DK173482B1 - Retningsboreapparat - Google Patents

Description

DK 173482 B1

Denne opfindelse vedrører et retningsboreapparat af den art, der er angivet i krav 1's indledning.

Ved boring af olie- og gasbrønde i forbindelse med søgning efter og produktion af carbonhydrider er det ofte nødvendigt at afbøje brønden lodret i 5 en speciel retning. Sådan afvigelse kan f.eks. være nødvendig, når der bores fra land i forbindelse med undersøgelse af formationer under hav eller under en sø eller i forbindelse med "offshore"-olie- og gasproduktion, når der bores 20 eller 30 brønde fra samme boreplatform, idet hver boring går i forskellig retning for at frembringe den største dækning af den carbonhydridindeholdende 10 struktur. Dette kan resultere i, at brøndene er 3 til 4 britiske sømil (5,5-7,5 km) adskilt på det sted, hvor brøndene passerer gennem produktionszonen.

Procedurerne til at afbøje brøndene er blevet forbedret betydeligt inden for de seneste år i forbindelse med introduktionen af kraftfulde og pålidelige borehulsmotorer og borehulsturbiner og som følge af introduktionen af MWD-15 teknikker (Measurement While Drilling: MWD).

Brugen af en borehulsmotor eller -turbine muliggør, at borehullet kan afvige eller afbøjes ved indføringen af en fast offset eller bøjning umiddelbart over borekronen, og denne offset eller bøjning kan orienteres ved hjælp af MWD-systemet, der er i stand til at give borefladen (retning og fast offset eller 20 afbøjning) en borehulsvinkel og en azimut, altsammen i sand tid.

Det er følgelig muligt at dreje borestrengen langsomt, indtil borefladen er i den ønskede retning eller afvigelse, standse drejning af borestrengen med borefladerne pegende i den ønskede retning, derefter starte motoren eller turbinen for at rette hullet i den ønskede afbøjningsretning.

25 Der findes imidlertid et antal åbenbare problemer i forbindelse med denne løsning på retningsboring, nemlig: a) borestrengen kan ikke drejes, medens borestrengsafvigelsen eller -afbøjningen finder sted, hvilket medfører ulemper i forbindelse med en forøget sandsynlighed for, at borestrengen sætter sig fast som følge af differentiel 30 fastgørlng, og vanskeligheder I forbindelse med overførsel af vægt til borekronen som følge af belastning (drag) på den statiske borestreng, b) undersøgelser fra MWD-systemet finder sted med forudbestemte intervaller, normalt for hver 30 fod (9,14 m) ved borerørsskift (tilføjelsen af et nyt DK 173482 B1 2 borerørsstykke), hvilket medfører de ulemper, at skift af boreflade som følge af et reaktivt moment på motoren eller turbinen kun kan identificeres, efter at skiftet er sket, og at en korrektion af en uønsket borehulsvinkelændring kun kan ske for mindst hver 30 fod (9,14 m).

5 Fra US patentskrift nr. 3 743 034 kendes et apparat, som er udformet til at fastholde en konstant vinkelstilling af et roterende boreskaft. Dette sker ved hjælp af en aksialstempelmekanisme, der er forbundet med en styreflange, som er fastgjort til et af skafterne. Ved at bevæge stemplerne i tidsstyret relation med skafternes rotation opnås en afbøjning.

10 En ulempe ved dette kendte apparat er, at de kræfter, der er nødvendige for at tilvejebringe afbøjningen (bevægelsen af stemplerne), virker i langsgående retning og således virker modsat borekræfterne, hvilket kan medføre vanskeligheder. Det er en yderligere ulempe, at det ofte er vanskeligt at fastholde en ensartet omdrejningshastighed af borestrengen, og sådanne 15 uensartetheder reducerer effektiviteten af retningsboreapparatet.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at afhjælpe de nævnte ulemper ved det kendte apparat, og dette opnås ved at tilvejebringe et retningsboreapparat til at frembringe afbøjning eller afvigelse af en borekrone på den nederste ende af en borestreng i alt væsentligt i en valgt retning, hvilket 20 apparat omfatter koblingsorganer ved den øverste ende til at koble apparatets øverste ende til borestrengens nederste ende, koblingsorganer ved den nederste ende til at koble borekronen eller borehovedet til apparatets nederste ende, kraftkoblingsorganer, som forbinder koblingsorganerne ved den øverste og den nederste ende med hinanden til transmission af torsionskræfter og 25 aksiale kræfter mellem koblingsorganerne, så at et moment tilført borestrengen under brug af apparatet transmitteres til borekronen, der er koblet til koblingsorganerne ved den nederste ende, under brug af apparatet, medens en aksial belastning nedefter eller et løft opefter tilført borestrengen transmitteres til den tilkoblede borekrone, idet kraftkoblingsorganerne yderligere tilla-30 der, at rotationsaksen for koblingsorganerne ved den nederste ende kan afbøjes eller afviges omnidirektionalt i forhold til rotationsaksen for koblingsorganerne ved den øverste ende og i forhold til rotationsaksen for borestrengen under brug af apparatet, og hvilket apparat omfatter roterbare DK 173482 B1 3 afbøjningsretningsstyreorganer til at frembringe afbøjning eller afvigelse af rotationsaksen for koblingsorganerne ved den nederste ende i forhold til rotationsaksen for koblingsorganerne ved den øverste ende i en retning svarende til de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganers rota-5 tion, og at apparatet yderligere har rotationsdrivorganer, der er koblet til de roterbare afvigelses- eller afbøjningsretningsstyreorganer, til frembringelse af kontranutation eller nutationsbevægelse i en modsat retning for de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningssty-reorganer i forhold til borestrengens rotation under brug af apparatet med en i alt væsentligt identisk og modsat 10 rotationshastighed for dermed at frembringe afbøjning eller afvigelse af aksen for koblingsorganeme ved den nederste ende i en retning, der er rumligt i alt væsentligt invariant, ejendommeligt ved, at de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganer omfatter en excentrikdrivindretning, der er roterbart koblet til en øverste forlængelse af koblingsorganeme ved den 15 nederste ende, så at rotation af excentrikdrivindretningen frembringer nutation af rotations-aksen for koblingsorganeme ved den nederste ende i forhold til rotationsaksen for koblingsorganeme ved den øverste ende, og at rotationsdrivorganerne, der er koblet til excentrikdrivindretningen, omfatter en hydraulisk eller elektrisk servomotor, der er koblet således, at den styres af azi-20 mutdetekterende organer, så at rotationshastigheden og rotationsretningen for servomotoren er lig med og modsat rotationshastigheden og rotationsretningen for borestrengen under brug af apparatet og holder en rotationsfaserelation eller -forskel mellem disse rotationsbevægelser, hvilket frembringer invariansen i rumlig retning for afbøjnings- eller afvigelsesaksen for 25 koblingsorganeme ved den nederste ende.

Som følge af, at retningsboreapparatet ifølge den foreliggende opfindelse muliggør, at der kan frembringes en vinkelafvigelse eller -afbøjning i borehulsaggregatet ved den roterende borestrengs nederste ende, samtidig med, at den rumlige retning for afbøjningen eller afvigelsen holdes I alt 30 væsentligt invariant ved kontranutering af afbøjningsformningskonstruktionen i forhold til borestrengen ved en i alt væsentligt identisk og modsat rotationsretning i forhold til rotationsretningen for borestrengen, hvilket i alt DK 173482 B1 4 væsentligt eliminerer rotationsinducerede ændringer i afbøjningsretningen, hvilke ændringer ellers ville forekomme.

Der er fortrinsvis også mulighed for at ændre borefladeretningen, medens borestrengen roterer, for at korrigere en eventuel afvigelse for hullet 5 foranlediget af eksterne påvirkninger, f.eks. formationsændring eller nedsænkningsvinkel, etc.

Den excentriske drivindretning og den hydrauliske servomotor kan være kombineret i form af en "Moineau"-motor, idet "Moineau"-motorens excentrisk roterende motor udgør den excentriske drivindretning.

10 Kraftkoblingsorganeme kan omfatte en "Hooke"-kobling eller en kon- stanthastighedskobiing, der indeholder bidirektionalt virkende ende-krafttransmitterende organer.

Som et alternativ til den excentriske drivindretning kan de roterbare afbøjningsretningsstyreorganer omfatte et roterbart knastorgan, der er roterbart 15 koblet til koblingsorganerne ved den øverste ende og den nederste ende.

Når servomotoren er en elektrisk servomotor, kan den elektriske strøm følgelig frembringes af et tilhørende batteri eller af en boremudderdreven turbovekselstrømsgenerator.

Når servomotoren er en hydraulisk servomotor, kan den hydrauliske 20 efFekt til servomotoren frembringes af det drivende boremudder, der pumpes ned gennem borestrengen, og som fortrinsvis tilføres motoren via en styrbar ventil.

De azimut-detekterende organer kan være omfattet af et MWD (Measurement While Drilling) -system, der er indføjet i den nederste ende af 25 borestrengen, og som benyttes under brug af apparatet til at måle azimut af borestrengens nederste ende, eder de azimut-detekterende organer kan være uafhængige af MWD-systemet (hvis et sådant findes).

I det følgende vil der blive beskrevet udførelsesformer for opfindelsen under henvisning til tegningen, på hvilken 30 fig. 1 skematisk viser en retningsafbøjet borestreng, der drives i overensstemmelse med retningsboremetoden ifølge opfindelsen, DK 173482 B1 5 fig. 2 skematisk en første udformning af borestrengen indeholdende et retningsboreapparat ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 3 skematisk en anden udformning af 5 borestrengen indeholdende et retningsboreapparat ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 4 en første udførelsesform for retningsboreapparatet ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 5 en anden udførelsesform for 10 retningsboreapparatet ifølge den foreliggende opfindelse, set fra siden, fig. 6A og 6B længdesnit gennem henholdsvis nederste og øverste de-le af en tredie udførelsesform for retningsboreapparatet iføl-ge den fo-religgende opfindelse, fig. 7 et tværsnit gennem den tredie 15 udførelsesform for retningsbo-reapparatet ifølge opfindelsen efter linien VII-VII i fig. 6A, fig. 8 en del af et snit gennem den tredie udførelsesform for ret-ningsboreapparatet ifølge opfindelsen under brug til boring af en afbøjet brøndboring, og 20 fig. 9 en del af et snit gennem den tredie udførelsesform for ret-ningsboreapparatet ifølge opfindelsen under brug til boring af en ubøj-et brøndboring.

I fig. 1 er skematisk vist grundprincipperne for retningsboreapparatet ifølge opfindelsen. En universalkobling eller et kardanled 20 er indføjet mellem 25 en øverste og en nederste del, hhv. 22 og 24 af en borestreng, så at den nederste del 24 af borestrengen er placeret i en lille vinkel i forhold til den øverste del 22 af borestrengen samtidig med, at universalkoblingen transmitterer moment- og endetryk mellem borestrengens dele. Koblingen 20 har drivorganer, der frembringer en nutation eller kredsrotation i retningen mod 30 uret til den nederste del 24 af borestrengen, som dermed foretager en kredsbevægelse omkring den centrale rotationsakse for borestrengens øverste del 22. Denne kredsbevægelse modvirkes af en rotation i retningen med uret af borestrengen frembragt af et rotationsbor eller et "top drive", der ikke er vist i DK 173482 B1 6 fig. 1. Når de to rotationshastigheder, den ene i retning med uret og den anden i retning mod uret, er lige store, forbliver borestrengens nederste del 24 reelt i en konstant vinkel, og der etableres en fast eller rumlig invariant boreretning. I en typisk konstruktion etableres der en konstant nutation eller kredsrotation i 5 retningen mod uret for borestrengens nederste ende 24 med en hastighed på ca. 60 opm. En rotation af borestrengens øverste del 22 i retningen med uret og med en hastighed på 60 opm frembringer retningsboring, medens en rotation af borestrengens øverste del med en større hastighed, f.eks. 100-150 opm, frembringer en relativt hurtig, rokkende bevægelse på borestrengens 10 nederste del 24 til i alt væsentligt retliniet boring. Det er således muligt at frembringe både orienteret og ikke-orienteret boring ved variation af borestrengens rotationshastighed styret fra boreriggens gulv.

Konstruktionen kan være udformet således, at er foretages justering af boreretningen ved hjælp af detektorer i aggregatet, hvilke detektorer arbejder 15 sammen med retningsinformation, som transmitteres af MWD-systemet (MWD: Measurement While Drilling) og styreorganer til borestrengens rotationsdrivindretning.

I fig. 2 og 3 er vist to alternative udformninger af retningsboreapparatet. I fig. 2 er vist udformningen til retningsboring, når der kræves afvigelses- eller 20 afbøjningsvinkler på 0,50 eller mere. I den i fig. 2 viste udformning er retningsboreapparatet 1 positioneret over en borekrone 2 og en stabilisator 3.1 fig. 3 er vist udformningen for retningsboring, når der kræves afvigelses- eller afbøjningsvinkler på op til 0,50. I den i fig. 3 viste udformning er retningsboreapparatet 1 positioneret mellem borekronen 2 og stabilisatoren 3.

25 Der findes talrige mulige udførelsesformer for retningsboreapparatet, der fungerer som beskrevet ovenfor, og en første af disse udførelsesformer er vist i fig. 4. Apparatet 1 omfatter et gaffelleds- elfer "Hooke"-koblingsaggregat, der indeholder en øverste sektion 4 og en nederste sektion 5, som er drejeligt forbundet med hinanden via en aksel 6. En gearkonstruktion 7 muliggør 30 justering af vinklen mellem den øverste sektion 4 og den nederste sektion 5. Apparatet 1 er indføjet mellem en øverste del 8 af en borestreng og en nederste borestrengsdel 9. En firkanttilslutning 10 transmitterer moment til borestrengens nederste del 9 og dermed til borehovedet eller borekronen.

DK 173482 B1 7

Gearkonstruktionen 7 kontrollerer indretningens vinkelbøjning og kan indstilles til frembringelse afen bøjning på 0,50, en bøjning på 0,750 eller en bøjning på 10 i borehulsapparatet. Styringen via apparatet 1's rotation og dermed af aggregatets kredsbevægelse frembringes ved hjælp af elektriske drivorganer til 5 indretningen, hvilke drivorganer forudsættes tilført energi genereret af fluidstrømmen gennem en borehulsgenerator svarende til de generatorer, som benyttes til forsyning af MWD-systemer.

En anden mulig udførelsesform for retningsboreapparatet er vist i fig. 5.1 denne udførelsesform består apparatet 1 i alt væsentligt af en modsat 10 roterende knast 11, der er indføjet mellem borestrengens øverste del 8 og borestrengens nederste del 9. Knasten 11's vinkel bestemmer borehulsaggregatets vinkel. Der er til rotation af knasten 11 tilvejebragt egnede drivorganer, der ikke er vist, til rotation med samme hastighed som og i modsat retning i forhold til borestrengens rotation.

15 Andre konstruktioner er mulige. F.eks. kan der benyttes en Moineau-motor til frembringelse af kredsrotation af borestrengens nederste ende, idet den excentriske Moineau-motor er koblet til borestrengens nederste ende for at bringe borestrengen til at foretage en kredsbevægelse. Det er også forudset, at der kan benyttes en kobling af konstanthastighedstypen og svarende til den 20 kobling, som benyttes i mange forhjulsdrevne køretøjer, i stedet for "Hooke"-kobiingen 4,5. I dette tilfælde driver rotationsvirkningen i retningen mod uret frembragt af en servomotor en akse, der er vinklet meget lidt (0,5-10) for dermed at frembringe den for indretningen nødvendige kredsbevægelse.

Uafhængigt af, hvilken konstruktion der benyttes, frembringer ret-25 ningsboreapparatet en kendt bøjning i en kendt retning af borestrengens nederste ende under rotationsboring, når kredsbevægelseshastigheden i retningen mod uret og borestrengsrotationshastigheden i retningen med uret er lige store. Dette har den fordel sammenlignet med konventionelle metoder, at borestrengsrotationen kan opretholdes, medens der foretages boring i den 30 afvigende eller afbøjede tilstand. Herved elimineres problemet med ophængning af stabilisatorer i borehullet og lavere indtrængningshastigheder i forbindelse med ikke-roterende tilstande under afvigende boring, hvor der benyttes motorer eller turbiner i borehullet.

DK 173482 B1 8

Til mange boreanvendelser er det vanskeligt at opretholde en ensartet rotationshastighed for borestréngen, og sådanne hastighedsfluktuationer vil forringe den effektive funktion af retningsboreapparatet ifølge opfindelsen.

Dette problem kan elimineres ved indføjning af en styre- og 5 overvågningsindretning i apparatet, hvilken indretning overvåger den øjeblikkelige rotationshastighed for borestrengen og kontrollerer variationer i apparatets arbejds- eller funktionshastighed, så at den forstyrrende virkning af borestrengshastighedsfluktuationerne elimineres. Den nødvendige monitorering eller overvågning frembringes fortrinsvis ved brug af 10 accelerometre og magnetometre, og der kan benyttes flere servomotorer til frembringelse af den nødvendige hurtige reaktion på borestrengens rotationshastighedsfluktuationer. Brugen af sådanne motorer i borehullet kræver visse modifikationer for at sikre en korrekt funktion og et korrekt arbejde under tryk eller tilvejebringelsen af et forseglet trykkammer for at muliggøre 15 arbejde ved normalt atmosfæretryk.

Det ovenfor anførte udgør kun én mulig løsning på problemet, og det formodes, at der kan benyttes talrige andre alternative systemer. Det er vigtigt, at det benyttede apparat skal opfylde det fundamentale krav til udnyttelse af dynamisk Information fra borestrengen vedrørende hastighed og moment til 20 styring af frembringelse af rotation i modsat retning af et roterbart afbøjningsretningsstyreorgan, der er dynamisk positioneret således, at det på effektiv måde forbliver rumligt invariant eller stationært i forhold til en fast retning for borehullet.

Et resultat svarende til det med det ovenfor beskrevne opnåede kan 25 opnås ved brug af en anden type apparat, som herefter vil blive beskrevet. I denne alternative udførelsesform for apparatet, hvilken alternative udførelsesform er en variant af det i fig. 5 viste apparat, udnyttes en lidt anderledes løsning, idet knasten 11's ydre indkapsling holdes stationær ved hjælp af et arrangement af blade (ikke vist i fig. 5), der forskydes ned i 30 borehullet. Disse blade er udformet og dimensioneret på en sådan måde, at de kan forskydes ned i borehullet, men ikke kan rotere og dermed rotationsmæssigt låser mod borehullet. Bladene kan være faste, eller bladene kan være variabelt udstrækbare og holdes tilbagetrukket, indtil der nås en DK 173482 B1 9 arbejdsdybde, hvor de strækkes fuldt ud, enten et fast stykke eller påvirket af kraften fra fjedre.

I fig. 6A og 6B er vist en tredie udførelsesform for et retningsboreapparat 30 ifølge opfindelsen. Apparatet 30 omfatter en todelt cylindrisk indkapsling, 5 der består af en øverste indkapslingssektion 32 og en nederste indkapslingssektion 34, der er forbundet med den øverste indkapslingssektion 32 via en skruegevindkobling 36.

Den øverste ende af den øverste indkapslingssektion 32 har en API (API: American Petroleum Institute) -muffeforbindelse 38, ved hjælp af hvilken 10 apparatet 30 under brug kobles til den nederste ende af en borestreng.

Den nederste ende af den nederste indkapslingssektion 34 er udformet som en leddelt leje- eller konstanthastighedskobling 40 (detaljeret beskrevet nedenfor), som understøtter en nederste ende af en delsektion 42 af apparatet 30, hvilken delsektion yderligere har en API -muffeforbindelse 44, til hvilken der 15 under brug af apparatet 30 (se fig. 8 og 9) er koblet en borekrone eller en borekronemonteringsdel.

Koblingen 40, der er vist i snit i fig. 7, omfatter tre periferiske ringe af lejekugler 46, der føres i longitudinale render i en hul nederste ende, der har form af en del af en kugle, af den nederste indkapslingssektion 34 og i 20 longitudinale render på ydersiden af den øverste ende 48, der har form af en del af en kugle, af den nederste endedelsektion 42. En kugleholder 50 holder kuglerne 46 i korrekt indbyrdes place-ring i koblingen 40. Koblingen 40 ligner således i en vis grad en kendt form for konstanthastighedskobling, der typisk benyttes i forhjulsdrevne biler eller køretøjer, idet den midterste række af kugler 25 46 udfører en momenttransmitterende funktion på kendt måde. De andre to rækker kugler 46 tjener Imidlertid til at give koblingen 40 en bidirektionalt virkende tryktransmitterende kapacitet, som ikke findes i konventionelle kon-stanthastigheds-enkeltrækkekoblinger. Koblingen 40 overfører således torsionskræfter og endekræfter mellem de to forbindelser 38 og 44 samtidig 30 med, at koblingen tillader, at rotationsaksen for delsektionen 42 kan afvige omnidirektionalt fra rotationsaksen for indkapslingssektionerne 32 og 34. Ved brug af apparatet 30 kan der derfor transmitteres boremoment fra borestrengen gennem koblingen 40 til borekronen eller borehovedet, ligesom der kan DK 173482 B1 10 overføres tryk nedad eller luft opefter, uden at borestrengen og borekronen nødvendigvis drejer koaksialt.

Den faktiske placering af rotationsaksen for delsektionen 42 i forhold til rotationsaksen for indkapslingssektionerne 32 og 34 styres af 5 rotationsafvigelsesretningsstyreorganerne, der vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor.

Den øverste ende 48 af delsektionen 42 strækker sig opefter i og fri af den nederste indkapslingssektion 34 via en hul forlængelse 52, der i sin øverste ende ender i en koncentrisk lejringstap 54. Til enden afen drivaksel 58, 10 der er roterbart monteret i den nederste indkapslingssektion 34, er der fastgjort en excentrik 56. Excentrikken 56 er koblet til lejringstappen 54 på forlængelsen 52 via et rotationsleje 60. Rotation af drivakslen 58 frembringer kredsbevægelse af forlængelsen 52 og får denne til at rotere i indkapslingssektionen 34 drejet en lille vinkel omkring koblingen 40’s 15 kinematiske centrum, hvilket tillader denne relative drejningsbevægelse. Forlængelsen 52 drejer imidlertid ikke omkring sin længdeakse i forhold til indkapslingssektionen 34, medens den bringes i kredsbevægelse af excentrikken 56, da koblingen 40 ikke tillader sådan relativ rotationsbevægelse.

Rotationshastigheden og rotationsretningen for drivakslen 58 og dermed 20 for excentrikken 56 bestemmes af en elektrisk servomotor 60, der fødes kontrollerbart via et kabel 62 fra en servostyreenhed 64, som tilføres styre- og forsyningsstrøm fra et kabel 66 fra en batterienhed 68, der ligeledes indeholder positionsdetektorer.

Servomotoren 60, styreenheden 64 og batterienheden 68 er på sikker 25 måde monteret i det hule indre af indkapslingssektionerne 32 og 34 og er dimensioneret på en sådan måde, at de frembringer fluidpassage omkring sig. I den øverste ende af den hule forlængelse 52 er der tilvejebragt åbninger 70 for at give apparatet 30 mulighed for at lede fluid (f.eks. boremudder) internt i apparatets længde fra tilslutningen 38 til tilslutningen 44 og dermed hydraulisk 30 sammenføje borestrengen og borekronen ved brug af apparatet 30.

Positionsdetektorerne, der er indeholdt i batterienheden 68, kan omfatte magnetometre og/eller accelerometre eller vilkårlige andre egnede konstruktioner til detektering af den øjeblikkelige vinkel eller retning af en DK 173482 B1 11 forudbestemt hypotetisk referenceradius for apparatet 30. Ud fra retningsmålingerne føder servostyreenheden 64 servomotoren 60 for drejning af drivakslen 58 og dermed excentrikken 56 i en retning og med en rotationshastighed, der er i alt væsentligt eksakt lig med og modsat den 5 borestrengsinducerede rotation af apparatet 30 samtidig med, at der opretholdes en fasedifferens mellem disse lige store og modsat rettede rotationer, hvilket får excentrikken 56 til at bevare en vinkelposition, der er rumligt i alt væsentligt invariant og i en valgt afvigelsesretning. (Som et alternativ til brug af specielle positionsdetektorer i enheden 68 kan 10 styreenheden 64 udnytte positionssignaler fra et MWD-system).

Nettoresultatet er en modsat kredsbevægelse eller kontranutation af forlængelsen 52, hvilken bevægelse udligner borestrengens rotation og holder delsektionen 42 aksialt placeret i den valgte afvigelses- eller afbøjningsretning for borehullet. Koblingen 40 transmitterer samtidig borestrengens 15 borekronedrejende rotation til borekronen for at gøre borehullet længere og dybere i den tilsigtede afvigelses- eller afbøjningsretning.

Da excentrikken 56 har en fast excentricitet, er den nemmeste procedure til konvertering af apparatet 30 til frembringelse af uafbøjet boring at dreje forlængelsen 52 med en hastighed, der ikke svarer til den nøjagtigt 20 hastighedsstyrede og fasestyrede hastighed, der kræves til retningsboring.

Dette frembringes fortrinsvis på simpel måde ved standsning af servomotoren 60. Derefter vil borekronen foretage en ubestemt rokkende eller excentrisk bevægelse, der på effektiv måde foretager boring på en uafbøjet ret akse, eventuelt frembringende en lidt større borediameter end den reelle 25 borekronediameter.

I stedet for at frembringe nutationsbevægelsen eller kredsbevægelsen ved frembringelse af en kredsbevægelse med en fast radius kan nuta-tionsmekanismen (hvadenten denne er en excentrisk drivindretning eller en vilkårlig anden form for drivindretning) være justerbar, så at det bliver muligt på 30 styrbar og kontrollerbar måde at variere vinkelvariationer fra nul op til den af mekanismen begrænsede maksimale afvigelses- eller afbøjningsvinkel til frembringelse af en afbøjnings- eller afvigelsesvinkelstyring samt den tidligere beskrevne afvigelses- eller afbøjningsretningsstyring.

DK 173482 B1 12 I fig. 8 er vist den i fig. 6A, 6B og 7 viste tredie udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen under brug til boring af en afbøjet brønd eller et afbøjet borehul. Retningsboreapparatet 30 har sine øverste og nederste indkapslingssektioner. henholdsvis 32 og 34, udformet som eller fastgjort til 5 øverste og nederste stabilisatorer, henholdsvis 80 og 82. Den øverste stabilisator 80 er en stabilisator (full gauge stabiliser) med maksimal ydre diameter i alt væsentligt lig med den nominale borediameter af borehullet, som bores, medens den nederste stabilisator 82 kan have samme eller lidt mindre diameter.

10 Borestrengen, til hvilken apparatet 30 er forbundet under brug (via API- forbindelsen 38) er ikke vist i fig. 8 eller 9, men der er vist en borekrone eller et borehoved 84 forbundet med apparatet 30's nederste ende (via API-forbindelsen eller -tilslutningen 44).

I den i fig. 8 viste udformning styres servomotoren 60 af styreenheden 64 15 (tilføres strøm fra batterienheden 68) for at frembringe nutationsbevægelse i modsat retning eller kontranutation af delaggregatet 42 ved den nederste ende i forhold til borestrengsrotationen med samme rotationshastighed og med modsat rotationsretning og endvidere med en sådan rotationsfaseforskel, at borekronen 84's rotationsakse 86 afbøjes nedefter (som vist i fig. 6) en lille 20 vinkel i forhold til rotationsaksen 88 for den resterende del af apparatet 30 og for den tilgrænsende del af borestrengen. Dette resulterer i, at borehullet 90 forlænges og gøres dybere efter en linie, der afviger fra den allerede borede brønds eller det allerede borede borehuls linie, når borestrengen bringer borekronen eller borehovedet 84 i rotation for at bore gennem den omsluttende 25 geologiske formation.

I fig. 9 er retningsboreapparatet 30 indstillet til boring uden afbøjning eller afvigelse, enten ved standsning af servomotoren 60 eller ved reduktion af den rotationsbevægelsesfrembringende radius til i alt væsentligt nul (i forbindelse med en excentrisk drivindretning som den i fig. 6A viste ved reduktion af 30 excentriciteten til nul ved passende ind-stilling af den i fig. 6A viste excentriske drivindretning).

I alle de ovenfor beskrevne udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen frembringes der rotation af borestrengen i hele borestrengens DK 173482 B1 13 længde (f.eks. ved hjælp af et rotationsdrev placeret ved overfladen). Visse af fordelene ved opfindelsen, primært fordelene i henseende til at holde borestrengen i rotation i en buet eller krum del af en boring, kan imidlertid opnås ved indføjning af en motor- eller turbinedel et stykke nede i boringen 5 under overfladen og over retningsboreapparatet ifølge opfindelsen. Borestrengen ned til motoren eller turbinen kan derefter være stationær, og blot strengen ynder motoren eller turbinen vil rotere under boring, idet retningsboreapparatet ifølge opfindelsen muliggør afvigende eller afbøjet retningsstyring af strengens roterende nederste ende.

10

Claims (7)

1. Retningsboreapparat (30) til at frembringe afbøjning eller afvigelse af en borekrone på den nederste ende af en borestreng i alt væsentligt i en valgt 5 retning, hvilket apparat omfatter koblingsorganer (38) ved den øverste ende til at koble apparatets (30) øverste ende til borestrengens nederste ende, koblingsorganer (44) ved den nederste ende til at koble borekronen eller borehovedet til apparatets nederste ende (42), kraftkoblingsorganer (40), som forbinder koblingsorganerne (hhv. 38 og 44) ved den øverste og den nederste 10 ende med hinanden til transmission af torsionskræfter og aksiale kræfter mellem kobfingsorganeme, så at et moment tilført borestrengen under brug af apparatet transmitteres til borekronen, der er koblet til koblingsorganerne (44) ved den nederste ende, under brug af apparatet, medens en aksial belastning nedefter eller et løft opefter tilført borestrengen transmitteres til den tilkoblede 15 borekrone, idet kraftkoblingsorganeme (40) yderligere tillader, at rotationsaksen for koblingsorganerne (44) ved den nederste ende kan afbøjes eller afviges omnidirektionalt i forhold til rotationsaksen for koblingsorganeme (38) ved den øverste ende og i forhold til rotationsaksen for borestrengen under brug af apparatet, og hvilket apparat omfatter roterbare 20 afbøjningsretningsstyreorganer (56) til at frembringe afbøjning eller afvigelse af rotationsaksen for koblingsorganerne (44) ved den nederste ende i forhold til rotationsaksen for koblingsorganerne (38) ved den øverste ende i en retning svarende til de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganers (56) rotation, og at apparatet yderligere har rotationsdrivorganer (58), der er koblet 25 til de roterbare afvigelses- eller afbøjningsretningsstyreorganer (56), til frembringelse af kontranutation eller nutationsbevægelse i en modsat retning for de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganer (56) i forhold til borestrengens rotation under brug af apparatet med en i alt væsentligt identisk og modsat rotationshastighed for dermed at frembringe afbøjning eller afvigelse 30 af aksen for koblingsorganerne (44) ved den nederste ende i en retning, der er rumligt i alt væsentligt invariant, KENDETEGNET ved, at de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganer (56) omfatter en excentrikdriv-indretning (56), der er roterbart koblet til en øverste forlængelse (52) af kob- DK 173482 B1 15 lingsorganerne (44) ved den nederste ende, så at rotation af excentrikdriv-indretningen (56) frembringer nutation af rotationsaksen for koblingsorganeme (44) ved den nederste ende i forhold til rotationsaksen for koblingsorganeme (38) ved den øverste ende, og at rotationsdrivorganeme, der er koblet til 5 excentrikdrivindretningen (56), omfatter en hydraulisk eller elektrisk servomotor (60), der er koblet således, at den styres af azimut-detekterende organer (64), så at rotationshastigheden og rotationsretningen for servomotoren (60) er lig med og modsat rota-tionshastigheden og rotationsretningen for borestrengen under brug af apparatet og holder en rotationsfaserelation eller -forskel mellem 10 disse rotationsbevægelser, hvilket frembringer invariansen i rumlig retning for afbøjnings- eller afvigelsesaksen for koblingsorganeme (44) ved den nederste ende.

2. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at excentrikdrivindret-15 ningen (56) og den hydrauliske servomotor (60) er kombineret i form af en "Moineau"-motor, idet "Moineau'-motorens excentrisk roterende rotor udgør excentrikdrivindretningen.

3. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at kraftkoblingsorganeme 20 omfatter en ”Hooke”-kobling (4,5).

4. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at kraftkoblingsorganeme omfatter en konstanthastighedskobling (40), der indeholder bidirektionalt virkende endekrafttransmitterende organer. 25

5. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at de roterbare afbøjnings- eller afvigelsesretningsstyreorganer omfatter et roterbart knastorgan (11), der er roterbart koblet til koblingsorganeme (hhv. 38 og 44) ved den øverste ende og ved den nederste ende. 30

6. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at de azimut-detekterende organer (64) er indeholdt i et MWD (Measurement While Drilling) -system, DK 173482 B1 16 der er indføjet i den nederste ende af borestrengen og arbejder under brug af apparatet til måling af azimut af borestrengens nederste ende.

7. Apparat ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at det azimut-detekte--5 rende system er uafhængigt af et MWD (Measurement While Drilling) -system, der er indføjet i borestrengens nederste ende.