Borkrone, enveisventil og hullåpner

Sentralt i emnet

• borkroner
• kunstig diamant
• dyser
• float sub
• hullåpner
• underreamer

Borkronen (drillbit) skal bore seg gjennom ulike formasjoner og rense bunnen for løst materiale (borkaks) ved å spyle borevæske ut av dysene. Det er viktig å velge riktig borkrone til jobben slik at man får best mulig effektivitet til best mulig pris.

Vekt på borkronen (weight on bit), rotasjonshastighet (rotations per minute), slamegenskaper og hydraulisk effektivitet spiller inn på boreresultatet.

Til vanlig boring har vi tre hovedtyper borkroner:

• rulleborkrone (roller cone bit, tri-cone bit, også kjent som rock bit), som knuser formasjonen
• PDC-borkrone, som skjærer seg gjennom formasjonen
• diamantborkrone, som maler opp ekstremt harde formasjoner

Det finnes også kjerneborkroner som borer ut kjerneprøver.

Rock bit (rulleborkrone)

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

Avstanden mellom og høyden på tennene varierer, alt etter hvilken formasjon det skal bores gjennom. Det finnes to hovedtyper rulleborkroner: en type med tenner som er frest ut av konusen (milled tooth bit), og en type med tenner som er satt inn i borede hull i konusen (insert tooth bit). Borkroner 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 lagd av wolframkarbid.

Borkronen har i dag tre konuser (i stedet for to) som gjør at den får 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 høyden på tennene, at det blir bedre opprensking mellom sporene, og at det ikke bygges opp en minikjerneprøve i midten av borkronen.

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 man borer i hardere bergarter, bruker man rock bit med liten eller ingen offset. Det er kun den knusende effekten som har betydning for disse formasjonene.

Konusene har lagre (bearing) som tar opp belastninger fra vekt og friksjon. Det brukes rulle-, kule- eller friksjonslagre, og de gjør at konusene kan rotere rundt sin egen akse samtidig som borkronen roterer. Lagrene er forseglet med lukkede, tette smøresystemer med trykkutjevning. Dette gir mindre slitasje og forlenger levetida til borkronen.

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

Rock bit brukes særlig for boring av topphull samt mellomseksjoner (intermediate section) dersom ikke formasjonen er for hard. Til hardere formasjoner velger man en PDC-bit.

Fordypning:

PDC drillbits

PDC – Polycrystalline Diamond Compact borkrone

PDC-borkronen har innsatte tenner som er lagd 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) lagde den første PDC-borkronen i 1973, den fikk merkevarenavnet Stratapax. Selskapet hadde oppdaget at det var mulig å lage kunstig diamant, i 1954. Ordet compact kommer av at tennene blir presset sammen i kompakte biter som settes inn i hull i kroppen til borkronen.

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

PDC-borkroner 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-borkroner kan man bore lengre seksjoner uten å måtte trekke ut for å skifte borkrone. 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-borkrone; den ville blitt utslitt på kort tid.

I 2010 stod PDC-borkroner for rundt 65 prosent av alle meterne som ble boret i olje- og gassindustrien. Det brukes stadig mye tid og penger på forskning for å gjøre PDC-bit enda bedre.

Det har blitt utviklet en borkrone som kombinerer rulleborkronen og PDC-borkronen. Den skal kunne bore raskere gjennom alle typer formasjoner, da den har evnen til å både knuse og skjære seg gjennom berglag. Navnet er Kymera™ hybrid drill bit, og Baker Hughes Inc. har patent på den.

Her finner du flere borkroner:

Baker Hughes Drill Bits

Diamantborkrone

Diamantborkroner (diamond drill bit) pløyer og maler formasjonen og brukes i svært harde formasjoner. Kutteelementene er lagd 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 man bruker disse. Det er veldig viktig hvordan steinene er plassert i forhold til hverandre. Diamantborkroner har normalt lengre levetid enn andre borkroner.

Kjerneborkrone

En kjerneborkrone er enten en diamant- eller en PDC-borkrone. Kjerneborkronen er åpen i midten. Her kan formasjonen det bores i, fanges opp og lagres i kjerneholderen, mens borkronen borer seg framover ved å lage en utboret kjerne. En kjerneborkrone kan være utformet på flere ulike måter. Det viktigste designkriteriet er best mulig gjenvinning av kjerneprøven.

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

En float sub er som regel standardutstyr i BHA og plasseres rett over borkronen. Når det brukes slam-motor, 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-type-ventil. Denne skal forhindre at borevæske eller borkaks kommer inn i borestrengen. Det er lite gunstig at partikler kommer inn i sensitive deler av borestrengen.

Hullåpneren blir montert over borkronen 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 rulleborkroner. Hullåpneren har en fast diameter og kan ikke utvides til større diameter i hullet.

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 rulleborkroner eller PDC-borkroner. Underreameren 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 borkronene er små i forhold til annet nedihullsutstyr og kan bli skadet dersom vekt- eller momentbelastningene blir for store.