NO300231B1 - Trykkforsterker (B) - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en forbedret konstruksjon av en trykkforsterker eller trykkomformer for montering ovenfor borekronen 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 være med sikte på en forsterket borevirkning, fortrinnsvis ved hjelp av en eller flere høytrykkstråler egnet til å ha skjæ-revirkning 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. Det har nå vist seg at disse og andre kjente trykkf or sterkere, med fordel kan erstattes eller modifiseres med nye og for-bedrede konstruksjoner, som skal beskrives i det følgende. Disse nye konstruksjoner innebærer bl.a. forbedret pålitelig-het og redusert slitasje på viktige deler i trykkfors-terkerne.

I likhet med trykkf orsterker ne i henhold til de forannevnte norske patentskrifter, tar foreliggende oppfinnelse utgangspunkt i en utførelse omfattende et resiproserende stempel som under påvirkning av boreslamtrykk er bevegbart mellom motsatte endestillinger i en sylinder. Stempelet har på den ene side én forholdsvis stor stempelflate som ved stempelbevegelse i en første retning påvirkes av boreslamtrykket i borerøret, og en motsatt vendende, forholdsvis liten stempelflate som ved stempelbevegelsen i den første retning frembringer et forhøyet trykk i en mindre del av boreslamstrømmen. En ventilanordning styrer stempelbevegelsen i sylinderen, og det er anordnet kanaler som kommuniserer med boreslam-strømningspassasjer innenfor borerøret resp. ringrommet utenfor borerøret hvor boreslammet har et forholdsvis lavt trykk. En høytrykkskanal med en enveis ventil forbinder rommet foran den lille stempelflate med en samlekanal for boreslam under det forhøyede trykk.

Det nye og særegne ved trykkforsterkeren ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at rommet foran den lille stempelflate er innrettet til å oppta et særskilt arbeidsfluid og at det er anordnet en bevegeligmembran for å skille mellom arbeidsfluidet og boreslammet.

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, og Fig. 2 viser i lengdesnitt en annen utførelsesform av trykkforsterkeren ifølge oppfinnelsen, med stempelet i øvre endestilling.

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

I likhet med de tidligere foreslåtte konstruksjoner omfatter utførelsen på fig. 1 et stort sett sylindrisk hus l, 2, 3 innrettet til å oppta stempelet 6. Dette har her flere virksomme stempelflater, nemlig for det første en øvre forholdsvis stor stempelflate 11, en annen og motsatt stor stempelflate 13 og en motsatt, forholdsvis liten stempelflate 12 ved den nedre ende av stempelorganet 6. Dette er innrettet til å kunne beveges fritt aksielt under påvirkning av varier-ende 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 15 med en enveis ventil 15A forbundet med en samlekanal 16 for den resulterende boreslamstrøm med forhøyet trykk. Kanalen 16 er gjennomgående i hele lengderetningen av huset, dvs. sylin-derveggen 1, méd sikte på sammenkobling av flere slike trykk-omf ormer enheter til en gruppe på tilsvarende måte som i

forannevnte norske patenter.

I tillegg til hoveddelen av stempelet 6 med de to forholdsvis store stempelflater 11 og 13 samt høytrykk-stempelet 12, har utførelsen på fig. 1 en forlengelse oppad som ender i en annen forholdsvis liten stempelflate 14 som er vendt motsatt i forhold til den førstnevnte lille stempelflate 12. Ved stempelbevegelse oppad bevirket av stempelflaten 13 ved påtrykning av boreslam fra borerøret mot denne, blir det følgelig avgitt boreslam under forhøyet trykk gjennom en annen høytrykkskanal 25 med tilhørende enveis ventil 25A som leder frem til den forannevnte samlekanal 16. Dermed vil trykkforsterkeren ha et arbeidsslag både oppad og nedad, slik at et returslag uten egentlig trykkforsterkningseffekt som i de foran omtalte tidligere kjente utførelser, ikke forekommer her.

For å styre boreslam inn i og ut av sylinderen for å drive stempelet 6 opp og ned slik som forklart ovenfor, er det i utførelsen på fig. 1 vist en ventilanordning innrettet til å påvirkes av de store stempelflater 11 og 13 ved de respektive endestillinger av stempelet. Ventilanordningen omfatter en ventil- eller sleidestang som er forskyvbar i tilhørende boring parallelt med sylinderaksen. På stangen 24 er det festet braketter 24A og 24B med slik vinkelform og forlengelse at endepartier av disse braketter kan stikke inn i sylinderen og påvirkes av stempelflåtene 11 og 13 ved de respektive endestillinger av stempelet 6. I den stilling som er illustrert på Fig. 1 har således stempelflaten 11 skjøvet braketten 24B og dermed stangen 24 opp til en øvre stilling, mens den nedre brakett 24A har sitt endeparti stikkende inn i rommet foran stempelflaten 13. Når stempelet 6 nærmer seg sin nedre endestilling vil således braketten 24A føre til omstilling av stangen 24 og dermed en vri-ventil 4 som er anordnet in den øvre endedel 2 av sylinderen. Ventilen 4 blir dreiet mellom to vinkelstillinger ved hjelp av en tver-rarm 24C ved den øvre enden av sleidestangen 24. Vri-ventilen 4 sørger før å styre bores lamstrømmer fra det indre av borerøret 10 for trykkpåvirkning av stempelet 6, hhv. avløp av boreslam til ringrommet 50, slik at den tilsiktede resiproserende bevegelse av stempelet 6 blir oppnådd. De forannevnte tidligere patentskrifter viser flere forskjellige utførelser av slike styre-ventiler, og det skulle ikke her være nødvendig å beskrive ventilen 4 mer i detalj.

På dette punkt nevnes også den samtidig innleverte patentsøknad på trykkf orsterker (vår ref: NNP4239L) fra samme søker, hvor selve stempelanordningen i sylinderen og visse trekk forøvrig tilsvarer temmelig nær det som ovenfor er omtalt i tilknytning til Fig. 1.

Det som er hovedpoenget med foreliggende oppfinnelse er at det anordnes en bevegelig membran, evt. flere membraner, for å skille mellom boreslammet og et særskilt arbeidsfluid som er opptatt i sylinderen 1,2,3 slik at bare dette arbeidsfluid er i berøring med vitale deler av konstruksjonen, nemlig først og fremst stempelet 6 med dettes forskjellige stempelflater. En slik bevegelig membran er i det minste anordnet i et kammer 12A resp. 14A som kommuniserer med rommet foran stempelflaten 12 hhv. 14, dvs. på høytrykksiden av stempelet 6. Nærmere bestemt fremgår det av Fig. 1 at membranen 14B i kammeret 14A er presset opp til en øvre endestilling idet boreslam under høyt trykk dermed er presset ut gjennom høytrykksventilen 17A og høytrykkskanalen 17 til samlekanalen 16. I det nedre kammer 12A er på tilsvarende måte membranen 12B bragt i en øvre stilling under påvirkning av boreslamtrykk på undersiden, klar for et trykkslag i retning nedad ved påfølgende stempelbevegelse nedad, slik at stempelflaten 12 presser arbeidsfluid i rommet foran denne stempelflate ned mot membranen 12B som dermed vil bli beveget nedad og på sin underside presse videre boreslam ut gjennom høytrykksventilen 15A.

De nettopp beskrevne membraner 12B og 14B er i denne utførelse vist som såkalte ruilemembraner, som er i og for seg kjente komponenter fra andre konstruksjoner og utstyrs-typer. Bevegelig membraner i trykkforsterkeren på Fig. 1 er særlig av interesse nettopp på høytrykksiden, hvor rullememb-ranene 12B og 14B er anordnet i rom foran de små stempelflater 12 og 14.

I tillegg til membranene 12B og 14B viser dessuten Fig.

1 ruilemembraner 11B og 13B anordnet i respektive ringformede kamre 11A og 13A som kommuniserer med rommene foran de store stempelflater 11 resp. 13 på stempelet 6. På den annen side kommuniserer disse ringkamre 11A og 13A gjennom kanaler 31 og 32 med ventilen 4, slik at denne vekselvis kan påføre trykk

på oversiden og undersiden av hovedstempelet 6 for den tidligere beskrevne resiproserende bevegelse. På tilsvarende måte

som ruilemembranene 12B og 14B skiller således de ytterligere ruilemembraner 11B og 13B mellom boreslam som strømmer gjennom kanalene 31 og 32 på den ene siden, og det nevnte arbeidsfluid på den annen side, dvs. den side som kommuniserer direkte med rommet foran de store stempelflater 11 og 13.

Som spesielt vist for ruilemembranen 13B kan denne være forsynt med en avstivningsring- eller plate 13C på sitt sentrale parti, for på i og for seg kjent måte å bidra til en ønsket og sikrere rullebevegelse av membranen mellom denne to endestillinger.

Med den spesielle form som stempelet 6 har, omfattende forlengelsene hhv. oppad og nedad for høytrykks-stempelflåtene 14 og 12, er det hensiktsmessig med den viste plassering av membrankamrene 11A og 13A, nemlig radielt utenfor hvert sitt av rommene foran disse stempelflater 12 og 14. Disse er slik det fremgår av tegningen, beliggende sentralt og aksielt i sylinder/stempelkonstruksjonen.

I denne utførelse er membrankamrene 11A og 13A ringformet med tilsvarende utforming av de tilhørende rullemembraner 11B og 13B, men det er klart at et antall sylindriske og separate membrankamre kunne erstatte hvert slikt ringkammer.

Kamrene 12A og 14A for rui lemembr anene 12B og 14B på høytrykksiden, er mest hensiktsmessig plassert aksielt ut for hver av de små stempelflater 12 og 14. Der med blir det oppnådd en direkte og fordelaktig forbindelse med de respektive høytrykksventiler 15A og 17A med høytrykkskanalene 15 og 17.

Som arbeidsfluid vil det typisk bli anvendt en hydraulikk-væske av en passende og kommersielt tilgjengelig type. Ved at de vitale deler av konstruksjonen, særlig stempelet 6 med dettes forskjellige glide- og stempelflater, arbeider i en slik ren hydraulikk-væske og separert fra boreslammet, blir det åpenbart oppnådd en mer pålitelig og driftsikker trykkforsterker.

Det er klart at det utførelseseksempel som er vist på fig. 1 kari varieres på mange måter uten at den prinsipielle separering mellom arbeidsfluid og boreslam går tapt. Slike modifikasjoner kan som nevnt gjelde for eksempel ventilen 4, arrangementet og plasseringen av membrankamre osv. Som en særskilt detalj nevnes her at endedempere kan være anordnet i tilknytning til de små høytrykks- stempelflater 12 og 14.

En modifikasjon av spesielle interesse er illustrert på fig. 2, som i det alt vesentlige tilsvarer utførelsen på fig. 1, bortsett fra den bevegelige membran 43B i det nedre ringformede membrankammer 43A. Mens selve dette membrankammer 43A i sin utforming helt tilsvarer ringkammeret 13A på fig. 1, er membranen 43B ikke en rullemembran som membranen 13B, men en tilnærmet sylindrisk membran som er innrettet til å bevege seg stort sett radielt i kammeret 43A. I den på fig. 2 viste stilling ligger membranen 43B for en stor del mot den radielt indre sylindervegg i kammeret 43A, svarende til den stempelstilling som er vist, nemlig en øvre stilling, like som på fig. 1. Når stempelet beveges nedover vil membranen 43A av arbeidsfluidet bli presset radielt utad til anlegg mer eller mindre mot den ytre sylindervegg i kammeret 43A, mens boreslam på yttersiden av membranen 43B samtidig blir presset ut nedad gjennom kanalen eller kanalene 32 (se fig. 1).

Det er klart at i utførelsen på fig. 2 kunne også det ringformede membrankammer på oversiden av hovedstempelet være forsynt med en stort sett sylinder lignende membran tilsvarende membranen 43B.

Claims (8)

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) som under påvirkning av boreslamtrykk er bevegbart mellom motsatte endestillinger i en sylinder (1,2,3), idet stempelet på den ene side har en forholdsvis stor stempelflate (11) som ved stempelbevegelse i en første retning påvirkes av boreslamtrykket i borerøret (10), og en motsatt vendende, forholdsvis liten stempelflate (12) som ved stempelbevegelsen i den første retning frembringer et forhøyet trykk i en mindre del av boreslamstrømmen, en ventilanordning (4) for styring av stempelbevegelsen i sylinderen (1,2,3), kanaler (31,32) som kommuniserer med boreslam-strømningspassasjer innenfor borerøret (10) resp. ringrommet (50) utenfor borerøret (10) hvor boreslammet har et forholdsvis lavt trykk, og en høy-trykkskanal (15) med en enveis ventil (15A) for å forbinde rommet foran den lille stempelflate (12) med en samlekanal (16) for boreslam under det forhøyede trykk, karakterisert ved at rommet foran den lille stempelflate (12,14) er innrettet til å oppta et særskilt arbeidsfluid og at det er anordnet en bevegelig membran (12B,14B) for å skille mellom arbeidsfluidet og boreslammet.

2. Trykkforsterker ifølge krav 1, karakterisert ved at membranen (12B,14B) er anordnet i et kammer (12A,14A) som på den ene side kommuniserer med rommet foran den lille stempelflate (12,14) og som på den annen side kommuniserer med høytrykkskanalen (15,17).

3. Trykkforsterker ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rommet foran den store stempelflate (11) er innrettet til å oppta det nevnte arbeidsfluid og at det er anordnet i det minste ytterligere to bevegelige membraner (11B,13B) for å skille mellom arbeidsfluidet og boreslam i de nevnte kanaler (31,32).

4. Trykkforsterker ifølge krav 3, karakterisert ved at det for hver ytterligere membran (11B,13B) er anordnet et membrankammer (11A,13A) som på den ene side kommuniserer med sylinderen (1,2,3) og som på den annen side kommuniserer med i det minste en av de nevnte kanaler (31,32).

5. Trykkforsterker ifølge krav 4, karakterisert ved at stempelet (6) er utformet med en annen forholdsvis stor stempelflate (13) vendt motsatt i forhold til den først-nevnte store stempelflate (11) og innrettet til å påvirkes av boreslamtrykket i borerøret (10) for å bevege stempelet (6) i en annen motsatt retning av den nevnte første retning, at det videre er anordnet en annen forholdsvis liten stempelflate (14) vendt motsatt i forhold til den førstnevnte lille stempelflate (12) og innrettet til ved stempelbevegelsen i den annen, motsatte retning å frembringe et forhøyet boreslamtrykk, og at en annen høytrykkskanal (25) med en annen enveis ventil (25A) tjener til å forbinde rommet foran den annen, motsatte lille stempelflate (14) med samlekanalen (16), samt at membrankamrene (11A,13A) i det minste delvis er plassert radielt utenfor hvert sitt av de nevnte rom foran de små stempelflater (12,14), idet rommene har en aksielt sen-tral plassering i trykkforsterkeren.

6. Trykkforsterker ifølge krav 5, karakterisert ved at membrankamrene (11A,13A) er ringformet om en akse som faller sammen med sylinder /stempel-aksen.

7. Trykkforsterker ifølge et av kravene 2-6, karakterisert ved at det nevnte kammer (12A,14A) er plassert aksielt ut for det nevnte rom foran hver lille stempelflate (12,14).

8. Trykkforsterker ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved atde(t) nevnte membran(er) har form av rullemembran(er) .