Retningsboring
Med retningsboring (engelsk "directional drilling") refererer til prosesser som muliggjør retning av et dypt hull å påvirke. I det enkleste tilfellet sikrer retningsboring at boret er nøyaktig vinkelrett. Med mer komplekse systemer er det mulig å endre og bestemme boreveien i alle retninger.
bakgrunn
I dype borehull er det alltid en uønsket retningspåvirkning på borehullet på grunn av hulrom, lag med ulik tetthet og hardhet eller andre forhold. En borestreng er ofte mye lengre enn 1000 m, men blir så fleksibel over en brøkdel av denne lengden at den ikke er i stand til å holde retningen på grunn av sin stivhet. Det er viktig å registrere borestien. Neste trinn er å korrigere kursen i henhold til målene. I tillegg trenger ikke hele borestrengen å absorbere kreftene for overføring av drivkraften (i motsetning til den roterende prosessen ), slik at borestrengen kan produseres av et lettere, men mindre vridningsbestandig materiale.
historie
Den historisk eldste form for påvirkningsretning fungerer som følger: En konvensjonell, roterende borestreng suppleres med en hydraulisk motor . Denne sitter direkte på borekronen og vippes omtrent 3 ° i forhold til borestangen. Under normal boreforskudd drives borekronen både av borestrengen og via borevæsken ved hjelp av en hydraulisk motor. Borkronen sirkler således borets senterakse med et avvik på 3 °. På denne måten er det ikke noe avvik i gjennomsnitt, og boringen er konvensjonell. Skulle retningsendring eller korreksjon være nødvendig, stoppes borestrengen i sin rotasjonsbevegelse. Nå følger boringen hellingen til den hydrauliske motoren på 3 °. Utfordringen med denne metoden er å registrere borestien og verktøyflaten . Førstnevnte kan bestemmes med målesonder som senkes inne i borestrengen. Boremesteren bestemmer verktøyflaten fra borestangens rotasjonsposisjon, noe som krever mye erfaring. Ingen elektroniske komponenter kreves under jorden, og boringen registreres ved å fotografere loddet og kompasset på en spesifisert dybde. Fremgangsmåten er velprøvd og også billig og mestres av kirurger over hele verden. Den brukes fortsatt i dag.
Mens USA alltid har gitt tonen i oljeproduksjonsteknologien, går de tekniske prinsippene for retningsboring tilbake til den sovjetiske boreingeniøren Kabeljuschnikow umiddelbart etter andre verdenskrig . Såkalt turbineboring dominerte boreteknologi i Sovjetunionen allerede på midten av 1950-tallet.
Teknologien nådde Vesten via Østerrike , hvis oljeregion i Weinviertel nord-øst for Wien befant seg i den sovjetiske okkupasjonssonen fra 1945 og ble utnyttet av "Soviet Mineral Oil Administration" ( OMV kom ut av dette ).
Turbineboringsteknologi ble først brukt utenfor Sovjetunionen i 1952/53, da hele boreriggen sank ned i et krater etter et gassutbrudd fra Zwerndorf 1-brønnen, noe som betydde at utbruddet ikke lenger kunne kontrolleres med konvensjonelle midler. Naturgassen utbrudd ble avsluttet etter 11 måneder, i hvilken en estimert milliard kubikkmeter gass unnslapp på en ukontrollert måte , ved hjelp av tre retningsbrønner bores rundt utbruddet området ved Sovjetturbinbore mannskaper, hvorav den ene treffer den uheldige borehull på 1.295 m dybde , og påfølgende såkalt pumping .
Boreturbinene av sovjetisk design besto av et system med rundt 100 par løpehjul og tomganger, som ble drevet av spylestrømmen. Med en spylestrøm på rundt 45 liter per sekund kunne en effekt på rundt 250 kW og en hastighet på rundt 550 omdreininger per minutt oppnås på meiselen.
Den mest brukte utformingen av en boreturbin i dag kalles "Positive Displacement Motor" (PDM). Funksjonen er praktisk talt den samme som en eksentrisk skruepumpe , bortsett fra at den eksentriske skruen ikke drives av en motor, men settes i rotasjon av spylevæsken som strømmer gjennom den og driver borekronen.
tilstedeværelse
Mye mer moderne, men også teknisk mer krevende, er metoder som kontinuerlig registrerer boreprosessen under boring ( måling under boring ), overfører disse måleverdiene til overflaten og om nødvendig automatisk styrer dem.
I det enkleste tilfellet er dette et verktøy for å lage vertikale hull. Disse kreves ofte i gruvedrift, f.eks. B. å sette inn nye heiser, ventilasjon eller tilførselsaksler i eksisterende akselsystemer. For dette må tunneler treffes med presis nøyaktighet over flere 1000 m.
Vertikale boresystemer er enklest fordi sensorisk innsats er begrenset til å bestemme vinkelrett. Enhver bevegelse utenfor justeringen må korrigeres automatisk. For å oppnå dette er to sensorer / hellingsmålere , som er arrangert horisontalt forskjøvet med 90 °, tilstrekkelig . Hvis begge sensorene viser et "null signal", er verktøyet nøyaktig vertikalt. Hvis verktøyet vipper i noen retning, vil en eller flere sensorer vise en positiv eller negativ endring fra nullposisjonen. En slik nullkrysning er spesielt enkel og presis å oppdage når det gjelder måleteknologi, siden disse verdiene kan forsterkes sterkt og endringshastigheten rundt nullpunktet har sitt maksimale.
Sensorer og underenheter for å påvirke retningen, de såkalte ribber, er plassert rett bak borekronen i en sylindrisk komponentbærer, kontrollsuben. Dette er fritt roterbart montert på borestrengen. Kontrollelektronikken får hydraulisk drevne ribber til å presse seg mot borveggen, slik at en kraft kan virke som styrer boreveien i motsatt retning. Ved å forlenge minst en kontrollribbe, er kontrollunden kilet umotérbar i borehullet. Bare borestrengen roterer innenfor kontrollunden om gangen. Ellers ville det ikke være mulig å bestemme loddboben med den nødvendige nøyaktigheten. Den roterende delen av boreverktøyet inneholder turbiner og generatorer for å gi elektrisk og hydraulisk energi. I tillegg er minst en pulser inkludert, som overfører viktige parametere for verktøyet og boreprosessen via trykksvingninger i skylleløsningen over bakken.
Fritt kontrollert boring
Den fine kunsten med retningsboring er fritt kontrollert boring. Dette krever tre sensorer for å bestemme hellingen og tre magnetometre for å beregne posisjonen i jordens magnetfelt. Gravimetrisk og magnetisk verktøyflate kan også beregnes ut fra dette. Prinsippet om å påvirke retningen er det samme som i det vertikale boresystemet beskrevet ovenfor. Den består av 3 til 4 kontrollribber, som presser mot veggen i henhold til spesifikasjonene til kontrollelektronikken og dermed genererer en vektor som påvirker boreprosessen tilsvarende. Imidlertid brukes også proporsjonalt kontrollerbare ribber ofte. Dette gjør at påvirkningsvektoren kan stilles inn og justeres mer presist.
Den elektroniske og maskintekniske innsatsen er mange ganger høyere sammenlignet med verktøy som kontrollerer rent vertikalt, ettersom de må behandle betydelig mer data og behovet for kommunikasjon er betydelig større. Ikke bare må retningsdata overføres fra undergrunnen til overflaten, men også korreksjons- og kontrollkommandoer i motsatt retning. Evnen til å kontrollere fritt fører med seg muligheten for å reagere raskt på geologiske måledata og tilpasse boringen. Derfor kombineres slike boreverktøy ofte med fysiske og kjemiske sensorer, som skal gi informasjon om den omkringliggende bergarten. Disse dataene må også overføres eller lagres i flere dager.
De mekaniske utfordringene er også betydelige, siden hele teknologien ikke kan optimaliseres til en enkelt posisjon i forhold til jordens gravitasjonsfelt. Dette gjelder hovedsakelig utformingen av det hydrauliske systemet. Verktøy som kan bore oppover er enda mer komplekse. I tillegg er det gyrostyrte systemer der et komplett, herdet treghetsnavigasjonssystem er plassert i borehodet. Dette forteller maskinføreren om han må styre høyere, lavere, høyre eller venstre, og styrer borehodet nøyaktig med et avvik på rundt 1 m over en avstand på 2000 m langs den forhåndsdefinerte banen. Bruken av disse enhetene fører til de mest nøyaktige og miljøuavhengige resultatene i retningsboring i dag.
bruk
Dette gjør det mulig å åpne forekomster av råolje eller naturgass fra siden, for eksempel når det gjelder forekomster under befolket, vanskelig terreng som skal beskyttes eller brukes til militære formål. Retningsboring kan også brukes til å korrigere boringer og til å omgå borehullsseksjoner som har blitt ubrukelige.
Hovedapplikasjonen i dag er boring i flere retninger fra ett punkt. Retningsboring er derfor den vanlige formen for utvikling i offshore-produksjon, fordi den ofte omfattende forekomsten kan nås fra noen få (dyre) borerigger .
Retningsboring har nå også etablert seg på land. Hovedsakelig av hensyn til miljøvern og beskyttelse av beboerne, er målet å konsentrere produksjonsstedene på noen få boresteder. I ekstreme tilfeller bores mer enn 200 brønner (f.eks. Oljefelt , Long Beach (California) ) fra ett borested .