Motor- og styringsverktøy i BHA

Boring med slammotor og AKO

Når vi skal skifte retning på borehullet må vi ha verktøy i BHA som kan hjelpe oss med det. Dersom vi bruker slammotor og AKO (Adjustable Kick-Off sub) kan vi veksle mellom å rotere hele strengen eller å bare rotere borekronen. Når vi roterer hele borestrengen vil vinkelen i AKO'en gjøre at borehullet blir litt større i diameter. Når vi bare roterer slammotoren med borekronen blir borehullet samme diameter som borekronen.

AKO sub

En AKO (Adjustable Kick-Off sub) er en rørdel med innebygd vinkel. Den settes inn i BHA så nær borekronen som mulig. AKO'en består av en kobling oppe som kobles til slammotoren og en kobling nede som kobles til borekronen. Mellom koblingene ligger vinkeldelen. Vinkelen stilles inn på overflaten før BHA kjøres inn i brønnen. Vinkelen som brukes er vanligvis mellom 1,9 og 2,4 grader.

Stabilisator

Når vi bruker AKO og slammotor må vi også plassere stabilisatorer nær borekronen og rett bak slammotoren. Det hjelper til å holde den retningen vi borer.

Slammotor (mud motor)

Når slammotoren kobles inn roterer den borekronen. Da trenger vi ikke å rotere hele borestrengen fra topdrive. Slammotoren brukes kun til å rotere borkronen når man samtidig skal styre retningen på borestrengen. Å bruke slammotor kan gi dårligere hullrensing og i verste fall ende med at vi setter oss fast i brønnen med borestrengen. Ved roterende borestreng kan man 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 borkronen. Når vi pumper med lav hastighet gjennom borestrengen holdes slammotoren i ro. Når vi øker pumperaten vil slammotoren starte rotasjonen som overføres gjennom rotoren til borekronen. Da roterer borekronen uten at vi behøver å rotere hele borestrengen.

Slammotorens deler

Slammotoren består av fire hoveddeler:

• omløpsventil (bypass valve)

• motorseksjon med stator og rotor (motor section)

• universalledd (flexible drive axle)

• lagerdel (bearing assembly)

Omløpsventil

Omløpsventilen gjør at borevæsken kan passere utenom selve motorseksjonen, noe som gjør det mulig å fylle og tømme 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.

Motorseksjon

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

Statoren er kledd med et elastomer materiale på innsiden og er montert med en toppkobling fast i borestrengen over motoren. Rotoren er lagd av stål, den kan rotere og er koblet sammen med resten av borestrengen ned til borkronen. Både statoren og rotoren har spiralstruktur, og spiralene kalles sløyfer (lobes).

Se animasjonen Slammotor (lengde 0:32).

Statoren har alltid en lobe mer enn rotoren; det vil si at forholdet mellom antallet 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 væskekamre 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 borkronen. Et lavt antall lober (N) gir lavt moment eller høyere rotasjonshastighet.

Dersom man trenger stort moment, må man bruke en motor med mange lober (høyere N), som vil gi lavere maksimum rotasjonshastighet.

Momentet som overføres til borkronen, er ikke bare avhengig av antallet 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.

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

Universalleddet

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 tilfellet fra motoren som følger aksen (retningen) av hullet, til borkronen som følger en annen akse, som er den ønskede helningen (vinkelen).

Lagerdelen

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