DK153302B - Et indre roerelement til et dobbeltroers-kerneboreapparat og en fremgangsmaade til dets fremstilling - Google Patents

Description

DK 153302B

'tr'*'·-*?.

Opfindelsen angår et indre rørelement til et dobbeltrørs-kerne-boreapparat, hvilket element består af et rørstykke, som har et i hovedsagen konstant tværsnit, er fremstillet af et synte- 5 tisk harpiksmateriale og er ved enderne forsynet med nipler eller koblingsorganer til brug ved dets sammenføjning med andre indre rørelementer.

Opfindelsen angår tillige en fremgangsmåde til fremstillingen af Indre rørelementer, ved hvilken harpiksbelagt fibermateri-10 ale vikles på en roterende cylindrisk dorn og harpiksen hær des.

Kerneboreapparater, som er forsynet med to koaksiale rør, er almindelig anvendt inden for mine- eller olieboringsindustrien til optagning af prøver af geologiske lag, som gen-15 nemskæres af kerneapparatet. Sådanne apparater omfatter dels et ydre rør, som består af et ydre sæt af hule stænger, der bærer en borekrone,og dels et indre sæt af hule stænger, som i længderetningen er fastlåst ved den ene af deres ender til det ydre rør, som kan rotere omkring det 20 indre rør, som ved dets anden ende er forsynet med en kerneudtrækningsmuffe. Det indre rør er i hovedsagen fremstillet af stål.

U.S.A, patentskrift nr. 3.092.192 viser et kemeboreapparat, der omfatter et ydre rør, som er fremstillet af stål, og 25 et indre rør, som også er fremstillet af stål og eventuelt omfatter to halvrørformede dele, såvel som et tredje koak-sialt rør, som fuldstændigt er fremstillet af syntetisk harpiks og anvendt til indeslutning og beskyttelse af en prøvekerne.

30 Disse tre-rørsapparater, som normalt kaldes "liners", er uhåndterlige. Tilstedeværelsen af et tredje rør, som er fremstillet af syntetisk harpiks, reducerer tværsnittet

DK 153302B

2 af den del af kemeboreapparatet, som er tilgængelig til opsamlingen af kernen. Resultaterne af analyser, der er fremstillet under en mine- eller olieboring, er alle jo mere nøjagtige desto større kernens tværsnit er. Derudover er fremstillingen af 5 triplerørs-kerneboreapparater vanskelig, da dimensionerne af disse apparater skal være tilpasset til dimensionerne af det rør, der er fremstillet af syntetisk harpiks og omvendt. Fremstillingstolerancerne er strenge, da røret, som er fremstillet af syntetisk harpiks, skal passe tæt sammen med det 10 indre rør, fremstillet af stål.

U.S.A. patentskrift nr. 3.874.465 viser et kerneboreapparat, som omfatter tre koaksiale rør, og som er magen til det ovenfor beskrevne·apparat, bortset fra, at det indre rør er fremstillet af to halvrørformede dele fremstillet af 15 syntetisk harpiks forstærket med glasfibre. Den indre over flade af de halvrørformede dele er dækket med et yderligere rør fremstillet af syntetisk gummi.

Triplerørs-kerneapparatet ifølge U.S.A. patentskrift nr. 3.874.465, som omfatter et rør fremstillet af syntetisk 20 harpiks, er også uhåndterlig og muliggør kun opsamlingen af en kerne, som har et mindre tværsnit end en kerne, der opnås ved hjælp af et dobbeltrørs-kerneboreapparat, når begge apparater har samme ydre diameter.

Fremstillingen af et kerneboreapparat ifølge U.S.A. patent-25 skrift nr. 3.874.465, som omfatter et rør fremstillet af syntetisk harpiks, er også vanskelig. Under et første trin skal der fremstilles . et rør af syntetisk harpiks forstærket med glasfibre. Dette rør skal derefter deles i langsgående retning ved hjælp af en 30 sav, så at de to halvrørformede dele dannes. Når dette rør gennemsaves, dannes der uundgåeligt en sky af syntetisk harpiksstøv ladet med fine partikler af glasfibre. Dette støv irriterer åndedrætssystemet og giver anledning til 3

DK 153302B

kløe på kroppen. Derudover anses glasfiberpartiklerne for at være cancerfremkaldende.

® Det ovenfor beskrevne kendte kemeboreapparathar også en svag modstandsdygtighed over for sprængning eller revnedannelse.

De kerner, der opsamles under dybe boringer fra geologiske lag, som har et betydeligt indhold af flygtige elementer, indeholder occluderede eller adsorberede gasser, som er udsat for betydelige tryk, som keméboreapparatetsindre rør skal modstå, når røret trækkes ud igen. Såsnart som kerneboreappara-tet på ny befinder sig uden for brønden, fjernes borekernen ved at løsne og fjerne de halvrørformede elementer. Sidst-15 nævnte indeholder en gummimuffe, som bliver deformeret og slipper gasserne løs. Denne gummimuffe beskytter kernen over for enhver form for ødelæggelse, men tillader ikke tilbageholdelsen af alle flygtige materialer i kernen.

20

Formålet med opfindelsen er at undgå de ovenfor beskrevne ulemper samtidigt med, at der tilvejebringes en perfekt beskyttelse af borekernerne og en let håndtering af disse.

Dette opnås med et indre rørelement af den indledningsvis 25 nævnte art, hvilket rørelement er ejendommeligt ved, at rør stykket fuldstændigt er fremstillet af et harpiksmateriale, som er forstærket med fibre, og at rørstykket ved hvert af dets ender overlapper en del af niplerne, som har en ru overflade, der griber fat i fibrene.

30

Ifølge en udførelsesform for opfindelsen kan fibrene være snoede eller tvundne og niplerne have en overflade, der er forsynet med en mængde ribber eller korrugeringer til fastgribning af de snoede fibre.

35 I endnu en udførelsesform for opfindelsen kan de snoede fibre foreligge i form af baner og niplerne hver have en ring, som er forsynet med en rouletteret overflade til fastgribning af fiberbanerne.

DK 153302B

Niplerne kan ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt være stålnip-5 ler, som strækker sig koaksialt med rørstykket ved hver ende heraf og er således indlejret i rørstykket, at den indre diameter af den del, der overlappes af rørstykket, er lig med rørstykkets indre diameter.

10

Selve rørstykket er fortrinsvis fremstillet af epoxyharpiks, som fortrinsvis er forstærket med baner af glasfibre.

Opfindelsen angår som anført også en fremgangsmåde til fremstilling af det indre rørelement, hvilken fremgangsmåde er 15 ejendommelig ved, at to nipler eller koblingsorganer placeres på dornen med en forudbestemt indbyrdes afstand, som svarer til det rørelement, der skal fremstilles, at en del af niplerne har en indre diameter, som i alt væsentligt er identisk med 20 dornens diameter, samt' har en ru overflade, og at harpiksbelagte fibre vikles på spiralformet måde omkring den cylindriske dorn, så at de overlapper den ru del af niplerne.

Ifølge et træk ved fremgangsmåden kan fibrene vikles i form af 25 snoede eller tvundne fiberbaner, som krydser hinanden, så at krydsningsvinklen ligger imellem 40 og 60°.

I en særlig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge op- findelsen kan placeres to stålnipler eller koblingsorganer, 30 som hver er forsynet med en gribering og har en indre diameter, der er i hovedsagen lig med diameteren af dornen, og en ydre riflet eller rouletteret over flade, placeres uden på dornen med en forudbestemt indbyrdes afstand, og baner 35 5 DK 153302 B ; af fibre belagt med syntetisk harpiks kan vikles spiralformet g på dornen og på hver af ringene på de indbyrdes adskilte nipler.

Overraskende har det vist sig, at de indre rørelementer ifølge opfindelsen har en revne-, bøjnings- og trækstyrke, som er ret 10 sammenlignelig med den styrke, der gælder for et indre rør fremstillet af stål til trods for de høje temperaturer, som forekommer i borebrønde, hvori kerneboreapparaterne anvendes.

Andre træk og detaljer ved opfindelsen vil blive beskrevet nedenfor under henvisning til tegningen, som skematisk viser en 15 udførelsesform for et indre rørelement ifølge opfindelsen, og som illustrerer fremgangsmåden til fremstillingen af et indre rørelement. Nærmere bestemt viser: 2Q fig. 1 et langsgående snit igennem et indre rørelement ifølge opfindelsen forsynet med tilspidsede og gevindskår-ne koblingsorganer eller nipler, fig. 2 en perspektivisk afbildning af et rørstykke, som 25 indeholder en kernedel, fig. 3 en perspektivisk afbildning af en maskine til fremstillingen af et indre rørelement ifølge opfindelsen, 3Q fig. 4 et langsgående snit igennem et rørelement, medens det fremstilles i den i fig. 3 viste maskine, fig. 5 et langsgående snit magen til fig. 4, og som viser hele det fremstillede rørelement, og 35 fig. 6 et langsgående snit igennem et dobbeltrørs-kerneboreappa-rat, som omfatter et indre rørelement ifølge opfindelsen.

6

DK 153302B

I disse figurer anvendes samme henvisningstal til at betegne samme eller lignende dele.

Det i fig. 1 viste indre rørelement 1 til et dobbeltrørs-kerne-boreapparat ifølge opfindelsen består af et stift rørstyk-5 ke 2 fremstillet af epoxyharpiks, og ved dets ender forsy net med en gevindskåren indstikskoblingsnippel 3 og en gevindskåret optagekoblingsnippel 4. Begge nipler er fremstillet af stål.

Rørelementets tværsnit er i hovedsagen konstant. Epoxyhar= 10 piksen er forstærket ved hjælp af snoede eller tvundne fibre, fortrinsvis glasfibre. Rørelementet 1 overlapper ved hver af dets ender en del af stålniplerne 3, 4, som har en ru overflade 6, som griber fat i de snoede fibre. De snoede fibre 5 foreligger fortrinsvis i form af baner. Nip-15 lerne 3, 4 har en rouletteret eller riflet ring 13.

Stålniplerne 3, 4 strækker sig koaksialt med rørelementet 1 ved hver sin ende af dette. Niplerne 3, 4 er indlejret i rørelementet 1, så at den indre diameter af den nippel-del, der overlappes af rørelementet, er lig med den indre 20 diameter af elementet.

Såsnart kemeboreapparatet er genindvundet uden behov for at fjerne den opsamlede kerne fra de halvrørformede hylstre, overskæres det indre rørelement 1, som indeholder den opsamlede kerne, i sektioner 7 af en passende længde ved hjælp 25 af et værktøj, som ikke er uhåndterligt, og som f.eks. kan være en bærbar cirkulær sav 8 (fig. 2).

Sektionerne 7 af det indre rør 1 kan anvendes som kernebokse til transport og opbevaring af kernerne, både før og efter den langsgående deling af sektionerne 7.

30 Til dette formål kan det indre rørs 1 sektioner 7 lukkes

DK 153302B

7 ved enderne ved hjælp af hætter 9.

Den i fig. 3 viste maskine, som er forsynet med det generelle henvisningstal 10, anvendes til fremstillingen af det indre rørelement ifølge opfindelsen. Denne maskine omfat-5 ter en dorn 11, som kan rotere omkring sin langsgående ak se I-I1. Denne dorn 11 drejes rundt ved hjælp af et tandhjulsdrev 12.

På dornen 11 anbringes der med en forudbestemt indbyrdes afstand, som svarer til den ønskede længde af rørstykket 10 eller -elementet, en indstikskoblingsnippel 3 og en optage- koblingsnippel 4, som hver omfatter en gribering 13, som har en indvendig diameter, der i alt væsentlig er lig med dornens 11 diameter, samt en ydre overflade 14, der er forsynet med korrugeringer (en rouletteret overflade). Disse 15 ringe 13 vender hen imod hinanden på dornen, således som det fremgår af fig. 3.

Korrugeringernes eller rouletteringernes 15 riller svarer til diameteren af de snoede eller tvundne fibre 16, som på spiralformet måde vikles på dornen 11 til forstærkning 20 af det indre rørelements 1 legeme. De snoede fibre 16 er fremstillet af en mængde af strenge af glasfibre. Fibrene anvendes i form af vævede eller ikke-vævede baner 17, som imprægneres med en epoxyharpiks i et harpiksbad 18. Fiberbanerne vikles derpå på spiralformet måde op på maskinens 25 dorn 11, så at der opnås overlejrede homogene banelag, som krydser hinanden med en vinkel a, der ligger imellem ca.

40 og 60°. Fiberbanerne 17 styres ved hjælp af en slæde 19. Med fordel anvendes der en epoxyharpiks, som tilberedes af ethylenoxid eller epichlorhydrin og bisphenol A.

30 Krydsningsvinklen er bestemmende for rørelementets 1 træk styrke og modstandsstyrke over for revnedannelse eller sprængning. Jo større krydsningsvinklen ér, desto stærkere DK 153302 B ' 8 vil trækstyrken blive, men desto mindre vil også revnestyrken blive.

Til et indre rørelement, som har en gennemsnitlig diameter på 12 cm, vælges der fortrinsvis en krydsningsvinkel på 5 ca. 55°. En sådan vinkel giver en modstandsevne over for trækkræfter på mere end 3000 kg.

For at fremme hærdningen af epoxyharpiksen, sprøjtes der med regelmæssige mellemrum et hærdningsmiddel, såsom en vandig opløsning af peroxid ud over rørelementets 1 over-10 flade under fremstillingen heraf. Fiberbanerne 17 vikles således på dornen 11, at koblingsniplernes 3, 4 rouletterede ringe 13 dækkes, så at niplerne indlejres solidt i rørelementets 1 ‘krop, således som vist i fig. 5.

Da glasfiberbanerne 17 har en meget høj trækstyrke, til-15 deler de rørelementerne 1 en modstandsstyrke, som er sammenlignelig med den, der gælder for et stålrør, ikke blot i henseende til revnedannelse og knusning eller sammenklapning, men også i henseende til trækstyrke.

Under genindvindingen af kemeboreapparabst er dets indre rør 20 undertiden udsat for meget høje tryk.

Den trækkraft, der skal udøves af et kerneboreapparat 20, som er vist i fig. 6, for at adskille en kerne, der er opsamlet i et klippelag, kan være meget betydelig. Til dette formål hæves hele kerneboreajjHratet 20 inklusive det indre 25 rør 1 og det ydre rør 21. Medens det ydre stålrør 21 hæves frit uden at blive deformeret, er det indre rør 1 fastlåst ved den ene ende ved hjælp af en kerneudtrækningsmuffe 22 ved den nedre ende af kemeboreapparabst. Da det indre rør 1 er fastgjort til det ydre rør 21 ved dets anden ende ved 30 hjælp af en klinke (ikke vist) , er det indre rør 1 udsat for en betydelig trækkraft og strækkes herved uundgåeligt 9

DK 153302 B

over en længde, der svarer til den af stand, (fer finte inellan temeud-trækningsmuffen 22 og borekronen 23, for muliggørelse af strømningen af et borefluidum.

Når det strækkes, bevirker det indre rør 1, at kerneud-5 trækningsmuffen 22 lægger sig an imod en skulder 24 på borekronen 23. Det ydre rør 21, som er fuldstændigt fremstillet af stål, kan overføre betydelig større trækkræfter til borekronen end det indre rør 1.

De betydelige trækkræfter, der skal anvendes til at løsgøre 10 kernen fra kerneudtrækningsmuffen 22, overføres til kernen via skulderen 24, som opretholdes fast i forhold til det ydre rør 21.

Forlængelsen eller strækningen af det indre rør svarer normalt til afstanden imellem kerneudtrækningsmuffen 22 og 15 skulderen 24 på borekronen 23. Denne afstand er nødvendig for at muliggøre, at borefluidum kan strømme ned til borekronen .

Som følge af, at koblingsniplerne 3, 4 af normal størrelse (101,6 mm) er forankret til de snoede glasfibre, er de i 20 stand til at modstå sådanne enorme trækkræfter på fra 3 til 10 ton, som kan forekomme i dybe boringer, uden fare for overrivning eller deformation til trods for de høje temperaturer, der hersker i de brønde, hvori disse rør anvendes. Disse temperaturer kan nå 80°C ved en boringsdybde 25 på ca. 2000 m og højere end 100°C ved en boredybde på ca.

3000 m.

Den syntetiske harpiks, som er forstærket ved hjælp af glasfibre, har et lille Young-modul i sammenligning med stål. Når der anvendes et indre rørelement, som er frem-30 stillet af syntetisk harpiks, vil røret, der er udsat for en betydelig trækkraft, blive deformeret lang tid før de

DK 153302B

ίο gevindskårne stålkoblingsnipler, hvorfor sidstnævnte ikke beskadiges og kan anvendes igen.

Til dette formål fjernes stålniplerne 3, 4 ved at dele rørelementet, når dette er blevet hævet op sammen med kernen, 5 når kerneboreapparatet ér blevet'genindvundet.

De harpiksrester, som stadigvæk klæber fast til niplerne, fjernes ved opvarmning, og niplerne er derpå klar til brug igen.

De indre rørelementer ifølge opfindelsen har følgende for-10 dele: - ingen korrosionsproblemer} - øget homogenitet med hensyn til rørenes modstandsdygtighed} - mulighed for transport af en uændret kerne, således som 15 den er blevet opsamlet} - let fremstilling: Rørelementernes indre diameter svarer til dornens diameter, medens den ydre diameter kan variere inden for meget brede grænser, da denne ydre diameter kun er underkastet den ene begrænsning, nemlig, at 20 den skal tillade tilstrækkelig plads til strømningen af borevæsken} - mulighed for langsgående og tværgående skæring af kernerøret på stedet med henblik på en øjeblikkelig analyse foretaget af geologerne} 25 - brug af bærebare værktøjer} - mulighed for genvinding af niplerne, når der anvendes stålkoblingsnipler.

30

Claims (15)

1. Et indre rørelement til et dobbeltrørs-kernebore- apparat,’ hvilket element består af et rørstykke, som har et i hovedsagen konstant tværsnit, er fremstillet af syntetisk harpiksmateriale og er ved enderne forsynet med 5 nipler eller koblingsorganer til brug ved dets sammenføj ning med et andet rørelement, kendetegnet ved, at rørstykket er fremstillet fuldstændigt af et harpiksmateriale, som er forstærket med fibre, og at rørstykket ved hvert af dets ender overlapper en del af niplerne, som 10 har en ru overflade, som griber fat i fibrene.

2. Indre rørelement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fibrene er snoede eller tvundne, og at niplerne har en overflade, der er forsynet med en mængde ribber eller korrugeringer til fastgribning af de snoede fibre.

3. Indre rørelement ifølge krav 2,kendetegnet véd, at de snoede fibre foreligger i form af baner, og at niplerne hver har en ring, som er forsynet med en rouletteret overflade til fastgribning af fiberbanerne.

4. Indre rørelement ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at niplerne er stålnipler, som strækker sig koaksialt med .rørstykket ved hver ende heraf og er indlejret i det pågældende rør, så at den indre diameter af den del af niplerne, der overlappes af røret, er lig med den indre diameter af rørstykket.

5. Indre rørelement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det er fremstillet af epoxyharpiks forstærket med glasfibre.

6. Indre rørelement ifølge krav 5, kendetegnet ved, at epoxyharpiksen er fremstillet af ethylenoxid og DK 153302 B . 12 bisphenol A.

7. Indre Tørelement ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det er fremstillet af epoxyharpiks, forstærket med glasfiberbaner.

8. Indre rørelement ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det har flere glasfiberbaner, som krydser hinanden.

9. Fremgangsmåde til fremstilling af et indre rørelement ifølge et eller flere af kravene 1-8, ved hvilken harpiksbelagt fibermateriale vikles på en roterende cylindrisk dorn, og 10 harpiksen hærdes, kendetegnet ved, at to nipler el ler koblingsorganer placeres på dornen med en forudbestemt indbyrdes afstand, som svarer til det rørelement, der skal fremstilles, at en del af niplerne har en indre diameter, som i alt væsentligt er identisk med dornens diameter samt har en 15 ru overflade, og at harpiksbelagte fibre vikles på spiralfor met måde omkring den cylindriske dorn, så at de overlapper den ru del af niplerne.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at fibrene vikles i form af snoede eller tvundne fiber-20 baner, som krydser hinanden, så at krydsningsvinklen ligger imellem 40 og 60°.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at to stålnipler eller koblingsorganer, som hver er forsyn net med en gribering og har en indre diameter, som i alt 25 væsentlig er lig med diameteren på dornen, og en ydre riflet eller rouletteret overflade, placeres på dornen med en forudbestemt indbyrdes afstand, og at baner af fibre belagt med syntetisk harpiks vikles på spiralformet måde på dornen og på hver af ringene på de indbyrdes ad-30 skilte nipler. 13 DK 153302B

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kende tegg net ved, at fiberbanerne fremstilles af glasfibre og krydser hinanden med en vinkel, der ligger imellem 40 og 60°. 5

13. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at glasfibrene belægges med en epoxyharpiks ved dypning i et harpiksbad. 10

14. Fremgangsmåde ifølge krav 13,kendetegnet ved, at et hærdningsmiddel for epoxyharpiksen sprøjtes ud over overfladen af rørelementet under dettes fremstilling. 15

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14,kende tegnet ved, at en vandig opløsning af et peroxid anvendes som hærdningsraiddel for epoxyharpiksen. 20 25 30 35