Fagstoff

Motor- og styringsverktøy i BHA

Publisert: 21.09.2015, Oppdatert: 06.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Sentralt i emnet: 

  • Oppbygging av mud motor
  • Roterende styrbare systemer
  • Universalledd 

Styrbare boreverktøy. Illustrasjon.  

Brønnbanen bores ved hjelp av en slammotor og Rotating Steerable System (RSS). Det gir mulighet for nøyaktig brønnplassering i reservoaret.

 

Slammotor

Slammotoren (mud motor) monteres like ovenfor float sub i BHA. Den skal bidra med ekstra dreiemoment til borekronen og erstatter rotasjon av borestrengen fra top drive. Når det bygges vinkel ved bruk av slammotor er det uten rotasjon av borestrengen. Slammotoren brukes kun til å rotere borekronen når en styrer. Dette kan gi dårligere hullrensing og i verste fall fastkjøring av borestrengen. Ved roterende streng kan en bore rett fram, altså holde vinkelen.

Slammotoren er drevet av borevæske og kalles på engelsk positive displacement motor (PDM). Prinsippet for en slammotor er motsatt av prinsippet for en pumpe; det er væskestrømmen som gir moment (torque) og rotasjon til borekronen.

Slammotorillustrasjon  

Slammotoren består av fire hoveddeler;

  • omløpsventil (by pass valve),
  • motorseksjon med stator og rotor (motor section),
  • universalledd (flexible drive axle) og
  • lagerdel (bearing assembly).

Omløpsventilen gjør at borevæsken kan passere utenom selve motorseksjonen, noe som gjør det mulig å fylle og drenere borestrengen ved tripping inn og ut av brønnen. Dersom det er ingen eller veldig lav sirkulasjon, holder en fjær omløpsstempelet i åpen posisjon. Ved større sirkulasjon blir omløpsstempelet presset nedover og ventilen stenger, noe som gjør at borevæsken sendes gjennom motorseksjonen.

 

Motorseksjonen består av stator og rotor. Statoren er kledd med et elastomermateriale på innsiden og er montert med en toppkobling fast i borestrengen over motoren. Rotoren er laget av stål, den kan rotere og er koblet sammen med resten av borestrengen ned til borekronen. Begge har spiralstruktur, spiralene blir kalt sløyfer (lobes).

Slammotor
Leverandør: Baker Hughes Inc

 

Stator har alltid en lobe mer enn rotor; det vil si at forholdet mellom antall lober i rotor og stator er N:N+1, der N varierer fra 1 til 7 i standard motorer.
Denne forskjellen mellom rotor og stator gjør at det blir mange forseglede væskekammer langs hele lengden av motoren. Når det blir pumpet borevæske gjennom motorseksjonen, øker trykket i kamrene og rotoren roterer i en eksentrisk (ikke i senter) rotasjon inne i statoren, og det blir overført krefter til borekronen. Lavt antall lober (N) gir lavt moment eller høyere rotasjonshastighet.

Dersom det behøves stort moment, må det benyttes en motor med mange lober (høyere N) som vil føre til lavere maksimum rotasjonshastighet.

Momentet som overføres til borekronen er ikke bare avhengig av antall lober. Momentet er direkte proporsjonalt med trykktapet over motoren. Dette kan registreres på overflaten med en økning i trykket på stand pipe når WOB økes. Maksimalt moment for alle motorer er begrenset av den mekaniske styrken til elastomeren i stator.

Stator. Illustrasjon.Stator 

Rotasjonshastighet er lavere for en motor med mange lober.
Rotasjonshastigheten er proporsjonal med pumperaten. Det betyr at dersom pumperaten dobles, dobles også rotasjonen.

Retningsboringsmotor. Illustrasjon.Adjustable Kick-Off (AKO)

Ved retningsboring kan en bruke en styrbar mudmotor som leveres enten med en fast, forhåndsinnstilt vinkel eller med mulighet for å kunne stille inn ønsket vinkel på boredekk.
De med justerbar vinkel kalles Adjustable Kick-Off (AKO)-motorer.

Universalleddet kobler sammen den nederste delen av rotoren og den øverste delen av lagerdelen. Leddet gjør det mulig å overføre rotasjon fra én akse til en annen, i dette tilfelle fra motoren som følger aksen (retningen) av hullet til borekronen som følger en annen akse, som er den ønskede helningen (vinkelen).

Lagerdelen sørger for at krefter overføres fra motorseksjonen til borekronen for rotasjon og moment.

 

 

Roterende styrbare systemer

Roterende styrbare systemer (Rotating Steerable System) med forkortelse RSS ble utviklet på slutten av 90-tallet. De er svært gunstige å bruke når det skal bores nøyaktige og jevne brønnbaner gjennom for eksempel tynne reservoarsoner der det er behov for kontinuerlig styring og overvåking.

 

Utsnitt av Trollfeltet. Illustrasjon.  Et godt eksempel på slikt verktøybehov er Troll-feltet som har en oljereservoarsone på ca. 1400 meters dyp, som varierer i tykkelse fra 7 til 14 meter. Alle brønner ligger horisontalt i øverste del av oljesonen og går flere tusen meter ut fra startpunktet.

 

Med roterende streng oppnår man også bedre hullrensing og raskere framdrift (ROP). Teknologien som benyttes er svært avansert og nedihullskomponentene justeres kontinuerlig ved hjelp av signaler/pulser som sendes ned gjennom boreslammet. Signalene/pulsene kan oppnås med variasjon i pumpestrøm eller trykk.

Det finnes mange ulike roterende styrbare systemer på markedet. De mest kjente er AutoTrak fra Baker Hughes, Geo-Pilot eller EZ-Pilot fra Halliburton og PowerDrive fra Schlumberger.

AutoTrak har tre stempel (pad) som beveger seg inn og ut mot hullveggen ved hjelp av hydraulisk kraft etter hvor hullretningen skal gå. Stemplene ligger inni et stålrør som beveger seg veldig sakte i forhold til borestrengen. Denne måten å styre på kalle push-the-bit.

 

AutoTrak push the bit
Leverandør: Baker Hughes Inc

Geo-Pilot styrer på en annen måte. Mellom borestrengen og borekronen er det en stang (shaft) inni et stålrør, som beveges inni eksentriske ringer og peker mot ønsket hullretning, og styrer borekronen. Denne måten å bygge vinkel på kalles point-the-bit.

 

Bypass-ventil

Bypass-ventilen kan plasseres i øvre del av BHA over motor og styringsenhet. Dette er en ventil som kan åpnes og slippe væske ut på siden av borestrengen for å gi større strømningshastighet i ringrommet utenfor BHA. Det vil gjøre hullrensingen mer effektiv, slik at man unngår oppsamling av kaks rundt sensitivt utstyr.

Ventilen kan også åpnes dersom det er behov for rask utskifting av væske i brønnen, som drepevæske eller tapt sirkulasjonsmateriale (LCM). Ved å bruke bypass-ventilen har man også mulighet til å trippe raskere, da borestrengen tømmes fortere for borevæske.