NO813570L - Fremgangsmaate og arrangement for bedre borkaksfjerning og redusering av differensialtrykk-klebing av borestrenger i borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et arrangement for avviksboring av borehull i jordskorpen,

med sikte på å nedsette klebingen av den benyttede borestreng, og med sikte på å bedre borkaksfjerningen fra rommet rundt borestrengen i borehullet.

Et problem man ofte støter på ved boring av borehull med større eller mindre avvik er at borkaksen, som fremkommer ved borkronen ved den nedre enden av borestrengen, har en tendens til å avsette seg på undersiden av borehullet. Dette • er særlig tilfelle når borfluidet eller slammet som strømmer igjennom borestrengen under boringen, stoppes ved skjøting av borestrengen. Borkaksen blir da vanskelig å fjerne med returstrømmen av borfluidum i ringrommet rundt borestrengen når strømmen igjen kommer igang. Problemet forsterkes i vesentlig grad som følge av de spesielle strømningsmønstre for fluidet rundt borestrengen. I et sterkt avvikende borehull vil borestrengen ligge på undersiden eller nedsiden av borehullet, og borkaks vil også ha en tendens til å avsette seg på denne siden. Som følge herav vil borestrengen rotere i borkaksmaterialet, hvilket i vesentlig grad øker faren for at borestrengen skal klebe seg fast eller sette seg fast i borehullet.

Borefluidhastigheten i de små områdene på undersiden av borehullet mellom borestrengen og borehullveggen er dessuten lavere enn i resten av borehullet, slik at borkaksen ikke uten videre kan rives med og transporteres opp med retur-strømmen i borehullet.

-Den senere tids utvikling har muliggjort boring^og ferdigstilling av borehull med meget kraftige avvik fra vertikalen. Det dreier seg her om en boreteknikk som i fagkretser kalles "extended reach drilling" og som består i at det bores flere borehull i vinkler på mer enn 6 0° i forhold til vertikalen, med utnyttelse av komplekse borehullprofiler for derved å strekke borehullenes horisontale utstrekning så langt ut som

mulig. Slik teknikk kan benyttes ved tilveiebringelse av et borehull som strekker seg fra et sted på overflaten og til et sted i dypet med en betydelig avstand sideveis fra utgangsstedet.

Et av de problemer man møter på ved avviksboring er den så-kalte klebing av borerøret. Dette problem møter man også i vertikale borehull, men problemet er mer alvorlig i avvikende borehull. I avvikende borehull vil borestrengen ha en tendens til å legge seg på den nedre siden eller undersiden av borehullet, og borkaks vil ha en tendens til å avsette seg og samle seg langs denne siden av borehullet og rundt borestrengen. Når borekaks legger seg langs borehullets underside sammen med den vanlige filfcerkaken langs borehullveggen får man forhold som fremmer klebingen av borerøret, særlig ved gjennomtrenging av en porøs formasjon hvis interne trykk er mindre enn det trykk som hersker i borehullet.

Oppfinnelsen er utviklet med sikte på å lette klebeproblemet derved at borkaksen spyles bort eller bringes til å sirkulere slik at den går inn i hovedstrømmen av borfluidet eller retur-slamstrømmen, hvorved fjerningenav borkaks fra borehullet bedres.

Det er således en hovedhensikt med foreliggende- oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for boring av et borehull, med hvilken fremgangsmåte man i vesentlig grad kan redusere klebingen av en borestreng og også kan bedre borkaksfjerningen.

En mer spesiell hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte som nevnt, med hvilken fremgangsmåte det benyttes en borestreng forsynt med en eller flere fluidum-dyser for retting av en del av borefluidet som sirulerer i borestrengen ut og inn i ringrommet rundt borestrengen, for derved å røre opp i avsatt borkaks og således bedre borkaks-fjerningen med returstrømmen av borefluidum eller -slam.

Nok en hensikt med- oppfinnelsen består i å tilveiebringe

et eller flere stråledysearrangementer i borestrengen, beregnet for å rette radielle stråler av borefluidum ifra det indre av borestrengen og ut i ringrommet rundt borestrengen, for derved å gi en rørebevegelse av den avsatte borkaks og å bedre fjerningen av borkaksen med returstrømmen av fluidet i borehull-ringrommet.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt en fremgangsmåte og et arrangement som angitt i patentkravene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 rent skjematisk viser et avvikende eller, skrått borehull med tilhørende borestreng,

fig. 2 viser et snitt gjennom skjøten mellom to borerør, med

et dysearrangement ifølge oppfinnelsen, og

fig. 3 viser et skjematisk tverrsnitt av borerøret etter linjen 3~3-i fig. 2, med antydning av rensevirkningen som oppnås.

Oppfinnelsen vedrører som nevnt en boreteknikk for boring av et borehull ned i jorden, og egner seg særlig for såkalt avviksboring.

Ved slike boreoperasjoner benyttes en borestreng som er sam-mensatt av borerør, vektrør og en borkrone. Borerøret består av flere sammenkoplede sømløse rør som er skrudd sammen. Borerøret tjener til å overføre dreiemomentet til borkronen og tjener også til føring av boreslam ned i borehullet. Bore-røret virker også som et strekkorgan ved opptrekkingen av borestrengen fra brønnhullet. Ved normale operasjoner vil et borerør alltid være strekkbelastet under boring. Borerør har en ytterdiameter som vanligvis ligger mellom 8,9 og 12,7 cm.

Vektrør er tykkveggede rør, sammenlignet med borerøret, og

har således større vekt pr. lengdeenhet enn borerøret har. Vektrørene virker som stive elementer i borestrengen og de installeres vanligvis for å utøve en vektpåvirkning på borkronen. Ved vanlig boring vil som regel bare de nederste 3/4 av vektrørene være under aksialtrykk-belastning for derved å belaste borkronen under boringen, mens den øvre ene fjerdedel av vektrørene vil være under strekk, på samme måte som borerøret. De vektrør som benyttes har større diameter enn borerøret, vanligvis med en ytterdiameter innenfor 11,4 til 25,4 cm. Borerørlengdene settes sammen ved hjelp av skjøteelementer som er separate komponenter som festes til borerøret etter fremstillingen. Slike koplinger eller skjøter - består av en tapp som festes til den ené enden av en rørlengde, og av en muffe som festes til den andre enden. Vanligvis vil muffen være litt lenger enn tappen. Skjøtingen av rørlengdene skjer ved at tappen forbindes med muffen.

Ved utførelse av en boring benyttes det vanligvis et boretårn med et rotasjonsbord for utøvelse av et dreiemoment på borestrengen, slik at borestrengen dreier seg og' derved også dreier borkronen. Rotasjonsbordet tjener også som en basis hvor rørelementer, såsom borerør, vektrør og f6ringsrør, henger i hullet fra boredekket. Som øverste rørelement i borestrengen settes det inn et drivrør, en såkalt kelly, som går gjennom rotasjonsbordet og påvirkes av dette for utøvelse av et dreiemoment på borestrengen. Fluidum- eller slampumper benyttes for sirkulering av borefluidum eller -slam mellom boretårnet og bunnen av borehullet. Vanligvis pumpes borefluidet ned gjennom borestrengen og går ut i borkronen og tilbake til overflaten i det ringrom som dannes rundt borestrengen. Borefluidet tjener til fjerning av borkaks, kjøling av borkronen og smøring av borstrengen, for derved å redusere energibehovet for boringen. Ved ferdigstilling av et brønn-hull fører man vanlig ned et såkalt foringsrør som sementeres på plass.

Som allerede nevnt støtérvmaft ofte på det problem at borestrengen kleber seg fast i borehullet. Dette problem blir mer utpreget ved avviksboring fordi borestrengen da vil ligge på undersiden av borehullet og borkaks vil ha en tendens til å avsette seg her. Som følge herav vil også i hovedsaken den del av ringrommet som ligger over borstrengen tjene som hovedløp for strømmen av boreslam og borkaks opp til overflaten.

I fig. 1 er det vist et avvikende eller skrått forløpende borehull 1. Dette borehull kan eventuelt ha et vertikalt avsnitt 3 som vist, idet dette vertikale avsnitt da eventuelt strekker seg ned f ra overflaten 5 og til et avvikspunkt 7. Borehullets avviksavsnitt 9 kan eventuelt strekke seg direkte fra overflaten 5 og ned til bunnen 11 i borehullet. En borestreng 13, med en borkrone 15 ved sin nedre ende, er vist anordnet i borehullet 1. Borestrengen 13 består av borerøret 17 og borkronen 15, og vil vanligvis også innbefatte ikke viste vektrør. Borerøret 17 består av flere sammenskjøtede rørlengder. Disse rørlengder skjøtes sammen ved hjelp av skjøter 19. Skjøtene 19 vil i avvikspartiet 9 hvile på undersiden 21 i borehullet og vil således avstøtte borerøret 17.

Ved boring av hullet vil borefluidum (ikke vist) bringes

til å sirkulere ned gjennom borestrengen 13 og ut i borkronen 15 og tilbake opp gjennom ringrommet 13. Borkaks som fremkommer ved løsbrytingen av jordmassen med borkronen 15 vil tas med av det returnerende borfluidum og gå opp til overflaten 5 gjennom ringrommet 23. Slik borkaks (ikke vist) vil ha en tendens til å avsette seg langs undersiden 21 i borehullet, rundt borerøret 17. Skjøtene 19 hviler som nevnt på undersiden 21 i borehullet og vil holde borerøret

17 løftet over mesteparten av slike borkaksavleiringer.

I det minste noen av borelengdene 17, eller fortrinnsvis skjøtene 19 er forsynt med dyseorganer 25 som er plassert i avstander langs borestrengen 13, i det minste i avviksav-snittet til borehullet. Disse organene 25, som blir beskrev-et- mer detaljert nedenfor i forbindelse med fig. 2 og 3, muliggjør en radielt rettet utoverstrømming i form av fluid-umsstråler av i det minste en del av borefluidet eller -slammet som sirkulerer i borestrengen 13, slik at dette fluidum går ut i ringrommet 23 og rører opp eller tilveie-bringer sirkulasjonsbevegelser i borkaks som måtte ha avleiret seg langs borehullets underside 21. Dette har til virkning at man får en bedre fjerning av borkaksen med den oppadgående returfluidumstrøm i ringrommet 23, og det oppnås i vesentlig grad en redusering av differensialtrykk-klebingen av borstrengen.

I fig. 2 er det vist en typisk skjøt 19 i borestrengen 13. Den består på vanlig måte av en muffe 27 på den øvre enden av en rørlengde 17 og en tapp 29 på den nedre enden av en rør-lengde. Tappens 29 og muffen 27 er skrudd sammen på langs av skjøten.

I muffen 27 er det i dette tilfellet vist et dyseorgan 25

i en radiell åpning 31 i muffens vegg. Dyseorganet 25 innbefatter en hylse 33 som er gjenget på utsiden og skrudd inn i et gjengeparti 37 i åpningen 31. En ringskulder 39 i åpningen 31 virker som stopper for hylsen under innskruingen.

For å hindre at hylsen 33 arbeider seg løs er detiidette tilfellet anordnet en låsering 41 som er lagt inn i et spor 43. Mellom hylsen og muffen er det lagt inn en fluidumpakning 45. Hensikten med denne er for å hindre lekkasje av fluidum mellom gjengene 3 5 og 37.

Hylsen 33 har en dyseåpning 47 som står i forbindelse med det indre av borerøret 17 og åpner ut mot ringrommet 23 i borehullet. Dyseåpningen har fortrinnsvis en åpningsdiameter på mellom 0,16 og 0,64 cm slik at strømmen ut fra dysen vil være i form at en tynn stråle av borefluidum eller -slam med høy hastighet.

I fig. 3 er det antydet at tre slike dyseorganer 25 er anordnet rundt omkretsen til muffen 27 med innbyrdes vinkel-avstand på 120°, slik at man således uavhengig av vinkel-stillingen til borestrengen 13 ved avsluttet rotasjon,

når en rørlengde settes inn for forlengelse av borestrengen, vil være sikret at minst ett dyseorgan 25 vil være i en stilling for retting av en fluidumstråle mot den nedre siden 21 i borehullet. Denne fluidumstrålen vil røre opp eller be-virke en sirkulasjon av borkaksen 49 som har samlet seg i den nedre del av ringrommet 23, og dette gjør det lettere å fjerne borkaksen med den oppadgående returstrøm av borevæske eller

-slam.

Selv om det er vist tre dyseorganer 25 i fig. 3 så tør det være klart at man også med fordel bare kan benytte en, to eller eventuelt flere dyseenheter, anordnet i egnede høyde-nivåer langs borehullet. Dyseorganene kan plasseres langs borestrengen 13 etter behov og behøver ikke nødvendigvis være plassert bare ved skjøtene, idet de også kan plasseres i selve borerøret.

len modifisert utførelse ifølge oppfinnelsen kan hvert dyseorgan 25 være forsynt med en egnet trykkfallbetjent tilbakeslagsventil som lukker dysen når fluidumstrømmen når en bestemt verdi og dysevirkningen ikke kreves på dette tids-punkt.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved avviksboring av et borehull i jordskorpen, for å redusere differensial-klebing av borestrengen og for å bedre borkaks-fjerningen fra ringrommet rundt borestrengen i borehullet, innbefattende sirkulering av et borefluidum ned gjennom borestrengen og opp gjennom borehullet i ringrommet rundt borestrengen, karakterisert ved at minst en del av borefluidet rettes radielt utover og inn i borehull-ringrommet fra det indre av borestrengen for derved å gi en rørebevegelse til borkaks som har avleiret seg på den nedre siden av borehullet og lette fjerningen derav med det oppadstrømmende fluidum i ringrommet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte del av borefluidet føres utover i form av fluidumstråler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at fluidumstrålene tilveiebringes i borestrengskjøtene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at fluidumstrålene tilveiebringes i muffedelen av skjøtene.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at fluidumstrålene tilveiebringes i borestrengens borerøravsnitt.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved plassering av dyseorganer i borestrengen for tilveiebringelse av stråler av utadrettet borefluidum inn i borehull-ringrommet.

7. Arrangement for avviksboring av et borehull i jordskorpen for å redusere differensial-klebing av borestrengen og for å bedre borkaksfjerningen fra ringrommet rundt borestrengen i borehullet, karakterisert ved dyseorganer anordnet i borestrengen på bestemte steder, hvilke dyseorganer står i forbindelse med det indre av borestrengen og åpner mot ringrommet, slik at en del av borefluidet som sirkulerer ned gjennom borestrengen kan føres ut og inn i borehull-ringrommet gjennom dyseorganene for derved å tilveiebringe en rørebevegelse i borkaksen som har avleiret seg på den nedre siden av borehullet, og for å lette fjerningen av borkaksen med den oppadgående fluidumstrøm i ringrommet.

8. Arrangement ifølge krav 7, karakterisert ved at borestrengen innbefatter borerørlengder som er skjøtt sammen ved hjelp av skjøteelementer, idet dyseorganene er utformet i skjøteelementene for tilveiebringelse av radielt utoverrettede stråler av borefluidum ifra borestrengen og inn i ringrommet.

9. Arrangement ifølge krav 8, karakterisert ved at dyseorganene er anordnet i skjøtmuffen i hver skjøt.

10. Arrangement ifølge krav 7, 8 eller 9, karakterisert ved en tilbakeslagsventil i hvert dyseorgan for lukking av dyseorganet når strømmen av borefluidum i borestrengen når en bestemt strømningsvolum-verdi.

11. Arrangement ifølge krav 10, ' karakterisert ved at tilbakeslagsventilen reagerer på et trykkfall i borestrengen for lukking av dyseorganet.