Borkrone, einvegsventil og holopnar

Sentralt i emnet

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

Borkrona (drillbit) skal bore seg gjennom ulike formasjonar og reinse botnen for laust materiale (borkaks) ved å spyle borevæske ut av dysene. Det er viktig å velje riktig borkrone til jobben slik at ein får best mogleg effektivitet til best mogleg pris.

Vekt på borkrona (weight on bit), rotasjonsfart (rotations per minute), slameigenskapar og hydraulisk effektivitet speler inn på boreresultatet.

Til vanleg boring har vi tre hovudtypar borkroner:

• rulleborkrone (roller cone bit, tri-cone bit, også kjend som rock bit), som knuser formasjonen
• PDC-borkrone, som skjer seg gjennom formasjonen
• diamantborkrone, som mel opp ekstremt harde formasjonar

Det finst òg kjerneborkroner som borar ut kjerneprøver.

Rock bit (rulleborkrone)

Rock bit blei første gong teken i bruk i 1860-åra og har sidan den gong gått gjennom fleire utviklingstrinn før han blei slik vi kjenner han i dag. Dagens versjon borar raskare og taklar større utfordringar utan å slitast ut for raskt. Rock bit må vere tilpassa formasjonen han skal bore gjennom. Dei kan brukast på mjuke, middels harde og harde formasjonar.

Avstanden mellom og høgda på tennene varierer, alt etter kva formasjon det skal borast gjennom. Det finst to hovudtypar rulleborkroner: ein type med tenner som er freste ut av konusen (milled tooth bit), og ein type med tenner som er sette inn i bora hol i konusen (insert tooth bit). Borkroner med freste tenner passar best for mjuke formasjonar. Dei med innsette tenner kan bore gjennom formasjonar som er ekstremt harde og med slipande skarp overflate. Dei innsette tennene er laga av wolframkarbid.

Borkrona har i dag tre konusar (i staden for to) som gjer at ho får jamnare fordeling av vekt og får betre kontaktflate mot holveggen, og dermed oppnår betre styreeigenskapar under boring. Dei tre konusane er tilpassa kvarandre slik at den eine konusen går mellom spora på dei to andre. Dette heiter interfit og gjer at det blir plass til høgda på tennene, at det blir betre oppreinsking mellom spora, og at det ikkje blir bygd opp ei minikjerneprøve i midten av borkrona.

Kvar konus har ei senterlinje. Konusane er plasserte slik at senterlinjene ikkje møtest i midten. Avstanden frå midtpunktet blir kalla offset. Dette blir brukt på mjuke formasjonar, fordi det gir ein skrapande effekt i tillegg til den knusande effekten når det er mykje offset. Når ein borar i hardare bergarter, bruker ein rock bit med liten eller ingen offset. Det er berre den knusande effekten som har betydning for desse formasjonane.

Konusane har lager (bearing) som tek opp belastningar frå vekt og friksjon. Det blir brukt rulle-, kule- eller friksjonslager, og dei gjer at konusane kan rotere rundt sin eigen akse samtidig som borkrona roterer. Lagera er forsegla med lukka, tette smørjesystem med trykkutjamning. Dette gir mindre slitasje og forlengjer levetida til borkrona.

Ny dyseutforming er jetdyser (jet nozzles) med små ringar laga av wolframkarbid. Gjennom dysene blir borevæska spylt ut med eit stort trykk, og det gir betre holreinsing. Standard rulleborkroner er utstyrte med tre dyser, mens nokre òg har ei fjerde dyse sentrert i midten av borkrona for å fjerne borkaks meir effektivt.

Rock bit blir særleg brukt for boring av topphol og dessutan mellomseksjonar (intermediate section) dersom ikkje formasjonen er for hard. Til hardare formasjonar vel vi ein PDC-bit.

Fordjuping:

PDC drillbits

PDC – Polycrystalline Diamond Compact borkrone

PDC-borkrona har innsette tenner som er laga av wolframkarbid med ei tynn plate av kunstig diamant på enden, som effektivt skjer spon frå formasjonen. PDC står for Polycrystalline Diamond Compact. Polycrystalline Diamond er namnet på ein kunstig framstilt diamant som toler svært høge temperaturar.

General Electrics (GE) laga den første PDC-borkrona i 1973, ho fekk merkevarenamnet Stratapax. Selskapet hadde oppdaga at det var mogleg å lage kunstig diamant, i 1954. Ordet compact kjem av at tennene blir pressa saman i kompakte bitar som blir sette inn i hol i kroppen til borkrona.

PDC-borkrona består av ein kropp (matrix), der tennene og jetdysene blir sette inn. Dei har som regel frå fem til sju dyser. Desse borkronene har lågare vekt enn andre borkroner, og på grunn av konstruksjonen klarer dei å halde større borehastigheit. Samtidig blir det enklare å styre mens ein borar.

PDC-borkroner blir sjeldan brukte i dei øvste seksjonane, men blir nesten alltid brukte i 12 ¼”- og 8 ½”-seksjonane. Dei blir leverte i mange ulike storleikar, alt frå 24” til 8”, sjeldan større enn 24”. Dei blir leverte med ulike profilar som flate (shallow) og korte, medium og lange parabolske (short, medium and long parabolic). Parabolske profilar er betydeleg meir aggressive enn flate profilar. Dei har ei høgare borehastigheit, men blir fortare slitne. Kort og medium parabolsk profil er vanlegast å bruke.

Med PDC-borkroner kan ein bore lengre seksjonar utan å måtte trekkje ut for å skifte borkrone. Dei er veldig effektive i mjuke til middels harde formasjonar og skjer seg effektivt gjennom både sandstein, skifer og kalkstein. Enkelte ekstremt harde formasjonar er lite gunstige å bore gjennom med ei PDC-borkrone; ho ville blitt utsliten på kort tid.

I 2010 stod PDC-borkroner for rundt 65 prosent av alle metrane som blei bora i olje- og gassindustrien. Det blir brukt stadig mykje tid og pengar på forsking for å gjere PDC-bit endå betre.

Det har blitt utvikla ei borkrone som kombinerer rulleborkrona og PDC-borkrona. Ho skal kunne bore raskare gjennom alle typar formasjonar, då ho har evna til å både knuse og skjere seg gjennom berglag. Namnet er Kymera™ Hybrid Drill Bit, og Baker Hughes Inc. har patent på ho.

Diamantborkrone

Diamantborkroner (diamond drill bit) pløyer og mel formasjonen og blir brukt i svært harde formasjonar. Kutteelementa er laga av naturleg diamant, som består av krystallisert karbon og er det hardaste stoffet som finst.

Diamantar blir støypte inn i overflata slik at mindre enn halvparten av dei stikk ut. Kuttedjupna er avgrensa av høgda på tennene, så borehastigheita er lågare når ein bruker desse. Det er veldig viktig korleis steinane er plasserte i forhold til kvarandre. Diamantborkroner har normalt lengre levetid enn andre borkroner.

Kjerneborkrone

Ei kjerneborkrone er anten ei diamant- eller ei PDC-borkrone. Kjerneborkrona er open i midten. Her kan formasjonen ein borar i, bli fanga opp og lagra i kjernehaldaren, mens borkrona borar seg framover ved å lage ein utbora kjerne. Ei kjerneborkrone kan vere utforma på fleire ulike måtar. Det viktigaste designkriteriet er best mogleg gjenvinning av kjerneprøva.

Penetrasjonsrate (ROP) og hydraulikk har ikkje den same betydninga som ved utforminga av vanlege borkroner. Det blir lagt vekt på at vassvegane på utsida er slik at maksimalt væskevolum kan passere samtidig som væskefarten rundt kjernen ved inngangen i borkrona blir halden på eit minimum.

Ein float sub er som regel standardutstyr i BHA og blir plassert rett over borkrona. Når det blir brukt slam-motor, er det vanleg at float sub blir plassert i top sub, som er overgangen til borerøyr over BHA. Float sub er eit røyr med ein innsett einvegsventil (float valve). Det er mest vanleg med ein flapper-type-ventil. Denne skal forhindre at borevæske eller borkaks kjem inn i borestrengen. Det er lite gunstig at partiklar kjem inn i sensitive delar av borestrengen.

Holopnaren blir montert over borkrona og blir brukt til å utvide allereie bora hol, til dømes eit pilothol, til større diameter. Han består av eit tjukt røyr med tre eller fleire utanpåliggjande, utskiftbare rulleborkroner. Holopnaren har ein fast diameter og kan ikkje utvidast til større diameter i holet.

Underreamer er ein fleksibel holopnar som kan køyrast inn i ein brønn med casing og utvidast til større diameter for å bore større hol under casingen. Han består av eit tjukt røyr med hengsla armar. Nedst på armane er det montert rulleborkroner eller PDC-borkroner. Underreameren fungerer ved at han blir senka til ønskt djup. Armane blir aktiverte hydraulisk ved å auke pumperaten slik at trykket over dysene aukar. Det skaper rotasjon, og armane blir pressa ut. Rotasjonen held fram til armane er i ønskt posisjon. Armane og borkronene er små i forhold til anna nediholsutstyr og kan bli skadd dersom vekt- eller momentbelastningane blir for store.