DK157251B - Boreudstyr til retningsbestemt boring af borehuller i underjordiske formationer - Google Patents

Description

DK 157251 B

,.-1-

Opfindelsen angâr et boreudstyr til retningsbestemt boring af bo-rehuller i underjordiske formationer, hvilket boreudstyr omfatter en underjordisk motor raed et hus, som er egnet til at blive spændt fast pâ den nedre ende af borestrengen, en drivspindel, som egner sig til at 5 blive koblet til en borekrone, og en lejringsenhed, som bærer driv-spindlen i en fast hældende positj.on i forhold til huset.

Under boring af et borehul i. en underjordisk formation er det hyp-pigt n0dvendigt at sandre eller at indstille retningen af boringen. En sâdan indstilling af boringsretningen udf0rt normalt ved hjælp af en 10 kick-off procedure, under hvilken der bores et bl0dt kurvet borehuls-afsnit for at bringe borehullet i. den 0nskede retning.

Der kendes forskellige værkt0jer til at udf0re kick-off procédures Et egnet kick-off værkt0j beskrives i US-patentskrift 3,260,318.

Dette kendte værkt0j bestâr af en underjordisk boremotor af Moineau ty-15 pen. Statorhuset pâ denne motor er buet sâledes i motorens driftsposi-tion i et borehul, at borekronen, som er fastgjort pâ drivspindlen ro-terer om en rotationsakse, som haslder i forhold til den lokale bore-hulsretning. Under boring ved hjælp af motoren holdes borestrengen ube-vægelig, og sâledes bores en buet borehulsforlængelse. Denne kendte mo-20 tor er imidlertid ikke beregnet til boring af ligé borehulsafsnit, ef-tersom enhver rotation af borestrengen under fravær af en stabilisator til centrering af borekronen i borehullet vil bevirke, at borekronen borer et borehul i overst0rrelse eller i spiralform, og efter hver kick-off operation skal motoren sâledes fjernes fra borestrengen, hvil-25 ket n0dvendigg0r en langvarig udskiftning af borekronen.

En sâdan underjordisk boremotor til skiftevis boring af lige og buede borehulsafsnit beskrives i US patentskrift 3,667,556. Denne motor beskrives i indledningen til krav 1. I denne kendte motor er lejet, som bærer drivspindlen, forbundet pâ en drejelig mâde til motorhuset, sâle-30 des, at .drivspindlen kan anbringes i en hældende stilling i forhold til huset. Ved at ændre afb0jningsvinklen mellem huset og drivspindlen kan der vilkârligt bores lige og buede borehulsafsnit. En væsentlig ulempe ved denne kendte motor bestâr i sârbarheden af drejeindretningen mellem leje og huset og i komplexiteten i det fjernstyrede System til indstil-35 ling af afb0jningsvinklen.

DK 157251 B

- 2 -

Formâlet med den foreliggende opfindelse er at afhjælpe disse u-lemper for at tilvejebringe et retningsboringsværkt0j, som udg0r et en-kelt og pâlideligt middel til retningsbestemt boring af et borehul.

Motoren if01ge opfindelsen er kendetegnet ved, at huset er udsty-5 ret med stabilisatorer til centrering af motorens laangdeakse i et borehul/· og at lejeenheden er anbragt pâ en sâdan mâde i huset, at den centrale akse for drivspindlen skærer motorens længdeakse i et skærings-punkt udenfor huset.

Det skal forstâs, at termen "motorens længeakse" i denne beskri-10 velse og i kravene angâr den centrale akse for den omdrejningsflade, som indhyller den ydre overflade af stabilisatorerne.

Det skal endvidere forstâs, at udtrykket "et skæringspunkt anbragt udenfor huset” i denne beskrivelse og i kravene angiver, at skærings-punktet ligger pâ den del af motorens laangdeakse, som udgâr fra den 15 nedre ende af huset.

I en foretrukken udformning af den foreliggende opfindelse ligger skæringspuriktet mellem længdeaksen og centralaksen for drivspindlen nær overfladen pâ borekronen, som er forbundet til drivspindlen.

Forskellige typer af underjordiske boremotorer kan udg0re opfin-20 delsen, som fx. elektriske motorer og hydrauliske motorer drevet af mudderstr0mmen gennem borestrengen. Passende hydrauliske motorer er turbiner, propelmotorer og Moineau motorer.

Fremgangsmâden til retningsbestemt boring af et borehul med en un-derjordisk motor if01ge den foreliggende opfindelse omfatter f01gende 25 trin: (a) fastg0relse af en borekrone til drivspindlen pâ en motor, og fastg0relsen af motoren til den nedre ende af en borestreng, og derpâ sænkning af borestrengen, motor og 30 borekronen i et borehul, (b) brug af motoren og pâf0rsel af vægt pâ borekronen, og (c) samtidig med trin (b) drejning af borestrengen i peri-oder, som f01ger efter og efterf01ges af udvalgte peri-oder, i hvilke borestrengen ikke drejes.

35

DK 157251 B

..-3-

Opfindelsen forklares nu mere detailleret ved hjælp af et eksempel med henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et længdesnit gennem den nedre del af en underjor-5 di.sk motor if0lge opfindelsen, fig. 2 viser i mindre mâlestok end fig. 1 motoren herfra set fra siden i driftsposition under boringen af et retlinet borehulsaf snit fig. 3 viser motoren fra figurerne 1 og 2 set fra siden, men nu 10 i en driftsposition under boringen af et buet borehuls af snit.

Pa fig. 1, 2 og 3 angiver de samme henvisningsbetegnelser de samme dele i boreudstyret.

15 Der henvises nu til fig. 1, som i detaljer viser den nedre ende af en underjordisk motor if01ge opfindelsen. Motoren er en hydraulisk mo-tor af Moineau typen, som bestâr af et statormotorhus 1 i hvilket en motor 2 er anbragt drejeligt. En forbindelsesstang 4 er forbundet til den nedre ende af motoren 2 ved hjælp af et universalled 6, og den ned-20 re ende af forbindelsesstangen 4 er forbundet til en drivspindel 5 ved hjælp af et andet universalled 7. Eftersom konstruktj.onen og driften af en Moineau motor er kendt i si g selv, skal der ikke her gives nogen nærmere beskrivelse af motordelene og deres drift i denne beskrivelse.

Huset 1 omfatter en 0vre husdel 1A og en nedre husdel 1B, som er 25 fastgjort til hinanden med en gevindforbindelse 9. Den 0vre husdel 1A er forsynet med to stabilisatorer 10A og 10B (se ogsâ fig. 2 og 3), hvor hver stabili.sator bestâr af fire radiait udstrakte stabilisator-blade til centrering af motoren i et borehul. Formen af stabilisatorer-ne 10A og 10B er sâledes, at en cylindrisk omdrejningsoverflade (ikke 30 vist) kan indhylle den ydre overflade af dem. Den centrale akse for omdrejningsoverfladen danner motorens længdeakse I. Den nedre husdel 1B omfatter en lejeenhed 11, som bestâr af passende aksial og radial lej-ring til st0tte af drivspindlen 5, sâledes at spindlen 5 er drejelig omkring dens centrale akse II. En borekrone 12 er aftagelj.gt fastgjort 35 pâ den nedre ende af drivspindlen 5 ved hjælp af en gevindforbindelse - 4 -

DK 157251 B

14. Spindlen 5 og kronen 12 danner hulheder 15 og 16, som stâr i for-bindelse med hinanden for at lade boremudder passere til borekronens ôverflade 19. Den 0vre ende af spindlen. 5 er udstyret med en âbning 17, gennem hvilken boremudderet, som udsendes fra det Indre af huset 1, kan 5 komme ind i hulrummet 15.

I det underjordiske boremotorudstyr er lejeenheden 11 anbragt hæl-dende i huset 1, saledes at den centrale akse II for drivspindlen 5 skærer længdeaksen I for huset 1 i en spids vinkel A i et skæringspunkt 20, som fIndes udenfor huset 1.

10 Formâlet med anbringelsen af skæringspunktet 20 udenfor huset 1 forklares nu sammen med fremgangsmâden til retningsbestemt boring med henvïsning til fig. 2 og 3.

Der henvises f0rst til fig. 2, som viser den underjordiske boremo-tor i fig. 1 set fra siden i driftsposition under boring af et retli-15 niet borehulsafsnit 22 (se pilen VI) i en underjordisk formation 23.

F0r starten af boringen er et boreudstyr blevet sammensat pâ jord-overfladen ved at samle borekronen 12 med drivspindlen 5 og ved at for-binde den 0vre ende af motorhuset 1 til den nedre ende 27 af en bore-streng 26. Boreudstyret er derpâ blevet sasnket ned i borehullet 22 ind-20 til borekronens ôverflade 19 rammer bunden af borehullet 22 med en for-udbestemt vægt pâ borekronen.

Derpâ pumpes mudder ned gennem det indre af borestrengen 26 ind i motorhuset 1 til pâvirkning af rotoren 2 (se fig. 1) for at dreje drivspindlen 5 og borekronen 12 om den centrale akse II (se pilen V). Bore-25 mudderet træder ud af huset 1 via de indre hulheder 15 og 16 (se fig.

1) i spindlen 5 og kronelegemet 12 til kronens ôverflade 19 til k01ing og rensning af skærene og til fjernelse af boresmuld fra borehullet 22.

Under boringen st0tter stabilisatorerne 10A og 10B motoren i side-retningen i borehullet 22, sâledes at længdeaksen 1 for motorhuset 1 i 30 det væsentlige f aider sammen med længdeaksen af borehullet 22. Boring af et retliniet borehulsafsnit (se pilen VI) udf0res nu ved drejning af motorhuset 1 omkring længdeaksen I (se pilen III). Ved drejning af borestrengen ved hjælp af rotationsbordet (ikke vist) pâ boredækket og ved samtidig drejning af spindlen 5 og borekronen 12 i forhold til hu-35 set omkring den centrale akse II for spindlen 5. Borekronen 12 drejer - 5 -

DK 157251 B

f0lgelig i borehullet 22 omkring begge akserne I og II, hvorved den be-skriver en rumlig bevægelse om længdeaksen I. Pâ grund af denne rumlige bevægelse vil borekronen 12 synke ned i borehullet 22 i retning af længdeaksen I, og soin résultat heraf vil der blive boret et retliniet 5 borehulsafsnit (se pilen VI). Eftersom skæringspunktet 20 for akserne I og II (hvilket puhkt 20 danner centeret for drejningen af borekronen 12) er anbragt tæt ved boreoverfladen 19, undgâs fremstillingen af et spiralformet borehul i overst0rrelse.

Der henvises nu til fig. 3 med henblik pâ forklaring af fremgangs-10 mâden for boring af et buet borehulsafsnit.

I modsætning til boring af et retliniet borehulsafsnit, under hvilken borestrengen 26 (og derfor ogsâ motorhuset 1) drejes, standses drejningen af borestrengen under boringen af et buet borehulsafsnit 33. Borekronen 12 drives nu alene af den underjordiske raotor, og borekronen 15 12 roterer udelukkende (se pilen V) om den centrale akse II for driv- spindlen 5. Eftersom aksen II hælder med en virikel A i forhold til mo- torens længdeakse I, afb0jes borehulsretningen fra den retning, som den nedre ende af borehullet har, hvorefter der bores et buet borehulsafsnit 33. Ved boringen af den buede forlængelse af dette afsnit 33 (se 20 pilen VII) kommer den nedre stabilisator 10A og senere den 0vre stabi-lisator 10B ind i denne forlængelse, hvorved hældningen af motorhuset 1 gradvis for0ges, hvilket medf0rer, at krumningen af borehullets forlæn-gelse vil for0ges yderligere.

Nâr borehullet har den 0nskede retning, og borehullet skal fort-25 sætte efter en ret linie, sættes borestrengen 26 attér i gang (ved drejning af rotationsbordet pâ boredækket) med henblik pâ at dre je motorhuset 1. Der bores sâ et retlinet borehulsafsnit pâ den mâde, som tidligere er blevet forklaret med henvisning til fig. 2.

For at nâ et mâlomrâde i den underjordiske formation 23 kan bore-30 operat0ren gentage den ovenfor beskrevne fremgangsmâde til skiftevis boring af retlinede og buede borehulsafsnit. En sérié af retlinede og buede borehulsafsnit bores derpâ ved at igangsætte borekronen 12 ved hjælp af den underjordiske motor og samtidig drejning af borestrengen 26 (ved drejning af rotationsbordet) i perioder, som f01ger efter og 35 efterf01ges af udvalgte perioder, i hvilke borestrengen 26 ikke drejes - 6 -

DK 157251 B

(og rotationsbordet lises)·

Hver gang et buet afsnit skal bores, standses drejningen af bore-strengen, og motorhuset drejes i borehullet sâledes, at borekronen 12 kan uddybe borehullet i den 0nskede retning. Orienteringsproceduren kan 5 udf0res enten ved at dreje hele borestrengen 26 over en endelig vinkel ved hjælp af rotationsbordet, eller ved at ændre borestrengens vridning ved at justere reaktionsmomentet fra motorhuset 1 pâ den nedre ende af borestrengen 27, enten ved at justere tilspændingsvægten, eller ved at justere trykket af borevæsken, som driver den underjordiske raotor. Nâr 10 motorhuset 1 peger i den 0nskede retning, fortsætter boringen, medens borestrengen 26 er sikret mod rotation pâ en mâde som tidligere forkla-ret med henvisning til fig. 2.

Boreudrustningen kan efter 0nske forsynes med passende dybde- og fjernmâlingsudstyr med henblik pâ at forsyne boreoperat0ren med data om 15 den faktiske borehulsretning og motororientering. Sâdant udstyr er kendt som sâdant, og der er ikke behov for en detaljeret beskrivelse.

Opfindelsen er ikke begrænset til anvendelsen af Moineau motoren, som er vist pâ tegningen. Enhver slags kendt underjordi.sk motor kan an-vendes, fx. en propelmotor, en hydraulisk turbine eller en elektrisk 20 motor. Hvis det 0nskes, kan rotoren ligge pâ linie med drivspindlen (og coaksialt med aksen II for drivspindlen), i stedet for at være coaksial med husets længdeakse I.

Endvidere er opfindelsen ikke begrænset til anvendelsen af den slags stabilisator, som er vist pâ tegningen. En hver type stabilisator 25 kan anvendes, som fx. en række stabilisatorer med enten lige eller spi-ralsnoede blade, eller en sérié af stabilisatorer, som enten er excen-triske eller koncentriske med motorhuset. Om 0nsket kan en af stabili-satorerne anbringes pâ den nederste ende af borestrengen. Anvendelsen af en række stabilisatorer monteret pâ motorhuset kan endda undgâs ved 30 anvendelsen af en underjordisk motor, hvor et motorhus er udstyret med sektioner med stor radius, som er formet til dannelsen af stabilisator-vinger. En sâdan motor beskrives i ans0gerens engelske patentans0gning 79 32 750 (indleveret 21.sept. 1979).

Det skal bemærkes, at hældningsvinklen A mellem motorens længdeak-35 se I og den centrale akse II for drivspindlen er valgt sâledes, at bo- - 7 -

DK 157251 B

rekronen {som kan være af en vilkârlig type af kendte borekroner) kan bore lige og buede borehulseafsnit pi den mâde, som er forklaret med henvisning til figurerne 2 og 3.

Afhængigt af egenskaberne ved klippeformationen og borekronens 5 geometri kan hældningsvinklen A være op til 5*. De fleste kendte borekroner er passende til anvendelse i forbindelse med den underjordiske boremotor if01ge opfindelsen, nâr der vælges en hældningsvinkel A mel-lem 0,25* og 2,5*. Ved at anbringe skæringspunktet mellem akserne I og II tset ved borekronens overflade,vil disse kroner være i stand til at 10 bore retliniede og buede afsnit efter 0nske, uden at skabe et borehul i. overstjÿrrelse med spiralgange.

15

Claims (7)

1. Boreudstyr til retningsbestemt boring af borehuller i underjordi-ske formationer, hvilket boreudstyr omfatter en underjordi.sk motor med et hus, som er egnet til at blive spændt fast pâ den nedre ende af bo-restrengen, en drivspindel, som egner sig til at blive koblet til en 5 borekrone, og en lejringsenhed, som bærer drivspindlen i. en fast hæl-dende positi.on i forhold til huset, kendetegnet ved, at hu-set er udstyret med stabilisatorer til centrering af motorens længdeak-se (I) i et borehul, at lejringsenheden er monteret pâ en sâdan mâde i. huset, at den centrale akse (II) af drivspindlen skærer længdeaksen (I) 10. et skæringspunkt, som ligger udenfor huset, og at motorhuset er for-bindeligt til en borestreng, som roterer huset i udvalgte perioder af boringen.

2. Motor if01ge krav 1 udstyret med en borekrone, kendetegnet ved, at skæringspunktet mellem akserne (I og II) ligger neer over- 15 fladen af borekronen.

3. Motor if01ge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at hseld-ningsvinklen mellem akserne (I og II) er mindre end 5*.

4. Motor if01ge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at stabilisatorerne udg0res af en række stabilisatorer, som er fast- 20 gjort pâ motorhuset pâ forskellige steder langs motorens længdeakse.

5. Motor if01ge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at motoren er udstyret med en hydraulisk drevet rotor til drejning af drivspindlen.

6. Motor if01ge krav 5, kendetegnet ved, at drivspindlen 25 er forbundet med rotoren ved hjælp af et universalled.

7. Motor if01ge krav 5, kendetegnet ved, at motoren er en Moineaumotor. 30