NO175164B - Borkrone med forbedret sirkulasjon - Google Patents

Abstract

Borkronen (D) med forbedret stramning omfatter i en utfor-ingsfona en ovre legemeseksjon (lia) med en boring (141) og en nedre legemeseksjon (11b) som er utformet i ett med det ovre legeme (lia) og omfatter tre kanaler (18a-c) for å fere fluid ut fra borkronelegemet. Når kanalene (18a-c) er åpne vil de lede fluidstrem ned gjennom borkronelegemet og ut av kanalene (18a-c) for å bevirke tverrstromning i området ved de koniske skjæreelementer (16). En rotor (25) er montert i en boring (14) i den ovre seksjon (lia) for intermittent å åpne og lukke kanalene (18a-c) for å bevirke en intensivering av stramning gjennom den gjenværende åpne kanal for å skape høy anslagskraft fra fluid som strommer utenfor borkakset.ingormete innvendige refleksjons-flater (53a, 53c) er anordnet for i vesentlig grad å utnytte effekten av eventuelle transiente trykkstot som skapes under drift av oppfinnelsen.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en borkrone med forbedret sirkulasjon, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

For å bore en olje- eller gassbrønn er det velkjent å montere en borkrone ved bunnenden av en rekke av borerør, vanligvis kjent som en borestreng, samt å rotere borkronen og borestrengen inn i jorden for å bore et borehull. En borkrone består typisk av et borlegeme som bærer koniske skjæreelementer som roteres ved boréstrengens rotasjon for å bringe krone-ne til å slipe og skjære gjennom jordformasjonene. Borkronens slipe- og skjærevirkning frembringer borkaks som må fjernes fra bunnen av borehullet slik at borkronen kan fortsette sin sliping og skjæring uten å gå i stå. For å fjerne slikt borekaks med sikte på å rense og avkjøle borkronene, samt for andre formål, er det kjent å sirkulere et borefluid, vanligvis kjent som et "slam", ned gjennom borestrengen og utav borkronen idet fluidet sirkulerer oppad forbi det ringformete område mellom borestrengen og borehullveggene slik at det føres tilbake til jordens overflate. Etter at borefluidet er ført tilbake til jordoverflaten blir det renset for resirkulering.

Betydningen av effektiv fjerning av borekakset kan ikke overvurderes. Uten effektiv fjerning av borekakset vil borkronen få en tendens til å slipe borekakset om igjen og således tape effektivitet. Effektiv drift av borkronen er direkte proporsjonal med effektiviteten ved fjerning av borkaks.

Flere forsøk er gjort på å forbedre fjerning av borkaks.

US patent 3 216 514 viser et rotasjonsboreapparat med en ventilinnretning i borkronehuset som roteres som reaksjon på rotasjon av borkronekonusene som følge av mekanisk innbyrdes forbindelse mellom borkronekonusene og ventilinnretningen. Ventilinnretningen åpner og stenger kanaler i borkronelegemet for, slik det er angitt i patentet, å avbryte fluidstrøm i borkronen med sikte på å bevirke en plutselig nedadrettet kraft eller vannhammervirkning på borkronen for å øke skjære-elementenes trykk på formasjonen og minske det hydrostatiske trykk som utøves av fluider på formasjonen, hvorved borekakset lettere brytes bort fra formasjonen og medfølger borefluidet OPP gjennom ringrommet. US patent 4 114 705 viser en borkrone som anvender to motstående pulsstråler som er 180° ute av fase som oppnås ved å anvende en dreibart opplagret kule som oscil-lerer mellom to posisjoner for henholdsvis å avstenge én av to utløpskanaler som fører til dysene for å frembringe vekslende pulsstrømmer. US patent 3 897 836 viser anvendelse av en hammer og et stempel som er innvendig montert i et hus over borkronen for å bringe kontinuerlig tilført trykkluft til syklisk å drive hammeren og stempelet for å skape en puls-stråle av vann. Andre forsøk på å bedre fjerningen av borkaks innbefatter bruk av dyser som har visse strømningsinnsnev-ringskarakteristikker og forlengete rør som strekker seg nedad fra borkronehuset for å bedre tverrstrøm. Det er også blitt foreslått å kombinere forlengete dyser med tilbakeførings-kanaler for å bedre tverrstrøm.

Som ytterligere eksempler på kjent teknikk kan nevnes US patenter 4 114 705, 2 735 653, 2 780 438 og 2 743 083, samt SE utlegningsskrift nr. 439 947.

Videre angir generell fluidstrømningsteknologi at et plutselig opphør av fluidstrøm, f.eks., i et rør ved stengning av en ventil, kan føre til en trykkstigning og gi opphav til trykkbølger som forplantes oppstrøms og kastes tilbake fra enhver reflekterende flate, og er vanlig kjent som hydrauliske transienter.

Selv om det derfor er gjort mange forsøk på å bedre sirkulasjon av borefluid ut av borkronen for å fjerne borkaks, er det antatt at teknikkens stand likevel kan forbedres.

Et formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret borkrone med forbedret sirkulasjon, innrettet til å monteres ved enden av borestrengen for å bedre fjerningen av borkaks fra bunnen av borehullet som bores. Et annet formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret anordning for intermittent konsentrasjon av strømmen av borefluid gjennom borkronen for å øke fluidets stråle-støtkraft. Det er videre et formål med denne oppfinnelse.å tilveiebringe en borkrone med bedret sirkulasjon som tilveiebringer intermittent levert hurtigstrømning nede i hullet samtidig som den stort sett utnytter en del av virkningene av de hydrauliske transienter som skapes.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen med en borkrone av den innledningsvis angitte art, ved de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 1. Fordelak-tige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under hensvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er et sideriss delvis i snitt av borkronen med forbedret strømning i en foretrukket utføringsform av denne oppfinnelse, og viser skjematisk den forbedrete kryss- eller tverrstrømning som fremkommer ved denne utføringsform av oppf innelsen, Figur 2 er et sideriss av de statiske og roterende skovler som anvendes i strømningslede- og rotasjonsinnretningen ifølge denne utføringsform av denne oppfinnelse, Figur 3 er et snitt langs linjen 3-3 på figur 1, som viser den innbyrdes avstand i omkretsretningen av de tre kanaler gjennom den nedre seksjon av borkronelegemet, Figur 4 er et snitt gjennom rotoren i rotasjonsinnretningen gjennom et plan langs linjen 4-4 på figur 1, og viser buestørrelsen og beliggenheten til strømblokkeringselement, Figur 5 er et riss lik figur 4, som viser en variant av beliggenheten og størrelsen av strømblokkeringselementet, Figur 6 er et riss lik figur 5 og 4, som viser en annen variant i størrelsen av strømblokkeringselementet, og Figur 7 er et sideriss delvis i snitt av en annen utfø-ringsform av en borkrone med forbedret strømning innbefattende midler for vesentlig utnyttelse av en del av virkningene av de hydrauliske transienter som skapes.

Under henvisning til tegningen og særlig figur 1 er borkronen D med forbedret sirkulasjon vist i arbeidsstilling ved bunnen B av borehullet som generelt er betegnet med H. En ytterligere utføringsform D-l av en borkrone med forbedret sirkulasjon er vist i figur 7 og vil bli beskrevet etter at borkronen D er fullstendig beskrevet. Borkronen D er montert ved enden av en borestreng som generelt er betegnet med S. Borestrengen S består typisk av en rekke borerør som er sam-menskrudd for å danne en mekanisk forbindelse og innvendig kanal fra boreriggen ved overflaten ned til bunnen av borestrengen og til borkronen D som er festet til enden av borestrengen. I virkeligheten kan det siste ledd i borestrengen S være en borkrone-koplingsskjøt eller en tyngre borerørtype kjent som vektrør. Uansett hvorvidt enden av borestrengen S er et typisk borerør, en borkronekopling eller skjøt eller vektrør, ender hvert av disse typer ledd i et innvendig gjenget "muffe"-endeparti betegnet med 10. Borkronen D med forbedret sirkulasjon ifølge den foretrukne utføringsform av denne oppfinnelse er ved hjelp av gjenger festet til det innvendig gjengete endeparti 10 i borestrengen S. Denne borestrengtype S omfatter en innvendig boring som strekker seg hele veien fra overflateriggen ned til borkronen for å mulig-gjøre strømning av borefluid ned i borkronen D på velkjent måte.

Borkronen D med forbedret sirkulasjon ifølge.den foretrukne utføringsform ifølge denne oppfinnelse er anordnet for å bedre fjerningen av borkaks såsom C-l og C-2 som er blitt slipt og/eller skåret ut av jorden ved hjelp av borkronen D. Borkronen D omfatter en øvre eller første generelt sylindrisk seksjon ila og en nedre eller annen generelt sylindrisk seksjon 11b som er utformet i et stykke med den øvre seksjon lia. Den øvre seksjon lia er stumpkjegleformet og har en ytre, øvre og innad avsmalnende overflate 12a som er gjenget for gjengeinngrep med et innvendig gjenget endeparti 10 i bunnen av borestrengen S. Den øvre seksjon lia omfatter videre en innvendig boring 14 som dannes av en sylindrisk innvendig vegg 12b, idet boringveggen 12b ender i en sirkulær flat bunnflate 12c. Boringen 14 er dannet av den innvendige sylindriske vegg 12b og den sirkulære bunnvegg 12c.

Den nedre seksjon 11b er utformet i ett med den øvre seksjon lia og omfatter et generelt sylindrisk, nedre hovedparti 15a som har tre med innbyrdes avstand i omkretsretningen anordnete støtteben såsom 15b som strekker seg nedad fra det nedre hovedparti 15a. I figur 1 er bare støttebenet 15b vist, men det skal forstås at der er tre støtteben såsom 15b omkretsmessig anordnet 120° fra hverandre rundt bunnen av det nedre hovedparti 15a. Hvert støtteben såsom 15b har på kjent måte et konisk skjæreelement 16 montert på en innvendig støt-teflate 15c for rotasjon som reaksjon på rotasjon av borestrengen S. De koniske skjæreelementer 16 er typisk montert på avtettete lagre for å gi rotasjon og inngrep av borkronen mot jorden som reaksjon på rotasjon av borestrengen. Selv om mange patenter er rettet mot forskjellige trekk ved monteringen av koniske skjæreelementer henvises leseren som eksempel bare til de førnevnte US patenter 3 216 514, 4 114 705 og 3 897 836 som alle viser forskjellige lagre og tetninger for montering av koniske skjæreelementer.

Den nedre seksjon 11b omfatter videre tre omkretsmessig fordelte dyseavsatser såsom 17 som strekker seg nedad og danner en dyse-bunnflate 17a mellom hvert av de nedhengende støtteben 15b for de koniske skjæreelementer 16. Tre kanaler såsom I8a-c er utformet i den nedre seksjon 11b for å danne fluidkommunikasjonen mellom boringen 14 i den øvre seksjon og bunnen B under borkronen D. Hver av kanalene 18a vist i figur 1 og I8a-c vist i figur 3 ender ved deres øvre endeåpning 19b i den sirkulære bunn 12c til boringen 14 i den øvre seksjon. Hver av kanalene 18a-c strekker seg i en generelt '^"-retning i tverrsnitt (figur 1) nedad og ender i en åpning 19a i av-satsflatene såsom flaten 17a til hver av de tre avsatsene såsom 17. Kanalene har rundt tverrsnitt og har ved sin nedre ende 19a montert en innsnevrende strømningsdyseinnsats 20 som innbefatter et ytterparti med innsnevret diameter for å øke hastigheten til fluid som strømmer ut gjennom hver kanal. Fluidstrømmen utad fra kanalen 18a på figur 1 er skjematisk vist ved hjelp av en rekke retningspiler 21. Fluid sirkuleres gjennom kanalene 18a-c ned i området rundt de koniske skjæreelementer såsom 16 og deretter oppad i det utsparte område mellom de tre nedhengende støtteben såsom 15b.

Dersom borekakset såsom C-l ikke fjernes i tilstrekkelig grad vil borekakset ha en tendens til å slipes på nytt av borkronen hvilket skaper ineffektivitet og tap av effektiv inntrengning. Borkronen D ifølge den foretrukne utføringsform av denne oppfinnelse omfatter imidlertid dessuten en strøm-reaksjonsinnretning generelt betegnet med F montert i boringen 14 i den øvre seksjon for intermittent åpning og lukking av kanalene 18a-c i en eller annen kombinasjon som reaksjon på hastigheten til fluid som strømmer inn i boringen 14 i den øvre seksjon for å bevirke levering av intermittent strømning med høy hastighet ut fra en eller flere av dysene 18a-c for å bedre tverrsirkulasjon og fjerne borkaks ut av banen til den roterende borkrone D.

Borefluidet sirkulerer typisk ned gjennom kanalen i borestrengen S og gjennom en borkrone såsom D og ut av forskjellig plasserte dyser. I den viste utføringsform sirkulerer fluidet ned gjennom kanalen i borestrengen S gjennom boringen 14 i den øvre seksjon av borkronen D og ut gjennom kanalene 18a-c inn i bunnen B i det nylig dannete borehullområde der de koniske skjæreelementer 16 skjærer i jordformasjonene. Strømreak-sjonsinnretningen F er anordnet for vekselvis å åpne og stenge strømning gjennom en eller flere av åpningene 18a-c for å bevirke en strøm-kanalisering ved øket trykk og hastighet gjennom forskjellige av kanalene 18a-c. Strømreaksjonsinnret-ningen F omfatter en rotasjonsinnretning generelt betegnet med 25 som er montert i boringen 14 i den øvre seksjon for der å rotere som reaksjon på fluid som strømmer inn i boringen. Rotasjonsinnretningen omfatter en strømblokkeringsinnretning særlig vist i figur 4-6 generelt betegnet med tallet 26 montert med rotasjonsinnretningen 25 for rotasjon sammen med denne. Strømblokkeringsinnretningen 26 besørger den intermittente blokkering av strømmen inn i to, men færre enn alle kanalene 18a-c fra boringen 14 i den øvre seksjon når rotasjonsinnretningen 2 5 roterer. En strømledeinnretning generelt betegnet med 27 er montert oppstrøms av rotasjonsinnretningen for å lede fluidstrøm mot rotasjonsinnretningen 25 for å bevirke rotasjon av rotasjonsinnretningen.

Rotasjonsinnretningen 25 er en sylinderformet rotor 25a med en avrundet øvre ende. Rotasjonsrotoren 25a har sylindrisk form slik at der dannes et ringformet rom mellom rotorens 25a utvendige overflate og den innvendige vegg 12b i boringen 14 i den øvre seksjon. Rotasjonsrotoren 25a er montert for rotasjon i boringen 14 ved hjelp av et aksial- og radiallagermonterings-element 28 som er montert i den nedre seksjon og strekker seg oppad ved sentrum av boringens 14 sirkulære bunnflate 12c. Dette monteringselement 28 mottar et støttelager 29 som er montert i en utsparing i rotorens 25a bunnparti hvorved lagerstøtteelementet 25 og aksial- og radiallagermonterings-elementet 28 samvirker for å danne midler for montering av rotoren for rotasjon.

Som vist i figur 1 og 2 er der på rotoren 25a montert et antall med innbyrdes avstand i omkretsretningen anordnete skovler 3 0 som strekker seg radielt utad fra rotorens 25a utvendige overflate inn i det ringformete område mellom rotoren 25a og boringsveggen 12b. Skovlene 3 0 er anordnet med innbyrdes avstand rundt rotorens 25a omkrets og omfatter en fluidanslagsflate 30a som mottar fluidstrøm som driver skovlene og gir rotoren 25a rotasjonsbevegelse.

Strømledeinnretningen 27 omfatter første og andre konsentriske, stasjonære monteringsringer 31a og 31b mellom hvilke er sveiset eller på annen måte festet et antall statiske skovler 32 som således strekker seg radielt mellom monteringsringene 31a og 31b. Hver av skovlene 32 omfatter en fluidanslagsflate 32a som heller i en retning motsatt fluidanslags-flaten 30a på rotorskovlene 30, hvorved fluid ved hjelp av de statiske skovlflater 32a ledes i en slik retning at de treffer rotorens skovlflater 30a for derved å bevirke rotasjon av rotoren 25a. De konsentriske monteringsringer 31a og 3lb samvirker med de statiske skovler 32 som er anordnet mellom disse for å danne en for montering av statisk skovle beregnet innretning ved hjelp av hvilken skovlene 32 festes fast for å lede fluidstrøm mot rotorskovlene 30. Settskruer er anordnet for gjengeinngrep med den ytre monteringsring 31a og det øvre parti av den øvre seksjon lia for å holde monteringsringene 31a og 31b i stilling. Derfor er de statiske skovler 32 montert i det ringformete rom mellom rotoren og boringens 14 innvendige sylindriske vegg 12b for å lede fluid som strømmer inn i ringrommet nedad og i en skråvinkel for å støte direkte mot rotorskovlene 30 og bevirke rotasjon av rotoren. De statiske skovler skaper en retnings-strømvirvel for å lede mot rotorskovlene og deretter fortsette nedad inn i ringrommet mellom rotoren 25a og boringsveggen 12b mot de første åpninger 19b i kanalene 18a-c.

Strømblokkeringsinnretningen som generelt er betegnet med 26 i figur 1 er montert på bunnen av rotoren 25a og strekker seg radielt utad fra rotoren inn i ringrommet mellom rotoren og boringens 14 innvendige vegg 12b for rotasjon sammen med rotoren og intermittent blokkering av én eller flere av kanalene I8a-c. I figur 4-6 er vist forskjellige utforminger av strømblokkeringsinnretningen 26. Strømblokkeringsinnretningen omfatter én eller flere radielt forløpende flenser eller utspring såsom 26a og 2 6b i figur 4 som strekker seg radielt utad inn i ringrommet mellom rotoren 25a og den innvendige boringsvegg 12b. Ifølge figur 4 har hvert utspring 26a og 26b en omkretsbue på ca. 45°. De to utspring er adskilt ved en omkretsbue på 120°. Ved drift vil rotasjon av rotoren 25a bringe utspringene 2 6a og 26b til å dekke to av portene 18a-c samtidig, hvorved strømning konsentreres i den gjenværende åpne kanal og trykket i den gjenværende åpne kanal vil således øke for å bevirke en intensivering av resultantstrømmen gjennom denne kanal. Denne intensivering har en virkning som forbedrer tverrstrømning av borefluidet som strømmer ut av den midlertidig åpne kanal såsom 18a vist i figur 1 for derved å bedre tverrstrømning i retning av pilene 21 og fjerning av borekaks såsom C-l og C-2.

I figur 5 er vist en alternativ konstruksjon for strøm-blokkeringsinnretningen 26, som omfatter et utspring 26a med 45°-omkretsbuen og et utspring 26c som har en bue større enn 45°. I figur 6 er vist et enkelt utspring 26d som har en omkretsbue større enn 120° men mindre enn 180°. I hvert tilfelle vil rotasjon av rotoren 25a bevirke vekselvis åpning og lukking av kanalene 18a-c i én eller annen kombinasjon for derved å konsentrere strømning gjennom færre enn alle tre åpninger intermittent for å bevirke trykk- og hastighetskonsentrasjon gjennom de gjenværende åpninger såsom 18a for derved å skape tverrstrømning og forårsake en sterkere anslagskraft av fluidet mot bunnen av borehullet for desto bedre boring. Det ligger innenfor rammen av denne oppfinnelse å anvende forskjellig antall og buestørrelser for utspringene for å skape forskjellige kombinasjoner av trykk og hastigheter etter behov for drift under varierende boreforhold.

Fordelene med denne oppfinnelse kan beskrives ved hjelp av følgende formler som er funnet å gjelde for borefluid-sirkulasjon nede i borehullet. Slammet strømmer gjennom borestrengen til borkronen med konstant volum ved hjelp av positive fortrengningspumper. Når derfor hele strømmen kanaliseres gjennom én boring, forblir volumstrømmen konstant og følgelig vil den kanaliserte strømmens strålehastighet i henhold til følgende formel øke som følge av minskingen i An:

Følgelig vil økingen i strålehastighet føre til en øking i stråleanslagskraft som følger: If = 0,000516 p Q Vn

Nomenklatur: Q = sirkulasjonsrate (gpm)

p = (ro) slamvekt (lb/gal)

An = dyseareal (tomme<2>)

Vn = strålehastighet (fot/sek)

If = stråleanslagskraft (lb)

På denne måte får man den maksimale hydrauliske energi som er tilgjengelig fra den konstante volumstrøm og som fører til en større anslagskraft og hastighet og en større sirkulasjon av borekaks ut gjennom ringrommet ved den intermittente anvendelse av slamstrømmen ut fra den ene dyse. Den økete anslagskraft og økete hastighet som treffer bunnen av hullet bevirker en avbøyning i hullet som ytterligere bedrer tverr-strømningen.

I figur 7 er vist en annen utføringsform D-l for en forbedret sirkulasjons-borkrone. Denne annen utføringsform er betegnet som D-l og overalt hvor det passer vil de samme tall og bokstaver bli brukt til å betegne denne annen utføringsform D-l som ble brukt for å betegne den første utføringsform D.

Det har lenge vært kjent at den plutselige avbrytelse av en fluidstrøm, såsom ved en momentan lukking av en ventil, kan bringe trykket til å stige ikke bare som en følge av selve ventillukkingen, men også som en følge av dannelsen av hydrauliske transienter. Slike hydrauliske transienter er trykkbøl-ger som oppstår på grunn av den plutselige lukking av en ventil og som kastes tilbake oppstrøms ved refleksjon mot hvilken som helst reflekterende flate. Slike hydrauliske transienter kan oppstå i borkronen D som følge av den plutselige avstengning av hvilken som helst av kanalene 18a-18c, hvorved hydrauliske transienter vil forplantes i den innvendige boring 14. Den annen utføringsform D-l for en forbedret borkrone med øket sirkulasjon er konstruert med de samme hovedtrekk som den første utføringsform D og omfatter i til-legg organer for i vesentlig grad å utnytte en del av virkningene "av de reflekterte trykkstøt som forårsakes ved strømblok-keringen av en av kanalene i verktøy1egemet.

Utføringsformen D-l vist i figur 7 er innrettet til å festes til borestrengen S på samme måte som utføringsformen D. Borestrengen S omfatter gjenger 10 av hun- eller muffetypen innrettet til å oppta borkronens D-l legeme generelt betegnet med 50. Borkronelegemet 50 omfatter en øvre seksjon 50a som er stumpkjegleformet og har en ytre øvre og innad avsmalnende overflate 50b som er gjenget for innskruing i gjengeinngrep med de innvendige gjenger 10 for borestrengen S. Legemet 50 omfatter videre en mellomliggende seksjon 50c og en nedre seksjon 50d. Borkronelegeme-seksjonene 50a, c og d er utformet i ett med og typisk maskinert ut fra et smidd stålelement.

I likhet med den nedre seksjon 11b av utføringsformen D omfatter den nedre seksjon 50d tre omkretsmessig fordelte støtteben 15b som henger ned fra den nedre hovedseksjon 50d.

I figur 7 er bare støttebenet 15 vist, men det skal forstås at der er tre slike støtteben som 15b omkretsmessig fordelt med en innbyrdes avstand på 12 0° rundt bunnen av den nedre seksjon 50d. Som kjent innen faget omfatter støttebenene såsom 15b et konisk skjæreelement 16 som er montert på avtettete lagre for å muliggjøre rotasjon og inngrep av borkronen D-l mot jorden som reaksjon på rotasjon av borestrengen S.

Den nedre seksjon 50d omfatter tre omkretsmessig fordelte dyseavsatser 17 som strekker seg nedad og danner en dysebunn-flate 17a mellom hvert av de nedhengende støtteben 15b.

En boring som generelt er betegnet med 51 er maskinert innvendig i den øvre seksjon 50a og mellomseksjonen 50c, for å danne fluidkommunikasjon mellom boringen i borestrengen og bunnen av borehullet på en måte som skal beskrives i det følgende. Den innvendige boring 51 omfatter et øvre boringsavsnitt 51a generelt beliggende i den øvre seksjon 50a og et nedre eller mellomliggende boringsavsnitt 51b beliggende i borkronens mellomseksjon 50c. Det øvre boringsavsnitt 51a, som sett i tverrsnitt i figur 7, omfatter et generelt sylindrisk parti 52a som går over i et konvergerende omvendt, stumpkjegleformet flateparti 52b. Det mellomliggende innvendige boringsparti 51b dannes av en generelt sylindrisk vegg 53a som ender i en sirkulær bunnflate 53b. Det mellomliggende boringsavsnitt 51b omfatter videre en øvre ytre kant eller list som generelt er betegnet med 53c som er ringformet og går over i det omvendte stumpkjegleformete innvendige boringsparti 52b. Den innvendige diameter i det sylindriske veggparti 53a til den mellomliggende eller nedre boring 51b er tilnærmet lik diameteren til den øvre borings 51a sylindriske parti 52a. I definisjonsøyemed har hele legemet 50 såvel som boringsavsnittene 51a og 51b en senterlinje 54.

Et antall på tre kanaler såsom 55a strekker seg fra mellomboringens 51b bunnflate 53b gjennom borkronelegemets nedre parti 50d og munner ut i avsatsens 17 overflater. Av tverrsnittet på figur 7 fremgår det at kanalen 55a er generelt S-formet og er anordnet for å danne fluidkommunikasjon fra de innvendige boringsavsnitt 51a og 51b gjennom resten av verk-tøylegemet ned til boringen B i borehullet. Som best vist i forbindelse med utføringsformen D er der tre kanaler, men bare kanalen 55a er vist i figur 7. Det skal imidlertid forstås at der er tre kanaler som er omkretsmessig fordelt med 120° i forhold til hverandre på samme måte som kanalene 18a-18c som vist i figur 3 i forbindelse med den første utføringsform D. Hver av kanalene 55a ender i en dyse 20 som tidligere beskrevet i forbindelse med den første utføringsform D. Hver av kanalene såsom 55a har sylindrisk tverrsnitt som vist i figur 3 og hver kanal har således et midtpunkt 55b i planet gjennom bunnflaten 53b.

Den ringformete list 53c i det mellomliggende innvendige boringsavsnitt 51b skal nå beskrives nærmere. I tverrsnittsrisset av den ringformete flate 53c som er vist i figur 7 er faktisk to avsnitt av flaten 53c vist. Formen til hver av flatene er en parabolsk reflekterende flate eller paraboloid. Den parabolske flate 53c er et segment av en parabel kurve som fremkommer ifølge formelen for en parabel

hvor a er parabelens brennpunkt og x og y er koordinater, x-koordinaten er faktisk parallell med senterlinjen 54 og y-koordinaten er vinkelrett på denne. Med sikte på å frembringe parabelflaten 53c er brennpunktet a avstanden langs linjen 56 mellom midtpunktet 55b til skjæringslinjen mellom åpningen 55a og bunnboringsflaten 53c til toppunktet for flatesegmentets 53c parabelkurve. Denne avstand er vist ved linjen 56, stun-dom kjent som aksen, i forhold til kanalen 55a. Parabelflaten som er vist i to partier i tverrsnittsrisset på figur 7 blir så skapt som en ringformet flate rundt boringens senterlinje 54. Hensikten med den ringformete parabolske flate er å danne en reflekterende flate som kan motta de transiente trykkstøt og reflektere noen av de transiente trykkstøt til kanalens 55a brennpunkt 55b. På denne måte reflekteres en del av de transiente trykkstøt tilbake inn i kanalen såsom 55a for forplant-ning utad fra kanalene såfremt disse ikke er blokkert.

Strømledeinnretningen 27 anvendes også i utføringsformen D-l. Strømledeinnretningen 27 omfatter første og andre konsentriske, stasjonære monteringsringer 31a (ytre) og 31b (indre) mellom hvilke der ved sveising eller på annen måte er festet et antall statiske skovler 32 som således strekker seg radielt mellom monteringsringene 31a og 31b.

En strømrotasjonsanordning generelt betegnet 60 er en rotor 61 som er montert i boringsavsnittene 51a og 51b med sikte på rotasjon som reaksjon på at fluid strømmer gjennom strømledeinnretningen 27. Rotoren 61 har generelt form av et timeglass og omfatter et øvre parti 61a og et nedre parti 61b. Det øvre parti 61a ender i en øvre kuppelformet eller avrundet øvre ende 61c som passer i strømledeinnretningens 27 indre konsentriske ring 31b. Det øvre rotorparti 61a har generelt sylindrisk form og konvergerer til et mellomliggende punkt på den minste diameter beliggende generelt i planet til skjæringslinjen mellom den øvre boring 51a og den nedre boring 51b, som generelt er et plan som strekker seg gjennom den ringformete parabelflate 53c. Det nedre rotorparti 61b full-stendiggjør timeglassformen og omfatter et øvre parti med mindre diameter og et nedre parti som er generelt sylindrisk. Rotorens nedre parti 61b ender i strømningsblokkerende utspring generelt betegnet med tallet 26, som er identiske med strømblokkeringsinnretningen og utspringene som tidligere er beskrevet i forbindelse med utføringsformen D. Videre er monteringen av rotoren 61 lik monteringen av rotoren 25 i utføringsformen D og derfor er rotoren 61 montert for rotasjon i det nedre boringsavsnitt 51b ved hjelp av et aksial- og radial-lagermonteringselement 28 som er montert i den nedre borkroneseksjon og strekker seg oppad ved midten av den sirkulære bunnflate 53b i bunnboringsavsnittet 51b. Monterings-elementet 28 opptar et bærelager 29 som er montert i en utspa-r ring i bunnrotorseksjonens 61b bunnparti hvorved rotoren 61 er montert for rotasjon ved hjelp av det radiale monteringselement 28 ved bunnen og ved toppen av den innvendige konsentriske ringens 3lb innvendige sylindriske vegg. Rotoren 61 omfatter et antall skovler 63 som er plassert omkretsmessig rundt den øvre rotorseksjon 61a og skråstilt for rotasjons-drift av rotoren som reaksjon på fluidstrøm på samme måte som rotasjonsbevegelsen beskrevet i forbindelse med rotoren 25 i utføringsformen på figur 1 som særlig vist i figur 2.

I forbindelse med virkemåten til utføringsformen ifølge figur 1-6 er det ovenfor angitt at borkronen D med forøket strømning er konstruert for å kanalisere stort sett hele strømmen gjennom en av kanalene 18a-c med sikte på konsentrert strøm for å bevirke trykk- og hastighetskonsentrasjon og derved skape en større tverrstrømning og større anslagskraft av fluidet mot bunnen av borehullet B for ytterligere å bedre boring. Utformingene av strømblokkeringsinnretningens 21 utspring er ovenfor beskrevet i forbindelse med figur 3-6. Under de forskjellige utforminger kanaliseres strømning intermittent gjennom en eller flere kanaler når andre kanaler er blokkert på grunn av beliggenheten av et utspringsparti såsom 2 6c i figur 5 over en kanal. Ser man nå på foreliggende utføringsform, når et utspring såsom 26c er plassert over en kanal såsom 55a og strømning blokkeres gjennom kanalen, skapes trykkstøtbølger som forplantes oppstrøms og reflekteres fra den ringformete parabelflate 53c. Slike strykkstøt kan kastes frem og tilbake mellom reflekterende flater hvilke som helst antall ganger, inntil de svinner hen, og noen av disse vil komme inn i kanalåpninger 19b som ikke er blokkert på det tidspunkt for ytterligere å bedre strømning gjennom kanalene 55a-c.

Dannelsen av transiente trykkstøt eller trykkbølger har en tendens til å øke trykket som skyldes strømningsblokkerin-gen gjennom en eller flere kanaler såsom 55a, i henhold til følgende formel,

hvor:

a = trykkbølgehastighet (m/s)

K = fluidets kompresjonsmodul (kg/m<2>)

p = Ro fluidets densitet (kg/m<3>)

A = endring

H = trykk (trykkhøyde i meter)

g = tyngdens akselerasjon (m/s<2>)

V = fluidets hastighet (m/s)

Ifølge disse formler økes trykk- og strømningshastigheter i boringene 55a-c ikke bare på grunn av blokkeringen av strøm-ning gjennom kanalene, men også på grunn av de induserte opptredende trykkstøt.

Den ringformete parabelflate 53c som strekker seg radielt innad fra det mellomliggende boringsavsnitts 51b sylindriske vegg 53a er anordnet for å motta og reflektere slike trykkstøt eller -bølger nedad (som sett i figuren) og fokusere slike bølger ved brennpunktet 55b beliggende i sentrum av hver kanal såsom 55a. Slik ringformet flate 53a er generelt aksielt på linje med de omkretsmessig plasserte kanaler. Fokuseringen av slike trykkbølger ved 55b oppnås som følge av det vitenskape-lig erkjente faktum at parabolske flater reflekterer parallel-le bølger tilbake til brennpunktet til en parabelflate. Ved å konstruere det ringformete parabolske flatesegment 53a rundt et brennpunkt ved sentrum av hver av tre kanaler såsom 55a, vil en del av trykkbølgene bli reflektert tilbake til slike brennpunkter og således ut fra hver kanal når de er åpne. På denne måte blir noen av de hydrauliske transienter i den mellomliggende boring 51b ledet gjennom kanalene 55a-c for derved å skape en større effektivitet i kanaliseringen av strømmen ut fra legemet. Slik større kanalisering av strøm-ningen sørger således for mer effektiv tverrstrømning og mer effektiv sirkulering av borekaks ut gjennom ringrommet under boreoperasj oner.

Ovenstående klargjøring og beskrivelse av oppfinnelsen er ment å illustrere og eksemplifisere denne, og forskjellige endringer i størrelsen, formen og materialene, såvel som ved detaljer av den viste konstruksjon kan utføres uten å avvike fra oppfinnelsestanken. F.eks. er den type borkronelegeme som er vist i tegningene et borkronelegeme av konustypen som har tre nedhengende ben. Utføringsformen ifølge denne oppfinnelse kan anvendes på andre typer borkronelegemer som er generelt sylindriske såsom diamant-borkroner og de nyere polykrystal-lin-diamantborkroner som anvender en rekke stifter med poly-krystallinske kompaktdiamantflater.

Selv om borefluidet er beskrevet som væske ligger det innenfor oppfinnelsens ramme å anvende en gass som f.eks. luft som borefluid. Det skal forstås at selv om borkronene D og D-1 ifølge de foretrukne utføringsformer av denne oppfinnelse er beskrevet i forbindelse med et vertikalt borehull som anvendes ved olje- og gassbrønnboring, kan borkronene D og D-l anvendes i forskjellige awiksborehull for olje- og gassbrønnboring. Dessuten kan borkronene D og D-l ifølge utføringsformene i denne oppfinnelse anvendes ved horisontale operasjoner såsom ved gruvedrift og olje- og gassboring der borkroner anvendes for å danne horisontale borehull.

Claims (11)

1. Borkrone (D) med forbedret sirkulasjon innrettet til å monteres ved enden av en borestreng (S) for å bedre fjerningen av borkaks fra bunnen (B) av borehullet (H) som bores, omfat-tende et borelegeme som har en første seksjon (50a) innrettet til å festes til en borestreng (S) og en annen seksjon (50c-d) på hvilken er montert et antall koniske skjæreelementer (16); hvilken første seksjon (50a) har en innvendig boring (51a) som er innrettet til å stå i fluidkommunikasjon med boringen i borestrengen (S) for å oppta borefluid som strømmer ned gjennom borestrengen (S); hvilken annen seksjon (50c-d) har minst to gjennomgående kanaler (55a) som hver har en første endeåpning (55b) og en andre endeåpning (17), hvilke kanaler (55a) står i fluidkommunikasjon med boringen (51a) i den første seksjon (50a) ved den første endeåpning (55b) og hvilke kanaler (55a) strekker seg gjennom den andre seksjon (50c-d) til en andre endeåpning (17); karakterisert ved en i boringen (51a) i den første seksjon (50a) montert strømrotasjonsinnretning (60) for intermittent åpning og lukking av kanalene (55a) som reaksjon på fluidstrømmen som kom-mer inn i boringen (51a) i den første (50a) seksjon for intermittent å levere konsentrert høyhastighetstrøm ut av den andre ende av en kanal (55a) til enden av borehullet (H) for å øke stråleanslagskraften og bedre tverrsirkulasjon og fjerning av borkaks; idet strømrotasjonsinnretningen (60) er roterbart montert i den første seksjon (51a) som reaksjon på fluid som strømmer inn i boringen (51a) og en strømblokkeringsinnretning (26) som er montert i rotasjonsinnretningen (60) og roterer sammen med denne for intermittent blokkering av strømning til kanalene (55a) når rotasjonsinnretningen (60) roterer; og en trykkstøtreflekterende innretning (53a) som er montert i boringen (51a) i den første seksjon (50a) for vesentlig å utnytte i det minste endel av trykkstøtene i boringen (51a) som skapes ved at strømblokkeringsinnretningen (26) intermittent blokkerer strømning til kanalene (55a).

2. Borkrone som angitt i krav 1, karakterisert ved en strømledeinnretning (27) for å lede fluidstrøm mot rotasjonsanordningen (60) for å bevirke rotasjon av denne.

3. Borkrone som angitt i krav i, karakterisert ved at den andre seksjon har tre gjennomgående kanaler (55a) som står i fluidkommunikasjon med boringen (51a) i den første seksjon (50a) ved en første endeåpning (55b), idet kanalene (55a) strekker seg nedad til en annen endeåpning (17) nær de koniske skjæreelementer (16), og at kanalenes (55a) første endeåpninger (55b) er anordnet omkretsmessig i en ringformet rad i boringen (51a) i den første seksjon (50a).

4. Borkrone som angitt i krav 1, karakterisert ved at rotasjonsanordningen (60) omfatter en rotor (61), at rotasjonsmonteringsorganer (28) er montert med rotoren (61) og med borelegemet for montering av rotoren for rotasjon i boringen (51a) i den første seksjon (50a), og at strømblokkeringsinnretningen (26) omfatter et strøm-blokkeringselement (26a; b; c; d) som er montert ved rotoren og beveger seg omkretsmessig for intermittent å blokkere strømning til en eller flere av kanalenes (55a) første endeåpninger (55b).

5. Borkrone som angitt i krav 4, karakterisert ved at rotoren (61) har påmontert skovler (63) som strekker seg radielt utad for å meddele rotasjon til rotoren som reaksjon på fluidstrøm.

6. Borkrone som angitt i krav 4, karakterisert ved at strømblokkeringselementet er et første radielt for-løpende utspring (26a, 26b) som har en bue på ca. 45° og et annet radielt forløpende utspring (26c) som har en bue større enn 45°.

7. Borkrone som angitt i krav 4, karakterisert ved at strømblokkeringselementet er et radielt forløpende utspring (26d) større enn 120° men mindre enn 180°.

8. Borkrone som angitt i krav 4, karakterisert ved at rotoren (61) er montert for rotasjon i boringen (51a) i den første seksjon (50a), at boringen (51a) i den første seksjon (50a) omfatter første og andre boringsavsnitt og rotoren er montert i begge avsnitt, at strømblokkeringselementene (26a-d) er montert med rotoren i det annet boringsavsnitt, og at den trykkstøtreflekterende innretning (53a) omfatter en reflekterende flate (53c) i det andre boringsavsnitt for å motta og reflektere transiente trykkstøt som skapes av strøm-blokkeringselementet som avstenger strømning gjennom en eller flere første ender av kanalene.

9. Borkrone som angitt i krav 8, karakterisert ved at den reflekterende flate (53c) er ringformet og er generelt aksielt på linje med kanalene (55a).

10. Borkorne som angitt i krav 9, karakterisert ved at den reflekterende flate (53c) har parabolsk tverrsnitt.

11. Borkrone som angitt i krav 10, karakterisert ved at den parabolske flate (53c) har som et brennpunkt midtpunktet i kanalenes (55a) første endeåpning (51a).