Method and system for forming a non-circular borehole

Details Method and system for forming a non-circular borehole Method and system for forming a non-circular borehole

E - Fixed Constructions

21

B

E21B 7/18 (2006.01)

Patent

CA 2647079

System and methods for creating shaped, non-circular boreholes in rocks especially for use with geothermal heat pump applications and for increasing wellbore support in applications such as horizontal oil and gas drilling are described. The systems and methods when applied to geothermal heat pumps create an elliptical shaped hole that is optimized for placing heat transfer tubes with a minimum of grout used. The significantly reduced cross-sectional area of the elliptical borehole also increases the overall drilling rate in rock and especially in hard rocks. In horizontal hard-rock drilling, creation of a horizontal non-circular borehole or modification of a circular borehole to a non-circular geometry is used to stabilize the borehole prior to casing insertion, and may also allow the use of lower mud pressures improving drilling rates. The system uses a non-contacting drilling system which in one embodiment uses a supersonic flame jet drilling system with a movable nozzle that swings between pivot points. In a second embodiment the elliptical shaped hole is created by an abrasive fluid or particle bearing-fluid or air jet drill that moves between pivot points. In another embodiment a non-contacting drill can use dual parallel nutating nozzles that create a pair of overlapping circular holes. The non-circular shaped hole is created by either the high temperature flame or water-particle jet or chemically active fluid jet as it removes rock material by erosion, dissolution and or thermal spalling. Modifications of circular boreholes to a generally elliptical shape can also be done using milling or jetting techniques.

L'invention concerne un système et des procédés permettant de faire des trous de sonde conformés, non circulaires dans la roche, particulièrement adaptés pour des applications de pompage géothermique et pour augmenter le support de puits de forage dans des applications comme le forage de pétrole et de gaz horizontal. Les systèmes et procédés une fois appliqués à des pompes géothermiques créent un trou conformé elliptique qui est optimisé afin de placer des tubes de transfert thermique avec un minimum de produit de scellement utilisé. La zone transversale réduite de manière significative du trou de sonde elliptique augmente également la vitesse de forage globale dans la roche et spécialement dans les roches dures. Dans le forage horizontal de roche dure, la création d'un trou de sonde horizontal non circulaire ou la modification d'un trou de sonde circulaire pour obtenir une géométrie non circulaire sert à stabiliser le trou de sonde avant l'insertion du coffrage, et permet également d'utiliser des pressions de boue moins élevées et donc d'augmenter les vitesses de forage. Le système utilise un système de forage sans contact qui selon un mode de réalisation fait appel à un système de forage à jet de flamme supersonique avec une buse mobile oscillant entre des points pivots. Selon un second mode de réalisation le trou conformé elliptique est créé par un fluide abrasif ou un fluide porteur de particules ou un foret à jet d'air se déplaçant entre des points pivots. Selon un autre mode de réalisation un foret sans contact peut utiliser des buses de nutation parallèles doubles créant une paire de trous circulaires chevauchants. Le trou conformé non circulaire est créé par la flamme haute température, le jet de particules d'eau ou le jet de fluide chimiquement actif en attaquant la roche par érosion, dissolution et/ou effritement thermique. Des modifications des trous de sonde circulaires peuvent également être apportées à une forme généralement elliptique selon des techniques de fraisage ou de jet.

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