NO326228B1 - Anordning for kontinuerlig bronnboring med stasjonaere sensormalinger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et system for boring av brønnboringer og mer spesifikt borestrenger som inkluderer en bunnhullsenhet med et kraft-påføringssystem som kontinuerlig eller nesten kontinuerlig overfører krefter til borkronen for å tilveiebringe kontinuerlig boring og som videre har minst ett hus eller en krage som holder seg stasjonær i forhold til brønnboringsveggen under den kontinuerlige boringsprosessen. Et sett av sensorer hvis målinger er føl-somme for aksiell bevegelse av bunnhullsenheten er integrert i kragen, hvilke sensorer foretar målinger når kragen er i ro mens boringen pågår. Foreliggende oppfinnelse angår også et nedihulls sidetrykkersystem som inkluderer et integrert styresystem for å bore brønnboringen langs en foreskreven bane.

Brønnboringer bores i undergrunns-formasjoner for utvinning av olje og gass. Boringen utføres vanligvis med en boringsenhet (også betegnet en "bunnhullsenhet" eller "BHA") ført inn i brønnboringen via et rør, vanligvis et spiralrør eller en rørstreng satt sammen av rørskjøter. Bunnhullsenheten inneholder en borkrone i sin nedre ende. Borkronen roteres av en slammotor i BHA-en og/eller ved å rotere borerøret fra overflaten. For å oppnå en effektiv penetrasjon av borkronen inn i formasjonen må vekten mot borkronen ("WOB"-en) holdes innenfor et akseptabelt intervall. For stor WOB kan forårsake at borkronen kiles fast i bunnen av borehullet eller skade på slammotoren og andre komponenter i bunnhullsenheten, mens en relativ lav WOB kan redusere borehastigheten eller penetrasjonsraten ("ROP"-en) til et nivå som reduserer boringseffektiviteten. En aksialtrykker (thruster) i borestrengen (vanligvis en del av bunnhullsenheten) anvendes noen ganger for å anvende krefter mot borkronen og for å opprettholde og styre den ønskede WOB-en. Slike aksialtrykkere er vanligvis hydraulisk opererte. En aksialtrykker innbefatter vanligvis et hus koplet til borerøret og en stamme eller et stempel som er forbundet til den nedre delen av bunnhullsanordningen. Det hydrauliske trykket som skapes i bunnhullsanordningen anvendes mot stempelet, hvilket beveger stempelet aksielt (dvs. langs borehullsaksen) og med det anvender en kraft og således WOB mot borkronen under boringsprosessen.

Det er essensielt to fremgangsmåter som anvendes for boring med den aksielle hydraulikk-kraften som genereres av en aksialtrykker. Det første tilfellet er når borerøret ovenfor aksialtrykkeren kan senkes kontinuerlig, dvs. beveges inn i borehullet. Dersom den aksielle friksjonsbevegelsen (eng: stick-slip) til borerøret ikke overstiger stempelets tilgjengelige slaglengde senkes borerøret kontinuerlig. Nedsenkningshastigheten for borerøret må imidlertid være den samme som penetrasjonshastigheten for borkronen inn i formasjonsgrunnen. Det andre tilfellet er når friksjonsbevegelsen er slik at den tidvis forårsaker at aksialtrykkeren strekkes helt ut og deretter kollapses, og da er en såkalt "stegvis" prosess mer hensiktsmessig. Under den stegvise prosessen, hver gang stempelet er fullt utskjøvet, bringes det til den initiale eller kollapsede stillingen slik at borerøret senkes. Aksialtrykkerstempelet skyves kontinuerlig ut for å bore brønnboringen inntil stempelet har nådd full slaglengde. Borestrengen senkes deretter ned en lengde som tilsvarer stempelets slaglengde og prosessen gjentas. Denne fremgangsmåten kan hjelpes ved å stoppe og starte pumpene eller i det minste å redusere strømningsmengden av borefluid og deretter øke strøm-ningsmengden til normalt nivå. Den stegvise prosessen muliggjør boring under forskjellige friksjonsforhold, men har ulemper i form av variasjoner i innførings-hastigheten av borerøret og vil potensielt også kunne endre strømnings-mengden.

For ytterligere å redusere friksjonseffektene på boringsenheten, for å eliminere reaksjonskraften mot borerøret og for dynamisk å avkople borestrengen fra bunnhullsenheten, kan aksialtrykkeren kombineres med en låseinnretning som låser den øvre andelen av aksialtrykkeren til borerøret. Den samme stegvise prosessen for å bevege eller senke borerøret vil anvendes med den ytterligere låsingen og frigjøringen av aksialtrykkerens topp-ende eller med borerøret posisjonert på toppen av aksialtrykkeren til brønnboringsveggen. Stans og oppstart av pumpene tilveiebringer den ytterligere fordelen at kun den aksielle kraften som er nødvendig for aksielt å bevege borerøret overføres til borkronen, uten at det er nødvendig å anvende en inkrementelt økende kraft for å skape tilstrekkelig WOB.

Det er ønskelig å ha aksialtrykkersystemer som kontinuerlig anvender kraft mot borkronen og som utfører målinger nedihulls. Den internasjonale patentsøknaden WO 99/09290 beskriver en borestreng med et aksialtrykkersystem for boring av brønner. Et slikt system muliggjør imidlertid ikke kontinuerlig boring av en brønn. Den internasjonale patentsøknaden WO 97/08418 beskriver en borestreng som inkluderer to serielt koplede aksialtrykkeranordninger som samvirker for tilnærmet kontinuerlig å anvende krefter på borkronen, men de tilveiebringer ikke de ønskede nedihullssensorene. Trenden innenfor olje-boringsindustrien har vært å inkorporere forskjellige sensorer i boringsenheten som foretar en rekke forskjellige målinger under boring av borehullet. Slike sensorer betegnes vanligvis måling-under-boring eller ("MWD") -anordninger. Loggeanordninger, så som formasjonsresistivitetssensorer, akustiske sensorer osv. betegnes noen ganger som logg-under-boring eller ("LWD") -sensorer. For formålet med foreliggende oppfinnelse anvendes betegnelsene MWD og LWD om hverandre. WO 99/00575 gjelder et boresystem som omfatter boreutstyr med en borekrone og flere følere for å foreta en rekke forskjellige målinger under boring. Målingene innebefatter å bestemme boreslamegenskaper, så som densiteten, viskositeten, kompressibiliteten, temperaturen, og trykket nedihulls på forskjellige dybder. Prosessorer i boresystemet behandler føler-signalene og beregner fluidparametere.

Det er kjent at enkelte MWD-målinger er relativt følsomme overfor bevegelse, dvs. at det er enten ønskelig eller nødvendig å gjøre slike målinger mens disse sensorene ikke er i bevegelse i borehullet. For formålet med denne oppfinnelsen betegnes slike målinger som bevegelsesfølsomme målinger. I tillegg er det foretrukket å ha en kontinuerlig bevegende borestreng som kan styres nedihulls slik at boringen gjøres langs en forhåndsvalgt eller ønsket brønnbane. Et slikt styresystem kan være et autonomt system basert på en forhåndsprogrammert brønnbane eller et system der boreretningen justeres ved å sende kommandoer fra overflaten. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et boringssystem der et aksialtrykkersystem kontinuerlig eller nesten kontinuerlig anvender krefter på borkronen samtidig som det gjør det mulig å foreta stasjonære målinger med de bevegelsesfølsomme sensorene. Foreliggende oppfinnelse inkorporerer videre en styreanordning for automatisk å opprettholde boringen langs en foreskrevet brønnbane.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer kontinuerlig eller nesten kontinuerlig bevegede borestrenger som inkluderer bevegelsesfølsomme og andre MWD-sensorer som foretar stasjonære målinger mens boringsenheten fortsetter å bore borehullet. For samtidig å oppnå kontinuerlig boring og stasjonære målinger tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en boringsenhet der et kraftpåføringssystem nesten kontinuerlig anvender krefter på borkronen mens det holder en hus- eller borekrageseksjon stasjonær. Bevegelsesfølsomme sensorer tilveiebrakt på borekragen foretar stasjonære målinger. En styringsanordning mellom borkronen og kraftpåføringssystemet opprettholder boringen av brønnen langs en foreskrevet brønnbane.

For å bore i en brønn føres boringsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse via et rør inn i borehullet fra et sted på overflaten. Boringsenheten, i én utførelsesform, inkluderer to serielt koplede aksialtrykkeranordninger som hver har et hus som kan låses i brønnboringen bg et kraftoverføringselement som kan bringes fra en første, tilbaketrukket stilling til en andre, utskjøvet stilling. Huset av den første kraftpåføringsanordningen låses i brønnboringen. Kraft-overføringselementet beveges fra den tilbaketrukkede stillingen til den ut-skjøvne stillingen og anvender krefter på borkronen, hvilket forårsaker at borkronen penetrerer formasjonen. Kraftoverføringselementet opprettholder an-vendelsen av kraften til det er i fullt utskjøvet stilling. Den andre kraftpåførings-anordningen låses da til brønnboringen og den første kraftpåføringsanord-ningen frigjøres fra brønnboringen. Den andre kraftpåføringsanordningen anvender trykk mot den første kraftpåføringsanordningen, slik at den beveges til tilbaketrukket stilling. Etter at det første kraftoverføringselementet er beveget til sin tilbaketrukkede eller kollapsede stilling låses den på nytt til brønnborings-veggen og den andre kraftpåføringsanordningen frigjøres fra brønnboringen. Enten ved en kontinuerlig senkning av borerøret eller ved en stegvis senkning av det andre kraftoverføringselementet beveges deretter det første kraftover-føringselementet til sin tilbaketrukkede stilling. Den ovenfor beskrevne prosessen gjentas for å fortsette boringsprosessen. Kraften som anvendes på borkronen av den første kraftpåføringsanordningen kan være konstant og kontinuerlig.

I en alternativ utførelsesform anvendes en enkeltstående traksjons-anordning for kontinuerlig å anvende en kraft på borkronen. Et hus ovenfor eller oppihulls den kontinuerlig bevegende traksjonsanordningen forblir i ro i forhold til borehullet for en forbestemt bevegelseslengde for traksjonsanordningen. I hver av boringsenhetene ifølge foreliggende oppfinnelse forblir minst ett hus eller en borekrage i ro i forhold til borehullet mens boringen pågår. Én eller flere bevegelsesfølsomme sensorer tilveiebringes på ett eller flere av de husene av kraftpåføringssystemet. Slike sensorer foretar målinger når huset som innbefatter dem er stasjonært. Foreliggende oppfinnelse integrerer fortrinnsvis slike sensorer i husene. Sensorene inkluderer en kjernemagnetisk resonanssensor som har spesielt lett for å beveges. Det stasjonære huset kan tilveiebringe en stabil plattform for slike sensorer. Andre sensorer som kan integreres inkluderer en retningsmålende sensor eller et retningssensorsystem som i så fall vil inkludere i hvert fall ett eller flere akselometre og minst ett gyroskop eller et magnetometer. Kombinasjonen av målingene fra akselerometrene og gyro-skopene eller magnetometrene tilveiebringer full retningsmålingsevne. Fortrinnsvis anvendes treakse-akselometre i retningssensoren ifølge foreliggende oppfinnelse. Et akustisk sensorsystem kan inkorporeres i ett av husene. Et slikt sensorsystem vil i så fall inkludere minst én sender og én eller flere akustiske detektorer plassert i en avstand fra senderen. Akustiske sensorer tilveiebringer porøsitetsmålinger og (eng: bed bound) enhver informasjon. En kjernesensor kan inkorporeres i et hus i det foreliggende systemet for å bestemme tettheten og kjerneporøsiteten til formasjonen som omgir borehullet. En formasjonstestingsanordning krever vanligvis at det ekstraheres en prøve fra formasjonen, hvilket fordrer at verktøyet holdes i ro. I foreliggende oppfinnelse inkluderes en formasjonstestingsanordning i ett av husene. De ovenfor beskrevne sensorene tenderer til å være spesielt følsomme overfor aksiell bevegelse av sensoren. Andre sensorer, så som en trykksensor, kan imidlertid anvendes for å bestemme reservoartrykket. Det kan inkorporeres stabilisatorer i husene for å redusere vibrasjonen av husene og med det tilveiebringe en mer stabil plattform for de bevegelsesfølsomme sensorene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en boringsenhet som kontinuerlig overfører krefter til borkronen og med det forårsaker at borkronen borer brønnen kontinuerlig samtidig som det foretar utvalgte målinger i stasjonær modus. En rekke andre sensorer kan også inkorporeres i husene og/eller i andre seksjoner av boringsenheten.

Den kontinuerlig bevegede boringsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse, i én utførelsesform, inkluderer også en styreanordning, fortrinnsvis nedenfor eller nedihulls alle aksialtrykkere i systemet. En slik styreanordning inkluderer ett eller flere uavhengig justerbare kraftoverføringselementer eller ribber. Hvert av disse elementene forløper utover fra boringsenheten for å anvende en valgt kraft mot brønnboringsveggen. En styreenhet styrer den anvendte kraften slik at den tvinger boringsenheten langs en foreskrevet eller forbestemt brønnbane eller -linje.

Alle utførelsesformer av boringsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse inkluderer fortrinnsvis en prosessor (også betegnet som "styreenheten" eller en "prosesseringsenhet") som inkluderer én eller flere mikroprosessorbaserte kretser for i hvert fall delvis å prosessere målinger gjort av sensorer i boringsenheten nedihulls under boring av brønnen. De prosesserte signalene eller de beregnede resultatene overføres til overflaten via en telemetrienhet i boringsenheten. Den ønskede nedihullsbanen kan programmeres inn i et minne i prosessoren. Prosessoren styrer da den kraften som anvendes av kraftover-føringselementene for å styre boringsenheten langs den foreskrevne brønn-banen. Prosessoren styrer også operasjonen av sensorene og andre anordninger i boringsenheten.

Eksempler på de viktigste egenskapene ved oppfinnelsen er nå beskrevet forholdsvis overfladisk for at den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av disse skal forstås bedre og for at en skal se bidragene til teknikken. Det er selvfølgelig ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil danne grunnlaget for de etterfølgende patentkravene.

For å oppnå en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse må en gå gjennom den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av den foretrukkede ut-førelsesformen, sett i sammenheng med de vedlagte figurene der like elementer er gitt samme referansenummer og hvorav: Figur 1 viser et skjematisk diagram av en borestreng med en boringsenhet som innbefatter to kraftpåføringsanordninger som alternerende anvender en i det vesentlige konstant kraft mot borkronen samt mange bevegelses-følsomme sensorer tilveiebrakt på kraftpåføringsanordningene som gjør målinger mens en kraftpåføringsanordning ikke anvender krefter på borkronen. Figurene 1A-1D viser funksjonelle blokkdiagrammer av utvalgte be-vegelsesfølsomme sensorer for anvendelse i boringsenhetene laget i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figurene 2A-2D viser en sekvens av operasjoner under én operasjonssyklus for kraftoverføringselementene i boringsenheten i figur 1. Figur 3 viser et eksempelvist funksjonelt blokkdiagram av en prosessor for prosessering av målesignaler fra sensoren i boringsenhetene laget i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 4 viser en utførelsesform av en boringsenhet med ett enkelt kraft-overføringselement for kontinuerlig å anvende en tilnærmet konstant kraft på borkronen. Figur 5 viser en utførelsesform av en boringsenhet som inkluderer én enkelt kraftpåføringsanordning for kontinuerlig å anvende en kraft på borkronen og en borekrage tilveiebrakt med én eller flere bevegelsesfølsomme sensorer som holdes i ro mens borkronen penetrerer en forbestemt lengde inn i formasjonen. Figur 6 viser et boringssystem som anvender boringsenhetene i figurene 1 -5 for boring av borehull.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer borestrenger for boring av brønn-boringer, som inkluderer en boringsenhet (også betegnet her som bunnhullsenheten eller "BHA"-en) i sin nedre ende. Bunnhullsenheten inkluderer en bore-motor som roterer en borkrone og et kraftpåføringssystem som kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig anvender krefter på borkronen for å tilveiebringe en i det vesentlige kontinuerlig boring av borehullet. Reaksjonskraften fra boringen over-føres inn i borehullet i et område beliggende ovenfor eller oppihulls BHA-en i stedet for til borerøret. Kraftpåføringssystemet inkluderer minst ett hus eller en borekrage som holdes stasjonær i forhold til brønnboringen, i hvert fall periode-vis, mens boringsenheten penetrerer formasjonen, dvs. beveges nedihulls. Én eller flere bevegelsesfølsomme sensorer tilveiebrakt i ett eller flere hus tilveiebringer måledata eller -signaler som angir én eller flere nedihullsparametre når huset er i ro og boringsenheten beveges i brønnboringen. Den ene eller de flere sensorene er fortrinnsvis slike som tenderer til å gi mer nøyaktige måleresul-tater når de er i ro sammenliknet med når de er i bevegelse. Slike sensorer betegnes her som "bevegelsesfølsomme sensorer". I en foretrukket utførelses-form styrer en styreenhet tilveiebrakt i boringsenheten nær borkronen boringsenheten langs en forbestemt brønnbane. Boringsenheten inkluderer én eller flere prosessorer som styrer operasjonen av sensorene og styreanordningen nedihulls og i hvert fall delvis prosesserer sensordataene.

Figur 1 viser et skjematisk diagram av én utførelsesform av en borestreng 100 ifølge foreliggende oppfinnelse som inkluderer en boringsenhet 110 som inneholder (i) et kraftpåføringssystem som inkluderer to kraftpåførings-anordninger 140 og 150 i montert i serie som opereres alternerende for å tilveiebringe kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig boring av brønnen og opprettholde minst ett hus stasjonært i forhold til borehullet mens boringen pågår, og (ii) mange bevegelsesfølsomme sensorer tilveiebrakt på husene av kraft-påføringsanordningene for å tilveiebringe målinger mens husene er stasjonære.

Boringsenheten 110 festes til et borerør 105 i den nedre enden 106 av borerøret med en hensiktsmessig konnektor 107. Borerøret 105 er tilveiebrakt ved å skjøte faste rørseksjoner, som vanligvis er 10-13 meter lange, ved riggen eller overflaten. En kopling eller svingslede 108 mellom borerøret 105 og boringsenheten 110 gjør det mulig selektivt å kople det roterende borerøret 105 til eller fra boringsenheten 110. Dette gjør at boringsenheten 110 kan hindres i å rotere mens borerøret 105 roteres fra overflaten for å redusere friksjonstapet. I engasjert modus roterer boringsenheten 110 med borerøret 105 og i frikoplet modus forårsaker ikke rotasjonen av borerøret 122 at boringsenheten 110 roterer.

Boringsenheten 110 innbefatter en borkrone 112 i sin nedre ende. En boringsmotor 116 plassert ovenfor eller oppihulls borkronen 112 roterer borkronen 112. Boringsmotoren 116 er fortrinnsvis en positiv forskyvningsmotor som opererer når et fluid 122 (eksempelvis borefluidet eller "slammet") tilføres under trykk fra overflaten til borerøret 105. Slike motorer betegnes innenfor teknikken også som "slammotorer". En slammotor inkluderer vanligvis en kraftseksjon 116a og en opplagerenhetseksjon 116b. Kraftseksjonen 116a inkluderer en rotor 117 som på en roterbar måte er anbrakt i en stator 118. Når borefluid 122 forsynes til boremotoren 116 under trykk fra overflaten eller brønnområdet, roterer rotoren 117 i statoren 118. Rotoren 117 roterer en hul aksel 119 hvis nedre ende er fast festet til borkronen 112, og roterer således borkronen 112. Akselen 119 forløper gjennom opplagerenhetsseksjonen 116b. Opplagerenhetsseksjonen 116b inkluderer radielle og aksielle lagre (ikke vist) som henholdsvis tilveiebringer sideveis og aksiell stabilitet for boreakselen 119 under boring av brønnen. Boringsmotorer er vanlige innenfor olje- og gassindustrien og beskrives således ikke i detalj her. Enhver hensiktsmessig boringsmotor, hvorvidt det er en slammotor eller en turbin eller en hvilken som helst annen type, kan anvendes i boringsenheten 110 ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fortsatt med henvisning til figur 1 inkluderer boringsenheten 110 en nedre eller den første kraftpåføringsanordningen 140 (også betegnet her som den "nedre aksialtrykkeren" eller den "første aksialtrykkeren") og en øvre eller en andre kraftpåføringsanordning 150 (også betegnet her som den "øvre aksialtrykkeren" eller den "andre aksialtrykkeren"). Den øvre aksialtrykkeren 150 er plassert ovenfor eller oppihulls den nedre aksialtrykkeren 140. Den nedre aksialtrykkeren 140 inkluderer et hus 142 (også betegnet en borekrage eller borekrageandel) hvor et kraftoverføringselement 144 løper i aksialtrykkeren 140 mellom en første (også betegnet som den initiale eller den tilbaketrukkede stillingen) og en andre (også betegnet som den utskjøvne stillingen) stilling. Kraftoverføringselementet 144 kan være et stempel som løper i et stempel-kammer i aksialtrykkeren 140 ved tilføring av et fluid under trykk i kammeret. Et antall mekaniske aksialtrykkere som tilveiebringer en aksiell kraft har vært anvendt for boreoperasoner. U.S.-patentsøknaden 09/271 974, innlevert 18. Mars 1999, beskriver en hydraulisk operert mekanisk aksialtrykker med evne til å anvende en konstant eller variabel kraft på borkronen. U.S.-patentsøknaden 09/271 947, som er rettet mot et aksialtrykkersystem og overdratt til samme som denne søknaden, inkorporeres her som referanse. Aksialtrykkerne beskrevet i denne søknaden eller en hvilken som helst annen mekanisk aksialtrykker kan anvendes i boringsenheten 110 som den nedre aksialtrykkeren 140.

En låseinnretning 146 er tilveiebrakt på periferien av aksialtrykkerhuset 142. Låseinnretningen 146 kan være en ekspanderbar pakning eller et mekanisk anker eller enhver annen dertil egnet anordning som kan ekspanderes radielt utover fra aksialtrykkerhuset 142 for å låse aksialtrykkerhuset 142 til brønnboringsveggen og kollapses for å frigjøre eller løsne aksialtrykkerhuset 142 fra brønnboringsveggen. En hydraulisk operert anordning, så som en pakning, er den foretrukne låseinnretningen for boringsenheten 110. Når den nedre aksialtrykkeren 140 er låst i stilling og fluid under trykk tilføres aksialtrykkeren, føres kraftoverføringselementet 144 aksielt nedover eller i nedihulls retning, dvs. begynner å beveges mot borkronen 112, og overfører med det en kraft til borkronen 112. Aksialtrykkeren 140 kan konstrueres for å anvende en konstant eller en variabel kraft mot borkronen 112 under boring av brønnen.

Den øvre aksialtrykkeren 150 har et legeme eller et hus 152 og et andre kraftoverføringselement 154. En andre låseinnretning 156, tilveiebrakt på den øvre aksialtrykkeren 150, kan på en frigjørbar måte låse det øvre aksialtrykkerhuset 152 i brønnboringen. Når det øvre aksialtrykkerhuset 152 er låst fast i brønnboringen og det anvendes trykk mot kraftoverføringselementet 154, føres dette nedover og anvender trykk mot den nedre aksialtrykkeren 140, hvilket forårsaker at kraftoverføringselementet 144 i den nedre aksialtrykkeren kollapser eller føres tilbake til sin initiale stilling. Den øvre aksialtrykkeren 150 kan være av samme type som den nedre aksialtrykkeren 140 eller den kan være enhver annen type kraftpåføringsanordning som er konstruert for å anvende trykk mot den nedre aksialtrykkeren slik at kraftoverføringselementet 144 i den nedre aksialtrykkeren 140 beveges fra utskjøvet stilling til sin tilbaketrukkede stilling nedihulls.

Boringsenheten 110 kan videre inkludere én eller flere uavhengig justerbare stabilisatorer, så som stabilisatorene 120a og 120b, nær borkronen 112 for å opprettholde og/eller endre boringsretningen. Disse stabilisatorene inkluderer fortrinnsvis mange radielt utskyvbare elementer (også betegnet her som "ribber"), idet hvert slikt element er konstruert for uavhengig å anvende en kraft mot brønnboringen. Den nedre stabilisatoren 120a er fortrinnsvis tilveiebrakt rundt boremotorseksjonen 116 nær borkronen 112 og plassert i en avstand fra den øvre stabilisatoren 120b som er plassert nær den øvre enden av boremotorseksjonen 116. Disse stabilisatorene gir også sideveis støtte og stabilitet til boringsenheten 110, hvilket reduserer vibrasjonseffektene under boringen av brønnen. Hvert justerbare element 120a' og 120b' styres uavhengig ved hjelp av nedihulls-styringsenheten 132. Slike kraftoverføringselementer opereres fortrinnsvis hydraulisk, men kan også opereres med elektriske motorer eller elektromekaniske anordninger. Den ønskede borehullsbanen kan være lagret i et minne nedihulls. Styringsenheten 132 tilpasser kreftene som anvendes av kraftoverføringselementene 120a' og 120b' på en slik måte at boringsretningen holdes langs den foreskrevne eller forbestemte brønnbanen eller -linjen.

Fortsatt med henvisning til figur 1 inkluderer boringsenheten 110 et antall sensorer og anordninger som hjelper boreoperasjonen og tilveiebringer informasjon om de undergrunns-formasjonene. Boringsenheten 110 kan inkludere et hvilket som helst antall sensorer for å tilveiebringe målinger vedrørende boringsretningen og posisjonen eller dybden ved borkronen 112 eller boringsenheten i forhold til en kjent posisjon, eksempelvis et område på overflaten eller nordpolen. Slike sensorer kan inkludere inklinometre, akselometre, magnetometre og gyroskopiske anordninger. Kjernesensorer, så som gammastrålings-anordninger, kan også anvendes. I figur 1 er noen slike sensorer angitt med referansenummer 124 og er vist tilveiebrakt i slammotoren 116. En rekke forskjellige posisjons- og retningssensorer er kjente og anvendes kommersielt innenfor olje- og gassindustrien, og disse beskrives derfor ikke i detalj her.

Boringsenheten 110 inkluderer et antall formasjonsevalueringssensorer som tilveiebringer informasjon om de forskjellige egenskapene ved formasjonen, retningssensorer som tilveiebringer informasjon om boringsretningen og formasjonstestingssensorer som tilveiebringer informasjon om reservoar-fluidenes beskaffenhet og som evaluerer reservoarforholdene. Formasjons-evalueringssensorene kan inkludere resistivitetssensorer for å bestemme formasjonens resistivitet, dielektriske konstant og nærvær eller fravær av hydrokarboner, akustiske sensorer for å bestemme den akustiske porøsiteten i formasjonen og (eng: bed boundary) i formasjonen, kjernesensorer for å bestemme formasjonens tetthet, kjerneporøsitet og visse bergegenskaper og kjernemagnetiske resonanssensorer for å bestemme porøsiteten og andre petrofysiske karakteristikker ved formasjonen. Retnings- og posisjonssensorene inkluderer fortrinnsvis en kombinasjon av ett eller flere akselometre og ett eller flere gyroskoper eller magnetometre. Akselometrene tilveiebringer fortrinnsvis målinger langs tre akser. Formasjonstestingssensorene tilveiebringer en anordning for å samle inn prøver av formasjonsfluidet mens boringen av brønnen pågår og bestemmer formasjonsfluidets beskaffenhet, inklusive fysiske egenskaper og kjemiske egenskaper. Trykkmålinger i formasjonen tilveiebringer informasjon om reservoarets beskaffenhet.

Det er kjent at enkelte av de ovenfor beskrevne sensorene er følsomme ovenfor bevegelse, dvs. at de tilveiebringer mer nøyaktig informasjon om de ønskede parametrene dersom målingene foretas mens sensoren er stasjonær sammenliknet med når sensoren er i bevegelse i borehullet. Ved fremgangs-måtene ifølge tidligere teknikk gjør slike sensorer enten målingene mens boringsenheten er i bevegelse eller boringen opphøres midlertidig for å gjøre målingene. I foreliggende oppfinnelse er de bevegelsesfølsomme sensorene fortrinnsvis plassert i husene 142 og 152, av henholdsvis kraftpåførings-anordningene 140 og 150. Disse sensorene aktiveres når huset som innbefatter disse sensorene er stasjonære i forhold til borehullet. Kjernemagnetiske resonanssensorer kan påvirkes betydelig av bevegelse. Målinger tilveiebrakt av kjernesensorer og akustiske sensorer påvirkes også av bevegelse. Det er også foretrukket at gyroskopmålinger foretas mens verktøyet er i ro. Formasjonstestingssensorer kan ikke anvendes mens de er i bevegelse siden fluidprøvene må tas fra formasjonen ved å plassere en sonde mot brønnboringsveggen over en tidsperiode. I foreliggende oppfinnelse tilveiebringes én eller flere av de bevegelsesfølsomme sensorene i de seksjonene av boringsenheten 110 som holder seg stasjonære over en tidsperiode mens boringen pågår. I utførelses-formen i figur 1 kan slike sensorer utplasseres i ett av eller begge husene 142 og 152. Enkelte slike sensorer kan imidlertid utplasseres i andre seksjoner av boringsenheten. De kan også integreres i slammotoren 116.

Fortsatt med henvisning til figur 1 er boringsenheten 110 vist å inkludere en kjernemagnetisk resonans ("NMR") -sensor 15 i det øvre huset 152. Enhver hensiktsmessig NMR-sensor kan anvendes for formålet med denne oppfinnelsen. Figur 1A viser strukturen til en NMR-sensor 15 som kan inkorporeres i boringsenheten 110. NMR-sensoren 15 inkluderer et magnetsystem 16 som skaper et statisk magnetfelt i et undersøkelsesområde 18 i formasjonen. En radiofrekvens ("RF") -antenne 17 produserer radiofrekvenssignaler som for-

En styringskrets (ikke vist) prosesserer radiofrekvenssignalene som detekteres i respons på RF-signalene for å bestemme en egenskap ved formasjonen.

En kjernesensor 20 er vist tilveiebrakt i det øvre huset 152. Med henvisning til figur 1B inkluderer kjernesensoren 20 en nukleær kilde 21 som genererer kjerneenergi inn i formasjonen som omgir boringsenheten 110. En detektor 22 detekterer kjernestrålene fra formasjonen som respons på kjerne-energien som genereres av den nukleære kilden 21. En prosessor 24 prosesserer de detekterte strålene for å bestemme formasjonens kjerne-porøsitet og -tetthet.

En akustisk sensor 30 er vist tilveiebrakt i det nedre huset 142. Den inkluderer en akustisk sender T som genererer akustiske signaler i formasjonen som omgir brønnboringen. Én eller flere akustiske detektorer, så som R1 og R2, plassert i en avstand fra senderen T detekterer akustiske signaler som for-plantes gjennom formasjonen og signaler som reflekteres fra refleksjonspunkter i formasjonen som respons på de utsendte signalene. En prosessor, så som prosessor 132, prosesserer de detekterte signalene for å bestemme en egenskap ved formasjonen, så som formasjonens lydhastighet, og (eng: bed boundary) informasjonen.

En formasjonstester 40 er vist tilveiebrakt i det øvre huset 152. Figur 1C viser et funksjonelt blokkdiagram av en eksempelvis formasjonstestingsanordning som inkluderer en sonde 41 for å samle inn formasjonsfluid, som føres gjennom et kammer 42. Én eller flere sensorer, så som sensor 43, tilveiebringer in-situ informasjon om én eller flere egenskaper ved det innsamlede fluidet. Slike egenskaper kan inkludere en kjemisk egenskap ved fluidet, sammen-setningen av det innsamlede fluidet og/eller en fysisk egenskap ved det innsamlede fluidet. Et prøveinnsamlingskammer 45 kan anvendes for å samle inn prøven under formasjonsforhold for laboratorieundersøkelse. En trykksensor 46 i sonden eller på et hvilket som helst annet dertil egnet sted tilveiebringer trykket i formasjonen.

En retningsmålingssensor 50 er vist tilveiebrakt i den nedre huset 142.

Figur 1D viser et funksjonelt blokkdiagram av en eksempelvis retningssensor 50. Den inkluderer fortrinnsvis et tre-komponents akselerometer 51 som tilveiebringer akselerasjonsmålinger langs de tre aksene (x-, y- og z-aksen) og ett eller flere gyroskop eller magnetometre 52. Målingene fra akselerometeret og gyroskopet eller magnetometret kombineres for å bestemme retningen til boringsenheten.

Boringsenheten 110 inkluderer én eller flere nedihulls-styreenheter eller - prosessorer, så som en prosessor 132. Prosessoren 132 kan prosessere signaler fra de forskjellige sensorene i boringsenheten og styrer også operasjonen av disse. Den kan også styre andre anordninger, eksempelvis anordningene 120a, 120b og 130. Det kan anvendes en separat prosessor for hver sensor eller anordning. Hver sensor kan også innbefatte ytterligere kretser for sine unike operasjoner. Nedihulls-styreenheten anvendes her i generisk for-stand for enkelhets skyld og for å bedre forståelsen, og ikke som en begrens-ning, fordi anvendelse og operasjon av slike styreenheter er kjent innen teknikken. Styreenheten 132 inneholder fortrinnsvis én eller flere mikroprosessorer eller mikrokontrollere for å prosessere signaler og data og for å gjennomføre styringsoperasjoner, ikke-volatile (eng: solid state) minneenheter for å lagre programmerte instruksjoner, modeller (som kan være interaktive modeller) og data, samt andre nødvendige styrekretser. Mikroprosessorene styrer operasjonen til de forskjellige sensorene, tilveiebringer kommunikasjon mellom nedihullssensorene og tilveiebringer toveis data- og signalkommunikasjon mellom boringsenheten 110 og overflateutstyret via en toveis-telemetri 134.

Figur 3 viser et eksempelvist funksjonelt blokkdiagram 340 med hoved-elementene av bunnhullsenheten 110 i figur 1 og illustrerer videre med piler flytretningen mellom disse elementene. En må forstå at figur 3 kun illustrer én mulig konfigurasjon av visse elementer og kun ett system for samvirke mellom disse elementene. Andre like virkningsfulle konfigurasjoner kan anvendes for å praktisere oppfinnelsen. Et forut bestemt antall av diskrete datapunktsutganger fra sensorene 352 (SrSj) lagres i et buffer som, i figur 3, er inkludert som en atskilt andel av minnekapasiteten til en datamaskin 350. Datamaskinen 350 omfatter fortrinnsvis kommersielt tilgjengelige robuste anordninger som kan anvendes i borehullsmiljøet. Alternativt kan lagringsbufferet utgjøres av et separat minneelement (ikke vist). De interaktive modellene er lagret i minnet 348. I tillegg er også andre referansedata, så som kalibreringskompensasjons-modeller og forbestemte boringsbaner lagret i minnet 348. Det tilveiebringes en toveis kommunikasjonslink mellom minnet 348 og datamaskinen 350. Responsen fra sensorene 352 sendes til datamaskinen 350 og/eller overflate-datamaskinen 40 (se figur 6) der de omgjøres til parametre som er av interesse ved hjelp av kjente fremgangsmåter.

Datamaskinen 350 er også operativt koplet til visse nedihullsstyrte anordninger di-dm, så som aksialtrykkere 140 og 150, justerbare stabilisatorer 120a og 120b og vandrende underenheter for geostyring, og til en strømnings-styringsanordning for å styre strømningen av fluid gjennom boringsmotoren og med det styre borkronens rotasjonshastighet.

Strømkildene 344 forsyner strøm til telemetrielementet 342, datamaskinen 350, minnemodulene 346 og 348 med tilhørende styrekretser (ikke vist), og sensorene 352 med tilhørende styrekretser (ikke vist). Informasjon fra overflaten sendes over den nedovergående telemetribanen 329 illustrert med stiplet linje til nedihulls-mottakerelementet av nedihulls-telemetrienheten 342, og sendes deretter til lagringsanordningen 348. Data fra nedihullskomponen-tene sendes oppihulls via linken 327.1 foreliggende oppfinnelse beregnes parametrene av interesse, så som verktøyretning, -vinkling og -asimut, fortrinnsvis nedihulls og kun resultatene sendes til overflaten. Formasjonsevalueringsmålingene kan helt eller delvis prosesseres nedihulls og lagres for senere anvendelse eller sendes til overflaten.

Operasjonen av boringsenheten i figur 1 skal nå beskrives med henvisning til figurene 2A-2D, som viser operasjonssekvensen under én operasjonssyklus for kraftpåføringssystemet 140 og 150. Figur 2A viser borestrengen 100 som forløper fra overflaten 12 og terminerer med borkronen 112 i bunnen 11 av en brønnboring 10. Borefluid 122 under trykk tilføres kontinuerlig fra en kilde (se figur 6) ved overflaten 12 til boringsenheten 110 gjennom borerøret 105. Borefluidet 122 roterer rotoren 119 i slammotoren 116, som i sin tur roterer borkronen 112.

For å bore brønnen 10 settes eller ekspanderes den nedre låseinnretningen 146 for å låse den nedre aksialtrykkeren 140 i borehullet 10 i et område 10a (se figur 2B). Trykket overføres til aksialtrykkeren 140, hvilket forårsaker at kraftoverføringselementene 144 beveges nedover og med det anvender en kraft mot borkronen 112. Boringsmotoren roterer kontinuerlig borkronen 112 mens den nedre aksialtrykkeren 140 anvender krefter mot borkronen 112. Den nedre aksialtrykkeren 140 kan konstrueres for å anvende en konstant kraft mot borkronen 112 uavhengig av penetrasjonsraten for borkronen 112 inn i formasjonen 10 eller den kan konstrueres for å anvende en variabel kraft på grunnlag av boringsfaktorer. En sensor 149 kan være tilveiebrakt i aksialtrykkeren for å bestemme slaglengden til kraftoverføringselementet 146 og penetrasjonsraten. Straks kraftoverføringselementet 144 er fullt utskjøvet eller er ført ut en ønsket lengde (som bestemmes av sensor 149), som vist i figur 2B, trekkes den nedre låseinnretningen 146 tilbake eller kollapses for å frigjøre eller løsne den nedre aksialtrykkeren 140 fra brønnboringen 10, mens den øvre låseinnretningen 156 ekspanderes for å låse den øvre aksialtrykkeren 150 i stilling. Når det øvre aksialtrykkerlegemet låses i brønnboringen 10, begynner kraftoverførings-elementet 154 i den øvre aksialtrykkeren 150 å beveges nedover, hvilket forårsaker at det nedre aksialtrykkerlegemet 142 beveges mot borkronen 112, som i sin tur gjør at kraftoverføringselementet 144 i den nedre aksialtrykkeren returnerer til sin initiale eller tilbaketrukkede stilling, som vist i figur 2C. Den nedre låseinnretningen 146 engasjeres deretter med eller låses i brønnboringen 10, og den øvre låseinnretningen 156 løsnes fra brønnboringen 10. Borerøret 105 føres nedihulls like langt som slaglengden eller bevegelseslengden til det nedre kraftoverføringselementet 144, hvilket kompletterer én operasjonssyklus for aksialtrykkeren 140. Boringen fortsettes ved å gjenta den ovenfor beskrevne prosessen. Borerørsseksjonene legges til mens boringen av brønnen pågår, siden borestrengen 100 i seg selv ikke anvendes for å tilveiebringe den ønskede vekten mot borkronen. Et spiralrør kan anvendes i stedet for borerøret.

Når det nedre aksialtrykkerlegemet 142 låses mot brønnboringen er begge aksialtrykkerhusene 142 og 152 i ro og forblir slik inntil kraftoverførings-elementet er fullt utskjøvet. Sensorene Sl i det nedre aksialtrykkerhuset 142 og sensorene Su i det øvre aksialtrykkerhuset aktiveres til å gjøre målinger. For å forenkle forklaringen representerer Sl en hvilken som helst av eller alle sensorene som anvendes i det nedre huset mens Su representerer en hvilken som helst av eller alle sensorene som anvendes i det øvre huset 142. Målingene gjort med sensorene Sl og Su prosesseres av en nedihulls-styreenhet som beskrevet ovenfor. Når det øvre huset 152 låses i stilling i brønnboringen 10, holder det øvre huset seg i ro mens det nedre huset 142 er i bevegelse. Under denne tiden gjør sensorene SL målinger. Det skal bemerkes at sensorene Sl, Su og andre sensorer kan gjøre målinger mens de er i bevegelse og kan aktiveres for å gjøre kontinuerlige målinger, bortsett fra visse sensorer, så som prøve-takingssensorene beskrevet ovenfor, som kun kan opereres mens de er stasjonære. Den ovenfor beskrevne prosessen tilveiebringer således en tilnærmet kontinuerlig anvendelse av krefter på borkronen, og tilveiebringer med det en tilnærmet kontinuerlig boring av brønnen samtidig som den gjør det mulig å foreta stasjonære målinger med de bevegelsesfølsomme sensorene. Ytterligere stabilisatorer kan anvendes i husene for å redusere vibrasjonseffektene for-årsaket av borkronens bevegelse.

Det ovenfor beskrevne systemet og den ovenfor beskrevne fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse anvender således en borerør-borestreng der en slammotor roterer borkronen og et aksialtrykkersystem kontinuerlig eller nesten kontinuerlig anvender en konstant kraft på borkronen. Konstant kraft anvendt på borkronen og den kontinuerlige bevegelsen av aksialtrykkerstempelet reduserer betydelig vibrasjonen av borestrengen. Borerøret kan roteres under boring ved å løsne svingesleden 108 fra boringsenheten 110 for hullrensning, for å redusere friksjonen og for å unngå at borerøret kiles fast i brønnboringen.

Figur 4 viser en alternativ utførelsesform av en boringsenhet 200 som kontinuerlig anvender en kraft på borkronen. Boringsenheten 200 er tilsvarende boringsenheten 100 i figur 1, men inkluderer en traktor eller trekkeanordning 220 for å tilveiebringe en kontinuerlig kraft på borkronen 112. Traktoren 220 har en trekkeanordning som inkluderer traksjonslegemer 222 og 224. Traksjonslegemet 222 har traksjonselementer 222a og 222b som genererer en nedover-rettet kraft mens de presser mot brønnboringsveggen. Traksjonslegemet 224 inkluderer traksjonselementer 224a og 224b som opererer på samme måte som traksjonselementene 222a og 222b. Traksjonslegemene 222 og 224 anvender kontinuerlig krefter på borkronen. Den nedovergående bevegelsen av traktoren 220 er den samme som penetrasjonsraten til borkronen 112 inn i formasjonen. Traksjonselementene kan være rulleelementer eller en skinne som beveges kontinuerlig av tannhjul eller rulleelementer.

For enkelte anvendelser kan det hende at traksjonsanordningen 220 ikke klarer å anvende en konstant kraft på borkronen 112. For slike anvendelser kan det tilveiebringes en aksialtrykker 230, som kan være av samme type som aksialtrykker 140 vist i figur 1, nedenfor traksjonsanordningen 220 for å anvende en konstant kraft på borkronen 112.1 en slik konstruksjon tilveiebringer traksjonsanordningen 220 trykk for å kollapse aksialtrykkeren 230 fra sin ut-skjøvne stilling til sin initiale stilling under hver operasjonssyklus. I denne konstruksjonen forblir traktorhuset 221 og aksialtrykkerhuset 235 stasjonære under den tiden aksialtrykkeren 230 er låst til brønnboringsveggen. De bevegelsesfølsomme sensorene på slike hus, generelt betegnet med Sm, gjør målinger mens husene er i ro. Disse målingene prosesseres på samme måte som beskrevet tidligere.

Figur 5 viser nok en annen utførelsesform av en boringsenhet 400 plassert i en brønnboring 401. Boringsenheten 400 inkluderer en traksjons-anordning 402 som kontinuerlig anvender krefter på borkronen 412. Et glidbart hus 406 som kan låses til brønnboringsveggen 403 er tilveiebrakt ovenfor traksjonsanordningen 402. Det låsbare huset 406 kan være en del av en aksialtrykker 410, eksempelvis som beskrevet i figur 1.1 begynnelsen av operasjonen er stempelet 408 i aksialtrykkeren 410 i kollapset stilling. Huset 406 låses i brønnboringen 401 med en stabilisator eller et anker 415. Ytterligere stabilisatorer eller ankre, så som en stabilisator 417, kan anvendes for å redusere effekten av borkronevibrasjoner. Når huset 406 er låst i stilling anvender traksjonsanordningen 402 krefter mot borkronen inntil stempelet 408 er fullt utskjøvet, som vist i figur 4. De bevegelsesfølsomme sensorene Sm i huset 406 gjør målinger under den tiden huset 406 er låst i brønnboringen 401. Straks stempelet 408 er fullt utskjøvet løsnes huset 406 fra brønnboringen 401 ved å trekke inn stabilisatorene 415 og 417. Røret 422 skyves deretter nedover i en lengde som tilsvarer stempelet 408 sin slaglengde, hvilket forårsaker at stempelet 408 inntar sin initiale, kollapsede stilling. Den ovenfor beskrevne prosessen blir deretter gjentatt. En styreanordning 420 med uavhengig justerbare ribber 420a er tilveiebrakt nedenfor traksjonsanordningen for å styre boringsenheten langs den ønskede brønnboringsbanen.

I de ovenfor beskrevne, eksempelvise utførelsesformene av boringsenheten holdes således et hus eller en borekrage stasjonær i forhold til brønn-boringsveggen mens det kontinuerlig eller nesten kontinuerlig anvendes krefter på borkronen for å oppnå en tilnærmet kontinuerlig boring av brønnen. Én eller flere bevegelsesfølsomme MWD- eller andre typer sensorer tilveiebrakt i et slikt hus gjør målinger mens huset er i ro. Boringssystemene ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer tilnærmet kontinuerlig boring og muliggjør mer nøy-aktige nedihullsmålinger. Aksialtrykkere muliggjør boring av dypere, horisontale borehull og stasjonære målinger tilveiebringer mer nøyaktig informasjon om formasjonen, hvilket er kritisk for utvinning av hydrokarboner fra undergrunns-formasjoner.

Figur 6 er et skjematisk diagram av et eksempelvist boringssystem 600 som kan anvende en boringsenhet 690 produsert ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. En borestreng 620 med boringsenheten 690 festet i den nedre enden derav transporteres inn i et borehull 626 med et rør fra overflaten 609. Boringssystemet 600 inkluderer et konvensjonelt fagverk 611 stående på en plattform 612 som støtter et rotasjonsbord 614 som roteres av en rotasjonsanordning (eng: prime mover) så som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 620 inkluderer et rør (borerør eller spiralrør) 622 som forløper nedover fra overflaten 612 og inn i borehullet 626. En borkrone 650, festet i den nedre enden av borestrengen 620, desinte-grerer den geologiske formasjonen når den roteres for å bore borehullet 626. Borestrengen 620 er koplet til trekkverk 630 via et kelly-ledd 621, en svinge-slede 628 og en line 629 gjennom en trinse 623. Trekkverket 630 anvendes for å senke borerøret 622 og for å styre krokbordet (eng: hook board). En rørinjek-tor 614a og en trommel (ikke vist) anvendes i stedet for rotasjonsbordet 614 for å føre inn bunnhullsenheten i brønnboringen dersom røret 622 realiseres i form av et spiralrør. Operasjonen av trekkverket 630 og rørinjektoren 614a er kjent innenfor teknikken og beskrives således ikke i detalj her.

Under boring sirkuleres et dertil egnet borefluid 631 fra et slambasseng (kilde) 632 under trykk gjennom borestrengen 620 ved hjelp av en slampumpe 634. Borefluidet strømmer fra slampumpen 634 og inn i borestrengen 620 via en (eng: desurger) 636 og fluidkanalen 638. Borefluidet 631 strømmer ut i bunnen 651 av borehullet gjennom porter i borkronen 650. Borefluidet 631 sirkuleres til overflaten gjennom ringrommet 627 mellom borestrengen 620 og borehullet 626 og returnerer til slambassenget 632 via en returledning 635 og en borekuttsil 685 som fjerner borekuttet 686 fra det returnerende borefluidet 631b. En sensor Sf i ledningen 38 tilveiebringer informasjon om fluidstrømnings-mengden. En momentsensor ved overflaten St og en sensor Ss assosiert med borestrengen 620 tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreiemomentet på og rotasjonshastigheten til borestrengen 620. Rørinnføringshastigheten bestemmes av sensoren Si, mens sensoren Si måler lasten på kroken fra borestrengen 620. En motor 655 (slammotor) nedihulls er tilveiebrakt i boringsenheten 690 for å rotere borkronen 650. ROP-en for en gitt BHA avhenger i stor grad av WOB-en eller skyvekraften på borkronen 650 og dens rotasjonshastighet. Slammotoren 655 er koplet til borkronen 650 via en drivaksel 666 anbragt i en opplagerenhet 657. Slammotoren 655 roterer borkronen 650 når borefluidet 631 strømmer gjennom slammotoren 655 under trykk. Opplagerenheten 657 tar opp de radielle og aksielle kreftene fra borkronen 650, nedoverskjøvet fra slammotoren 655 og den oppoverrettede reaksjonskraften fra den anvendte vekten mot borkronen. En nedre stabilisator 658 koplet til opplagerenheten 657 virker som en sentralisator for den nedre delen av borestrengen 620.

En styreenhet eller prosessor 640 ved overflaten mottar signaler fra nedihullssensorene og -anordningene via en sensor plassert i fluidledningen 638 og signaler fra andre sensorer som anvendes i systemet 600 og prosesserer disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner tilveiebrakt i overflate-styreenheten 640. Overflate-styreenheten 640 viser ønskede boringsparametre og annen informasjon på en skjerm/monitor 642 som anvendes av en operatør for å styre boringsoperasjonene. Overflate-styreenheten 640 omfatter en datamaskin, et minne for å lagre data, en opptaksanordning for å ta imot data og andre nødvendige periferienheter. Overflate-styreenheten 640 kan også inkludere en simuleringsmodell og prosesserer data i henhold til programmerte instruksjoner. Styreenheten 640 er fortrinnsvis konfigurert til å aktivere alarmer 644 når det opptrer visse utrygge eller uønskede operasjons-forhold. Overflate-styreenheten 640 kommuniserer med nedihulls-styreenhetene som beskrevet ovenfor via en toveis kommunikasjonslink. Den kan sende kommandosignaler til nedihulls-styreenheten, endre de nedihullslagrede programmene og prosessere data mottatt fra nedihulls-styreenhetene. Nedihulls-styreenhetene og overflate-styreenheten 640 samvirker for å optimere boringen av brønnen.

Den foregående beskrivelsen er rettet mot konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for å illustrere og forklare denne. Det vil imidlertid være åpenbart for fagfolk på området at det kan foretas mange modifikasjoner og endringer av utførelsesformene beskrevet ovenfor uten at en går ut over tanken bak og rekkevidden til oppfinnelsen. Det er meningen at de etter-følgende patentkravene skal tolkes å innbefatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims (15)

1. Anordning for boring av et borehull i en undergrunns-formasjon, karakterisert ved at den omfatter: (a) en borkrone (112) i en ende av nevnte anordning; (b) en øvre og en nedre kraftpåføringsanordning (140,150) i serie i anordningen, idet hver av nevnte øvre og nedre kraftpåføringsanordninger (140, 150) alternerende opprettholder et tilhørende glidbart utvendig hus (142,152) stasjonært i forhold til brønnboringsveggen (403) samtidig som de anvender krefter på borkronen (112) for kontinuerlig å bore brønnen; og (c) minst én sensor (15, 20,30, 43, 46, 50,149) hvis målinger er følsomme ovenfor bevegelse av den minst ene sensoren (15, 20, 30, 43, 46, 50,149) langs borehullet, idet nevnte minst ene sensor (15, 20, 30, 43, 46, 50, 149) i hvert fall delvis er tilveiebrakt i ett av nevnte utvendige hus (142,152) og nevnte minst ene sensor (15,20, 30,43, 46, 50,149) gjør målinger nedihulls under boring av borehullet mens huset (142,152) som inkluderer den minst ene sensoren (15,20,30,43,46,50,149) er stasjonært i forhold til brønnborings-veggen.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av nevnte øvre og nedre kraftpåførings-anordning (140,150) inkluderer en separat låseinnretning (146,156) som engasjerer brønnboringsveggen for å holde sitt tilhørende glidbare hus (142, 152) i ro.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver kraftpåføringsanordning (140,150) opereres av én blant (i) en hydraulisk kraftenhet, (ii) en elektrisk motor (116) og (iii) en elektromekanisk anordning.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene sensoren (15, 20, 30, 43, 46, 50,

149) velges blant en gruppe bestående av (i) en kjernemagnetisk resonanssensor (15), (ii) en formasjonstestingsanordning, (iii) en retningsmåleranordning som inkluderer minst ett gyroskop, (iv) en akustisk sensor (30), (v) en gamma-strålingsanordning og (vi) en kjernesensor (20) for å bestemme formasjonens beskaffenhet.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene sensoren (15,20, 30,43,46, 50, 149) inkluderer en kjernemagnetisk resonanssensor (15) som omfatter: (i) et magnetsystem (16) som induserer et statisk magnetfelt i formasjonen som omgir brønnboringen; (ii) en radiofrekvensantenne som overfører radiofrekvenssignaler med en spesifikk frekvens normalt på en andel av det statiske magnetfeltet i formasjonen; og (iii) en prosessor (24,132) for å prosessere responssignaler på radiofrekvenssignalene for å bestemme formasjonens beskaffenhet.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene sensoren (15,20, 30, 43, 46, 50, 149) inkluderer en formasjonstestingsanordning.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at formasjonstestingsanordningen inkluderer minst én blant: (i) en prøveinnsamlingsanordning som samler inn en prøve av et fluid fra formasjonen når huset (142,152) som innbefatter nevnte prøveinnsamlings-anordning er i ro i forhold til brønnboringsveggen; og (ii) en målingsanordning som bestemmer en parameter vedrørende formasjonsfluidet.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at parameteren vedrørende formasjonsfluidet velges fra en gruppe bestående av (i) en akustisk egenskap ved formasjonsfluidet, (ii) trykk, (iii) temperatur, (iv) en fysisk egenskap ved formasjonsfluidet og (v) en kjemisk egenskap ved formasjonsfluidet.

9. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene sensoren (15, 20, 30, 43, 46, 50,

149) inkluderer en akustisk|måling-under-boring anordning som omfatter minst én akustisk sender som sender ut akustiske signaler inn i formasjonen og minst én akustisk detektor, plassert i en avstand fra den akustiske senderen, som detekterer akustiske signaler som reflekteres fra refleksjonspunkter i formasjonen, og en signalprosesseringsenhet som prosesserer de detekterte signalene for å bestemme en parameter av interesse.

10. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en styreanordning (420) som er tilveiebrakt nedihulls-kraftpåføringsanordningen (140,150) og som selektivt anvender krefter mot brønnboringsveggen for å styre borkronen (112) i ønsket retning.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at styreanordningen omfatter mange uavhengig styrbare ribber som hver kan føres utover fra anordningen for å anvende en forskjellig kraft mot brønnboringsveggen.

12. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at styreanordningen inkluderer en styringsenhet som styrer kraften som anvendes av hver av nevnte ribber mot brønnboringsveggen for å styre boringen av brønnen langs en forbestemt brønnboringsbane.

13. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter minst én ytterligere sensor som tilveiebringer målinger vedrørende bestemmelse av retningen til nevnte anordning i forhold til en kjent posisjon.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at den minst ene ytterligere sensoren (15,20,30,43, 46,50,149) inkluderer minst én av (i) et inklinometer, (ii) en gammastrålings-anordning, (iii) et magnetometer, (iv) et akselerometer og (v) en gyroskop-anordning.

15. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en koplingsanordning som selektivt muliggjør kopling av anordningen til og fra et roterende element.