Motor- og styringsverktøy i BHA

Slammotoren skal rotere borkronen i brønnen. Den (mud motor) monteres like ovenfor float sub i BHA. Den erstatter rotasjon av borestrengen fra top drive. Når man bygger vinkel ved bruk av slammotor, er det uten rotasjon av borestrengen. 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 fastkjøring av borestrengen. Ved roterende streng 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.

Slammotorillustrasjon

Slammotoren består av fire hoveddeler:

• omløpsventil (bypass valve)
• motorseksjon med stator og rotor (motor section)
• universalledd (flexible drive axle)
• 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. 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. Begge har spiralstruktur, og spiralene kalles sløyfer (lobes).

Stator har alltid en lobe mer enn rotor; 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.

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

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

Roterende styrbare systemer (Rotating Steerable System), med forkortelsen RSS, ble utviklet på slutten av 1990-tallet. De er svært gunstige å bruke når man skal bore nøyaktige og jevne brønnbaner gjennom for eksempel tynne reservoarsoner der det er behov for kontinuerlig styring og overvåking.

Et godt eksempel på slikt verktøybehov er Trollfeltet, 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 blir brukt her, 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 er 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 stempler (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 kalles push-the-bit.

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

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 at det samler seg 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). Når man bruker bypass-ventil, har man også mulighet til å trippe raskere, siden borestrengen tømmes fortere for borevæske.