Fagstoff

Borekrone, enveisventil og hullåpner

Publisert: 28.09.2015, Oppdatert: 06.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Sentralt i emnet:

  • Borekroner
  • Kunstig diamant
  • Dyser
  • Float sub
  • Hullåpner
  • Underreamer

Borekrone "Roller Cone". Foto.    

Borestrengen består av vanlige borerør, vektrør og verktøy som bidrar til å øke hulldiameteren og frigjøre fastkjørt borestreng.

Borekronen

Borekronen (drillbit) skal bore seg gjennom ulike formasjoner og rense bunnen for løst materiale (borekaks) ved å spyle borevæske ut av dysene. Det er viktig å velge riktig borekrone til jobben slik at man har best mulig effektivitet til best mulig pris.
Vekt på borekronen (weight on bit), rotasjonshastighet (rotations per minute), slamegenskaper og hydraulisk effektivitet spiller inn på boreresultatet.

Til vanlig boring er det tre hovedtyper borekroner:

  • rulleborekrone (roller cone bit, tri-cone bit, også kjent som rock bit), som knuser formasjonen,
  • PDC-borekrone som skjærer seg gjennom formasjonen og
  • diamantborekrone som maler opp ekstremt harde formasjoner.

Det finnes også kjerneborekroner som borer ut kjerneprøver.

Rock bit (rulleborekrone)

Rock bit ble første gang tatt i bruk i 1860-årene og har siden den gang gått gjennom flere utviklingstrinn til å bli den borekronen vi benytter i dag. Dagens versjon borer raskere og takler større utfordringer uten å slites ut for raskt. Rock bit må være tilpasset den formasjonen den skal bore gjennom. De kan benyttes i myke, middels harde og harde formasjoner.

Avstanden mellom tennene og høyden på tennene varierer, alt etter hvilken formasjon det skal bores gjennom. Det finnes to hovedtyper rulleborekroner; med tenner som er frest ut av konusen (milled tooth bit) og tenner som er satt inn i borede hull i konusen (insert tooth bit). Borekroner med freste tenner passer best for myke formasjoner. De med innsatte tenner kan bore gjennom formasjoner som er ekstremt harde og med slipende skarp overflate. De innsatte tennene er laget av wolframkarbid.

Borekronen har i dag tre konuserKonus er en geometrisk form bestående av en sylinder med en bred og en smal ende. Eksempel på kon-form kan være melkeglass, vaskebøtte, lampeskjerm osv. Konisiteten er et forholdstall mellom den brede enden og den smale enden. (i stedet for to) som gjør at den får en jevnere fordeling av vekt og får bedre kontaktflate mot hullveggen, og dermed oppnår bedre styreegenskaper under boring. De tre konusene er tilpasset hverandre slik at den ene konusen går mellom sporene på de to andre. Dette kalles interfit og gjør at det blir plass til høyde på tennene, at det blir bedre opprensking mellom sporene og at det ikke bygges opp en minikjerneprøve i midten av borekronen.
Hver konus har en senterlinje. Konusene er plassert slik at senterlinjene ikke møtes i midten. Avstanden fra midtpunktet kalles offset. Dette brukes på myke formasjoner, fordi det gir en skrapende effekt i tillegg til den knusende effekten når det er mye offset. Når det bores i hardere bergarter brukes rock bit med liten eller ingen offset, det er kun den knusende effekten som har betydning for disse formasjonene.

Tricone rock bit. Foto.   

Konusene har lager (bearing) som tar opp belastninger fra vekt og friksjon. Det brukes rulle-, kule- eller friksjonslager, og de gjør at konusene kan rotere rundt sin egen akse samtidig som borekronen roterer. Lagrene er forseglet med lukkede, tette smøresystemer med trykkutjevning. Dette medfører at borekronen har fått forlenget levetid på grunn av mindre slitasje.

Ny dyseutforming er jetdyser (jet nozzles) med små ringer laget av wolframkarbid. Gjennom dysene spyles borevæsken ut med et stort trykk og det gir bedre hullrensing. Standard rulleborekroner er utstyrt med tre dyser, mens noen også har en fjerde dyse sentrert i midten av borekronen for å fjerne borekaks mer effektivt.

Rock bit benyttes særlig for boring av topphull, samt mellomseksjoner (intermediate section) dersom ikke formasjonen er for hard. Hardere formasjon gjør at man velger et PDC-bit.

Fordypning:

PDC drillbits 

PDC – Polycrystalline Diamond Compact borekrone

PDC-borekronen har innsatte tenner som er laget av wolframkarbid med en tynn plate av kunstig diamant på enden som effektivt skjærer spon fra formasjonen. PDC står for Polycrystalline Diamond Compact. Polycrystalline Diamond er navnet på en kunstig framstilt diamant som tåler svært høye temperaturer.

General Electrics (GE) laget den første PDC-borekronen i 1973, den fikk merkevarenavnet Stratapax. Selskapet hadde oppdaget at det var mulig å lage kunstig diamantKunstig diamant kalles ofte industriell diamant. Den lages ved høyt trykk og varme av rent karbon. Diamanten som skapes er ikke av smykkekvalitet eller -størrelse, men har tilnærmet den naturlige diamantens hardhet og fungerer derfor utmerket som kutteverktøy. i 1954. Ordet compact kommer av at tennene blir presset sammen i kompakte biter som settes inn i hull i kroppen til borekronen.

PDC-borekronen består av en kropp (matrix), hvor tennene og jetdyser settes inn. De har som regel fra fem til syv dyser. Disse borekronene har lavere vekt enn andre borekroner, og på grunn av konstruksjonen klarer de å holde større borehastighet. Samtidig blir det enklere å styre mens en borer.

PDC borekrone. Foto.    

PDC-borekroner brukes sjelden i de øverste seksjonene, men brukes nesten alltid i 12 ¼”- og 8 ½”- seksjonene. De leveres i mange ulike størrelser, alt fra 24” til 8”, sjelden større enn 24”. De leveres med ulike profiler som flate (shallow) og korte, medium og lange parabolske (short, medium and long parabolic). Parabolske profiler er betydelig mer aggressive enn flate profiler. De har en høyere borehastighet, men blir fortere slitt. Kort og medium parabolsk profil er vanligst å bruke.

Med PDC-borekroner kan man bore lengre seksjoner uten å måtte trekke ut for å skifte borekrone. De er veldig effektive i myke til middels harde formasjoner og skjærer seg effektivt gjennom både sandstein, skifer og kalkstein. Enkelte ekstremt harde formasjoner er lite gunstige å bore gjennom med en PDC-borekrone; den ville blitt utslitt innen kort tid.

I 2010 stod PDC-borekroner for rundt 65 % av alle metrene som ble boret innen olje- og gassindustrien. Det brukes stadig mye tid og penger på forskning for å gjøre PDC-bit enda bedre.
Det har blitt utviklet en borekrone som kombinerer rulleborekronen og PDC-borekronen. Den skal kunne bore raskere gjennom alle typer formasjoner, da den har evnen til både å knuse og skjære seg gjennom berglag. Navnet er Kymera™ hybrid drill bit, og Baker Hughes Inc. har patent på den.

Her finner du flere borekroner:

Baker Hughes Drill Bits 

 

Diamantborekrone

Diamantborekroner (Diamond drill bit) pløyer og maler formasjonen og brukes i svært harde formasjoner. Kutteelementene er laget av naturlig diamant som består av krystallisert karbon og er det hardeste stoffet som finnes.

Diamanter støpes inn i overflaten, slik at mindre enn halvparten av dem stikker ut. Kuttedybden er begrenset av høyden på tennene, så borehastigheten er lavere når disse brukes. Steinenes plassering i forhold til hverandre er av stor betydning. Diamantborekroner har normalt lengre levetid enn andre borekroner.

Kjerneborekrone

En kjerneborekrone er enten en diamant- eller en PDC-borekrone. Kjerneborekronen er åpen i senter av borekronen. Her kan fomasjonen det bores i fanges opp og lagres i kjerneholderen, mens borekronen borer seg framover ved å lage en utboret kjerne. En kjerneborekrone kan være utformet på flere ulike måter. Det viktigste designkriteriet er best mulig gjenvinning av kjerneprøven.

Kjerneborekrone. Illustrasjon.     

Penetrasjonsrate (ROP) og hydraulikk har ikke den samme betydningen som ved utformingen av vanlige borekroner. Det legges vekt på at vannveiene på utsiden er slik at maksimalt væskevolum kan passere samtidig som væskehastigheten rundt kjernen ved inngangen i borekronen holdes på et minimum.

Float sub

En float sub er som regel standardutstyr i BHA og plasseres rett over borekronen. Nå det brukes slammotor er det vanlig at float sub plasseres i top sub som er overgangen til borerør over BHA.  Float sub er et rør med en innsatt enveisventil (float valve). Det er mest vanlig med en flapper-typeFlapper valve (engelsk); klaffventil. Hengslet klaff som holdes av en lett stålfjær og lukkes mot et sete (ring). Klaffen holder tett med trykk på klaffsiden mot setet. Klaffen åpnes ved strømning eller trykk fra setesiden mot stålfjæren. ventil. Denne skal forhindre at borevæske eller borekaks kommer inn i borestrengen. Det er lite gunstig at partikler kommer inn i sensitive deler av borestrengen.

Hullåpner

Hullåpneren blir montert over borekronen og brukes til å utvide allerede borede hull, for eksempel et pilothull, til større diameter. Den består av et tykt rør med tre eller flere utenpåliggende, utskiftbare rulleborekroner. Hullåpneren har en fast diameter og kan ikke utvides til større diameter i hullet.

 

Underreamer

Underreamer er en fleksibel hullåpner som kan kjøres inn i en brønn med casing og utvides til større diameter for å bore større hull under casingen. Den består av et tykt rør med hengslede armer. Nederst på armene er det montert rulleborekroner eller PDC-borekroner. Den fungerer ved at den blir senket til ønsket dyp. Armene blir aktivert hydraulisk ved å øke pumperaten slik at trykket over dysene øker. Det skaper rotasjon og armene presses ut. Rotasjonen fortsetter til armene er i ønsket posisjon. Armene og borekronene er små i forhold til annet nedihullsutstyr og kan bli skadet dersom vekt- eller momentbelastningene blir for store.

Flere detaljer om komponenter for hulljustering finner du her:

Drilling Tools Catalog (SLB)