Motor- og styringsverktøy i BHA

Fordjuping:

Drilling motor handbook

Slammotoren skal rotere borkrona i brønnen. Han (mud motor) blir montert like ovanfor float sub i BHA. Han erstattar rotasjon av borestrengen frå top drive. Når ein byggjer vinkel ved bruk av slammotor, er det utan rotasjon av borestrengen. Slammotoren blir berre brukt til å rotere borkrona når ein samtidig skal styre retninga på borestrengen. Å bruke slammotor kan gi dårlegare holreinsing og i verste fall fastkøyring av borestrengen. Ved roterande streng kan ein bore rett fram, altså halde vinkelen.

Slammotoren er driven av borevæske og blir på engelsk kalla positive displacement motor (PDM). Prinsippet for ein slammotor er motsett av prinsippet for ei pumpe; det er væskestraumen som gir moment (torque) og rotasjon til borkrona.

Slammotorillustrasjon

Slammotoren består av fire hovuddelar:

• omløpsventil (bypass valve)
• motorseksjon med stator og rotor (motor section)
• universalledd (flexible drive axle)
• lagerdel (bearing assembly)

Omløpsventilen gjer at borevæska kan passere utanom sjølve motorseksjonen, noko som gjer det mogleg å fylle og drenere borestrengen ved tripping inn og ut av brønnen. Dersom det er ingen eller veldig låg sirkulasjon, held ei fjør omløpsstempelet i open posisjon. Ved større sirkulasjon blir omløpsstempelet pressa nedover og ventilen stengjer, noko som gjer at borevæska blir send gjennom motorseksjonen.

Motorseksjonen består av stator og rotor. Stator står i ro, og rotor roterer.

Statoren er kledd med eit elastomer materiale på innsida og er montert med ei toppkopling fast i borestrengen over motoren. Rotoren er laga av stål, han kan rotere og er kopla saman med resten av borestrengen ned til borkrona. Begge har spiralstruktur, og spiralane blir kalla sløyfer (lobes).

Stator har alltid ein lobe meir enn rotor; det vil seie at forholdet mellom talet på lobar i rotor og stator er N : N+1, der N varierer frå 1 til 7 i standard motorar.

Denne forskjellen mellom rotor og stator gjer at det blir mange forsegla væskekammer langs heile lengda av motoren. Når det blir pumpa borevæske gjennom motorseksjonen, aukar trykket i kammera, og rotoren roterer i ein eksentrisk (ikkje i senter) rotasjon inne i statoren, og det blir overført krefter til borkrona. Eit lågt lobetal (N) gir lågt moment eller høgare rotasjonsfart.

Dersom ein treng stort moment, må ein bruke ein motor med mange lober (høgare N), som vil gi lågare maksimum rotasjonsfart.

Momentet som blir overført til borkrona, er ikkje berre avhengig av talet på lobar. Momentet er direkte proporsjonalt med trykktapet over motoren. Dette kan registrerast på overflata med ein auke i trykket på stand pipe når WOB blir auka. Maksimalt moment for alle motorar er avgrensa av den mekaniske styrken til elastomeren i stator.

Rotasjonsfarten er lågare for ein motor med mange lobar. Rotasjonsfarten er proporsjonal med pumperaten. Det betyr at dersom pumperaten blir dobla, blir rotasjonen òg dobla.

Ved retningsboring kan ein bruke ein styrbar mudmotor, som blir levert anten med ein fast, førehandsinnstilt vinkel eller med høve for å stille inn ønskt vinkel på boredekket. Dei med justerbar vinkel blir kalla Adjustable Kick-Off-motorar (AKO).

Universalleddet koplar saman den nedste delen av rotoren og den øvste delen av lagerdelen. Leddet gjer det mogleg å overføre rotasjon frå éin akse til ein annan, i dette tilfellet frå motoren som følgjer aksen (retninga) av holet, til borkrona som følgjer ein annan akse, som er den ønskte hallinga (vinkelen).

Lagerdelen sørgjer for at krefter blir overførte frå motorseksjonen til borkrona for rotasjon og moment.

Roterande styrbare system (Rotating Steerable System), med forkortinga RSS, blei utvikla på slutten av 1990-talet. Dei er svært gunstige å bruke når ein skal bore nøyaktige og jamne brønnbanar gjennom til dømes tynne reservoarsoner der det er behov for kontinuerleg styring og overvaking.

Eit godt døme på slikt verktøybehov er Trollfeltet, som har ei oljereservoarsone på ca. 1400 meters djup, som varierer i tjukn frå 7 til 14 meter. Alle brønnar ligg horisontalt i øvste del av oljesona og går fleire tusen meter ut frå startpunktet.

Med roterande streng oppnår ein òg betre holreinsing og raskare framdrift (ROP). Teknologien som blir brukt her, er svært avansert, og nediholskomponentane blir justerte kontinuerleg ved hjelp av signal/pulsar som blir sende ned gjennom boreslammet. Signala/pulsane kan ein lage med variasjon i pumpestraum eller trykk.

Det er mange ulike roterande styrbare system på marknaden. Dei mest kjende er AutoTrak frå Baker Hughes, Geo-Pilot eller EZ-Pilot frå Halliburton og PowerDrive frå Schlumberger.

AutoTrak har tre stempel (pad) som beveger seg inn og ut mot holveggen ved hjelp av hydraulisk kraft etter kvar holretninga skal gå. Stempla ligg inni eit stålrøyr som beveger seg veldig sakte i forhold til borestrengen. Denne måten å styre på blir kalla push-the-bit.

Geo-Pilot styrer på ein annan måte. Mellom borestrengen og borkrona er det ei stong (shaft) inni eit stålrøyr, som blir beveged inni eksentriske ringar og peikar mot ønskt holretning, og styrer borkrona. Denne måten å byggje vinkel på blir kalla point-the-bit.

Bypass-ventilen kan plasserast i øvre del av BHA over motor og styringseining. Dette er ein ventil som kan opnast og sleppe væske ut på sida av borestrengen for å gi større strøymingsfart i ringrommet utanfor BHA. Det vil gjere holreinsinga meir effektiv, slik at ein unngår at det samlar seg kaks rundt sensitivt utstyr.

Ventilen kan òg opnast dersom det er behov for rask utskifting av væske i brønnen, som drepevæske eller tapt sirkulasjonsmateriale (LCM). Når ein bruker bypass-ventil, har ein òg høve til å trippe raskare, sidan borestrengen blir tømd for borevæske fortare.