NO155819B - Anordning for omkasting av sirkulasjonsretningen til et spylefluid. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for omkasting av sirkulasjonsretningen til et spylefluid, som angitt i in-gressen til det etterfølgende krav 1.

I fransk patentskrift nr. 1 567 862 er beskrevet en lik-nende anordning som omfatter en borkronekropp, minst ett skjærparti som er utformet på nevnte kropp og som utgjør borkronens arbeidsflate, samt organer for i en sone på anordningens kropp å danne et undertrykk i forhold til det trykk som hersker i høyde med skjærpartiet. Sistnevnte står i forbindelse med undertrykksonen gjennom minst én kanal for opphenting av borekutt, idet en utløpskanal for bore- eller spylefluidet strekker seg gjennom undertrykksonen og munner ut i det ringformede rom mellom borestrengen og veggen i borehullet gjennom minst én dyseåpning beliggende utenfor skjærpartiet idet borefluidets strømningshastiget mellom utløpskanalens dyse og borkronens skjærparti er begrenset.

Derved oppnås under normale arbeidsforhold en sentripetalspyling av arbeidsflaten, dvs. en spylefluidstrøm rettet fra borehullveggen mot borehullaksen.

Forsøk har imidlertid vist at det enkelte ganger kan være nødvendig midlertidig å anvende en sentrifugalstrøm av spylefluid, dvs. en strøm rettet fra borehullaksen mot borehullveggen. Dette er f.eks. nødvendig ved boring gjennom et lag inne-holdende en fluid såsom hydrokarboner med et høyere trykk enn det som hersker i høyde med borkronens arbeidsflate, eller også når en lekkasje opptrer i fluidstrømmen gjennom de geo-logiske formasjoner.

I kjente anordninger, f.eks. som beskrevet i US patentskrift nr. 2 805 043 og fransk patentskrift nr. 2 071 262, forskyves et bevegelig element for frilegging av åpninger utformet i veggen til borestrengen, slik at borefluidstrømmen helt eller delvis avledes gjennom disse åpninger. Slike anordninger gjør det mulig å minske, eller også helt å avbryte spy-lingen av borkronen, men tillater ikke omkasting av borefluidets strømningsretning i høyde med borkronen.

Midler for omkasting av borefluidets strømningsretning

er tidligere kjent. En utføringsform av et slikt middel er illustrert i figur 3 i fransk tilleggspatent nr. 2 092 646 til

patent nr. 1 567 862. Slike midler innbefatter vanligvis bruk av en sperreinnretning såsom en kule innført i borestrengen for stengning av en første dyse, og bevirker således, under påvirkning av borefluidet, forskyvningen av et bevegelig element som avdekker eller frilegger en annen dyse gjennom hvilken borefluidet strømmer for spyling av borkronen med motsatt strømningsretning.

Hver gang det er nødvendig å gjenopprette borefluidets opprinnelige strømningsretning, må sperreinnretningen fjernes ved hjelp av et hensiktsmessig fiskeverktøy, eller ved å heve hele borestrengen til overflaten. Slike operasjoner er i alle tilfeller tidkrevende.

Som ytterligere eksempler på kjent teknikk på området

kan nevnes US patentskrifter 3 365 007 og 2 805 043. Ved an-ordningene ifølge disse patentskrifter foregår imidlertid ingen omkasting av spylefluidets sirkulasjonsretning.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en anordning av den innledningsvis nevnte art, som muliggjør hurtig endring av borefluidets sirkulasjonsretning for å skifte fra sentrifugalspyling til sentripetalspyling, hver gang dette er nødvendig under boreoperasjonen, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1.

En fordelaktig utføringsform av oppfinnelsen er angitt i krav 2.

Oppfinnelsen vil bedre forstås og alle dens fordeler frem-gå av følgende beskrivelse i sammenheng med tegningen, hvor: Figur IA til ID viser lengdesnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen anvendt i utstyr for grunnboring, Figur 2 viser profilen til mekanismen som avgrenser den aksielle forskyvning av rørelementet og Figur 3A til 3J illustrerer virkemåten til anordningen ifølge oppfinnelsen. Figur IA til ID viser skjematisk suksessive lengdesnitt av anordningen ifølge oppfinnelsen generelt angitt ved tallet 1. I sitt øvre parti (fig. IA) er anordningen festet til nedre ende av en borestreng 2 ved hjelp av en hensiktsmessig innretning, såsom skruegjenger 3. Ved sin nedre ende (fig. ID) er

omkastingsanordningen 1 forlenget ved en innretning 4 av kjent type, som er istand til å skape et undertrykk i høyde med borkronens skjærflate under boringen, som ovenfor angitt. I nedre ende av anordningen 4 er festet en borkrone utformet med en aksial kanal 6.

Denne borkrone utgjør ingen del av oppfinnelsen og er derfor ikke vist. Bare dens øvre del festet ved hjelp av en gjengeforbindelse med anordningen 4 er vist i figur ID.

Innretningen 4 utgjør ingen del av oppfinnelsen og er skjematisk vist som enkel enhet, men denne innretning kan selv-sagt bestå av flere deler etter behov.

I korthet består denne innretning av en aksial kanal 7

av venturitypen i direkte kommunikasjon med den midtre boring 6 i borkronen. Ved innløpet til venturikanalen danner en dyse

8 en fluidstråle i retning motsatt boreretningen. Samvirkning mellom venturikanalen 7 og dysen 8 skaper et undertrykk som virker gjennom kanalen 6 ved borkronens arbeidsflate som mates med borefluid gjennom ringrommet som avgrenses mellom innretningen 4 og borehullveggen. Ved øvre del av innretningen 4 gir en separator 9 åpning til den midtre del av borefluidstrømmen ut fra venturikanalen 7. Denne del av fluidstrømmen resirku-leres gjennom en kanal 10 (antydet med brutt linje i fig. 1C)

og spyler igjen borkronen 5 som ovenfor antydet. Resten av fluidet, lastet med borekutt, strømmer ut til overflaten gjennom en kanal 11 som munner ut i ringrommet et stykke over kana-lens 10 munning.

Dysen 8 mates med fluid gjennom et ringformet rom 12 utformet i godset til innretningen 4.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en rørformet hoveddel som av konstruksjonsmessige årsaker er sammensatt av flere deler. Langs aksen til hoveddelen 13, 14 er opphengt en stang 15 som er forbundet med hoveddelen ved hjelp av bære-armer 16. I hoveddelens boring er forskyvbart anordnet et stempel 17 som er utstyrt med tetningsringer 18 og har en midtre boring som stangen 15 tettende strekker seg gjennom. Stemplet 17 er forlenget i et rørelement 19 hvis innerdiameter er større enn diameteren til stangen 15 og hvis ytterdiameter avgrenser et ringrom 20 over et parti av boringen i delen 13.

Rørelementets 19 innvendige boring har et parti 21 med innsnevret diameter og stangens 15 frie ende er utstyrt med en sperreinnretning 22 for partiet 21. Denne sperreinnretning 22 består f.eks. av et sylindrisk element som kan innføres

i partiet 21. Partiet 21 og sperreinnretningen 22 utgjør således et middel for stengning eller blokkering av rørelementet 19.

Over sperreinnretningen er rørelementet 19 forsynt med minst én åpning 23 og i delen 14 er utformet et ringformet hulrom 24 som kommuniserer direkte med minst én kanal 25 som i sin nedre ende munner ut i ringrommet 12. Rørelementet 19 er fast rotasjonsmessig forbundet med delen 14, f.eks. ved hjelp av en låseenhet som utgjøres av et spor 26 og en tapp 27, én av hvilke er festet til rørelementet 19 mens den andre er festet til delen 14, eller også ved hjelp av rifler.

Gjennom stempelhodet 17 strekker seg minst én kalibrert kanal 28 gjennom hvilken den innvendige boring i delen 13 kommuniserer med rørelementet 19.

I det ringformede rom 20 er opptatt en mekanisme som be-grenser rørelementets 19 aksielle bevegelser i forhold til hoveddelen 13, 14, samt en kompenserings f jaer 29 som i sin ene ende ligger an mot stemplet 17 og i sin andre ende mot en an-slagsring 30 fast forbundet med delen 13.

Mekanismen for begrensning av rørelementets 19 aksialbeve-gelse omfatter en styretapp 33 forankret i rørelementet 19

og to profilerte ringer 31 og 32 som begge har en aksielt sta-sjonær stilling i forhold til delen 14 om hvilken de kan dreie fritt. Disse ringer er innbyrdes forbundet, f.eks. ved hjelp av en hylse 34 som de på hensiktsmessig måte er festet til.

Figur 2 viser ringenes profil. Den øvre ring 31 har en sagtannprofil med en vegg parallell med ringaksen og en annen vegg som skråner i forhold til denne akse. Tennene 35 har samme høyde og antallet utgjør et partall. Selvom bare fire tenner er vist er utførelsen på ingen måte begrenset til dette antall.

Den andre ring 32 har samme antall identiske tenner 36, men de er gruppert i par adskilt av spor 37 med samme dybde

. og parallelle med ringaksen. Tennenes 36 skråvegger er belig-

gende rett overfor tennenes 35 skråvegger.

Tennene til de to ringer er forsatt, idet tannprofilene samvirker for å danne en kam eller føringsbane slik at styretappen 33 kan forskyves i det gjenværende frie rom.

I anvendelseseksemplet illustrert på tegningen er innret-ningens 4 separator 9 festet til den frie ende av rørelementet 19 som også er forsynt med en åpning 38 hvis hensikt vil frem-gå av følgende beskrivelse av enhetens virkemåte.

Når fluidsirkulasjonen avbrytes holder fjæren 29 stemplet 17 i stillingen vist med brutt linje i fig. IA. Samtidig er styretappen 33 i den øvre stilling vist i fig. 3A hvor den holdes mellom to tenner i ringen 31. Enheten mates så med trykkborefluid som strømmer i retning av pilene F^ (fig. IA). Trykkfallet som oppstår gjennom kalibreringskanalen 28 medfører en trykkforskjell AP mellom oversiden og undersiden av stempelhodet 17 som forskyves nedover fra stillingen vist på fig.

IA mot virkningen av fjæren 29. Styretappen 33 når først stillingen vist i fig. 3B hvor den støter mot skråveggen til tannen på ringen 32. Under sin videre bevegelse nedover vil tappen 33 bevirke en omdreining R, av ringene 31 og 32 og styretappen når sin stilling i figur 3C. Under sin bevegelse medbringer stemplet 17 rørelementet 19 slik at åpningen 23 avdekker ringrommet 24 mens partiet 21 kommer i høyde med sperreinnretningen 22 og åpningen 38 avdekker kanalen 10 (fig. 1C). Anordningen er nå i den stilling som er vist med heltrukken linje i figur IA til ID. Borefluidet strømmer i retning av pilene F^°g F2 gjennom kalibreringsåpningen 28, gjennom boringen i rørelemen-tet 19, så gjennom åpningen 23 og ringrommet 24, inn i kanalen 25 som så leverer fluid til innretningen 4 gjennom ringrommet 12. Fluidstrålen som avgis fra dysen 8 skaper et undertrykk i borkronens midtkanal 6, hvilket medfører at borefluidet strømmer oppaver medbringende borekutt gjennom denne kanalen.

Etter å ha passert gjennom venturikanalen strømmer den borekuttinneholdende del av borefluidet oppover til overflaten gjennom kanalen 11 (fig. 1C), mens den fluiddel som spyler borkronen strømmer gjennom separatoren 9, deretter gjennom åpningen 38 og kanalen 10, før den sørger for sentripetalspyling av borkronen. Trykket i borestrengen ved overflaten har

nå en første verdi P^.

Dersom det er ønskelig å omkaste strømningsretningen til borefluidet i høyde med borkronen, går man frem på følgende måte. Borefluidtilførselen avbrytes og stemplet 17 beveges da oppover under påvirkning av fjæren 29. Under denne aksial-forskyvning når styretappen 33 først skråveggen til en tann på ringen 31 (fig. 3D). Ved videre forskyvning bevirker stemplet en omdreining R- av ringene 31 og 32. Styretappen 33 når sin øverste stilling (fig. 3E) og stemplet 17 er tilbake i sin utgangsstilling. Når tilførselen av borefluid gjenopprettes beveges stemplet 7 igjen nedover fra sin stilling vist på tegningen. Når styretappen 33 når sin stilling på fig. 3F bevirker den en omdreining R, av ringene 31 og 32 (fig. 3G) før den når bunnen av sporet 37 (fig. 3H).

I denne stilling dekker rørelementet 19 fullstendig ringrommet 24 samt innløpsåpningene i kanalene 10 og 11 (stilling vist ved punktstreklinje i fig. 1C). Samtidig er partiet 21 med redusert strømningsdiameter i stillingen vist med strek-punktlinje i figur IB hvor det er helt åpent og frigjort fra sperreinnretningen 22.

Etter å ha forlatt kalibreringskanalen 28 strømmer borefluidet gjennom rørelementet 19 som antydet med strekpunktpilen F, og mater direkte midtkanalen 5 i borkronen gjennom kanalen 7 i innretningen 4, hvilket medfører en sentrifugalspyling av borkronen. Den borekuttinneholdende fluid stiger til overflaten gjennom ringrommet som avgrenses mellom borehullveggen og borestrengen. Under disse arbeidsforhold har trykket i borestrengen en annen verdi P2 forskjellig fra P^.

Dersom borefluidstrømmen igjen avbrytes tvinges stemplet

17 igjen oppover på grunn av fjæren 29, idet styretappen 33 først når stillingen vist i fig. 31 og deretter bevirker en ytterligere omdreining av ringen 31 og 32 (fig. 3J).

Anordningen er da tilbake til sin utgangsstilling hvorfra

borefluidets strømningsretning ved en rekke perioder med fluid-tilførsel fulgt av avbrudd i denne fluidtilførsel, kan omkastes i høyde med borkronen. Stemplet 17, rørelementet 19 og sperreinnretningen 21 - 22 danner således en fordelingsinnretning som kan forskyves i hoveddelens midtre boring under påvirkning

av trykkfluidstrømmen, og som har en første stilling hvor fluidet strømmer ut bare gjennom den midtre boring for å

danne en første arbeidstilstand for anordningen, og en annen stilling hvor fluid strømmer ut bare gjennom kanalen 25 for å danne en annen arbeidstilstand for anordningen, hvilken fordelingsinnretning er istand til alternativt å skifte fra den ene tilstand til den andre som følge av den suksessive virkning av fluidtilførselen og avbrytelse av denne.

I det foregående er anordningen ifølge oppfinnelsen beskrevet ved hjelp av et ikke-begrensende eksempel, i forbindelse med en innretning 4 som skaper et undertrykk. Det er imidlertid også mulig å anvende denne anordning for direkte mating av den ytre boring i en konvensjonell borkrone gjennom boringen i rørelementet 19 og frembringe en sentrifugalspyling av borkronens arbeidsflate, eller for mating av borkronen fra ringrommet som omgir borkronen, ved å åpne kanalen 25 på den ytre vegg til delen 14 slik at denne kanal kommuniserer med ringrommet som avgrenses mellom borestrengen og veggen i borehullet.

Andre endringer kan utføres uten å avvike fra rammen av foreliggende oppfinnelse. F.eks. kan ringene som avgrenser banen eller styrekammen for tappen 33 være utført stasjonære i forhold til anordningens hoveddel, idet tappen da virker til å dreie rørlementet 19. Sperreinnretningen for blokkering av rørlementet kan også utgjøres av et ventillegeme og et ventilsete hvorav det ene er forbundet med stangen 15 og det andre med elementet 19.

Claims (2)

1. Anordning for omkasting av sirkulasjonsretningen til et spylefluid som under trykk mates til en borkrone gjennom en borestreng, omfattende en hoveddel (1) som er innkoplet mellom borestrengen (2) og borkronen (5) og en innretning (4) som er innrettet til å skape et undertrykk i høyde med borkronens skjæreflate, idet borkronen er festet i nedre ende av innretningen (4), en i hoveddelen (1) utformet, sentral boring med en første ende som kommuniserer direkte med borestrengen, en i hoveddelen utformet kanal (25) med en ende som kommuniserer med den sentrale boring, et i den sentrale boring tettende forskyvbart anordnet stempelhode (17) som er forbundet med hoveddelen ved hjelp av en fjærinnretning (29) , et rørelement (19) i forlengelse av stemplet på den side hvor hoveddelen er forbundet med borkronen, hvilket rørelement (19) har en første stilling hvor spylefluidet strømmer ut bare gjennom den sentrale borings andre ende for å frembringe en første spyletilstand for sentrifugalspyling av borkronen, og en annen stilling hvor spylefluidet strømmer ut bare gjennom kanalen (25) for å frembringe en annen spyletilstand for sentripetal spyling av borkronen, idet stempelhodet (17) og rørelementet (19) er forskyvbart under påvirkning av spylefluidstrømmen og innrettet til å skifte fra den ene til den annen tilstand og vice versa ved en rekke fluidtilførselsperioder adskilt av perioder hvor fluidtilførselen avbrytes, karakterisert ved at den omfatter en i stempelhodet (17) utformet, kalibrert kanal (28) som setter den sentrale boring i kommunikasjon med den innvendige boring i rørelementet (19), en innretning (22) for sperring av rørele-mentets (19) frie ende, en mekanisme (31, 32, 33) for begrensning av rørelementets (19) aksielle bevegelser samt en åpning (23) som er utformet i rørelementets (19) vegg, idet nevnte åpning (23) i en første stilling kommuniserer med kanalen (28) mens sperreinnretningen (22) blokkerer rørelementets frie ende, og i en annen stilling er sperreinnretningen helt ute av rør-elementets (19) frie ende og åpningen (23) kommuniserer ikke lenger med nevnte kanal.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at mekanismen for å begrense rørelementets (19) aksielle bevegelser omfatter en styretapp (33) som samvirker med en kam (31, 32), idet enten tappen eller kammen er forbundet med hoveddelen (1) og den annen del med rørlementet (19).