NO20110752A1

NO20110752A1 - Device for controlling a rotary tool for use in drilling holes

Info

Publication number: NO20110752A1
Application number: NO20110752A
Authority: NO
Inventors: Kenneth Sondervik
Original assignee: Siv Ing Per Olav Haughom As
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-21

Abstract

Anordning ved et roterende opprømmingsverktøy (1) tilveiebrakt for å utføre opprømming (14) av et borehull (12) der avvirkningsdelene (2) kan settes i to posisjoner, inntrukket eller utkjørt ved å velge hva som skal startes først, rotasjonen (5) eller veskegjennomstrømningen (47).Arrangement by a rotary reaming tool (1) provided to perform reaming (14) of a borehole (12) where the finishing parts (2) can be put in two positions, retracted or extended by selecting what is to be started first, the rotation (5) or the fluid flow (47).

Description

ANORDNING VED STYRING AV ET ROTERENDE VERKTØY TIL BRUK VED OPPRØMMING AV BOREHULL. DEVICE FOR CONTROLLING A ROTARY TOOL FOR USE IN DRILLING A BORE HOLE.

Denne oppfinnelsen vedrører et verktøy til bruk ved opprømming av borehull. Nærmere bestemt dreier det seg om en måte å This invention relates to a tool for use when reaming boreholes. More specifically, it is about a way to

styre verktøyets avvirkningsdel i to posisjoner, inntrukket i verktøyet og i opprømmingsposisjon mot borehullsveggen. control the cutting part of the tool in two positions, retracted into the tool and in the reaming position against the borehole wall.

Etter hvert som boreteknologien, spesielt olje -og gassindustrien har utviklet metoder og løsninger for boring og utforing av lange borehull, har det oppstått behov for å rømme opp visse seksjoner av borehullet i samme operasjon som boringen utføres. As drilling technology, especially the oil and gas industry, has developed methods and solutions for drilling and lining long boreholes, the need has arisen to clear up certain sections of the borehole in the same operation as the drilling is carried out.

Opprømmingen kan være nødvendig for å gi plass til forings rør eller andre installasjoner som det er ønskelig å sette ned i borehullet på utvalgte posisjoner langs borehullet. The clearing may be necessary to make room for casing pipes or other installations that it is desirable to place in the borehole at selected positions along the borehole.

I følge kjente teknikker benyttes i dag en løsning der verktøyet som skal foreta opprømming av borehullet aktiveres ved at det pumpes en ball (dart) ned gjennom borestrengen. Når ballen når opprømmingsverktøyet strupes borevesken, trykkfallet som oppstår utløser en funksjon som aktiverer awirkningsdelen i verktøyet. Avvirkningsdelen nullstilles ved å øke gjennomstrømningen over en bestemt grenseverdi, slik at ballen pumpes forbi selve verktøyet og inn i en oppsamlings lomme . According to known techniques, a solution is currently used in which the tool that is supposed to clear the borehole is activated by pumping a ball (dart) down through the drill string. When the ball reaches the reaming tool, the drill bag is throttled, the pressure drop that occurs triggers a function that activates the deactivation part in the tool. The cutting part is reset by increasing the flow above a certain limit value, so that the ball is pumped past the tool itself and into a collection pocket.

I mange tilfeller ønsker en å utføre opprømming på spesielle strekninger, på andre strekninger ønsker en at borehullet skal ha normal diameter. For å oppnå denne funksjonaliteten må det droppes flere baller i borestrengen. Dette er en forholdsvis omfattende operasjon og kan bare gjennomføres et begrenset antall ganger. In many cases, you want to carry out reaming on special sections, on other sections you want the borehole to have a normal diameter. To achieve this functionality, more balls must be dropped in the drill string. This is a relatively extensive operation and can only be carried out a limited number of times.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste en eller flere ulemper ved kjente teknikker på området. The purpose of the invention is to remedy or reduce at least one or more disadvantages of known techniques in the area.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i etterfølgende beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the following description and in the subsequent patent claims.

Det er tilveiebrakt et styresystem som kjennetegnes awirkningsdelen kan settes i minst to posisjoner uten at det er nødvendig å droppe en ball eller dart gjennom borestrengen. A control system is provided which is characterized by the fact that the action part can be set in at least two positions without it being necessary to drop a ball or dart through the drill string.

Det er overraskende funnet en løsning der veskestrømmen gjennom borestrengen i kombinasjon med rotasjon av borestrengen er velegnet for anvendelse til styring av et verktøy for opprømming av borehull. Surprisingly, a solution has been found where the fluid flow through the drill string in combination with rotation of the drill string is suitable for use in controlling a tool for reaming drill holes.

Nede i et borehull er det to tilgjengelige hovedfunksjoner, rotasjon av borestrengen og veskestrømmen gjennom borestrengen. Down in a drill hole there are two main functions available, rotation of the drill string and fluid flow through the drill string.

Styresystemet utnytter disse tilgjengelige funksjonen på en slik måte at ved å starte veskestrømmen før rotering av borestrengen så settes awirkningsdelen på verktøyet i arbeidsposisjon. Startes derimot rotasjonen før veskestrømmen settes awirkningsdelen i passiv posisjon. En detaljert forklaring av styresystemets virkemåte er beskrevet i beskrivelsens spesielle del. The control system utilizes these available functions in such a way that by starting the fluid flow before rotating the drill string, the working part of the tool is set in working position. If, on the other hand, the rotation is started before the bag flow, the action part is set in a passive position. A detailed explanation of the operation of the control system is described in the special part of the description.

Veskestrømmen som føres gjennom centriks hull i verktøyet påvirker en vesketurbin som settes i rotasjon og aktiverer en hydraulisk pumpeenhet i et lukket og trykkompensert oljevolum. Pumpetrykket aktiverer ventil som åpner eller stenger for differensialtrykket mellom innvendig borestreng og utvendig The fluid flow that is passed through the centric hole in the tool affects a fluid turbine which is set in rotation and activates a hydraulic pump unit in a closed and pressure-compensated oil volume. The pump pressure activates a valve that opens or closes for the differential pressure between the internal drill string and the external one

Ventilen kan aktiveres av både veskestrømning og rotasjon The valve can be activated by both bag flow and rotation

Starter veskestrømmen først vil ventilen åpne slik at difftrykket mellom innvendig og utvendig i borerøret påvirker et stempel som aktiverer awirkningsdelen på verktøyet. Når rotasjonen deretter startes er ventilen låst og påvirkes ikke av rotasjon av borestrengen. If the fluid flow starts first, the valve will open so that the differential pressure between the inside and outside of the drill pipe affects a piston that activates the action part of the tool. When rotation is then started, the valve is locked and is not affected by rotation of the drill string.

Når rotasjonen starter først vil en mekanisme som utnytter sentrifugalkraften påverke ventilen slik at den lukker og awirkningsdelen trekkes tilbake ved fjærkraft. Når veskestrømmen deretter starter er ventilen i låst posisjon inntil borestrengen igjen holdes stille. When the rotation first starts, a mechanism that utilizes centrifugal force will act on the valve so that it closes and the action part is retracted by spring force. When the casing flow then starts, the valve is in the locked position until the drill string is again held still.

I det etterfølgende beskrives et foretrukket utførelseseksempel som er anskueliggjort på etterfølgende tegninger og beskrivelse , hvor: In what follows, a preferred design example is described which is visualized in the following drawings and description, where:

Fig 1 viser prinsipp av borehull med opprømming Fig 1 shows the principle of boreholes with reaming

Fig 2 viser opprømmingsverktøyet med awirkningsdel Fig 2 shows the clearing tool with a working part

Fig 3 viser snitt gjennom opprømmingsverktøyet Fig 3 shows a section through the clearing tool

Fig 4 viser detalj av pump enhet med vesketurbin Fig 4 shows a detail of the pump unit with bag turbine

Fig 5 viser detalj av styreventilen for hydraulisk aktiveringstrykk Fig 5 shows detail of the control valve for hydraulic activation pressure

Fig 6 viser prinsippet funksjonsskjema av opprømmingsverktøyet Fig 6 shows the principle functional diagram of the clearing tool

På tegningene betegner henvisningstallet 1 opprømmingsverktøyet med awirkningsdelen 2 og gjengeparti 3 for sammenføying mot en borestrengen 12. Opprømmingsverktøyet 1 plasseres i en posisjon i en borestreng 12 nede i et borehull boret gjennom en formasjon 13 og brukes for å utføre opprømming av borehullet til en større diameter 14. In the drawings, the reference number 1 denotes the reaming tool with the working part 2 and threaded part 3 for joining against a drill string 12. The reaming tool 1 is placed in a position in a drill string 12 down in a borehole drilled through a formation 13 and is used to perform reaming of the borehole to a larger diameter 14.

Opprømmingsverktøyet er satt sammen av sylindriske strengdeler 19,15, 20 og 21 som er skrudd sammen med gjengeforbindelser. Endestykene 19 og 21 har gjengeforbindelser for sammenkobling mot borestrengen 12. Centrisk gjennom hele verktøyet 1 går et sylindrisk hull 16 for veskestrømning. The loosening tool is assembled from cylindrical string parts 19, 15, 20 and 21 which are screwed together with threaded connections. The end pieces 19 and 21 have threaded connections for connection to the drill string 12. A cylindrical hole 16 for fluid flow runs centrally through the entire tool 1.

For å utnytte veskegjennomstrømningen 47 til rotasjon er det anordnet en turbin 17 med skovler 43 som bevirker rotasjon ved In order to utilize the bag flow 47 for rotation, a turbine 17 with vanes 43 is arranged which causes rotation by

veskegjennomstrømning. Turbinhuset 17 er opplagret i lager 18 mot sylindrisk strengdel 15. For å tilveiebringe radiell bevegelse 46 av pumpestempelet 28 er det anordnet knaster 44 på turbinhuset 17. Stempelet holdes i posisjon ved hjelp av fjæren 29. purse throughput. The turbine housing 17 is supported in bearing 18 against the cylindrical string part 15. In order to provide radial movement 46 of the pump piston 28, a cam 44 is arranged on the turbine housing 17. The piston is held in position by means of the spring 29.

Ved radiell bevegelse på stempelet 28 vil olje fra lavtrykkskanalen 32 med forbindelse til tankvolumet 45, bli pumpet til høytrykk i kanalen 33 ved hjelp av tilbakeslagsventilene 30 og 31. Oljevolumet i tank 45 er trykkompensert mot vesketrykket i sentrisk hull 16. During radial movement of the piston 28, oil from the low-pressure channel 32 with connection to the tank volume 45 will be pumped to high pressure in the channel 33 by means of the non-return valves 30 and 31. The oil volume in the tank 45 is pressure-compensated against the bag pressure in the central hole 16.

Høytrykkanalen 33 står i forbindelse med sleideventilen 34 som på figur er vist i nøytralposisjon. Når oljetrykk påsettes som funksjon av rotasjon av turbinen 17 vil sleideventilen 34 bli skjøvet mot fjæren 47 ved at olje går inn gjennom kanalen 39 og gir en stempeleffekt ved fjæren 35. Med sleideventilen i forskjøvet posisjon mot fjæren 47 overlapper sleidesporene 38 og 36 hverandre og slipper olje inn i kanal 41 hvor oljen skyver ventil 7 i en posisjon som vist på figur 6. Ventilen 7 har nå åpnet for at vesketrykk fra centrisk hull 16 i verktøyet 1 kan påvirke ring stempelet 8 slik at awirkningsdelen 2 forskyves radielt utover ved hjelp av kileflatene 48. For å hindre gjentetting av kanalene 24 og i ring stempelvolumet 49 er det anordnet en dyse 6 som besørger en viss minimum gjennomstrømning mellom centrisk hull 16 og utsiden av verktøyet 1. En fjær 9 besørger retur av ring stempelet 49 når ventilen 7 stenger. The high-pressure channel 33 is connected to the slide valve 34, which is shown in the neutral position in the figure. When oil pressure is applied as a function of rotation of the turbine 17, the slide valve 34 will be pushed against the spring 47 by oil entering through the channel 39 and producing a piston effect at the spring 35. With the slide valve in an offset position towards the spring 47, the slide grooves 38 and 36 overlap each other and release oil into channel 41 where the oil pushes valve 7 into a position as shown in figure 6. Valve 7 has now opened so that bag pressure from central hole 16 in tool 1 can affect ring piston 8 so that the action part 2 is displaced radially outwards with the help of the wedge surfaces 48. To prevent resealing of the channels 24 and in the ring piston volume 49, a nozzle 6 is arranged which ensures a certain minimum flow between the central hole 16 and the outside of the tool 1. A spring 9 ensures the return of the ring piston 49 when the valve 7 closes.

Med ovennevnte funksjonsbeskrivelse har en oppnådd å aktivere verktøyets 1 awirkningsdel 2 ved hjelp av veskegjennomstrømning 47. With the above functional description, it has been achieved to activate the tool's 1 action part 2 by means of bag flow 47.

Startes rotasjon 50 før veskegjennomstrømning vil lodden 5 bli påvirket av sentrifugalkraft og beveges radielt. Med opplagring om punktet 27 bevirker dette en aksialforskyvning av pinnen 25 som igjen trykker på tjæren 45 og forskyver ventilen 34 i ende posisjon mot fjæren 35. If rotation 50 is started before bag flow, the plumb line 5 will be affected by centrifugal force and move radially. With bearing about the point 27, this causes an axial displacement of the pin 25 which in turn presses on the tar 45 and displaces the valve 34 in its end position towards the spring 35.

Når veskestrømmen 47 nå startes vil trykkolje bli pumpet inn i kanalen 33 og videre gjennom kanal 42 til sleideventil 7 som forskyves i posisjon der den lukker for vesketrykk fra centrisk hull 16. Derved vil trykket på ring stempelet bli drenert ut gjennom dysen 6 og awirkningsdelen 2 trekkes tilbake inn i verktøyet 1. When the bag flow 47 is now started, pressurized oil will be pumped into the channel 33 and further through channel 42 to the slide valve 7, which is moved into a position where it closes to the bag pressure from the central hole 16. Thereby, the pressure on the ring piston will be drained out through the nozzle 6 and the impact part 2 retracted into the tool 1.

Claims

Patent claim 1 Device for a rotary reaming tool (1) for use when reaming (14) a borehole (12) where the reaming is carried out with working parts (3) which are displaced radially from the tool (1) and can be set in a retracted or extended position for reaming (14) of the borehole (12), characterized in that the position of the impact part (3) is determined by what starts first, either fluid flow (47) or rotation (50), both of which control the valve (34) and distribute pressure oil from the pump (28) so that the valve (7) can be set in two positions open or closed for the differential pressure between the centric hole (16) and the bag pressure outside the opening tool (1). Patent claim 2 Device for a reaming tool as described in patent claim 1, characterized in that rotation (5) of the reaming tool (1) applies centrifugal force to the solders (5) which, through the bearing (27) and the pin (25), sets the valve (34) in a position so that pressurized oil from the pump (28) is led through the slide grooves (37) and (38) and further through the channel (42) to the slide valve (7) which closes for differential pressure between the central hole (16) and the surrounding pressure outside the tool (1)