NL7907657A - Inrichting voor het meten van spanningen die uit- geoefend worden op een in bedrijf zijnd boorgarnituur. - Google Patents

Description

t i 793471/Ke/cd •1 m

Aanvraagster: HTSTITUT 2RAIÏCAIS W PSÏSOLE, te Sueil-Malmaison, frankrijk

Titel; Inrichting voor het meten van spanningen die uitgeoefend vorden op een in bedrijf zijnd boorgarnituur*

Poor Aanvraagster vorden als uitvinders genoemd;

Hebert PBSBBAOBS en Pierre GEOLET·

Se uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van de spanningen die uitgeoefend vorden op een in bedrijf zijnd boorgamituur, d*w<>Zo op het geheel dat zich op de bodem van de geboorde put bevindt en dat omvat de boor, eventueel de grond· 5 motor die zich daarboven bevindt, en de stangentrein·

Inrichtingen van dit type zijn bekend uit het franse octroorschrift 2·041 *542 en het Amerikaanse octrooischrift 3*855°853<>

Deze inrichtingen omvatten middelen voor het meten die ge· voxmd vorden door rekstrookjee, welke bevestigd zijn op tenminste 10 één orgaan dat elastisch vervormbaar is onder invloed van de spanningen, testlichaam genaamd (een metalen mof met een betrekkelijk geringe dikte), tussen twee leidingen die respektievelijk aangesloten zijn op een bovenste deel en op een onderste deel van het boorgamituur· 15 Sen mof die vast verbonden is met één van deze leidingen beschermt het vervormbare orgaan tegen de radiale druk, en beveili-gingsmiddelen begrenzen de relatieve verplaatsing van de leidingen onder invloed van de op het boorgamituur uitgeoefende spanningen, om vervorming of druk te voorkomen van het vervormbare orgaan onder 20 invloed van een kortstondige toename van de uitgeoefende spanningen·

Deze oudere inrichtingen staan niettemin onder invloed van aanzienlijke langsspanningen als gevolg van de hydrostatische druk van de boorvloeistof en een zwabbereffekt als gevolg van de versmalling van de stromingsdoorsnede van de boorvloeistof (bodemef-25 fekt).

Als bijvoorbeeld in een gereedschap met nominale middellijn van ongeveer 24 cm (9,5 duim) geen enkele voorzorg wordt genomen om deze effekten te voorkomen, kan men bij een hydrostatische druk van 600 bar een axiale drokkracht van 10 ton hebben op het 790 76 57 _ 2 _ * * * testlichaam, terwijl men krachten wil meten tussen O en 40 ton· Zo kan ook de kracht als gevolg van het bodemeffekt, wanneer er een differentiële druk van 200 bar wordt uitgeoefend tussen het inwendige van het werktuig en de omgeving, een axiale trekkrachtwaarde bereiken 5 van 20 ton of een axiale drukkracht van 20 ton als de uitwendige druk groter is dan de inwendige druk van 200 bar.

De door het testlichaam onder deze omstandigheden uitgevoerde metingen moeten worden gecorrigeerd met waarden die veel groter zijn dan het meetgebied, Deze correcties kunnen slechts worden gemaakt 10 als de drukken nauwkeurig bekend zijn, en anders kan geen enkele geldige meting worden verricht·

De uitvinding beoogt dan ook een meetinrichting van het genoemde type te verschaffen die niet onder invloed staat van langs-spanningen als gevolg van de hydrostatische druk en het bodemeffekt· 15 Op deze wijze wordt het door de uitvinding mogelijk om de nuttige dwarsdoorsnede van het testlichaam tot een minimum terug te brengen teneinde een maximale belasting van de meetontvangers te verkrijgen en aldus de maximale gevoeligheid·

De wijze waarop het gestelde doel volgens de uitvinding word ; 20 bereikt is omschreven in de bij gevoegde conclusies en wordt hierna toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening· 3?ig. 1 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding.

S*ig· 2 toont, in een gedeeltelijke afbeelding, een variant 25 van deze uitvoeringsvorm, ]?ig. 5 toont een andere uitvoeringsvorm die speciaal geschikt is voor boorgarnituren met kleine middellijn· in fig. 1, waarin links het bovenste gedeelte en rechts het onderste gedeelte is weergegeven van een eerste uitvoeringsvorm van 30 de uitvinding, is door 1 een orgaan aangeduid dat vervormbaar is onde:? invloed van de op de boorleiding uitgeoefende krachten, welk orgaan bijvoorbeeld wordt gevormd door een metalen buis waarvan tenminste iêi. gedeelte (gedeelte 1a in fig» 1) een kleinere dikte heeft, zodat het relatief vervormbaar is onder invloed van de trek-, druk- en/of tor-35 siekrachten die op het boorgarnituur worden uitgeoefend· 790 7 6 57 t * -3 -

Se vervormingen van dit orgaan kunnen worden waargenomen door rekstrookjes 2 die van een bekend type kunnen zijn, bijvoorbeeld bestaande uit strookjes die evenwijdig aan de as van de inrichting zijn geplaatst voor het meten van trek- en drukkrachten, en strookjes die 3 daar dwars opstaan voor het meten van torsiekrachten« Seze strookjes zijn elektrisch bij 3 verbonden met elektronische ketens 4 waarop ook andere ontvangers zijn aangesloten die andere parameters meten op de bodem van de geboorde put, bijvoorbeeld de ontvanger 5 die de temperatuur meet en de ontvangers 6a en 6b die respektievelijk de druk meten 10 buiten en binnen het boorgamituur. Se metingen van deze verschillende ontvangers worden van de leidingen 4 naar de oppervlakte doorgegeven door middel van de kabel ^ die verbonden is met een coaxiale steker 8·

In het geval waarin de boorleiding een flexiebele leiding is, 13 waarin geleiders zijn opgenamen voor de overdracht van informatie, kan de steker 8 aangesloten zijn op tenminste één van die geleiders.

Se inrichting kan ook verbonden worden met een systeem van overbrenging door drukpulsen in de boorvloeistof, of met een ander systeem voor de overbrenging van informatie. In dat geval wordt de 2q informatie door geschikte elektronische ketens behandeld om hem geschikt te maken voor het systeem van overbrenging.

Se voeding van elektrische ketens 4 met elektrische energie kan plaatsvinden vanuit batterijen op de bodem of door middel van geleiders die met de oppervlakte van de geboorde put zijn verbonden, 25 of men kan energie aan de inrichting toevoeren door het transmissiesysteem.

Het vervormbare orgaan 1 verbindt twee naast elkaar liggende leidingen 9 en 10 waaraan het bijvoorbeeld bevestigd is met pennen 11 en 12. Hen buitenmof 14» die vast met de leiding 10 verbonden is door een of ander geschikt middel zoals pennen 15 en een moer 15a, beschermt het vervormbare orgaan 1 tegen de radiale uitwendige druk. Se leiding 9 is met het draad $a aangesloten op een onderste stuk van het boorgamituur en een kap 14a voor de mof, die vast verbonden is met de leiding 10, is met draad 140 aangesloten op een bovenste deel 33 van het garnituur. Se boorvloeistof kan stromen in de leidingen 9 en To (zie de ni.il^. door kanalen zoals het kanaal 15 dat aangebracht is_ 790 7 6 57 r * - 4 _ \ in de leiding 10o 3)oor afdichtingsringen wordt de boorvloeistof geïsoleerd van het gedeelte 1a met kleine dikte van het vervormbare orgaan 1.

Beveiligingsmiddelen begrenzen de uitslag van de relatieve 5 verplaatsing van de leidingen 9 en 10 onder invloed van de op het boorgamituur uitgeoefende krachten, om breuk te voorkomen van het vervormbare orgaan 1, welke breuk zou kunnen ontstaan door per ongeluk hoge waarden van de krachten (boven het meetgebied)·

In de getekende uitvoeringsvoorbeelden worden deze beveili-10 gingsmiddelen gevormd door rollen 16, 17 die bevestigd zijn aan een eindstuk 14b van de mof 14 en die steken door gaten of spleten 16a over een groef 17a, die allemaal aan de erdoor heen lopende rollen een speling geven die beperkt ia^fcenminste één richting (de gaten kunnen rond zijn, met een grotere middellijn dan die van derollen 16 en 17, 19 of ovaal gemaakt in één richting)»

Door deze middelen kan het orgaan vervormingen ondergaan die begrensd zijn in verschillende richtingen overeenkomend met de verschillende spanningen (trek, druk, torsie) die op het boorgamituur werkzaam zijn· 20 Wanneer de voor het orgaan 1 vastgestelde vervormingsgrens is bereikt kan minstens één van de rollen 16, 17 aan te liggen tegen de rand van een gat waarvan het profiel bepaald is in afhankelijkheid van de grenswaarde die toe gel aten is voor de vervorming van het gevoelige element onder invloed van de krachten in elke richting daar- 25 van·

Deze grens zal bijvoorbeeld worden vastgelegd op 40 ton voor trekkrachten en op 1000 m kg voor torsiekoppels die op het boorgamituur werkzaam zijn, waarbij deze waarden uiteraard slechts worden vermeld bij wijze van orde van grootte· 30 Wanneer de grens is bereikt neemt de leiding 9 een deel op van de krachten die anders alleen op het vervormbare orgaan 1 terecht zouden komen·

Ex kunnen andere veiligheidsmiddelen worden gebruikt om het vervormbare orgaan 1 met een beperkte speling te verbinden met de lei-33 ding 9i bijvoorbeeld complementaire vierkante schroefdraad met een 7 .Q 0 7 fi 57 - 5- t * zekere onderlinge speling.

In de verschillende weergegeven uitvoeringsvormen vertoont de leiding 9 ia de huurt van het uiteinde 18 van de leiding 10 een eerste gedeelte met eén cilindrische wand die in hoofdzaak dezelfde 5 uitwendige middellijn heeft(overeenkomend met de doorsnede S-j) als de leiding 10 in de huurt van het uiteinde 18 (doorsnede SQ van de leiding 10).

Door deze gelijkheid van de dwarsdoorsnede worden axiale krachten voorkomen die zouden kunnen ontstaan uit de hydrostatische 10 druk die werkzaam, is op de aan elkaar grenzende uiteinden van de leidingen 9 en 10 «ran de inrichting. Eet volume 1a dat onder invloed staat van de atmosferische druk waarin zich de elektronische ketens 4 bevinden en het testlichaam 1, bezit geen enkele dwarsdoorsnede die blootstaat aan de hydrostatische druk, waardoor in elk geval elk zuigsr-15 of vijzeleffekt wordt voorkomen. Be radiale drukkrachten worden opgenomen door de cilindrische delen van de onderdelen 1,9 >10» 14 ast de axiale drukkrachten door de doorsnede ter plaatse van de moer 15a bovenaan en door de ringvormige wand 20 onderaan, welke delen allemaal vast verbonden zijn met hetzelfde onderdeel 14« Terder voorkomt de 20 inrichting volgens de uitvinding elke invloed opde metingen van het orgaan door de onvermijdelijke verkleining van èe stromingsdoorsnede aan het ondereinde van het boorgamituur waarmee de boor is verbonden en eventueel een grondmotor voor de aandrijving daarvan, welke verkleining van de dwarsdoorsnede normaal (rekening houdend met het druk · 25 verschil tussen het inwendige en de omgeving van het boorgamituur) tot uiting komt in een naar beneden gerichte axiale druk, die volgens de uitvinding opgevangen wordt op de hierna te beschrijven manier.

Be mof Η vormt met de leiding 9 de zijwanden van een ringvormige ruimte die begrensd wordt door twee ringvormige elementen 20 30 en 21 die de eindwanden van deze ringvormige ruimte vormen.

Eén van de elementen, het element 20, bevindt zich ter hoogte van het eerste cilindrische deel 19 van de leiding 9» sa het andere, het element 21, bevindt zich ter plaatse van een tweede cilin·· drische wandgedeelte 22 met een uitwendige doorsnede Sg van de lei-25 ding 9« 790 7 6 57 -6 - * 1 * let ringvormige element 20 is aan de mof 14 bevestigd bij 23 on maakt het mogelijk dat het eerste gedeelte van de buitenwand 19 van de leiding 9 zich verplaatste let ringvormige element 21 is aan de mof 14 bevestigd met het 5 schroefdraad 24 en maakt verplaatsing van het tweede buitenwandge-deelte 22 van de leiding 9 mogelijke

In de in fig» 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is de ringvormige ruimte tussen de elementen 20 en 21 door de ringvormige zuiger 23 verdeeld in een eerste ringvormige kamer 26 die in verbinding staat 10 met de omgeving van het boorgamituur via tenminste één opening 27, ei een tweede ringvormige kamer 28 die in verbinding staat met het inwendige van het garnituur via tenminste één opening 29»

In het in fig0 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is de ringvormige zuiger 25 met de leiding 9 verbonden door draad 23a en kan hi) 15 op af dichtende wijze glijden binnen de mof 14·

Terder is, wanneer door S de inwendige doorsnede wordt aarnge -duid van de mof 14 ter hoogte van de zuiger 25, het oppervlak s^ » S -S.j van de effektieve dwarsdoorsnede van de eerste ringvormige kamer 26 ter plaatse van het boveneinde van de zuiger 24, door de konstruk-20 tie, in hoofdzaak gelijk aan het oppervlak (S2) van de uitwendige dwarsdoorsnede van het tweede cilindrische wandgedeelte 22 van de leiding 9, terwijl het oppervlak Sg » S - S2 van de effektieve dwarsdoorsnede van de tweede ringvormige kamer 28 in hoofdzaak gelijk is aan het oppervlak (S^) van de uitwendige dwarsdoorsnede van het eerste 23 cilinderwandgedeelte 19 van de leiding 9«

Deze uitvoering heeft de volgende effekten: Δ 1 geval; De druk binnen het boorgamituur is groter dan de druk Pe buiten dat garnituur»

Rekening houdend met de verkleining van de stromingsdoorsned<» 30 van het boorfluldum onderaan het boorgamituur als gevolg van de aanwezigheid van de boor (waarop zich eventueel een grondmotor bevindt) is een naar beneden gerichte vertikale kracht met een waarde (Pi - Pe) x werkzaam op de leiding 9» 35 Deze kracht wordt tegengewerkt door een naar boven gerichte 790 7 6 57 * *' 1 - 7 - vertik ale kracht met een waarde: (Pi - Pe) x s2 die werkzaam ie op de zuiger 25«

Deze twee op de met elkaar verbonden delen 9 en 23 uitgeoe-5 fende krachten vangen elkaar op, omdat immers s2 - S^« 2* geval: De druk Pe buiten het boorgamituur is groter dan de druk Pi erbimneno

Set gevolg is een naar boven gerichte vertikale kracht met waarde: 10 (Pe - Pi) x S2 die werkzaam is op de leiding 9*

Deze kracht wordt tegengewerkt door een naar beneden gerichte vertikale kracht met een waarde: (Pe « Pi) x s.j 15 die uitgeoefend wordt op de zuiger 23·

Deze twee krachten die uitgeoefend worden op dezelfde met elkaar verbonden delen 9 en 23 vangen elkaar op, omdat immers * S2»

Het de uitvoering volgens fig· 1 is het dus mogelijk om de invloed op het vervormbare orgaan 1 te compenseren van het drukver-20 schil tussen het inwendige en het uitwendige van het boorgamituur·

Sr dient te worden opgemerkt dat in deze uitvoeringsvorm volgens fig» 1 de geleidheid bestaat: + s.j * S2 + Sgo

Pig. 2 toont, in een gedeeltelijke doorsnede, een variant 23 van de vorige uitvoeringsvorm, met een bepaald aantal wijzigingen·

Allereerst zijn de ringvormige elementen 20 en 21 uit de vorige uitvoering vervangen door elementen 20a resp· 21a, die deze mouw vastverbonden zijn met de leiding 9 (met schroefdraad 30 resp,31) en die verplaatsbaar zijn langs de binnenzijde van de mof 14» en ver-30 der is de plaatsing van de ringvormige kamers 25 (in verbinding met het uitwendige van het boorgamituur) en 28 (in verbinding met het inwendige) omgekeerd ten opzichte van de ringvormige zuiger 23· Deze laatste is hier verbonden met de mof 14 en maakt verplaatsing van de leiding 9 mogelijk· 35 Yerder is aan de kant van het element 21a die af gekeerd is 790 76 57 * * — 8 - yan de kamer 26 een ringvormige kamer 32 aangebracht welke lucht bevat bij atmosferische druk, welke kamer begrensd wordt door èen ringvormige zuiger 33 die de scheiding vormt ten opzichte van een andere ringvormige kamer, de kamer 34» die door de opening 33 ia ver-5 binding staat met het uitwendige van het boorgamituuxa

In de in fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm wordt het vervormbare orgaan 1 onttrokken aan de invloed van de hydrostatische druk en van het drukverschil tussen het in- en uitwendige van het bocr-garaituur door de inrichting zo te bouwen dat: 10. S1 - s2 en X Pi &2 x Pi S2 x Pe - 31 2 Pe hetgeen inhoudt:

Si - S2 - si - Sg· 13 Pig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm die zich van die volgens fig. 1 onderscheidt door de verdubbeling van de ringvormige kamers 26 en 28 (de ringvormige kamers 26a en 26b met effektieve ringvormige doorsneden s.j reap, s’^, in verbinding staande met het uitwendige van het boorgarnituur, en ringvormige kamer 28a en 28b met 20 effektieve ringvormige oppervlakken s2 resp. s*2, in verbinding staande met het uitwendige van het garnituur.

De ringvormige kamers 26a en 28a zijn aangebracht aan weerszijden van de zuiger 23, en de ringvormige kamers 26b en 28b zijn aangebracht aan weerszijden van een andere ringvormige zuiger 36, die 25 zich bevindt tussen de rintvormige zuiger 20a en het ringvormige element 21, en met de leiding 9 verbonden door schroefdraad 36a. Sen zuiger 37» die met de mof 14 verbonden is en die de verplaatsing van de leiding 9 mogelijk maakt, scheidt de kamer 28a van de kamer 28b.

In deze uitvoeringsvorm wordt de compensatie van de invloe-30 den van de hydrostatische druk en van het drukverschil tussen het in-en uitwendige van het boorgarnituur verkregen door de inrichting zodanig te construeren dat: s2 * s*2 " S1 .

S1 * S,1 s3* 790 7 6 57 * ί ~ 9 -

Deze uitvoeringsvorm. kan ia bet bijzonder van belang zijn in het geval van boorgarnituren met kleine middellijn, waarbij dan de bovenstaande dubbele voorwaarde gemakkelijker vervuld kan worden dan de twee voorwaardenj 5 Sg » S1 en e^ » Sg in het verband van de uitvoeringsvorm volgens fig· 1 ♦ .Conclusies- * 790 7 6 57

Claims (3)

1. Inrichting voor het meten van de op een boorgamituur uitgeoefende spanningen, omvattend meetmiddelen in combinatie met tenminste één verend orgaan dat verbonden ia met twee aan elkaar grenzende leidingen die re spek tieve lijk aangesloten zijn op een bovenste 5 stuk en op een onderste stuk van het boorgaraituur, waarbij een mof het vervormbare orgaan beschermt tegen uitwendige radiale druk, met het kenmerk, dat de üdingen (9,10) in hoofdzaak dezelfde uitwendige middellijn hebben aan de aan elkaar grenzende einden, en dat de mof (14) en één van de leidingen (9) de buitenwanden vormen 10 van een ringvormige ruimte waarin tenminste een ringvormige tussen-zuiger (25) is ondergebracht, en die wordt begrensd door ringvormige elementen (20,21) die de eindwanden van de ruimte vormen, welke ringvormige elementen (20,21) vast verbonden zijn met een eerste (14) Tan de buitenwanden en verplaatsbaar zijn ten opzichte van de tweede wand 15 (9)> terwijl de zuiger (29) vaat verbonden is met de tweede wand (9) en verplaatsbaar is ten opzichte van de eerste (14), welke zuiger (25) twee ringvormige kamers scheidt waarvan er één (26) in verbinding staat met de ruimte buiten het boorgamituur en de andere (28) met de inwendige ruimte, en waarbij de effektieve ringvormige doorsnede-oppe:e 20 vlakken (s^, 82) van de kamers aan weerszijden van de zuigers (29) als funktie van de waarden (Sg# resp· S^) van de kleinste middellijn van de ringvormige ruimte respektievelijk ter plaatse van de eindwanden (20,21) van die ruimte, zodanig dat in hoofdzaak elke axiale spanning wordt voorkomen die kan ontstaan uit een drukverschil tussen het 25 in- en het uitwendige van het garnituur,

2, Inrichting volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat deze een enkele ringvormige tussenzuiger (25) omvat die tweeaingvormige kamers (26,28) scheidt, waarbij het effektieve dwars-doorsnede-oppervlak (s^ resp. s2) van elk van die kamers (26,28) in 30 de nabijheid van de zuiger (25) gelijk is aan het uitwendige dwars-doorsnede-oppervlak (Sg resp· S^) van de leiding (9) die een buiten- 790 7 6 57 _ 11 _ * ^ wand vormt van de ringvormige ruimte, gemeten ter hoogte van de eind-wand (21 reep· 20) van de ringvormige ruimte die zich bevindt aan de andere zijde van de zuiger (25) ten opzichte van de kamer ¢26,28)·

3« Inrichting volgens conclusie 1, m e t het ken-5 merk, dat deze drie ringvormige tussenzuigers (25,37,36) omvat, die de ringvormige ruimte verdelen in vier ringvormige kamers (26a,28ï, 26b, 28b), waarbij van de twee kamers die zich bevinden aan weerszijdsn van eenzelfde ringvormige zuiger de ene in verbinding staat met de uitwendige, en de andere met de inwendige ruimte van het boorgarni-10 tuur, terwijl de som (s^ + s·^) van de oppervlakten van de effektieve ringvormige doorsneden van de kamers (2a, 26b) die in verbinding staan met de uitwendige ruimte in hoofdzaak gelijk is aan het oppervlak (S^) van de uitwendige dwarsdoorsnede van de leiding (9) die een buitenwand vormt van de ringvormige ruimte, gemeten ter hoogte van 15 de eindwand (21) van die ruimte, welke een ringvormige kamer (28b) begrenst, die in verbinding staat met de inwendige ruimte, en de som (s2 + s ^) van de oppervlakken van de effektieve dwarsdoorsneden van de kamers (28a, 28b) die in verbinding staan met de inwendige ruimte in hoofdzaak gelijk is aan het oppervlak (S^) van de uitwendige dwars-20 doorsnede van de leiding (9) gemeten ter plaatse van de eindwand (20) van de ruimte die een ringvormige kamer (26a) begrenst die in verbinding staat met de uitwendige ruimte van het boorgamituur. 7Qn 7 57