Roterende boremetode

Turntable drive i den roterende boreprosessen

Rullmeisel når den er installert i et roterende bordsystem

Den roterende boremetoden er en metode som brukes til geologisk boring og brukes hovedsakelig til vertikal eller svakt skrå dypboring for råolje , naturgass eller for geotermisk boring . Hovedtrekket ved den roterende boreprosessen er et roterende borerør. Mens en roterende borddrift og et klassisk pyramideformet tårn (rigg) ble brukt i lang tid i det 20. århundre, og mye av arbeidet måtte utføres manuelt, fungerer moderne systemer ofte med master, borestangen drives av et kraftig roterende hode og arbeidet er svært mekanisert.

Komponenter i en klassisk boregang med roterende borddrift

Den roterende boreprosessen ble utviklet og perfeksjonert primært i USA, slik at mange engelskspråklige begreper blir brukt oversatt på tysk. Det tyske språket har også sine egne tekniske termer eller tekniske termer fra gruvedrift som først må forklares for å forstå de enkelte boreprosessene.

• Hvis stengene er skrudd sammen eller til trekkhetten eller meiselen, må skrueforbindelsen strammes med høyt dreiemoment . Dette kalles countering. Dette dreiemomentet må frigjøres igjen når du skrur ut. Dette kalles å bryte. I den klassiske rotasjonsprosessen påføres det høye dreiemomentet ved hjelp av dreietang, også kjent som maskintang.
• Hvis du må bytte borekrone, må hele stangen trekkes fra Kelly eller borestangen (derav navnet Kelly-boreprosessen ) på det roterende hodet til meiselen og deretter settes inn på nytt . Denne prosessen kalles en rundtur. Ved å trekke borestang, den blir spylehodet byttes ut mot den heis , en griper som griper hodet på stangen. I den svært mekaniserte prosessen med et kraftig roterende hode, er heisen vanligvis svingt hydraulisk foran det roterende hodet.
• Flyttingen: Med tur-retur skrus ikke alle stengene ut når det gjelder høyere borerigger, men heller er de plassert i grupper på flere stenger (avhengig av høyden på boretårnet, to stenger for det dobbelte stativet, tre stenger for det høyere tredobbelte stativet) i fingerplattformen. En slik forening kalles tog. Ingen tog kan parkeres i singelen, i beste fall de enkelte kjedelige barene.
• Hvis borestrengen må suppleres med en annen stang, kalles dette reposisjonering.

Skjema tegning av en boretårn

1. Tank eller dam for borevæsken
2. Vibrerende silerskifer og sentrifugalseparatorer Desilter og Desander '. Her er borekaksene, dvs. den borede bergarten, skilt fra borevæsken.
3. Sugerør av vanningspumper
4. Vanningspumpe
5. Derrick drive (for det meste dieselmotorer)
6. Høytrykksslangeseksjonen mellom skyllepumpen og røret kalles vibrasjonsslange fordi den kan treffe eller vibrere kraftig på grunn av pumpens trykkstigninger.
7. Heis som hovedtrekk
8. Stårør
9. Slange til det spylende hodet, Kelly-slange, Kelly-bukser
10. Gåshals , røralbue for spyleslangen, også kjent som svanehalsen
11. Kloben blokken . Blokken er bunnblokken på heisens remskivesystem.
12. Rope of the Drilling Line elevator
13. Tårn rullelager Crown Block . Tårn rullelager er den øverste blokken i heisenes remskivesystem.
14. Derrick selv derrick
15. Apeplattform, bomplattform eller hengeplattform Monkey Board : Her løsner scenemannen togene fra heisen under rundtur og plasserer dem i fingerplattformen, som er direkte koblet til apeplattformen.
16. Tog av borerørstativ (av borerør)
17. Nederst på lageret for togene, vanligvis laget av tre, slik at trådene på togene ikke blir skadet.
18. Spylende hode
19. Kelly , drivstangen. Kelly er et prismatisk rør med en firkantet, sekskantet eller åttekantet base. På toppen og bunnen av Kelly er de koniske gjengene som er vanlige for borerøret.
20. Platespiller. Dreiebordet eller borebordet er, forenklet, en horisontal sirkulær plate med et sentralt hull, som var plassert på arbeidsplattformen i de tidlige dager, i mer moderne systemer er innebygd i arbeidsplattformen og gjennom hvilken borestengene trekkes . Platespilleren styres av et stort kulelager og settes i rotasjon av boret. Den har hull for pinnene på sjåføren, som deretter snur Kelly.
21. Arbeidsplattform eller bord
22. Bell brystvorte flush tut
23. og 24th Borehole Control Device Blow-Out-Preventer (BOP)

25. Borestenger

26. Bor

27. Rørhode

28. Returledning for borevæske

Ikke vist her, ved siden av platespilleren, er det et rør som går litt i en vinkel i bakken, der neste borestang holdes for å forlenge stangen, mushullet. Noen derricks har et andre lagringsrør der Kelly kan plasseres, som deretter blir referert til som et Rathole.

Derrick har annet viktig utstyr som ikke vises:

• I tillegg til heisen har tårnet flere kjettingheiser eller tauheiser som hjelpevinsjer, de såkalte luftvinsjene . Med et horisontalt kabeltrekk eller søl på apescenen blir kragen ført inn i fingerplattformen av to scenemenn. Tangen og annet tungt verktøy henger på sine egne luftvinsjer. De individuelle kjedestengene trekkes med en luftvinsj fra catwalkens horisontale stanglagring over rampen (rørrampe) gjennom døren og plasseres i mushullet.

• På bordet er Absetzkeile (truser) som borestrengen støttes med, slik at de ikke faller tilbake i hullet når den trekkes fra borehullet. Når du plasserer en kjedelig stang, brukes håndkilen, med rundtur er det også automatiske kiler som forblir i hullet på dreieskiven under turen, og trenger derfor ikke løftes igjen og igjen.

• Med dreietangen strammes (låses) stengene og frigjøres fra hverandre (knuses) etter at de er skrudd sammen. Opprinnelig ble rørene skrudd fast med spinnkjeden og deretter låst med tangen. Senere brukte denne metoden mekaniske hjelpemidler for å snu rørene, spinnerne som z. B. spinnerhawk og Kelly spinner for Kelly bar , og det ikke helt ufarlige arbeidet med spinnkjeden var begrenset til eksepsjonelle tilfeller . I begynnelsen ble tangene operert med muskelkraft, senere ble kraften til å motvirke eller ødelegge påført med søl og i dag med for det meste hydraulisk drevet tau eller kjettingtaljer, som kalles kattehoder (catheads). Med den fremrykkende mekaniseringen av arbeidet ble hydrauliske tang først introdusert. Til slutt ble spinner og tang for Iron Roughneck også kalt Hydraulic Roughneck, en hydraulisk bryter / tellerenhet.

Prosesser og teknisk utvikling

Jo større dybde et borehull skal drives, desto større er den tekniske innsatsen. Grovt kan man si at når dybden øker, må en større borehullsdiameter startes. Så det blir forståelig at kjedestengene fremdeles kunne motvirkes og knuses for hånd med kjedepipenøkkelen fra 1901 og videre i de første rotasjonsboringene, men i dag er kraftdrevet utstyr for å motvirke og knekke, for eksempel tunge tenger som drives via katt hoder, hydrauliske rørnøkler eller jernnøkkel skal brukes.

Lengden på en vanlig borestang er ca. 9 m. Hvis hele borestangen må trekkes etter at meiselen er slitt, betyr det at med et middels dypt hull på ca. 2000 m dybde er det allerede trukket 222 stenger , ødelagt, skrudd ut, parkert, må skrus sammen og motvirkes. Arbeidet til arbeiderne som heter Roughnecks på arbeidsplattformen og arbeideren som heter Derrick Man på apeplattformen, er ikke uten risiko sett fra arbeidssikkerhet, tunge deler må flyttes, man arbeider i nærheten av ubeskyttede deler som bevege deg med høye krefter og energier, noen ganger i svimlende høyder, og spesielt når det gjelder borearbeid, er tid penger. I tillegg kan et dypt borehull føre til at brannfarlige gasser og væsker bryter ut. Den tekniske fremdriften i Rotary-prosessen har derfor hovedsakelig vært knyttet til arbeidet med å gjøre arbeidet raskere og tryggere og komme av med så få ansatte som mulig. Uansett egenskapene til fjellet som skal bores gjennom, bestemmer tiden som kreves for å skru og motvirke eller for å bryte og skru ut stangen, samt heisehastigheten , hastigheten på turen (omtrent ekvivalent med de engelske ordene trip speed eller tripping speed ) og er en viktig Kostnadsfaktor for en dyp brønn. Hvis det er spesifisert en tid på 2 minutter for å trekke eller omplassere en stang eller en streng, kan 30 tråder flyttes på en time. I den engelskspråklige verdenen ville en trippinghastighet på 30 stander per time være spesifisert (30 tog i timen). Tyske produsenter angir turhastigheten i meter per time. Togets lengde er også inkludert her. Dette ytelsesmålene for en tårn viser at dens ytelse blant annet avhenger av høyden, fordi jo høyere tårn, desto lengre er togene som kan parkeres. Oljerigger klassifiseres blant annet etter lengden på togene:

• Enkelt tilsvarer et rør, dette tilsvarer 9 meter
• Dobbelt tilsvarer to rør, dette tilsvarer 18 meter
• Trippel tilsvarer tre rør, dette tilsvarer 27 meter

Det var også isolerte rapporter om systemer med tog med fire rørlengder.

En singel ville ha en utløsningshastighet på 270 m / t ved en utløsningshastighet på 30 tog i timen. En dobbel har en turhastighet på 540 m / t ved samme utløsningshastighet, og en trippel når til og med 810 m / t. Til sammenligning, ytelsen til et moderne system: Streicher indikerer ytelsen til sin VDD 370 med en enkelt mast med en turhastighet på opptil 400 m / t. Dette kan virke relativt tregt, ettersom et team av godt trente grove halser kan utvide et tog til en trippel på litt under 2 minutter, men det må tas i betraktning at moderne, høyt mekaniserte systemer klarer seg med betydelig færre ansatte.

Bore

Sett fra siden og forfra av en borkrone for en borediameter på 17,5 tommer (= 445 mm)

Mens det i utgangspunktet bare ble brukt såkalte fishtail-meisler, noe som forårsaket en veldig høy vridningsbelastning på borestangen (den bolte rørstrengen), brukes rullemeisler eller kronmeisler i dag. Rullestykker har vanligvis tre koniske valser med tenner som er anordnet i en vinkel mot hverandre. Når borkronen er satt i rotasjon, ruller de koniske rullene av bunnen av borehullet og knuser fjellet som skal bores i prosessen. For hard rock er det rullmeisler hvis tenner er besatt med hardmetallpinner . PDC meisler (uten bevegelige deler) med kunstige diamanter , skjærende keramikk eller hardmetall brukes også , spesielt med hard bergart .

Mellomstor dyp borerigg for en utvidelsesbrønn i en oljeavsetning ca 2000 m dyp. Boret drives av en toppdrift på trinseblokken i boret . Rundt boret er det hovedsakelig systemer for innføring og klargjøring av spylevæsken.

Den knuste steinen fjernes kontinuerlig av et spylevæske som føres inn gjennom borerøret og går ut ved borkronen og når jordoverflaten i det ringformede rommet mellom borehullet og borerøret. Borevæsken består for det meste av vann og leirepulver med tilsetning av barytpulver , som på grunn av dens høye tetthet øker tyngdekraften i væsken i en slik grad at den stabiliserer det uhullede borehullet og berget som er knust av boret. bit kan transporteres til jordens overflate. I tillegg gjør skyllevæsken, i forbindelse med kraftige skyllepumper , det mulig å øke boreytelsen betydelig, ettersom væsken kommer ut av dysene i borekronen med hastigheter over 100 meter per sekund og dermed gir et betydelig bidrag til fjerningen av rock. Leireskyllingen har også den egenskapen at viskositeten varierer avhengig av strømningshastighet ( tiksotropi ). Hvis skyllepumpene svikter, stopper spylingen og endres til en gelignende tilstand etter en viss tid. Dette forhindrer at borekaksene i ringrommet synker i retning av bunnen av borehullet, og forhindrer dermed at borkronen setter seg fast.

Skyllevæsken som har nådd toppen blir renset for bergmaterialet som er ført sammen ved hjelp av vibrerende siler (skiferryster ) og sentrifugalseparatorer (desander og desilter) og kan dermed - etter å ha tilsatt blandetapet - brukes om og om igjen.

I rotasjonsprosessen settes borekronen i rotasjon av borerøret.

Når det gjelder veldig dype eller retningsbestemte boringer , brukes vanligvis ikke den roterende boremetoden, men en boreturbin (eller en underjordisk boremotor ), som ligger rett over borekronen. I dette tilfellet roterer borestangen ikke, men tjener bare til å føre borkronen frem og til å levere spylevæske, som også driver turbinen.

I den klassiske rotasjonsboreprosessen ble borestrengen vanligvis rotert ved hjelp av en såkalt platespiller på boreriggens arbeidsplattform. Den øvre enden av borestangen er dannet av en firkantet, sekskantet eller åttekantet drivstang (Kelly), som overfører rotasjonsbevegelsen fra dreieskiven til stangen via driveren, som er koblet til dreieskiven ved hjelp av tapper, og på som også skyllevæsken tilføres.
Dagens borerigger er vanligvis utstyrt med et kraftig roterende hode (engl. Top Drive ), hvorved drivstangen elimineres, og den stadig nødvendige forlengelsen av borestrengen blir omplassering forenklet.

Følge opp

Som allerede nevnt består borerøret vanligvis av seksjoner på 30 fot hver (på grunn av opprinnelsen til boreteknologien fra USA ; ca. 9 m). Etter hver 9 m borefremdrift , hele borestrengen heves først ved hjelp av heisanordningen, et taljesystem , for det formål som den boretårn er bygget, slik at hele drivstangen og en god 1 m av den øvre borstang stikker ut fra borehullet. Borestrengen er deretter sikret mot å falle ved hjelp av håndkiler på dreieskiven under flenspunktet til drivstangen, og drivstangen brytes og skrus ut. Drivstangen skrus deretter og låses med et stangelement som er tilgjengelig ved siden av dreieskiven i mushullet. Deretter skrus drivstangen med det nye stangelementet tilbake på borestangen og låses, stangen løftes til håndkilene er fri, deretter fjernes kilene og hele rørstrengen senkes igjen til meiselen med nødvendig trykk dies Nådde sålen. Ytterligere 9 m kan bores. Endringsprosessen som er beskrevet tar 1,5 til 4 minutter.
Å bryte eller motvirke borerøret med dreieskiven er for farlig og derfor forbudt. For å skru ut etter å ha brutt, brukes platespilleren oftest, det nedre røret roteres. For å skru på det nye røret, må det øvre røret snus. Tidligere ble dette gjort delvis for hånd med små rørdiametre, senere med ryggraden, hvor fingre, hånd eller arm lett kunne presses eller vikles inn mot røret hvis de håndteres feil. Derfor er dette bare tillatt i unntakstilfeller. Halsbåndene ble noen ganger strammet med kjedenøkkelnøkkelen, som var tidkrevende. Over tid så det ut til at drevne enheter lot den øvre stangen rotere, kjent som spinnere som Kelly spinner og spinnerhawk. Moderne systemer har Iron Roughneck beskrevet ovenfor med tang og spinner, som bare trenger å bringes opp til stangen som skal skrus og deretter utfører tangarbeidet kontrollert av betjeningshendler.

Rundtur

For å bytte en slitt eller defekt borekrone, må hele stangen trekkes ut av borehullet som allerede er boret. Dette gjøres vanligvis i tog med 2 til 4 stangelementer, det vil si avhengig av høyden på tårnet, 2 til 4 stangelementer forblir skrudd. Fullstendig trekking og innsetting av borestrengen kalles en rundtur . På det tyske borespråket, som knapt brukes i dag, ble denne prosessen med å innhente, skifte meisler og slippe inn kalt meislemarsj .

historie

Allerede i 1844 registrerte briten Robert Beart et patent på en boremetode som i stor grad tilsvarer moderne roterende dypboreteknologi. Fjellet, som er skrapet av en roterende meisel, fjernes kontinuerlig av en spylevæske som pumpes ned gjennom borestangen og kommer ut av meiselen. De høye tekniske kravene (overføring av en stor kraft til en bevegelig borestang, kontinuerlig tilførsel av skyllevæsken til et konstant roterende rør, trenger å regulere belastningen som virker på borekronen) forhindret implementeringen av konseptet i lang tid. Selv etter å ha løst de fleste av problemene, ble rotasjonsmetoden ansett for å være for utsatt for svikt og dermed dårligere enn hammerboremetoden før etter første verdenskrig .

Den første berømte anvendelsen av Rotary-metoden var boringen på Spindletop Hill nær Beaumont, Texas , som møtte høytrykksolje 10. januar 1901 på en dybde på 347 m. Et enormt utbrudd fulgte, som et resultat av at rundt 100.000 fat råolje ble kastet ukontrollert ut av brønnen og sivet ut fra oljesjøen som hadde dannet seg. Plutselig hadde den amerikanske oljeproduksjonen tredoblet seg.

Kjent som Spindletop Gusher eller Lucas Gusher (etter hullet av ledende geologer Anthony Lucas - oppkalt - opprinnelig Antonio Luchich) kjent arrangementet var i Texas et petroleums bom med varig effekt på økonomien i USA for å unnslippe.

litteratur

• G. Robello Samuel: Introduksjon til rotasjonsboring. (Drilling technology series; Segment 1) Petroleum Extension Service, Division of Continuing and Innovative Education, The University of Texas i Austin, Austin, TX, 2014, ISBN 978-0-88698-259-1 .
• Heinrich-Otto Buja: Håndbok for dyp, grunne, geotermiske og horisontale boreteknologi: boringsteknologi i grunnleggende og anvendelse. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-1278-0 , spesielt s. 367-372, 394-407.
• Ödön Alliquander: Moderne rotasjonsboring. 2., helt revidert. og eksp. Ed., Tysk forlegger for grunnleggende industri, Leipzig 1968.
• Springer, FP: Om historien til dypboreteknologi fra lærebøker og spesialbøker , Erdoel-Erdgas- Kohlen ( ISSN  0179-3187 ) Vol. 125, H. 7/8 (2009), s. 308-314.