NO179880B - Trykkforsterker (II) - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en forbedret konstruksjon av en trykkforsterker eller trykkomformer for montering ovenfor borkronen ved den nedre ende av et borerør for dypboring, særlig etter olje og gass, og for frembringelse av et for-høyet væsketrykk under utnyttelse av energi i en boreslam-strøm ned gjennom borestrengen og borerøret. Dette kan bl.a. være med sikte på en forsterket borevirkning, fortrinnsvis ved hjelp av en eller flere høytrykkstråler egnet til å ha skjærevirkning i en omgivende bergart.

Oppfinnelsen kan ansees å være en videreutvikling og forbedring av konstruksjoner som er beskrevet i norske patentskrifter nr. 169.088, 171.322, 171.323 og 171.325. Norsk patent 171.323 er spesielt rettet mot en ventilanordning for denne type trykkf or sterkere. Det har nå vist seg at denne og andre kjente ventilanordninger for slike trykkforsterkere, med fordel kan erstattes med nye og forbedrede konstruksjoner, som skal beskrives i det følgende. Disse nye konstruksjoner innebærer bl.a. mindre slitasje på vitale ventildeler og forøvrig en bedre pålitelighet og sikkerhet under de ekstreme påkjenninger som konstruksjonene er utsatt for i praksis.

I likhet med trykkforsterkerne i henhold til de forannevnte norske patentskrifter, tar foreliggende oppfinnelse utgangspunkt i en utførelse omfattende et resiproserende stempel med et trykkslag og et returslag mellom motsatte endestillinger i en sylinder, og på den ene side (lavtrykkside) utformet med en forholdsvis stor stempelflate som under trykkslaget påvirkes av boreslamtrykket i borerøret, en første motsatt stempelflate og en annen, motsatt og forholdsvis liten stempelflate som under trykkslaget frembringer et forhøyet trykk i en mindre del (høytrykkside) av boreslam-strømmen, en ventilanordning for styring av boreslaarstrømmer til og fra stemplet, en kanal til å forbinde et rom foran den første motsatte stempelflate med ringrommet utenfor borerøret i det minste under trykkslaget, en annen kanal med en enveis ventil som forbinder den nevnte høytrykkside med en høy-trykkskanal som leder frem til borkronen, og i det minste en ytterligere kanal som er innrettet til under returslaget å forbinde lavtrykksiden med ringrommet utenfor borerøret.

Det nye og særegne ved trykkforsterkeren ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at det ut for en ende av sylinderen er anordnet en styreventil med sleide og tilhø-rende sleidestang for bevegelse av sleiden i styreventilen, hvis akse er parallell med stempelets akse, at sleidestangen samvirker med stempelet for omstilling av sleiden ved stempelets to endestillinger, og at styreventilen kommuniserer med borerøret, med ringrommet og med en hydraulisk aktuator for omstilling av i det minste ett ventillegeme som inngår i den nevnte ventilanordning, under påvirkning av boreslamtrykk tilført fra styreventilen.

De nye, konstruktive løsninger ifølge oppfinnelsen samt ytterligere fordeler og særegne trekk ved denne, skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 i lengdesnitt viser en første utførelsesform av en trykkforsterker ifølge oppfinnelsen, med stempelet

i en øvre endestilling,

fig. 2 viser et tverrsnitt etter linjene II-II på fig. 1, fig. 3 viser et snitt i likhet med fig. 1, men med stempelet i sin nedre endestilling,

fig. 4 viser et tverrsnitt etter linjen IV-IV på fig. 1, fig. 5 viser en annen utførelsesform av trykkforsterkeren ifølge oppfinnelsen, i lignende snitt som på fig.

1, og

fig. 6 viser skjematisk en gruppe trykkforsterkere basert på en øvre trykkf or sterker ifølge utførelsen på fig. 1-4, sammenkoblet med øvrige trykkforsterkere som har en forenklet konstruksjon.

Da foreliggende trykkforsterker forsåvidt angår hoved-trekkene ved denne bortsett fra ventilanordningen, er nær beslektet med tilsvarende konstruksjoner i henhold til de forannevnte norske patentskrifter, synes det her tilstrekke-lig bare kort å omtale disse hovedtrekk og funksjoner.

I likhet med de tidligere foreslåtte konstruksjoner omfatter utførelsen på fig. 1 et stort sett sylindrisk hus 1, 2, 3 innrettet til å oppta stempelet 6. Dette har tre virk-somme stempelflater, nemlig en øvre forholdsvis stor stempelflate 11, en første motsatt stempelflate 13 og en annen motsatt og forholdsvis liten stempelflate 12 ved den nedre ende av stempelorganet 6. Dette er innrettet til å kunne beveges fritt aksielt under påvirkning av varierende boreslamtrykk på de respektive stempelflater.

Rommet eller volumet foran stempelflaten 11 kan betegnes lavtrykksrom, mens volumet foran stempelflaten 12 tilsvarende kan betegnes høytrykksrom. Dette siste er gjennom en kanal 15A med en enveis ventil 15 forbundet med en samlekanal 16 for den resulterende boreslamstrøm med forhøyet trykk. Kanalen 16 er gjennomgående i hele lengderetningen av huset, dvs. sylinderveggen 1, med sikte på sammenkobling av flere slike trykk omformer enhet er til en gruppe, slik det skal omtales nedenfor under henvisning til fig. 6.

Ventilanordningen ifølge oppfinnelsen i den utførelse som er vist på fig. 1-4 omfatter to dreibare ventillegemer 4A og 4B som hvert er forsynt med to ventilkuler som har respektive gjennomstrømningsåpninger 4A1, 4A2 og 4B1, 4B2. Disse ventillegemer er anordnet i sylinderveggen 1 diametralt motsatt overfor hverandre. Ventillegemene 4A og 4B med sine respektive ventilkuler er fortrinnsvis innrettet til å dreies i en vinkel på ca. 90° mellom åpen og lukket stilling av de respektive ventilkuler. På fig. 1 (og fig. 2) er det således fri åpning for gjennomstrømning gjennom ventilkulene 4B1 og 4A2, mens de to øvrige er lukket. En styre- og aktuatoran-ordning for å bevirke de nevnte omstillingsbevegelser av ventillegemene 4A og 4B, skal forklares nærmere nedenfor. Først skal her i korthet selve hovedfunksjonen av trykkforsterkeren omtales.

Med utgangspunkt i fig. 1 hvor stempelet 6 befinner seg i øvre stilling og ventilkulen 4B1 slipper inn borevæske på oversiden av stempelet gjennom innløpskanalen 11B, vil stempelet 6 bli presset nedover. Dermed vil væske som befinner seg foran stempelflaten 13 på undersiden av stempelet 6, strømme ut gjennom kanalen 13A med den åpne ventilkule 4A2 til ringrommet 50 mellom borestrengen eller sylinderveggen 1 og foringsrøret (ikke vist). Stempelet 6 blir dermed drevet ned til sin bunnstilling som vist på fig. 3. For å bevirke et returslag av stempelet omstilles ventilanordningen til den stilling som er vist på fig. 3, hvor det er åpnet for utstrømning gjennom utløpskanalen 11A.

Utenfor sylinderens endevegg ved lavtrykksiden er det på fig. 1 vist en styreventil 9 med en tilhørende sleide 8 som har en sleidestang 8A. Denne er ført gjennom veggen 2 og inn i en boring 6A i stempelet 6. Bunnen i boringen er betegnet 6B. Nær den øvre ende av boringen er det anordnet et anslagsorgan 6C for samvirke med et endestykke eller første medbringerorgan 8C ved den nedre ende av sleidestangen 8A, mens et annet medbringerorgan 8D er anbragt på et øvre parti av stangen 8A. Som det vil fremgå av det følgende bør den innbyrdes aksielle avstand mellom de to medbringerorganer 8C og 8D være tilnærmet lik eller litt mindre enn slaglengden for stempelet 6. I den stilling som er vist på fig. 1, er således sleiden 8 forskjøvet opp til en øvre stilling i styreventilen 9, ved at anslagsorganet 6C i boringen 6A har påvirket medbringeren 8D under den avsluttende del av den oppadgående bevegelse av stempelet 6.

Styreventilen 9 som har forskjellige innløp og utløp 9A-9F, tjener til i samvirke med bevegelsen av sleiden 8, å dirigere boreslamstrømmer med sikte på den foran omtalte omstilling eller bevegelse av ventilanordningen. Dermed skal det henvises til fig. 4.

På fig. 4 vises en aktuatorsylinder 19 som har en tverrgående plassering i forhold til den sentrale lengdeakse svarende til boringen 6A i stempelet 6 på fig. 1. Bemerk i denne forbindelse at fig. 1 for enkelhets skyld ikke viser aktuator syl inderen 19, mens fig. 4 på sin side bare viser endel av styreventilen 9. En transmisjonsmekanisme for omdannelse av den lineære bevegelse av en gjennomgående sleidestang 19T i aktuator syl inderen 19, til den nevnte dreiebevegelse av ventillegemene 4A og 4B, omfatter ifølge fig. 4 et kjedeelement 21 som løper omkring to tannhjul 14A og 14B fastkilt på toppen av de to ventillegemer 4A og 4B (se fig. 1) . De to ender av kjedeelementet 21 er festet til hver sin ende av aktuatorsleidestangen 19T. Ved etablering av trykkforskjell mellom de to sider av aktuatorstempelet 19S i sylinderen 19, vil sleidestangen 19T bevirke en dreining av tannhjulene 14A og 14B med tilhørende ventillegemer.

Det er klart at den spesielle transmisjonsmekanisme som særlig er illustrert på fig. 4 kan modifiseres på flere måter, f.eks. ved å erstatte kjedeelementet med et snor-eller båndlignende element idet trinser eller lignende uten fortanning, kunne erstatte hjulene 14A og 14B. En annen mulighet ville være å erstatte tannhjulene med enkle armer og kjedeelementet 21 med leddarmer som måtte ha dreibar forbindelse med henholdsvis sleidestangen 19T og de nevnte armer.

For den ønskede styring av boreslamstrømmer og forskyv-ning av aktuator stempelet 19S med tilhørende omstilling av ventillegemene 4A og 4B, er de respektive innløp og utløp 9C-9F i styreventilen 9 på fig. 1, forbundet med tilsvarende markerte innløp/utløp 19C, 19D, 19E og 19F i aktuatorsylinderen 19 på fig. 4. Dvs. at 9D på fig. 1 er forbundet med 19D på fig. 4 osv. Dessuten er det på fig. 4 vist tilfør-selsrør eller -kanaler 50B og 10A som kommuniserer henholdsvis med ringrommet 50 og med en av de langsgående passasjer IA som inngår i det samlede strømningstverrsnitt for tilfør-sel av boreslam under trykk ovenfra gjennom borerøret og vedkommende trykkforsterker. Røret 10A er ført til innløpet 9A i styreventilen 9 på fig. 1, mens røret 50B er ført til åpningen 9B i styreventilen. Som følge av de her angitte forbindelser eller sammenkoblinger, vil styreventilen 9 bevirke den ønskede stempelbevegelse i aktuatorsylinderen 19 slik at ventilanordningen omstilles i avhengighet av og koordinert med den resiproserende bevegelse av stempelet 6.

I utførelsen på fig. 1-4, hvor det er anordnet ventilkuler både for innløp og utløp på hver side av hovedstempel-flåtene 11/13, har hvert ventillegeme 4A og 4B en lengdeutstrekning parallelt med stempelets 6 akse tilsvarende i det minste stempelets slaglengde. Disse dimensjonsforhold er bestemt av behovet for å tilføre boreslam under trykk henholdsvis på stempelflaten 11 under trykkslaget, og på stem-pelf laten 13 under returslaget.

Fig: 3 viser situasjonen når stempelet 6 befinner seg i sin bunnstilling, hvorfra et returslag skal innledes etter at sleiden 8B er trukket ned til sin nedre stilling og gjennom aktuatorsylinderen har omstilt ventillegemene 4A og 4B til de stillinger som er vist på fig. 3. Her vil boreslamtrykk tre inn gjennom ventilkulen 4B2 og kanalen 13B for å virke på stempelflaten 13, mens rommet over stempelflaten 11 gjennom ventilkulen 4A1 og kanalen 11A tillater utpressing av boreslam til ringrommet 50, som har et vesentlig lavere trykk.

Fig. 5 viser en annen utførelse, hvor hvert av ventillegemene har bare én ventilkule, nemlig henholdsvis kulen 24A og kulen 24B som har tilhørende tannhjul 34A resp. 34B for ventilomstilling helt analogt med det som er beskrevet under henvisning til de foregående figurer 1-4. Således er det på fig. 5 anordnet en styreventil 29 med sleide 28 hvis virke-måte er den samme som for styreventilen 9 og sleiden 8 på fig. 1. Følgelig er det i utførelsen på fig. 5 ingen ventil-funksjon som styrer inn/ut-strømningen fra rommet foran stempelflaten 13, idet dette rom gjennom en kanal 33 kommuniserer direkte med ringrommet 50 under alle bevegelsesfaser for stempelet 6. Dette er forsåvidt en løsning som også er tidligere beskrevet bl.a. i norsk patent 169.088. I likhet med den tidligere konstruksjon kan løsningen på fig. 5 også omfatte en retur-trykkfjær innrettet til å utøve en skyve-kraft mot stempelflaten 13.

Også når det gjelder ventil- og aktuatoranordningen kan foreliggende oppfinnelse omfatte utførelser som innbefatter andre konstruksjonstrekk enn de som er omtalt ovenfor i tilknytning til tegningene. Således kan ventilanordningen f.eks. være basert på et plateformet, dreibart ventillegeme som bl.a. vist i det nettopp nevnte patentskrift. Istedenfor en aktuatorsylinder med lineær bevegelse som her er vist og beskrevet, kan andre former for hydrauliske aktuatorer tenkes benyttet, under styring ved hjelp av en styreventil som beskrevet.

I likhet med de tidligere kjente konstruksjoner, særlig som beskrevet i norske patentskrifter nr. 169.088 og 171.325, kan en trykkforsterker ifølge foreliggende oppfinnelse inngå i en gruppe trykkforsterkere for frembringelse av en resulterende, større boreslamstrøm under det ønskede forhøyede trykk. Fig. 6 viser en slik trykkforsterkergruppe, hvor en

øvre trykkforsterker 10 er illustrert i form av samme trykk-forsterkerutførelse som på fig. 1-4. Videre er det på fig. 6 skjematisk vist to ytterligere trykkforsterkere 20 og 30, som

eventuelt kan følges av enda flere trykkforsterkere nedenfor, som alle har ventillegemer med sammenkobling i hele lengderetningen av gruppen, slik at ventillegemene 4A og 4B i den øverste trykkforsterker 10, driver hele rekken av nedenfor-liggende ventillegemer, såsom ventillegemene 64A og 64B i trykkf orsterkeren 20 og ventillegemene 66A og 66B i trykkforsterkeren 30. Disse øvrige trykkforsterkere, f.eks. 20 og 30, kan dermed ha en forenklet konstruksjon uten særskilte midler til å bevirke omstillingsbevegelse av sine ventilanordninger.

Som i de tidligere beskrevne trykkforsterkergrupper er de her illustrerte trykkforsterkere 10, 20, 3 0 osv. innrettet etter en felles lengdeakse 70, med en felles gjennomgående høytrykkskanal 16 og med de respektive ventillegemer aksielt innrettet i forhold til hverandre. For sammenkobling av de to viste strenger av ventillegemer er det innsatt drivaksler 60A, 60B, ... 60G med tilhørende akselkoblinger som vist f.eks. ved 60X mellom trykkforsterkeren 10 og trykkforsterkeren 20.

For utjevning av trykkstøtene i den totale, resulterende høytrykksstrøm i kanalen 16, kan det være en fordel å anordne ventillegemene i trykkf or sterkerne med en vinkelorientering vekselvis motsatt, slik det fremgår av de ventilstillinger som er markert for de respektive ventillegemer i trykkforsterkerne 10, 20 og 30 på fig. 6.

Claims (10)

1. Trykkforsterker for montering ovenfor borkronen ved den nedre ende av et borerør for dypboring, særlig etter olje og gass, og for frembringelse av et forhøyet væsketrykk under utnyttelse av energi i en boreslamstrøm ned gjennom borestrengen og borerøret, omfattende et resiproserende stempel (6) med et trykkslag og et returslag mellom motsatte endestillinger i en sylinder (1,2,3), og på den ene side (lavtrykkside) utformet med en forholdsvis stor stempelflate (11) som under trykkslaget påvirkes av boreslamtrykket i bore-røret, en første motsatt stempelflate (13) og en annen, motsatt og forholdsvis liten stempelflate (12) som under trykkslaget frembringer et forhøyet trykk i en mindre del (høytrykkside) av boreslamstrømmen, en ventilanordning (4A-B) for styring av boreslamstrømmer til og fra stemplet, en kanal (13A) til å forbinde et rom foran den første motsatte stempelflate (13) med ringrommet (50) utenfor borerøret i det minste under trykkslaget, en annen kanal (15A) med en enveis ventil (15) som forbinder den nevnte høytrykkside med en høy-trykkskanal (16) som leder frem til borkronen, og i det minste en ytterligere kanal (11A) som er innrettet til under returslaget å forbinde lavtrykksiden med ringrommet (50) utenfor borerøret, karakterisert ved at det ut for en ende (2) av sylinderen (1,2,3) er anordnet en styreventil (9,29) med sleide (8,28) og tilhørende sleidestang (8A,28A) for bevegelse av sleiden i styreventilen, hvis akse er parallell med stempelets akse, at sleidestangen (8A,28A) samvirker (6A-C) med stempelet (6) for omstilling av sleiden (8,28) ved stempelets to endestillinger (fig. 1 resp. fig. 3) , og at styreventilen (9,29) kommuniserer (10A) med borerøret, med ringrommet (50) og med en hydraulisk aktuator (19) for omstilling av i det minste ett ventillegeme (4A-B,24A-B) som inngår i den nevnte ventilanordning, under påvirkning av boreslamtrykk tilført fra styreventilen (9,29).

2. Trykkforsterker ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte ende (2) av sylinderen (1,2,3) tilsvarer den nevnte lavtrykkside.

3. Trykkforsterker ifløge krav 1 eller 2, karakterisert ved at stempelet (6) har en aksiell boring (6A) for sleidestangen (8A,28A), at sleidestangen (8A,28A) har medbringerorganer (8C-D,28C-D) med innbyrdes aksiell avstand litt mindre enn stempelets (6) slaglengde, for samvirke med et anslagsorgan (6C) i boringen (6A) .

4. Trykkforsterker ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den hydrauliske aktuator er en aktuatorsylinder (19) med en tverrgående plassering i forhold til stempelets (6) akse og at det er anordnet en transmisj onsmekanisme (21,14A-B) for omdannelse av den lineære bevegelse av aktuatorsylinderens (19) sleidestang (19T) til dreiebevegelse av ventillegemet eller -legemene (4A-B,24A-B).

5. Trykkforsterker ifølge krav 4, karakterisert ved at transmisjonsmekanismen omfatter et bånd- eller kjedelignende element (21) som er forbundet med i det minste én ende av aktuatorsleidestangen (19T) og som i det minste delvis ligger rundt omkretsen av en trinse eller et tannhjul (14A-B,34A-B) som er rotasjonsmessig koblet til et ventillegeme (4A-B,24A-B).

6. Trykkforsterker ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at det er anordnet to separate ventillegemer (4A-B,24A-B) som fortrinnsvis er plassert i sylinderveggen (1) innbyrdes diametralt motsatt i forhold til stempelets (6) akse.

7. Trykkforsterker ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at hvert ventillegeme (4A-B,24A-B) omfatter i det minste en ventilkule (4A1,4B1) innrettet til å dreies ca. 90° mellom åpen og lukket stilling.

8. Trykkforsterker ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at hvert ventillegeme (4A-B) har en lengdeutstrekning parallelt med stempelets (6) akse i det minste tilsvarende stempelets slaglengde.

9. Trykkforsterkergruppe omfattende to eller flere trykkforsterkere (10,20,30) for montering ovenfor borkronen ved den nedre ende av et borerør for dypboring, særlig etter olje og gass, og for frembringelse av et forhøyet væsketrykk under utnyttelse av energi i en boreslamstrøm ned gjennom borestrengen og borerøret, med sikte på en forsterket borevirkning, fortrinnsvis ved hjelp av en eller flere høytrykk-stråler egnet til å ha skjærevirkning i en omgivende bergart, hvor i det minste en av trykkf or st erkerne (10) er en trykkforsterker ifølge et av kravene 4-8, og den nevnte høytrykks-kanal (16) forløper kontinuerlig gjennom samtlige trykkforsterkere i gruppen, karakterisert ved at gjennomgående drivaksler (60A-G) og tilhørende koblinger (60X) overfører dreiebevegel-sene fra ventillegemet eller -legemene (4A-B) i den nevnte ene trykkforsterker (10) til lignende ventillegemer (64A-B,66A-B) i de øvrige trykkforsterkere (20,30) i gruppen, idet disse øvrige trykkforsterkere har en forenklet konstruksjon uten egen styreventil og aktuatorsylinder.

10. Trykkforsterkergruppe ifølge krav 9, karakterisert ved at ventillegemene (64A-B,66A-B) i trykkforsterkerne (10,20,30) er vekselvis innbyrdes vinkelforskjøvet fortrinnsvis 90°, om de felles lengdeakser for utjevning av de resulterende trykkstøt i høytrykkskanalen (16) .