesbestämmande utrustningen 9 (MWD).

För att den axiellt fram och återgående rörliga borrkronans 13 stift hela tiden skall arbeta i nytt obearbetat berg måste borrkronan indexeras eller i lämpliga steg vridas omkring borraxeln i samband med varje slag. Vid hittills känd teknik sker detta genom ett utanför hålet beläget vridarrangemang.

Enligt principerna för den föreliggande uppfinningen åstadkommes emellertid indexeringen i nära anslutning till borrmaskinen medelst indexeringsanordningen 11 genom att drivvätska leds genom en i indexeringsanordningen ingående motor.

K:\Patent\l l00-\l l0O78600se\0203 l3text.doc 10 15 20 25 523 94š*ïïf 4 Indexeringsanordningen ll är synkroniserad till slagverktyget på ett sådant sätt att indexering och vridning av borrrnaskinen 12 sker i samband med att borrkronan 13 rör sig bort från bergytan. Genom att indexeringen sker i nära anslutning till borrkronan 13 och inte genom en yttre vridning av det långsträcka borrstödet 4 så kan i hög utsträckning problemen med ”stick-Slip” undvikas.

I vår egen under behandling varande patentansökan nr. SE 0104217-5 visas och beskrivs en ny typ av vätskedriven sånkborrmaskin som härmed införlivas som referens i den föreliggande ansökningen. Vid denna sänkborrmaskin är borrkronan vridfast men axiellt begränsat rörligt monterad i en kronhylsa vilken i sin tur är vridbart rörligt lagrat upptagen i ett i sänkborrmaskinen ingående hus. En i borrmaskinen ingående slagkolv är anordnad att slå på borrkronans nacke, en ventil är anordnad för styrning av slagkolven fram och åter varvid ventilen växelvis trycksätter och avlastar ett tryckmm med en kolvyta som vid tryckbelastning driver slagkolven framåt. Ett intressant särdrag hos denna borrmaskin, i motsats till konventionella sänkaggregat varvid de respektive enheterna är anordnade på en rad efter varandra sett i borriktningen, är att en del av den drivvätska som utnyttjas för aktivering av slagverkets slagkolv avleds för drivning av ett till kronhylsan anordnat vridorgan för indexering av kronhylsan och därmed borrkronan. Vridorganet är så synkroniserat till slagkolven att indexering sker när borrkronan befinner sig i sitt bakre ändläge eller närmare bestämt när den rör sig tillbaka bort från bergytan.

Detta utförande bidrar till att hela sänkaggregatet blir förhållandevis kort vilket har fördelen att den kraft som via det böjliga borrstödet ansätta kraften hamnar mycket nära borrkronans arbetsområde. Det bör inses att styrning av borrkronan med små krökningsradier härigenom underlättas och att blott en mycket liten kraft går förlorad under vägen fram till borrkronan även om borrstödet viker av med mycket små krökningsradier.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningama visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen frö den i efterföljande patentkrav angivna uppfinningstanken.

K:\Patent\l I 00-\l l0078600se\0203 I 3text.doc

Claims (7)

10 15 20 25 30 523 945 5 PATENTKRAV

1. Förfarande vid riktningsstyrd borrning ett hål (3), i synnerhet vid borrning av krokiga hål vid gruvbrytning, ortdrivning eller liknande, van/id används ett borrstöd (4) i form av ett böjbart skarvlöst borrör med en proximal ände och en distal ände, att i änden av borrstödets distala del ansluts ett sänkaggregat (5) innefattande en borrmaskin (12) med en av ett slagverk påverkad borrkrona (13) som också tillåter borrkronan (13) att roteras under borrarbetet omkring en i borriktningen sig sträckande axel, att borrstödet (4) hålls fixerat mot vridning under borrarbetet i sin proximala utanför borrhålet belägna ände och att borrsträngen matas in i det efter hand bildade hålet, k ä n n e t e c k n at av att borrkronan (13) roteras på ett indexerande sätt under borrarbetet genom utförande av stegvisa vridrörelser, att indexeringen utförs i området mellan borrstödets (4) distala ände och borrkronan (13) samt sker när borrkronan, obelastad av slagverket, befinner sig i sitt indragna läge eller i ett läge rörande sig bort från bergytan, och att indexeringen utförs genom inverkan av en fluidaktiverad motor som förses med sin drivvätska via en genom borrstödet (4) sig sträckande kanal.

2. Förfarande enligt kravet l, varvid borrkronan (13) vrids omkring borraxeln i definierade steg genom inverkan av motorn.

3. Förfarande enligt något av de föregående kraven, varvid del av det drivflöde som används för aktivering av borrkronan (13) vid dess borrarbete utleds på ett omväxlande sätt till drivmotorn för vridning och indexering av borrkronan.

4. Anordning för riktningsstyrd borrning av ett hål (3), i synnerhet vid borrning av krokiga hål vid gruvbrytning, ortdrivning eller liknande, innefattande ett borrstöd (4) i form av ett böjbart skarvlöst borrör med en proximal ände och en distal ände, ett till den distala änden av kopplat sänkaggregat (5) innefattande en borrmaskin (12) med en av ett slagverk påverkad borrkrona (13) som också tillåter borrkronan att roteras under borrarbetet omkring en i borriktningen sig sträckande axel, varvid borrstödet (4) hålls fixerat mot vridning under borrarbetet i sin proximala utanför borrhålet belägna ände och att borrsträngen matas in i det efter hand bildade hålet, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen (ll) för rotation av borrkronan (13) är fluidaktiverad och tillåtande' borrkronan ( 13) att vridas i definierade steg i samband med att borrkronan, obelastad av slagverket, befinner sig i sitt indragna läge eller i ett läge rörande sig bort från bergytan; varvid borrstödet (4) har en kanal för tillförande av en drivvätska till indexeringsanordningen. K:\Patent\l l00-\11007\l 10078600se\0303 l Skravdoc 523 945 6 . - - ~ -fl

5. Anordning enligt kravet 4, varvid det i anordningens borrmaskin (12) ingående slagverket är fluidaktiverat och att indexeringsanordningen (11) står i flödesöverfórande förbindelse med slagverket för synkroniserad drift med detsamma.

6. Anordning enligt något av de föregående kraven 4 - 5, varvid sänkaggregatet (5) innefattar en styranordning (10) inbegripande en via en motor ställbar led for riktningsstyrning av borrkronan (13) relativt borrstödet (4).

7. Anordning enligt något av kraven 6 - 7, varvid borrmaskinens (12) motor, styranordningens (10) motor, och indexeringsanordningens (1 1) motor är fluidaktiverade. K:\Patent\l l00-\l l007\l l0078600se\0303 l8krav.doc