Borrning av djupa och vida hål

Borrning av djupa och vida hål
Seminarium IVA Mars 2007
Gunnar Nord

Djupa och vida hål vad är det?
Håldiameter vid botten av hålet efter inklädnad > 0,5 m
Håldjup upp till 4000 m
Hål med stabila väggar, kräver med största sannolikhet inklädnad
Hålet avviker mindre än 1% från lodlinjen
Inga skarpa korrigeringar av hålriktningen (s.k. doglegs)
Källor
– Baker Huges Dallas, ADS Dallas, SKB-rapporter, AC Secoroc,Interna
konsultationer AC Rock Drills, KTB borrhål Tyskland

Del tekniker att beakta
Borrmaskinen
Spolmedium
Stabilisering av borrhålet & inklädnad ”Casing”
Byte av borr krona och stånglängd & stånghantering
Borrigg storlek och lyftkraft installerad effekt

Vad är borrning?
Krossning och flisbildning av berg inom ett väldefinierat område
Borttransport av borrkax

Borrmetoder
Down-The-Hole
Tophammer
COPROD ®
Rotary

Giltighet för de skilda borrmetoderna
Topp hammar borrning endast för korta hål med liten diameter typisk
spränghåls applikation eller injekterings och bult hål
DTH borrning för längre hål och större håldiametrar vid sprängapplikation
– Spolmedium för spränghål luft men vatten finns också
DTH borrning av stora hål-diameterar
– Håldiameter upp till en meter och mer finns
– Man har inte borrat till aktuella djup med DTH tekniken (ner till 1000m och diameter
0,7 m finns verifierade)
– Spolmedium för grova hål: Luft, Luft vatten blandning, Vatten, Skum , Luftad mud
Rotations borrningstekniken
– Man har kommit långt förbi det aktuella djupet 4000 m med hål dia 0,4 m KTB hål
– Effektiv metod i sedimentära formationer men fungerar bra även hårt kristallint berg
(se Raise boring tekniken)
– Den typiska oljeborrningstekniken

Den borrteknik som erfordras för 4 km djupa
och 0,6 m grova hål finns inte idag!
DTH tekniken hanterar håldimensionen men inte djupet
Rotations tekniken hanterar djupet men inte dimensionen
I båda fallen måste man gå över gränserna av vad vi kan idag
Kanske ser hålet ut som kombination av DTH och Rotationborrning
– DTH sannolikt i de 1-2 övre kilometrarna
– Rotation i de 2-3 undre
– Blandad borrning förekommer i oljeindustrin
– Varför?

Rotationsborrningstekniken med Tricone bits
Traditionella oljeborrningstekniken
– Rotation genom så kallad kelly som sitter i rigg däcket
– Man skarvar i stänger för att nå önskat djup
– För hålrakhet krävs uppstyvning av borrsträngen mot hålväggen
– För för borttransport används en vätska med högre densitet än vatten och
reologiska egenskaper som gör att den föra med sej borrkax
Rotationsborrning med mudmotor
– Vid djupa hål och stor diameter blir det stor påfrestning på borrsträngen
– Man placerar istället borrmotorn längst ned på borrsträngen
– Mudmotorn är en slags omvänd monopump
– Man utrustar nedre del med ett hålrakhetssystem man hävdar att
hålavvkielsen

Conventional Drilling
Definition: Maintaining the hydrostatic pressure of the drilling fluid
between the formation's pore pressure and its fracture pressure.
– The drilling fluid is continuously circulated within the wellbore to control the
formation fluids, transport cuttings to the surface, as a stabilizing agent
within the wellbore, and to lubricate and cool the drill bit.
The fluid is either a water-based or oil-based liquid that varies from 7.8 to 19
pounds per gallon (3.5-8.6 Kg)

Raise boring tekniken

Hålrakhet roterande borrning
För roterande borrning har man tagit fram styrsystem för att hålla rätt
kurs på de vertikala hålen
Det finns inget tillgängligt för så stora håldiametrar som 0,7-0,8 m
Systemet innehåller en registrerande del och en korrigerande del
Energiförsörjning sker med borrvätskan
Hål-noggrannhet man säjer att man klarar 0,5 % vilket på 4000 m
betyder 20 meters avvikelse

Hålrakhetsvertyg från Baker Hughe
Det finns flera leverantörer

DTH borrning av hål med stor diameter
Det finns DTH maskiner för hål diameter upp till 1,2 m
Huvudsakligen för för grunda hål
Man har borrat 1000 m djupa hål med en diameter av 0,7 m
Spolmedium och drivmedium: Luft, Vatten, Vatten och Luft i olika
blandningar, Skum

PCD DTH Bit Nomenclature
– PCD=Polycrystalline Diamond
Enhanced Carbides
– 8-7/8Q8RG12DDY
8-7/8” diameter
Q8 shank
Oil-Gas face
Retrieval head
12 gage inserts
IMPAC elsewhere
– Customer driven configurations
Pictured with gage and second row PCD carbides

DTH hammare modell större
OBS utan borrkronan

Underbalanced Drilling
There are three types of fluids used in
underbalanced drilling:
– Gaseous (Compressible)
– Two-phase
– Liquid (Incompressible)
The fluid type is dictated by the
boundary conditions
Air/Nitrogen are the least invasive and
are the #1 choice for US
underbalanced drillers.

Hålinfordran ”Casing”
Bedömt att osannolikt att klara hålstabilitet utan infordran med sk
casing (stållrör)
Vid förutbestämda håldjup eller vid instabilt hål avbryts borrning
– Hål dimension kontrolleras med caliper
– Casing sänkes hela vägen ned till hålbottem
– Casing arbeten utföres av speciella entreprenörer
– Cement injektering utförs mellan casing och hålvägg och går nerifrån och
upp. Detta har ifrågasatts i detta fall
– Kontakt mellan bentonit och bergvägg önskvärd?
Borrning fortsätts men med en mindre diameter (minskning cirka 3”)
En bedömning är att casing får göras 3 gånger i detta fall

Casing av KTB hålet i Tyskland

Byte av borrkrona och stånglängder
Livslängd på borrkrona av Tricone bit typ bedömt i Skandinaviskt
berg 500 m
Livslängd borrkrona DTH hammare bedömt i Skandinaviskt berg 500
m
Det innebär att oberoende av borrmetod måste man dra upp
strängen åtminstone (4000 / 500-1)=7 gånger och sätta tillbaka den.
Består strängen av 25 m långa bitar blir det i snitt 2000/25=80
stycken på och av skarvningar per kron byte
Varje skarv tar sin utmätta tid och därför blir borrtornen höga för att
minska antalet skarvar

KTB hålet Tyskland
(stulet ur SKB rapport)

Installerad kraft KTB rigg

Tid och Pengar

Slut