NO177396B

NO177396B - Stabilisator

Info

Publication number: NO177396B
Application number: NO872771A
Authority: NO
Inventors: Charles Abernethy Anderson
Original assignee: Charles Abernethy Anderson
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1995-05-29
Also published as: EP0251543B1; US4848490A; ES2022895B3; NO872771D0; NO177396C; NO872771L; EP0251543A2; EP0251543A3; CA1329931C

Abstract

Et retningsstyrende brønnstabili-satorrør (10) for bruk i en borestreng har en effektiv diameter som kan varieres mellom en minimal og en maksimal diameter, avhengig av belastningen i borestrengen. Diameteren bestemmes av radialt bevegelige mellomstykker (16) som kan beveges radialt ved relativ bevegelse av en spindel (22) inn i og ut av stabilisatorrørets foringsror (12). Spindelen (22) har kamflater. (32) som griper inn i melloms tykkene. Spindelens bevegelse inn i forings-roret (12) styres av en mekanisk sperre-anordning som aktiveres av den sammenpressende kraft mot stabilisatorrøret.

Description

Denne oppfinnelse angår en stabilisator for innsetting i en borestreng, ifølge kravinnledningen.

I olje- og gassindustrien er det ofte ønskelig å bore flere brønner fra et eneste sted på overflaten. Hver brønn strekker seg nedover og utover fra stedet i forskjellige retninger, dvs i forskjellige kombinasjoner av kompasspeiling, skråstilling i forhold til vertikal, og dybde under overflaten. Den første del av brønnen (seksjonen nærmest overflaten) kan være vertikal eller skråstilt. Boreretningen må ofte forandres for å endre brønnens vinkel, eller for å korrigere utilsiktet forandring av retning f eks forårsaket av geologiske forhold. Slike teknikker er generelt kjent som awiksboring.

Awiksboring er spesielt anvendelig ved offshore-produksjon av olje og gass da metoden gjør det mulig å bore over et stort område fra en eneste plattform. Imidlertid krever awiksboring effektiv og effektiv retningsstyring.

Ved awiksboring kan retningsstyringen foretas ved hjelp av stabilisatorer i brønnen. Generelt består kjente former av brønnstabilisator av en kragelignende innretning som er festet rundt eller til en borestrengs hus nær strengens nedre ende. En fast stabilisator sentrerer borestrengen og søker å rette ut brønnen som bores. Utskiftning av en slik fast stabilisator med en med mindre diameter vil få borestrengen til å bøye seg og således opprettholde eller øke brønnens kurve under boring. Etter at den ønskede retning oppnås etter awiksboringen, vil en stabilisator med maksimal diameter normalt føre til at den ønskede retning opprettholdes ved rett boring.

Ved hver forandring av diameteren i den faste stabilisator, må hele borestrengen trekkes ut for å fjerne stabilisatoren fra strengen og erstatte den med en annen stabilisator med den ønskede annen diameter, fulgt av gjeninnsettelse av strengen i brønnen. For å unngå en slik uproduktiv aktivitet, er forslag blitt fremsatt for stabilisatorer i brønnen hvis effektive diameter kan varieres ved fjernstyring, slik at en stabilisator nær bunnen av en brønn kan ha sin diameter justert under styring fra overflaten og uten å måtte løfte den ut av brønnen. Imidlertid har slike justerbare stabilisator enten nødvendige hydrauliske systemer, eller ytterst kompliserte mekaniske systemer. I de mekaniske systemer har det enten vært nødvendig med en styrefor-bindelse fra overflaten til stabilisatoren eller kontinuerlig kontroll av borestrengens nedadgående kraft for å utføre forandringer av stabilisatorens diameter. Især hadde stabilisatorer som ikke hadde behov for en brønnforbindelse i tillegg til de normale borestrengkomponenter, heller ikke evne til å virke under alle de normale borekrefter, uavhengig av stabilisatorens endring av diameteren.

Det er derfor et mål med oppfinnelsen å frembringe en stabilisator i brønnen som overflødiggjør eller minsker disse ulemper. Dette oppnås med stabilisatoren ifølge foreliggende oppfinnelse slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

Stabilisatoren vil være i stand til teleskopisk sammentrekning og forlengelse mellom strengkoplingene ved hjelp av aksialt begrenset innsettelse av spindelen i borestrengens hus og uttrekning av spindelen fra huset, idet spindelen og huset er koplet sammen for å hindre relativ bevegelse av disse. Spindelen har minst en kamoverflate, idet de radiale avstandsstykker hvert har en kamoverflate på den respektive radiale innerenden av disse, og kamoverflåtene på spindelen og på de radiale avstandsstykker samvirker for å tvinge de radiale mellomstykker radialt utover ved teleskopisk sammentrekning av brønnstabilisatoren ved ytterligere innsettelse av spindelen inn i huset. En mekanisk sperre i huset som forbinder huset med spindelen i et aksialt utstrakt forhold av stabilisatoren for å hindre den teleskopiske sammentrekning av stabilisatoren mens aksiale sammenpressende krefter på stabilisatoren forblir under en forutbestemt kritisk kraft, idet sperren er operativ ved anvendelse av en aksialt sammenpressende kraft på brønnstabilisatoren som overskrider den kritiske kraft for å utløse spindelen fra huset for å muliggjøre den teleskopiske sammentrekning av brønnstabilisatoren og følgelig radial utvidelse av de radiale mellomstykker, idet sperren gjør det mulig for stabilisatoren å forbli i den sammentrukne stilling for å holde de radiale mellomstykker i sine radiale utadvendte stillinger inntil aksiale sammenpressende krefter på stabilisatoren faller under en forutbestemt minimal aksial sammenpressende kraft for å utløse spindelen i forhold til huset og således gjøre det mulig for stabilisatoren å returnere til den aksialt utstrakte stilling og følgelig muliggjøre radial

tilbaketrekning av de radiale avstandsstykker.

Huset, spindelen og begge strengkoplinger er fortrinnsvis hule i hele stabilisatorens lengde og er gjensidig forseglet slik at de er i det vesentlige fluidtette for å muliggjøre boreslam å bli pumpet under trykk gjennom stabilisatoren når den inngår som del av en borestreng.

Fortrinnsvis er den mekaniske sperre en ettergivende sperre koplet via en fjær til huset, idet fjæren har en forbelastning som bestemmer den kritiske kraft, idet sperren er koplet til spindelen i stabilisatorens teleskopisk utstrakte stilling gjennom en rampe anordnet på spindelen, anvendelse av en aksialt sammenpressende kraft på stabilisatoren som overskrider den kritiske kraft og som forårsaker sammenpressing av den forbelastede fjær og som får sperren til å gli over rampen for å muliggjøre den ytterligere innsettelse av spindelen i huset.

Huset omfatter fortrinnsvis en sperrehindring som hindrer sperren fra å ri over rampen mens fjæren ikke er presset sammen i fraværet av en aksialt sammenpressende kraft på stabilisatoren som overskrider den kritiske kraft.

Fortrinnsvis er den ettergivende sperre formet som en ringformet rekke med fingre som hver er ledig ved den ene ende og integrert ved den andre ende med de andre fingre, og hvor materialet som sperren er dannet av gir en ettergivende bevegelse mot de ledige ender av fingrene, idet rampen på spindelen er dannet som en ringformet skulder mot hvilken fingrenes ledige ender blir ettergivende sammenpresset.

Sperrehindringen er fortrinnsvis en ringformet innsnevring på innsiden av huset og ligger an mot fingrenes ledige ender i stabilisatorens teleskopisk utstrakte stilling for å gi positiv hindring mot fingrenes ledige ender og å hindre fingrenes ledige ender fra å gli over spindelens ringformede skulder før stabilisatorens teleskopiske sammentrekning har begynt, ved anvendelse av en aksial sammenpressende kraft som overskrider den kritiske kraft.

Fjæren omfatter fortrinnsvis en stabel med belleville-skiver som holdes i en ramme mellom stoppene som begrenser aksial utvidelse av stabelen for å fremveiebringe forbelastning. Spindelen har fortrinnsvis kamflaten anordnet som en respektiv konisk overflate koaksialt med spindelen.

Ifølge en annen anvendelse av oppfinnelsen er det tilveiebrakt en brønnstabilisator for bruk i en borestreng hvor stabilisatoren har en effektiv diameter som er selektivt variabel mellom en minimumsdiameter og en maksimumsdiameter, ved anvendelse av en aksialt sammenpressende kraft på brønnstabilisatoren som overskrider en kritisk kraft, for å muliggjøre teleskopisk sammentrekning av brønnstabilisatoren, idet stabilisatoren har påmontert en vinkelformet rekke med radialt bevegelige radiale mellomstykker hvis radiale ytterender danner den effektive diameter, idet nærliggende avstandsstykker i rekken er gjensidig vinkelformet avstandsliggende ved hjelp av vesentlig like vinkler rundt stabilisatorens periferi, og hele rekken med avstandsstykker er fordelt minst en gang rundt hele stabilisatorens omkrets.

De vinkelformet fordelte radiale avstandsstykker er fortrinnsvis også aksialt fordelt med nærliggende mellomstykker i rekken idet de er gjensidig aksialt fordelt langs stabilisatorens periferi.

Rekken med avstandsstykker danner fortrinnsvis minst en spiral rundt stabilisatorens periferi med etterfølgende avstandsstykker i spiralen eller hver spiral er gjensidig fordelt i en øket vinkel og aksial separasjon. Rekken med avstandsstykker danner fortrinnsvis tre gjensidig like spiraler.

Hvert radiale avstandsstykke er fortrinnsvis et vesentlig sylindrisk legeme som er glidbart montert i et respektivt vesentlig sylindrisk hull i stabilisatoren og med aksen i hvert slikt sylindrisk legeme tilpasset vesentlig rettvinklet mot stabilisatorens akse.

Den radiale ytterende av hvert radiale avstandsstykke er forholdsvis belagt eller for øvrig dekket med et lag med ikke-jernholdig motstandsdyktig materiale, som kan være wolframkarbid.

En utførelse av oppfinnelsen beskrives eksempelvis, med henvisning til tegningen hvor figur 1 viser et delsideriss av en første utførelse av brønnstabilisatoren ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser et tverrsnitt langs II-II på figur 1, figur 3 viser et tverrsnitt langs III-III på figur 1, figur 4 viser et delsideriss av en annen utførelse av brønnstabilisatoren ifølge oppfinnelsen, og figur 5A og 5B viser skjematisk brønnstabilisa-toren i bruk som del av en borestreng.

Med henvisning først til figur 1, omfatter en brønnsta-bilisatoren 10 et hult og generelt sylindrisk hus 12 med en strengkopling 14 øverst. Koplingen 14 er en standard muffe som er dimensjonert for å tilpasses en overensstemmende tapp på et hus eller en annen standard borestrengkomponent for å danne en mekanisk forbindelse for overføring av borekreftene og en hydraulisk forbindelse for passasje av boreslam under trykk.

Huset 12 for stabilisatoren er påmontert en rekke med radiale mellomstykker 16. Hvert mellomstykke 16 er generelt sylindrisk og er glidbart montert i et tilsvarende radialt hull 18 i huset 12. Hvert mellomstykke 16 kan trekke seg sammen radialt inn i huset 12 inntil den radiale ytterende av avstands-stykket 16 ikke lenger stikker ut fra huset 12, eller kan tvinges til å strekke seg radialt ut av huset 12 inntil den radiale ytterende av mellomstykket 16 stikker frem fra huset 12. (Mekanismen for selektiv tvinging av den radiale forlengelse eller radial sammentrekning av de radiale mellomstykker 16, vil bli beskrevet i detalj nedenfor.)

De radiale ytterender av de radiale mellomstykker 16 vil normalt være de radiale ytterste deler av stabilisatoren 10 og således danne den effektive diameter i stabilisatoren. Når avstandsstykkene 16 er helt trukket inn i huset 12, er den effektive diameter i stabilisatoren 10 på et minimum, og omvendt, når de radiale mellomstykker 16 er radialt helt utstrakt, vil den effektive diameter i stabilisatoren 10 være maksimal.

Siden de radiale ytterender av avstandsstykkene 16 vil være utsatt for store slipende krefter ved bruk av stabilisatoren 10, er disse ytterender fortrinnsvis belagt eller på annen måte dekket med et lag ikke-jernholdig slitemateriale, slik som wolframkarbid.

Rekken med avstandsstykker 16 er fordelt rundt den effektive diameter eller periferi av stabilisatoren 10 for å gi en mer effektiv kontakt mellom lagerflaten og brønnhullet. Nærliggende mellomstykker 16 i rekken er fortrinnsvis anordnet gjensidig i relativt like vinkler og fortrinnsvis også fordelt minst en gang rundt hele omkretsen av stabilisatoren 10 for å utlikne den radiale belastningsbærende kapasitet i alle retninger så langt som mulig. Siden det kan være utilstrekkelig vinkelav-stand (eller til og med vinkeloverlapping) mellom nærliggende radiale mellomstykker, kan mellomstykkene 16 også anordnes aksialt langs periferien av stabilisatoren 10 for å oppnå den ønskede avstand mellom nærliggende avstandsstykker (ved en kombinasjon av vinkelseparasjon og aksial separasjon).

Selv om de radiale avstandsstykker 16 kan fordeles i hvilken som helst passende rekkeform, er de fortrinnsvis anordnet i tre spiraler som vist på figur 1 og figur 2. Husets 12 periferi er fortrinnsvis formet som tre faste spiralformede strevepilarer 20 som mel loms tykkene 16 strekker seg ut gjennom. Den viste tre-spiralformede ordning har optimale konstruksjonsmessige og funksjonsmessige egenskaper. Periferiflåtene på strevepilarene 20 kan også være herdet med wolframkarbid.

Detaljer av mekanismen for radial utstrekning av me11omstykkene 16, vil nå bli gitt.

Det hule, sylindriske hus 12 for stabilisatoren, har innvendig og koaksialt påmontert en spindel 22 for mellom-stykkestyring. Spindelen 22 kan gli aksialt inn i huset 12, men er hindret fra å dreie i forhold til huset 12. Dreining blir hindret ved hjelp av et sett med nøkler 24 festet til og ut fra spindelen 22, og som glir i aksiale kanaler 26 på innsiden av huset 12 (figur 1 og 3). Siden aksial lengdene i nøklene 24 er mindre enn aksiallengden i husets nøkkelkanaler 26 (se figur 1), kan spindelen 22 øke sin innsettelse i huset 12 fra den illu-strerte stilling med maksimal teleskopisk forlengelse av stabilisatoren 10. Uttrekning av spindelen 22 aksialt fra huset 12 bortenfor stillingen vist på figur 1, blir hindret ved hjelp av et påskrudd nedre endelokk 28 på huset 12.

Den nedre ende av spindelen 22 som stikker ut av huset 12, er avsluttet i en strengkopling 30 som er hann-motstykket til strengkoplingen 14 (tidligere beskrevet). Strengkoplingene 14 og 30 vil gjøre det mulig for stabilisatoren 10 å bli operativt tilkoplet til en borestreng ved bruk av stabilisatoren 10, mens nøklene 24 vil muliggjøre transmisjon av borevridemoment og dreining gjennom stabilisatoren 10. Huset 12 og spindelen 22 sammen med begge strengkoplingene 14 og 30, er hule gjennom hele lengden av stabilisatoren 10 og gjensidig forseglet for å hindre boreslam å bli pumpet under trykk gjennom stabilisatoren 10 når det inngår som del av en borestreng.

Den radiale innerende av hvert radiale mellomstykke 16 har en kileformet kamflate i form av en vesentlig plan overflate innskrånet til en mindre vinkel (fortrinnsvis 5-50°), mot den langsgående akse av stabilisatoren 10. Spindelen 22 har tilpas-sende kamflater i form av en rekke med del-koniske trinn 32 maskinert i ytterflaten i vesentlig samme vinkel mot den langsgående akse som innerendene av mellomstykkene. Alle del-koniske trinn 32 er periferisk kontinuerlig for å overflødiggjøre vinkel juster ing mellom spindelen 22 og huset 12 under monteringen av stabilisatoren 10. De gjensidig aksiale avstander i trinnene 32 samsvarer med de aksiale avstander mellom nærliggende avstandsstykker 16 slik at kamflatene 32 på spindelen 22 samtidig vil gripe inn i hver kamflate formet av innerenden av hvert radiale mellomstykke 16.

Teleskopisk sammentrekning av stabilisatoren 10 mellom strengkoplingene 14 og 30 ved øket innsettelse av spindelen 22 inn i huset 12, vil føre til at de del-koniske kamflater 32 vil kile seg mot innerendene av de radiale mellomstykker 16 og tvinge mellomstykkene 16 til å strekke seg radialt utover fra huset 12. Radial forlengelse av mellomstykkene 16 øker stabilisatoren 10 sin effektive diameter fra dets minimumsdiameter (mellomstykkene 16 helt inntrukket) til dets maksimale diameter (mellomstykkene

16 helt utstrakt).

Overdreven utstrakt bevegelse av mellomstykkene 16 blir hindret ved hjelp av holdetapper eller skruer 34 festet i strevepilarene 20 og går gjennom tverråpninger 36 i mellomstykkene 16. Inn i hvert mellomstykke 16 kan en liten bladfjær 38 eventuelt bli festet mellom holdeskruen 34 og innerenden av åpningen 36 for å forspenne mellomstykket 16 til sin til-baketrukne stilling når den ikke tvinges ut av teleskopisk sammentrekning av stabilisatoren 10. Imidlertid kan den høye radialkraft fra ytterendene av mellomstykkene 16 ved bruk av stabilisatoren 10 overflødiggjøre disse fjærer 38, siden disse radialkrefter ville være tilstrekkelig for å sikre tilbaketrekning av mellomstykkene 16 inn i huset 12 når de ikke tvinges utover.

Det er et viktig trekk med brønn-stabilisatoren ifølge oppfinnelsen, at det ikke er noen forbindelse mellom stabilisatoren og overflaten av brønnen i tillegg til de vanlige borestrengkomponenter (slik som koplede huslengder). Styring av stabilisatoren 10 utføres ved hjelp av en aksialt sammenpressende kraft på stabilisatoren 10 anvendt ned i borestrengen fra overflaten (og tilveiebrakt ved hjelp av borekronen mot bunnen av brønnen). Denne diameter-forandringsstyrekraft er helt mekanisk ved at den er funksjonsmessig uavhengig av hydrauliske drivkrefter (normalt pga pumping av boreslam ned gjennom borestrengen). For å tillate normale borekrefter uten utilsiktet forandring av stabilisatorens effektive diameter, men ikke desto mindre for å sikre pålitelig diameter-forandringsoperasjon ved en valgt aksial sammenpressende kraft, er huset 12 og spindelen 22 forbundet ved hjelp av en mekanisk stoppanordning 40 som bare vil utløse spindelen 22 for øket innsettelse inn i huset 12, når brønnstabilisatoren 10 blir utsatt for en aksialt sammenpressende kraft som er over en kritisk kraft. Den kritiske kraft er fortrinnsvis slik at den passende overskrider den maksimale kraft anvendt under normale boreoperasjoner.

Visse trekk av stoppanordningen 40 er vist i en forstørret, skala til venstre på figur 1. Del av stoppanordningen 40 består av en ringformet stopper 42 formet som en generelt sylindrisk hylse av et ettergivende materiale delt av aksiale kutt 44 til en ringformet rekke med fingre 46 som hver er ledig i den ene ende og integrert i den andre ende med de andre fingre 46. Elastisiteten av materialet i stopperen 42 fører til at de ledige ender av fingrene 46 er forspent radialt innover mot stopperen 42. Enden av spindelen 22 fjernt fra strengkoplingen 30 og nærmest strengkoplingen 14 på huset 12 er utstyrt med en ringformet skulder 48 hvis aksiale innerende er avskrånet til å forme en rampe 50. De ledige ender i stoppef ingrene 46 er elastisk sammenpresset mot den ringformede skulder 48, og hindrer spindelen 22 aksialt ved å få aksial kontakt med rampen 50. En ringformet sperrehindring 52 stikker frem innover fra innerveggen av huset 12 og gir en konisk avskrånet overflate i motsetning til spindelrampen 50 når spindelen 22 er maksimalt utstrakt fra huset 12 (dvs stabilisatoren 10 er i sin maksimumslengde). Sperrehindringen 52 hindrer de frie ender av stopper f ingrene 46 i å ri over spindelskulderens rampe 50 før igangsettelse av den teleskopiske sammentrekning av stabilisatoren 10 ved anvendelse av en aksial sammenpressende kraft som overskrider en kritisk kraft.

Den ettergivende stopper 42 er koplet til huset 12 gjennom en pressfjær 54 som er forbelastet for å bestemme den kritiske kraft. Fjæren 54 er i form av en stabel med belleville-skiver holdt inne i en ramme 56 mellom endestoppene som begrenser aksial forlengelse av stabelen for å tilveiebringe forbelastningen. Forbelastningen er gjort tilstrekkelig høy for at normale borekrefter anvendt gjennom borestrengen ikke vil være tilstrekkelig for å forårsake videre sammenpressing av den forbelastede fjær 54.

Når stabilisatoren 10 blir utsatt for en aksialt sammenpressende kraft over den kritiske kraft, blir spindelen 22 tvunget videre inn i huset 12 mot den forbelastede fjær 54 hvis kraft blir overført til spindelen ved hjelp av stopperen 42 hvis fingre 46 bærer mot spindelens skulderrampe 50. Når spindelen 22 er tilstrekkelig innsatt inn i huset 12, beveger skulderrampen 50 seg klar av sperrehindringen 52 og de ledige ender av fingrene 46 blir utløst for å ri over skulderrampen 50 hvorved ytterflaten av spindelen 22 faller ned. Stoppanordningen 40 har nå utløst spindelen 22 i forhold til huset (når det gjelder fjærhindringen, men ikke når det gjelder rotasjonsmessig og aksial hindring tilveiebrakt av nøklene 24). Således er stabilisatoren 10 nå klar for teleskopisk sammentrekning til sin minimale lengde med følgelig radial forlengelse av mellomstykkene 16 for å gi stabilisatoren 10 sin maksimale effektive diameter.

Når stoppanordningen 40 en gang ikke er fjærbelastet mot spindelskulderrampen 50, vil stoppanordningen 40 ikke forårsake noen ytterligere hindring av den relative bevegelse av spindelen 22 og huset 12 (bortsett fra minimal friksjon ved fingrene 46 sine frie ender som glir langs overflaten av spindelen 22). Således kan alle normale borekrefter anvendes på borestrengen og det er ikke nødvendig å opprettholde en særlig aksial kraft for å holde stabilisatoren 10 ved dets maksimale diameter. Tilsvarende er det for å tilbaketrekke stabilisatoren teleskopisk tilbake til sin opprinnelige lengde, nødvendig bare å anvende aksial strekk (en negativ aksial sammenpressende kraft) mellom strengkoplingene 14 og 30, tilstrekkelig for å overvinne gjenværende friksjonskrefter. Det vil normalt være tilstrekkelig å løfte borestrengen ved over f latestedet, hvorved vekten av borestrengens komponenter nedenfor den nedre strengkopling 30 vil kunne holde nede spindelen 22 mens huset 12 blir løftet opp av den oppadgående kraft anvendt på den øvre strengkopling 14. Når stabilisatoren 10 vender tilbake til den aksialt utstrakte stilling, vil stoppanordningen 40 igjen gripe spindelskulderrampen 50 for å låse stabilisatoren 10 i dets aksiale utstrakte stilling. Samtidig vil spindelens kamflater 32 trekkes ut av kilefestet med innerendene av de radiale mellomstykker 16 for å avslutte tvangen av mellomstykkene 16 inn i deres radialt utstrakte stillinger. Dette gjør det mulig for mellomstykkene 16 å trekke seg inn radialt, under en kombinasjon av krefter fra fjærene 38 (hvis tilveiebrakt) og de normalt høye radiale innadvendte krefter anvendt på de radiale ytterender av mellomstykkene 16 ved deres kontakt med brønnveggen som skal bores.

(Dette vil også automatisk muliggjøre inntrekning av de radiale mellomstykker 16 når stabilisatoren 10 blir løftet ut av en brønn.)

Når stabilisatoren 10 en gang er teleskopisk trukket inn og returnert til sin minste diameter hvor det er låst av stoppanordningen 40, kan alle normale borekrefter igjen anvendes uten å vende tilbake til den maksimale diameterstilling. Retur til den maksimale diameter kan oppnås når det ønskes bare ved den midlertidige anvendelse av en aksialt sammenpressende kraft som er større enn den kritiske kraft. Således kan forandringer av den effektive diameter i stabilisatoren 10 oppnås etter ønske bare ved midlertidig anvendelse, enten av en abnormt høy kraft (for å øke den effektive diameter til maksimum) på borestrengen, eller av en løftekraft (for å minske den effektive diameter til minimum). Det er ikke nødvendig i noe tilfelle å løfte stabilisatoren til overflaten for å forandre diameteren, heller ikke er det noen begrensning på de normale borekrefter bortsett fra den korte periode under den diameterforandrende kraft eller løft. Det er et fullstendig fravær av spesielle forbindelser ned i borestrengen, og hydrauliske krefter er ikke involvert ved betjening av stabilisatoren siden det er helt mekanisk.

Den andre utførelse av brønn-stabilisatoren vist på figur 4, er generelt lik den første utførelse på figur 1, 2 og 3, og skiller seg hovedsakelig ved størrelse og relative dimensjoner av visse komponenter. På figur 4 er komponenter som samsvarer med dem på figur 1-3, gitt samme referansenummer med "1" foran (dvs samme nr. pluss 100) for sammenlikningens skyld.

Hovedforskjellene mellom de to utførelser (som ikke påvirker oppfinnelsens prinsipper) er som følger:

(A)

De spiralformede strevepilarer 20 er anordnet til en kontinuerlig

forstørret-diameterdel 120 midt på lengden av stabilisatoren 110.

(B)

De radiale mellomstykker 116 er omdannet for å unngå trinn i

deres diameter og for å danne en tettere rekke siden et større antall er fordelt i samme seks aksialt anordnede rekker slik som tidligere.

(C)

Stabelen med belleville-skiver som former fjæren 154 er øket i

antall og total lengde for større forbelastningsvariasjoner.

(D)

Rammen 156 er øket i lengde for å passe til økningen av dimensjo-nene av fjæren 154.

(E)

Den fjærende ringformede sperre 142 er aksialt lenger og de

fjærende fingres ledige ender er omdannet for øket styrke og slitasj emotstand.

(F)

De separate nøkler 24 er erstattet av spor 124 integrert anordnet

på innsiden av huset 112 og på utsiden av spindelen 122 idet disse spor 124 er tilpasset for å muliggjøre en relativ aksial bevegelse av huset 112 i forhold til spindelen 122 samtidig som relativ dreining hindres.

(G)

Spindelen 122 blir hindret fra å bli trukket ut av huset 112 og

deres relative aksialbevegelse er begrenset ved hjelp av en holdering 128 som er skrudd på innerenden av spindelen 122. I den aksialt utstrakte stilling av stabilisatoren 110, vil ringen 128 støte mot en innvendig skulder 129 i sentrumshullet av huset 112. I den aksialt sammentrukne stilling av stabilisatoren 110, vil ringen 128 støte mot den nedre ende av den faste sperrehindring 152.

(H)

Innerenden av spindelen 112 nær skulderrampen 150 er glidbart

festet til sperrehindringen 152 (som er festet til innsiden av huset 112) ved hjelp av to 0-ringer 160 som hver er festet i et

respektivt perifert spor i spindelen 122 sin omkrets.

(I)

Ytterenden av spindelen 122 nær strengkoplingen 130 er glidbart festet til innsiden av huset 112 ved hjelp av to 0-ringer 162 som hver er festet i et respektivt perifert spor i huset 112 sin innervegg.

(J)

Huset 112 er gjennomhullet av to ventilporter 164 og 166 for oljeinnsprøytning. Før bruk av stabilisatoren 110, blir smøreolje innsprøytet under trykk gjennom en av disse porter (164 eller 166), samtidig som det innvendige av huset 112 samtidig blir ventilert for luft gjennom den andre av disse porter. Således er det innvendige av stabilisatoren 110 forsynt med smøreolje under trykk inn i rommet som er dannet av det innvendige av huset 112, det ytre av spindelen 122 og O-ringforseglingene 160 og 162. Denne olje under trykk vil smøre delene og motstå inntrenging av boreslam og boreavfall under brønn-operasjonen. Ett eller flere aksiale spor (ikke vist) strekker seg langs overflaten av spindelen 122 fra området ved sporene 124 til like nedenfor de øvre O-ringforseglingene 160 for å muliggjøre fri bevegelse av smøreoljen inn i stabilisatoren 110 ettersom det teleskopisk strekker seg ut og trekker seg sammen.

Figur 5A og 5B viser brønn-stabilisatoren i bruk som del av en borestreng som borer en brønn vesentlig skrått i forhold til vertikalt. Både Figur 5A og 5B er meget skjematiske diagrammer, og hvert av dem er meget forenklet ved fjerning av to vesentlige lengder av strengen. Selv om den første utførelse av brønn-stabilisatoren (dvs stabilisatoren 10 på figur 1-3) er vist på figur 5A og 5B, vil den følgende beskrivelse også gjelde den andre utførelse på figur 4.

På figur 5A er stabilisatoren 10 koplet inn i strengen ved at det er skrudd på nærliggende hus 210 og 212 ved hjelp av strengkoplingene 14 og 30. Disse hus 210 og 212 er forsynt med respektive krager 214 og 216 som hver fungerer som faste diameterstabilisatorer. Den nedre ende av huset 212 er forsynt med en borekrone 218 for skjæring gjennom omliggende geologiske formasjoner 220.

På figur 5A har stabilisatoren 10 sine radiale mellomstykker 16 radialt utstrakt for å gi stabilisatoren 10 dets maksimale effektive diameter. Dette sentrerer borestrengen mellom de faste diameterstabilisatorer eller krager 214 og 216, og borekronen 218 vil normalt skjære i en rett linje (med mindre den blir tvunget til å bøye av f eks av en ujevnhet i det omliggende geologiske materiale 220).

Når det er påkrevet å forandre boringens retning, blir den øverste ende av borestrengen løftet ved overflaten inntil vekten av de nedre strengkomponenter 212, 216 og 218 blir opphengt av stabilisatoren 10 i stedet for å hvile på bunnen av brønnen (gjennom skjærene på borekronen 218). Som tidligere beskrevet, vil dette utløse de radiale mellomstykker 16 og få dem til å trekke seg inn i stabilisatoren 10 under periferiske krefter etter som strengen dreies i brønnen.

På grunn av lengdene av husene 210 og 212 på hver side av stabilisatoren 10 før de neste støttepunkter av kragene 214 og 216, vil stabilisatoren 10 med redusert diameter få den skrånende borestreng til å sige mellom kragene 214 og 216 med fast diameter, slik som vist på figur 5B. Nettoresultatet av denne bøyning i den nedre ende av borestrengen, er at borekronen 218 vil ta en ny retning 222 i en liten vinkel i forhold til den tidligere rette boreretning 224. Siden borestrengen vil sige mot den nedre side av brønnen som blir boret, vil den nye retning 222 ha en tendens til å være vertikal over den foregående retning 224, og brønnen vil øke sitt avvik fra vertikalt mot horisontalt. Eksperimenter antyder en awiksevne på 0,2° for hver 30 m som blir boret i fjell i Nordsjøen.

Brønn-stabilisatoren 10 passer for bruk med oljebrønn-sutstyr som borer brønner med standarddiameter på omtrent 31 cm. - Ved passende valg av vinkler på kamflåtene i stabilisatoren 10, kan minimale og maksimale diametre velges som følger: 15°: 29,85-30,95 cm

10°: 30,2-30,8 cm

5°: 30,5-30,8 cm

Borestrengen kan dreibart drives fra overflaten eller den nedre ende av borestrengen kan ha en brønn-motor for å drive borekronen direkte og uten å dreie hele borestrengens.

Andre modifikasjoner og variasjoner kan gjøres innenfor oppfinnelsens omfang som er bestemt av de medfølgende krav.

Claims

1. Stabilisator for innsetting i en borestreng, med en effektiv diameter som er selektivt variabel mellom en minimums-og en maksimumsverdi, hvor stabilisatoren (10, 110) omfatter et hult, i det vesentlige sylindrisk hus (12, 112) med en strengkopling (14, 114) i en ende, idet huset er påmontert en i vinkelform fordelt rekke med radialt bevegelige mellomstykker (16, 116) hvis ytre ender definerer den effektive diameter, idet en spindel (22, 122) for aktivering av mellomstykkene er montert koaksialt i huset, hvor spindelen har en strengkopling (30, 130) i en ende, idet strengkoplingen (14, 114) på huset og strengkoplingen (30, 130) på spindelen er anordnet ved stabilisatorens motstående ender for å muliggjøre kopling av stabilisatoren (10, 110) til borestrengen under bruk, hvor stabilisatoren (10, 110) er innrettet til teleskopisk sammentrekning og forlengelse mellom strengkoplingene ved aksial inn- og uttrekking av spindelen i huset (12, 112), hvor spindelen (22, 122) og huset (12, 112) er sammenkoplet for å hindre relativ dreining av disse, hvor spindelen (22, 122) har minst en kamflate (32, 132), idet hvert mellomstykke har en kamflate på deres radiale indre ende, og hvor kamflåtene på spindelen (22, 122) og på mellomstykkene samvirker for å tvinge mellomstykkene radialt utad etter teleskopisk sammentrekking av stabilisatoren (10, 110) ved ytterligere innføring av spindelen (22, 122) i huset, KARAKTERISERT VED at en mekanisk stoppanordning (40, 140) som er anordnet i huset, forbinder huset (12, 112) med spindelen (22, 122) i stabilisatorens aksialt ekspanderte stilling for å motstå sammentrykking av stabilisatoren (10, 110) så lenge de aksiale trykkrefter mot stabilisatoren (10, 110) ligger under en fastlagt kritisk kraft, at stoppanordningen (40, 140) aktiveres når en aksial trykkraft som overskrider den kritiske kraft, påvirker stabilisatoren (10, 110) slik at spindelen (22, 122) frigjøres fra huset (12, 112) slik at stabilisatoren (10, 110) sammentrykkes og mellomstykkene (16, 116) dermed utvides radialt, at stoppanordningen (40, 140) fastholder stabilisatoren (10, 110) i den sammentrykte stilling slik at mellomstykkene (16, 116) holdes i utvidet stilling inntil de aksiale krefter mot stabilisatoren (10, 110) blir mindre enn den kritiske kraft og dermed tillater stabilisatoren (10, 110) å ekspandere og gjøre at mellomstykkene (16, 116) trekkes radialt inn i huset.

2. Stabilisator ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at stoppanordningen (40, 140) er en fjærende sperre (42, 142) som med en fjær (54, 154) er koplet slik til huset at fjærens (54, 154) forspenning bestemmer den kritiske kraft, at sperren (42, 142) er koplet til spindelen (22, 122) i stabilisatorens ekspanderte stilling ved hjelp av en rampe (50, 150) på spindelen (22, 122), at fjæren (54, 154) trykkes sammen når stabilisatoren (10, 110) påføres en aksial kraft som overskrider den kritiske kraft, idet sperren (42, 142) dermed glir over rampen for å utvirke den ytterligere innføring av spindelen (22, 122) i huset (12, 112).

3. Stabilisator ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at huset omfatter en sperrehindring (52, 152) som hindrer sperren (42, 142) i gli over rampen så lenge fjæren (54, 154) ikke er sammenpresset fordi den aksiale trykkraft mot stabilisatoren (10, 110) ikke overskrider den kritiske kraft.

4. Stabilisator ifølge krav 2-3, KARAKTERISERT VED at sperren (42, 142) er utformet som flere fingre (46, 146) anordnet ved siden av hverandre i ring, hvor fingrene har en fri ende, mens deres andre ende er forbundet med nabofingrene, at sperrens materiale gjør fingrenes fire ender fjærende, og at rampen (50, 150) på spindelen (22, 122) har form av en ringskulder (48, 148) mot hvilken fingrenes frie ender presses fjærende.

5. Stabilisator ifølge krav 3-4, KARAKTERISERT VED at sperrehindringen (52, 152) er en ringformet innsnevring på husets (12, 112) indre flate og ligger an mot fingrenes frie ender i stabilisatorens ekspanderte stilling for å gi positiv motstand mot fingrenes frie ender og å hindre fingrenes ledige ender i å gli over skulderen på spindelen (22, 122) før igangsettelse av stabilisatorens teleskopiske sammentrekning ved bruk av en aksial trykkraft som overskrider den kritiske kraft.

6. Stabilisator ifølge krav 2-5, KARAKTERISERT VED at fjæren (54, 154) omfatter en stabel med tallerkenfjærer i en ramme med endestopp som begrenser aksial utvidelse av stabelen for å frembringe forspenningen.

7. Stabilisator ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at spindelens (22, 122) kamflater er formet som koniske overflate anordnet koaksialt til spindelen.

8. Stabilisator ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at nabomellomstykker i rekken er anordnet med i det vesentlige samme vinkel til hverandre langs stabilisatorens periferi, og at mellomstykkenes hele rekke er fordelt minst en gang rundt hele stabilisatorens (10, 110) periferi.

9. Stabilisator ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at de i vinkel fordelte mellomstykker også er fordelt aksialt med nabomellomstykker i rekken anordnet med aksial avstand langs stabilisatorens periferi.

10. Stabilisator ifølge krav 9, KARAKTERISERT VED at rekken med mellomstykker danner minst en spiral rundt stabilisatorens periferi med etterfølgende mellomstykker i spiralen eller hver spiral anordnet i det vesentlige med økende vinkel og økende aksial avstand.

11. Stabilisator ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at rekken med mellomstykker danner tre spiraler med ens avstand.

12. Stabilisator ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at hvert mellomstykke er et i det vesentlige sylindrisk legeme (16) som er glidbart montert i et i det vesentlige sylindrisk hull i stabilisatoren (10, 110), og med aksen i hvert slikt sylindrisk legeme er anordnet i det vesentlige i rettvinkel til stabilisatorens akse.

13. Stabilisator ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at hvert mellomstykkes ytre ende er belagt eller på annen måte dekket med et lag med ikke jernholdig, slitefast materiale.

14. Stabilisator ifølge krav 13, KARAKTERISERT VED at det ikke jernholdige, slitefaste materiale er wolframkarbid.