NO932419L - Fremgangsmåte og anordning for retningsstyring av et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved retningsstyring av et borehull som bores med en borekrone i enden av en roterende borestreng.

Oppfinnelsen vedrører også en retnlngsstyreanordning for anvendelse 1 et borehull for retningsstyring av borehullet og tilordnet en borestreng med borekrone.

I dag benyttes i hovedsaken tre forskjellige metoder i forbindelse med kontrollert eller styrt retningsboring.

Den første metode er såkalt rotasjonsboring. Ved slik boring er den nedre del av borestrengen sammensatt av forskjellige stabilisatorer med ulike dimensjoner. Avhengig av denne sammensetningen samt lengden mellom stabilisatorene vil borekronen bli utsatt for sidekrefter i topp eller bunn. For å justere borehullets helning må borestrengen trekkes ut for å endre sammensetningen av stabilisatoren. Denne metode ble mest anvendt tidligere. Den medfører imidlertid ingen mulighet for å styre retningen i horisontalplanet.

Den andre metode er en rotasjonsboring med variabel stabilisator-diameter. Her anvendes samme prinsipp som ved vanlig rotasjonsboring. Man har imidlertid mulighet for å endre dimensjonen på en av stabilisatorene (vanligvis stabilisator nr. 2). Dette medfører mulighet for å bygge og/eller redusere vinkelen under boring. I likhet med førstnevnte metode har man ingen mulighet for å styre retningen i hori sontalplanet.

Den tredje metode er en boring med bunnhullsmotor og "bent-sub". Ved å rotere borestrengen oppnås en rett hullbane. Dersom retningsendring skal utføres, må rotasjon av borestrengen opphøre. Borekronen blir da kun drevet av bunn-hullsmotoren. Ved hjelp av en "bent-sub", som er en bøyd stuss plassert like over motoren, blir borekronen presset radielt mot borehullveggen. Ved å senke borestrengen etterhvert som horingen pågår kan man ved hjelp av målein-strumenter orientere borestrengen for å oppnå ønsket retning. Denne teknikk muliggjør boring i en hvilken som helst retning. En stillestående borestreng fører imidlertid til stor friksjonskraft og det er således ofte vanskelig å oppnå jevn og tilstrekkelig vekt på borekronen.

Et system som muliggjør styring av brønnbanen i alle retninger med en kontinuerlig roterende borestreng, vil medføre operative fordeler og betydelige kostnadsbesparelser i forhold til konvensjonell teknologi.

Det er således en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte ved retningsstyring av et borehull, hvilken fremgangsmåte muliggjør en styring av borehull- eller brønnbanen i alle retninger, særlig i horisontalplanet ved horisontalboring.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en retningsstyreanordning for anvendelse for retningsstyring av et borehull, særlig i horisontalplanet ved horisontalboring.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte som nevnt innledningsvis, kjennetegnet ved at for hver borestreng-omdreining eller mellom et antall borestreng-omdreininger meddeles borekronen et radielt pådrag mot borehullveggen innenfor et bestemt segment av borehullets tverrsnitt.

Med en slik fremgangsmåte muliggjøres horisontalboring på en mer nøyaktig måte, noe som er av særlig betydning når man borer gjennom tynne oljelag. Fremgangsmåten vil blant annet bidra til redusert fare for gass- og vannkoning.

Under boring vil man ha mulighet til å justere/forandre helningsvinkel og/eller retning etter behov for å kunne følge en på forhånd planlagt borehullbane.

Det er en særlig fordel med oppfinnelsen at det vil oppnås en jevn og tilstrekkelig vekt på borekronen ved at borestrengen roterer hele tiden.

Det er også en fordel med oppfinnelsen at det oppnås en redusert fare for "differential sticking" derved at borestrengen roterer.

Det er også en fordel at borehulldiameteren vil være lik borekronens diameter. Dette medfører mindre krefter og slitasje på utstyret. (Ved bunnhullsmotor og "bent-sub" vil borehullet få en noe større diameter når borestrengen roterer. )

Det er også en fordel med oppfinnelsen at det kan oppnås en større hydraulisk tilgjengelig energi uten anvendelse av bunnhul1smotor.

Oppfinnelsen er i hovedsaken beregnet benyttet i forbindelse med vanlig rotasjonsboring, men kan også realiseres eller brukes i forbindelse med motorboring og andre boreopera-sjoner.

Oppfinnelsen vedrører som nevnt også en retningsstyreanordning, som nevnt innledningsvis, og en slik retningsstyreanordning er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at borekronen er opplagret i borestrengen med mulighet for radiell forskyvning i forhold til borestrengens senterakse, og at det i borestrengen er anordnet en aktiv pådragsanord-ning for påvirkning av borekronen til radiell forskyvning i forhold til borestrengens senterakse.

Ved bruk av en slik retningsstyreanordning kan man således bringe borekronen til å utføre små pendelbevegelser for realisering av fremgangsmåten, idet borekronen vil utføre en slik pendelbevegelse med radiell bevegelse mot borehullveggen for hver borestreng-omdreining eller mellom et antall borestreng-omdreininger, innenfor et bestemt segment av borehullets tverrsnitt.

For å påtvinge borekronen den nødvendige radielle kraft kan retningsstyreanordningen fordelaktig innbefatte en pådrags-anordning i form av en elektromagnetisk anordning.

Pådragsanordningen kan ifølge oppfinnelsen også være en hydraulisk anordning.

I en fordelaktig praktisk utførelsesform kan borekronen være tilknyttet en vektarm som er opplagret i borestrengen og kan påvirkes av pådragsanordningen.

Hensiktsmessig og fordelaktig kan pådragsanordningen være anordnet i en stabilisatoren i borestrengen. Denne stabilisator er hensiktsmessig den første stabilisator over borekronen.

Oppfinnelsen kan fordelaktig realiseres under utnyttelse av i og for seg kjent måleutstyr og -teknikk. Således kan det fordelaktig for bestemmelse av borestrengens rotasjonsposisjon anvendes et eller flere akselerometer og/eller magnetometer og/eller gyro.

Det kan med fordel anvendes konvensjonelt utstyr for retningsmåling. For å sende informasjon om ønsket retning slik at aktivering av pådraget kan skje i det ønskede segment av borehullets tverrsnitt, kan det fordelaktig anvendes slampuls-telemetri.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 rent skjematisk viser en retningsstyreanordning

ifølge oppfinnelsen, og

fig. 2 viser et koblingsskjerna for måle/styreutstyr.

I fig. 1 er det vist et skjematisk snitt gjennom et borehull 1. I borehullet er det en borestreng 2, på hvis ende det er påsatt en stabilisator 3. En borekrone 4 er opplagret i stabilisatoren 3 ved hjelp av en arm 5. Denne arm strekker seg inn i stabilisatoren 3, og er pendelopplagret der ved hjelp av en tverrbolt 6, slik at armen 5 og dermed borekronen 4 kan pendle i papirplanet. Armen 5 er utformet som en vektarm, og det parti av vektarmen som befinner seg på den andre siden av opplagringsbolten 6 relativt borekronen 4 er tilordnet en aktuator 7.

Aktuatoren 7 kan eksempelvis være en elektromagnetisk anordning, som når den aktiveres, påvirker vektarmen 5 og dermed borekronen 4 slik at borekronen gis en radiell bevegelse mot borehul1veggen. Aktuatoren aktiveres slik at det oppnås en styrt radiell bevegelse av borekronen, slik at denne radielle bevegelse vil skje innenfor et bestemt segment av borehullstverrsnittet for hver omdreining eller mellom et antall omdreininger som borestrengen 2 utfører. Denne radielle bevegelse vil gradvis tvinge borekronen i ønsket retning. Når det elektromagnetiske pådrag kobles ut, vil i utførelseseksempelet en motfjær 8 komme til virkning og bevege borekronen tilbake til den normale sentrerte stilling.

For å kontrollere borehullets retning, anvendes eksempelvis konvensjonelt "measurement while drilling" (MV/D)-utstyr. Slikt utstyr er basert på at retningsinformasjon etc. overføres som trykkpulser gjennom borestrengens væskesøyle. Disse trykkpulsene måles og tolkes av utstyr plassert på overflaten. Tilsvarende kan informasjon om ønsket retning sendes fra overflaten til måle- og tolkningsutstyr plassert i retningsstyreanordningen.

Ved for eksempel å anvende fire ulike koder kan borekronen 4 tvinges gradvis i fire ulike retninger (opp, ned, høyre eller venstre).

For å bestemme borestrengens og den roterende stabilisators rotasjonsposisjon, anvendes et orienteringssystem. Et slikt egnet orienteringssystem kan innbefatte to akselerometre plassert radielt i stabilisatoren. Man vil da nøyaktig kunne bestemme borestrengens rotasjonsposisjon, under forutsetning av at borehullet ikke er vertikalt. For også å dekke vertikale borehull, kan det anvendes magnetometer i tillegg til akselerometer.

Det skal vises til fig. 2, som viser et koblingsskjema. Målinger fra trykksensoren 9, samt informasjon fra akselerometrene 10, behandles i en mikroprosessor (MP). Trykksen-sorene og akselerometrene samt mikroprosessoren er anordnet i retningsstyreanordningen.

Det felles mikroprosessorsystem 11 (elektronikk-kort) innhenter og tolker informasjon fra trykkgiver (trykksensor) 9 vedrørende ønsket retning, samt informasjon fra to akselerometre 10 vedrørende borestrengens rotasjonsposisjon. En generator 12, drevet av boreslamvæske, anvendes for å lade opp kondensatorer 13. Effekten til elektromagneten 15 styres fra mikroprosessoren MP via en tyristor 14.

Slagkraften som genereres av elektromagneten vil være i størrelsesorden 3000 N og skjer Innenfor en tidsramme på ca. 0,1 sekund. Ved eksempelvis en rotasjonshastighet for borestrengen på 60 opm, vil slaget således skje over et borehullsegment på ca. 37° . Dersom det anvendes en bunnhullsmotor mellom borekronen og armen, vil forholdene være annerledes. Borestrengen vil da kunne rotere meget lang-sommere, eks. med 6 opm, og slaget vil da skje over et borehullsegment på ca. 3,7°. Det vil i et slikt tilfelle være fordelaktig å øke tidsrammen for slagkraften til f.eks. 0,1-1 sek.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved retningsstyring av et borehull som bores med en borekrone i enden av en roterende borestreng, karakterisert ved at for hver borestreng-omdreining eller mellom et antall borestreng-omdreininger meddeles borekronen et radielt pådrag mot borehul1veggen innenfor et bestemt segment av borehullets tverrsnitt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det for bestemmelse av borestrengens rotasjonsposisjon anvendes et eller flere akselerometer og/eller magnetometer og/eller gyro.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes konvensjonelt utstyr for retnlngsmåling (MWD) og at slampuls-telemetri anvendes for å sende informasjon om ønsket retning slik at aktivering av pådraget kan skje i det ønskede segmet av borehullets tverrsnitt.

4 . Retningsstyreanordning for anvendelse i et borehull for retningsstyring av borehullet og tilordnet en borestreng (2) med borekrone (4), karakterisert ved at borekronen (4) er opplagret (6) i borestrengen med mulighet for radiell forskyvning i forhold til borestrengens senterakse, og at det i borestrengen er anordnet en aktiv pådrags-anordning (7) for påvirkning av borekronen til radiell forskyvning i forhold til borestrengens senterakse.

5. Retningsstyreanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at pådragsanordningen (7) er en elektro magnetisk anordning for å påtvinge borekronen (4) den nødvendige radielle kraft.

6. Retningsstyreanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at pådragsanordningen (7) er en hydraulisk anordning for å påtvinge borekronen (4) den nødvendige radielle kraft.

7. Retningsstyreanordning ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at borekronen (4) er tilknyttet en vektarm (5) som er opplagret (6) i borestrengen og kan påvirkes av pådragsanordningen (7).

8. Retningsstyreanordning ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved at pådragsanordningen (7) er anordnet i en stabilisator (3) i borestrengen.

9. Retningsstyreanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at borekronen er tilordnet en bunnhullsmotor.