NO301386B1 - Beskyttelsesanordning for en rotasjonsborestreng - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en beskyttelsesanordning for en rotasjonsborestreng beregnet til bruk i et borehull i en undergrunnsformasjon eller i et foringsrør anbragt i formasjonen, idet borestrengen rager gjennom borehullet eller foringsrøret.

En slik anordning, som er kjent fra US-patent 2.715.552, omfatter en bekyttelseshylse for anbringelse omkring borestrengens sirkulære ytterside og med en ytterdiameter som er større enn borestrengens ytterdiameter og mindre enn innerdiameteren til borehullet eller foringsrøret, for beskyttelse av henholdsvis borehull-eller foringsrørveggen og borestrengen og å minske graden av rotasjon av hylsen sammen med borestrengen når hylsen danner friksjonskontakt med borehull- eller foringsrørveggen, mens borestrengen fortsetter sin rotasjon ved slik kontakt, idet hylsen på sin innerside som vender mot yttersiden av borestrengen oppviser aksiale spor som rager i hele hylsens lengde og befinner seg i omkretsmessig innbyrdes avstand, idet ribber mellom sporene i innersiden av hylsen danner et fluidlager mot borestrengen som minsker virkningen av bremsemomentet på borestrengen ved den nevnte kontakt, og idet en øvre og nedre klemring er festet til borestrengen.

En borestreng omfatter vanligvis en lang streng av sammenkoblede borerørlengder som strekker seg fra overflaten ned i et brønnhull dannet ved hjelp av en borkrone på enden av borestrengen. Utforing utføres vanligvis ved forskjellige dybder nedover hele brønnhullet fra overflaten, for å forhindre borehullveggen i å falle inn brønnhullet og å forhindre fluider fra forskjellige borede formasjoner i å komme inn i brønnhullet, og omvendt.

Under rotasjonsboreoperasjoner utsettes borestrengen for støt og slitasje hver gang borestrengen kommer i kontakt med brønnhullets vegger eller foringsrøret. I mange boreoperasjoner kan borestrengen forløpe under jorden langs en buet bane, i stedet for vertikalt, og i disse tilfeller kan et betraktelig dreiemoment frembringes på grunn av virkningene av friksjonskrefter utviklet som resultat av at rotasjonsborestrengen med sine beskyttelsesanordninger kommer i kontakt med foringsrøret eller veggen i brønnhullet.

Borestrengbeskyttere er tidligere blitt plassert på forskjellige steder langs lengden av borestrengen, for derved å holde borestrengen med sine forbindelser bort fra veggene på foringsrøret og/eller formasjonen. Disse borestrengbeskyttere er vanligvis fremstilt av gummi eller annet elastomert material, på grunn av deres evne til å absorbere støt og gi minimal slitasje. Tidligere kjente borestrengbeskyttere er vist i US-PS 4.796.670, 4.266.578 og 3.480.094. Tidligere kjente borestrengbeskyttere er vanligvis faste gummibeskyttere med en ytre diameter som er større enn diameteren til borestrengens gjengemuffeskjøter, og disse beskyttere er vanligvis stivt festet til eller klemt fast på yttersiden av borestrengen på et sted nær muffeskjøten eller forbindelsen mellom to borerørlengder. En sådan installasjon medfører at gummibeskytteme skrubber mot innerveggen av foringsrøret når borestrengen roteres. Selv om beskyttelse mot slitasje av foringsrøret er det viktigste resultat når det benyttes sådanne borestrengbeskyttere, kan de frembringe en betraktelig økning av det bremsende momentet som utvikles under boreoperasjoner. Det vesentlige problem er at eksisterende beskyttere (det kan foreligge flere hundre av disse beskyttere i brønnhullet på samme tid) kan frembringe tilstrekkelig kumulativt bremsende moment eller friksjonsmotstand ved en radius som er tilstrekkelig til effektivt å avkorte boreoperasjonene, hvis dreiemomentet som er påkrevet for å rotere borestrengen nærmer seg eller overskrider det tilgjengelige dreiemoment. Et ytterligere problem oppstår når borestrengen begynner å oppvise torsjonssvikt på grunn av de høye nivåer dreiemomentet får som reaksjon på det bremsende momentet eller motstanden frembragt av eksisterende borestrengbeskyttere.

Tidligere er problemene med slitasjebeskyttelse for foringsrøret sammen med økende dreiemoment blitt håndtert ved forbedringer rettet mot fremstilling av bore- og foringsrørbeskyttere i forskjellige lavfriksjonsmaterialer i forskjellige sammensetninger. Hittil har erfaring vist at disse teknikker bare har hatt marginal virkning, og oljeselskaper leter fortsatt etter effektive midler som i stor grad kan redusere slitasje og dreiemoment som utvikles på grunn av friksjon, og som vanligvis opptrer når det bores dypere brønner og brønner med en bestemt retning, inkludert horisontale brønnhull.

Den beskyttelsesanordningen som er kjent fra US-patent 2.715.552 muliggjør dreining av hylsen i forhold til borestrengen, og minsker således problemene med høyt bremsende moment når hylsen er i anlegg mot et brønnhull eller et foringsrør.

Klemringene vist i US 2.715.552 befinner seg i en slik innbyrdes avstand på borestrengen at beskyttelsesanordningen kan forskyves langs strengen. Avstanden er tilnærmet lik lengden av beskyttelsesanordningen .

US 2.715.552 viser ribber som er sirkulært og konkavt avrundet, slik at flatene utgjør sylindersegmenter med krumningssentrum beliggende i borestrengens akse.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en beskyttelsesanordning som ytterligere reduserer det bremsende moment som utvikles når hylsen kommer i kontakt med veggene i en formasjon eller et foringsrør i et brønnhull, og slik at anordningens levetid forlenges og bore- og foringsrørslitasjen reduseres.

Beskyttelsesanordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at hver ribbe har et flateparti som danner en liten vinkel med borestrengens ytterside, under dannelse av hovedsakelig kileformede rom for tilførsel av et fluid som danner fluidopplagringen, og at klemringene er beregnet til å festes til borestrengen henholdsvis umiddelbart ovenfor og nedenfor hylsen og derved holde hylsen i en fast aksial stilling på borestrengen, idet den øvre klemringen i den nedre endeflate som vender mot den øvre enden av hylsen er utformet slik at det gjenstår fritt rom for fluidet som danner fluidopplagringen.

Ved å forårsake en relativ rotasjon mellom beskyttelsesanordningen og borestrengen reduseres i stor grad det bremsende moment som skyldes kontakt mellom anordningen og foringsrøret eller borehullet. Den resulterende dreiemomentreduksjon kan bli betraktelig, og avhengig av dimensjonene på den aktuelle borestreng og den aktuelle borestrengbeskytter, kan dreiemomentreduksjonen ligge i nærheten av 30 %.

Klemringene som inngår i den foreliggende oppfinnelse holder hylsen i en fast aksial stilling på strengen. Dette er vesentlig, fordi en aksial forskyvning vil minske virkningen av fluidopplagringen i vesentlig grad. Det har i praksis vist seg at en forskyvbar beskyttelsesanordning hurtig vil bli slitt ut under bruk, mens en aksialt fast anordning har vesentlig lenger brukstid.

Som et resultat av denne oppfinnelse er slitasjebeskyttelsen for foringsrøret, samt for borestrengen og beskytteren selv, forbedret, samtidig som den reduserte kumulative friksjonsmotstand som virker på borestrengen tillater boring til større dyp.

Et vesentlig trekk ved oppfinnelsen er den vinkelen som et flateparti på hver ribbe danner med borestrengens ytterside, og som muliggjør tilførsel av fluid.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i den etterfølgende, detaljerte beskrivelse, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 er et utsnitt som halvskjematisk viser en borestrengbeskytter av tidligere kjent art, vist delvis i snitt og sett fra siden, idet borestrengbeskytteren er montert i nærheten av en gjengemuffeskjøt i borestrengen på et parti som befinner seg inne i et foringsrør, som er blitt sementert i en undergrunnsformasjon. Fig. 2 er et utsnitt som halvskjematisk viser en borestrengbeskytter i henhold til den foreliggende oppfinnelses prinsipper, vist delvis i snitt og sett fra siden, idet borestrengbeskytteren er montert på et strengparti som befinner seg inne i et foringsrør, som er blitt sementert eller på annen måte festet i et borehull i en formasjon. Fig. 3 er et utsnitt som viser en borestrengbeskyttelsesanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse, vist delvis i snitt og sett fra siden, idet anordningen er montert nær gjengemuffeskjøten på en borerørlengde som er blitt drevet inn i et foringsrør som er anbragt i et brønnhull. Fig. 4 viser et snitt langs linjen 4-4 gjennom anordningen vist i fig. 3, sett ovenfra, Fig. 5 er en forstørrelse av det utsnitt av snittet som er vist i fig. 4, innenfor

linjen 5-5.

Fig. 6 viser en detaljert utførelse av et klemringarrangement som brukes

sammen med borestrengbeskytteren, sett fra siden,

Fig. 7 viser innretningen i fig. 6 sett ovenfra fra linjen 7-7.

Fig. 8 viser anordningen i fig. 6 sett nedenfra fra linjen 8-8.

Fig. 9 er et utsnitt som halvskjematisk viser en alternativ monteringsinnretning for borestrengbeskyttelsesanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse, vist delvis i snitt og sett fra siden, idet innretningen befinner seg i nærheten av en gjengemuffeskjøt på et borerør som er blitt drevet inn i et foringsrør som er installert i et brønnhull, og Fig. 10 er et utsnitt som halvskjematisk viser en ytterligere alternativ monteringsinnretning for montering av en borestrengbeskyttelsesanordning i henhold til oppfinnelsen på en borestreng. Fig. 1 viser en boreanordning av tidligere kjent type, for boring av en brønn i en undergrunnsformasjon 10. En rotasjonsborestreng, som omfatter lengder av borerør 12, borer et brønnhull 14 ved hjelp av et boreverktøy (ikke vist) som er festet på enden av borestrengen. Et sylindrisk foringsrør 16 er sementert i brønnhullet for å støtte opp formasjonen som omgir borehullet. Oppfinnelsen beskrives med hensyn til dens bruk inne i et foringsrør i et brønnhull, men oppfinnelsen kan også benyttes for å beskytte mot skade forårsaket ved kontakt med en borehullvegg som ikke har et foringsrør. På de steder i denne beskrivelse og de etterfølgende krav hvor det henvises til kontakt med veggen eller innsiden av et foringsrør, gjelder derfor også beskrivelsen kontakt med veggen på et brønnhull, og hvor det gjøres henvisning til kontakt med et borehull, kan borehullet være veggen på brønnhullet eller den indre overflate på et foringsrør.

Det henvises igjen til fig. 1 hvor separate borestrengbeskyttere 18 er montert med innbyrdes avstand langs lengden av en borestreng for å beskytte foringsrøret fra skade som kan oppstå når borestrengen roteres sammen med sine gjengemuffeskjøter inne i foringsrøret. For å forenkle er det bare vist én borestrengbeskytter i fig. 1. Borestrengen eller utforingen kan under boreoperasjoner avvike fra en vertikal bane, og kontakt mellom borestrengen og veggen på utforingen er uønsket. Borerørlengdene er koblet sammen til en borestreng ved hjelp av adskilte gjengemuffeskjøter 20 av konvensjonell type.

De enkelte borestrengbeskyttere 18 er montert på borestrengen i nærheten av hver av gjengemuffeskjøtene for å redusere støt og vibrasjoner påført borestrengen samt slitasje på innerveggen av foringsrøret. Når borestrengen roteres inne i foringsrøret, vil dens muffeskjøter vanligvis skrubbe mot innsiden av foringsrøret, og denne skrubbevirkning vil kunne føre til at enten forings-røret eller den ytre overflate på borestrengen eller på dens gjengemuffeskjøter slites vekk, hvilket i stor grad kan redusere den beskyttelse brønnen får, eller styrken av borestrengen eller muffeskjøtene. For å hindre denne skade i å oppstå er den ytre diameter av borestrengbeskytteren, som vanligvis er laget av et gummimaterial, større enn diameteren av gjengemuffeskjøtene. En sådan installasjon tillater gummibeskytterne å skrubbe mot foringsrøret når borestrengen roteres. Disse gummibeskytterne kan generere et stort kumulativt bremsende moment langs lengden av borestrengen, særlig når hullet avviker fra en vertikal bane (i hvilket borestrengen trekkes som en kjetting som bevirker at gummibeskytterne drives inn i foringsrøret). Dette påvirker boreoperasjoner på en ugunstig måte, først og fremst ved at det skaper friksjon og medfølgende bremsende moment, og den foreliggende oppfinnelse gir en løsning på dette problem.

Fig. 2 viser skjematisk en borestrengbeskyttelsesanordning ifølge prinsippene i henhold til den foreliggende oppfinnelse. En beskyttelsesanordning 22 som omfatter en hylse er sperret mellom en øvre og en nedre klemring 24 og 26 som er festet til den ytre overflate av borestrengen. Beskyttelsesanordningen beskytter mot slitasje på borestrengen og dens muffeskjøter samt på innsiden av foringsrøret eller det omgivende brønnhull, når det er kontakt mellom det roterende borerør (med sine muffeskjøter) og foringsrøret eller borehullet. Beskyttelsesanordningen er montert på borestrengen ved å benytte en teknikk som holder anordningen fast på borestrengen og som tillater at den vanligvis kan rotere sammen med borestrengen under boreoperasjonen, men som, når beskyttelsesanordningen kommer i kontakt med foringsrøret (eller brønnhullet), gjør at anordningen slutter å rotere eller i det minste roterer betraktelig saktere mens borestrengen fortsatt roterer inne i anordningen. Som et resultat nedsettes det bremsende moment som tilføres rotasjonsborestrengen under kontakt mellom hylsen og foringsrøret, sammenlignet med den tidligere kjente anordning vist i fig. 1.

Fig. 3 og 4 illustrerer på en bedre måte den detaljerte utførelse av en beskyttelsesanordning 22 for borestrengen og systemet for montering av hylsen og klemringene 24 og 26 på borerstrengen. Borestrengbeskytteren omfatter fortrinnsvis en langstrakt hylse fremstilt i et passende material som f.eks. et noe sammenpresset lavfriksjonsmaterial. Et foretrukket material er et elastomert material som f.eks. nitrilgummi som har god motstandsevne mot høy temperatur, olje og boreslam. Støpt nitrilgummi, med en Shore A-hardhet på minst 70, er å foretrekke. Et fenolmaterial er et annet passende material, men en rekke passende materialer av f .eks. metall, plast o.s.v. kan anvendes for å møte spesielle fordringer.

Hylsen 22 har en indre overflate som er utført med et dobbelt kileformet arrangement som omfatter flere langstrakte parallelle spor 25 anordnet i omkretsmessig innbyrdes avstand på hylsens indre overflate. Sporene 25 er fortrinnsvis jevnt fordelt over hylsens indre overflate, og har åpen ende i den forstand at de munner ut gjennom en ringformet øvre endekant 27 og en ringformet nedre endekant 28 på hylsen, samt fortrinnsvis har samme bredde, men de kan også ha en hvilken som helst ønsket bredde. Innerveggen av hylsen er således inndelt i ribber med lik bredde og som rager parallelt i forhold til hverandre mellom nabopar av spor 25. Hver ribbe har en innvendig overflate med to skråflater i form av et første og andre veggparti 30, 31 som er skrådd i innbyrdes motsatte retninger i forhold til en tangent til ribbens midtparti, mot hvert sitt spor 25, slik at det er dannet to hovedsakelig kileformede rom mellom hver ribbe og borestrengen 12. Denne utforming gjør at hylsen under bruk reduserer friksjonsmotstanden mellom den indre overflate på hylsen og den ytre overflate på borestrengen når det er kontakt mellom hylsen og veggen på foringsrøret, som beskrevet mer detaljert nedenfor.

Hylsens veggtykkelse er slik at borestrengbeskytteren har en ytre diameter

som er større enn den ytre diameter av de nærliggende gjengemuffeskjøter 28. Hylsens ytre overflate har et antall jevnt fordelte smale, parallelle ytre spor 32 som forløper seg fra en ende av hylsen til den annen. Disse spor 32 avgrenser også ribber med skrå veggpartier 33 nær sporene 32. De ytre spor 32 virker i stor grad på samme måte som de skrå veggpartier 30, 31 nær sporene 25

som befinner seg på hylsens innerside, idet de tillater fluid å strømme gjennom under bruk, samt mens hylsen roterer på borestrengen, hvilket bidrar til å føre fluid fra sporene og tvinge fluidet inn i kileformede rom mellom veggpartiene 33 og foringsrøret, på en likedan måte som for veggpartiene 30 og 31 på innsiden av hylsen.

Beskyttelsesanordningen for borestrengen er delt på langs ved 34 for å gjøre det mulig å montere hylsen på utsiden av borestrengen 12. En ringformet metallforsterkning 36 er innleiret i hylsens støpte legeme. Hensikten med denne forsterkning er å gi beskyttelseshylsen den påkrevde styrke, ved at forsterkningen kan oppta de strekk- og skjærkrefter som hylsen utsettes for når den er i bruk i foringsrøret eller brønnhullet. Forsterkningen kan være fremstilt av et strekkmetall, av et metallplateemne eller av metallstrimler. En foretrukket teknikk er å utforme forsterkningen av en sylinder av rustfritt stål, og som forsynes med hull over hele sylinderflaten. I alle tilfelle er metallforsterkningen fordelt i og innleiret i den elastomere hylses vegg, som antydet ved hjelp av forsterkningselementene 38 og 40 som er anordnet i innbyrdes avstand og som skjematisk illustrerer metallforsterkningen. Et første sett med festefingre (ikke vist) som er anordnet med vertikal innbyrdes avstand, rager ut fra en side av slissen 34 og et samvirkende sett av festefingre (ikke vist) av metall og som er anbragt med vertikal innbyrdes avstand, rager ut fra den motstående side av slissen. Disse fingre er utført i ett stykke med metallforsterkningen 36 via metallforsterkningselementer 42 som er festet til forsterkningen og innleiret i den støpte gummihylse. Når hylsen monteres på den ytre overflate av borestrengen 12 føres fingrene inn mellom hverandre med avstand vertikalt for å motta en låsepinne 44 som drives gjennom hull som befinner seg vertikalt overfor hverandre i fingrene. Dette trekker de motstående sider av hylsen sammen omkring den ytre overflate på borestrengen og lukker derved hylsen om borestrengen.

Fig. 3 viser den øvre og nedre klemring 24 og 26 som er festet til den ytre overflate av borestrengen ovenfor og nedenfor beskyttelsesanordningen. De øvre og nedre klemringer 24 og 26 er festet til borestrengen slik at det blir en viss klaring 46 mellom den nedre kant av den øvre ringen 24 og den ringformede kant 27 på hylsen, og en annen klaring 48 mellom den øvre kant av den nedre ringen 26 og den nedre ringformede kant 28 på hylsen. I en utførelse har klemringene ovenfor og nedenfor hylsen en vertikal høyde på minst 7,6 cm for at overflatearealet skal gi tilstrekkelig grep om røret for sikker fastholding. Klemringene er fortrinnsvis delt, og boltet sammen med fire hodeskruer 49 i rustfritt stål på de ytre flenser.

For å gi et eksempel på sammenlignbare dimensjoner anvendt i den tidligere kjente anordning vist i fig. 1 og utførelsen vist i fig. 2, kan borestrengen ha en ytre diameter på 12,7 cm og borestrengens gjengemuffeskjøt en ytre diameter på 16,5 cm. Den tidligere kjente gummibeskytter vist i fig. 1 kan ha en ytre diameter på ca. 18 cm, mens i utførelsen vist i fig. 2 kan borestrengbeskytteren ha en ytre diameter på ca. 18 cm og den øvre og nedre klemring en ytre diameter på ca. 16,5 cm.

Under bruk, og når rotasjonsborestrengen roteres inne i foringsrøret eller brønnhullet, vil den ytre overflate på borestrengbeskytteren komme i kontakt med den indre overflate på foringsrøret eller brønnhullet. Kontakten med foringsrørets innervegg er lettest å se ved 50 i fig. 4. Den ytre diameter av beskyttelsesanordningn er stor nok til å beskytte borestrengen fra å komme i kontakt med foringsrøret eller borehullet. Gummihylsen roterer sammen med borestrengen under vanlige boreoperasjoner. Når det oppstår kontakt med innerveggen på foringsrøret slutter imidlertid hylsen å rotere, eller nedsetter i stor grad sin rotasjonshastighet, mens borestrengen fortsetter å rotere inne i hylsen, slik at det skjer sluring mellom hylsen og borestrengen, således at hylsen, når den er i kontakt med foringsrøret, nesten vil stanse (den kan gjerne rotere litt), og likevel utøver dens oppbremsing minimal friksjonsmotstand mot borestrengens overflate. De kileformede rom mellom den indre overflate av hylsen og den ytre overflate av borestrengen gjør at sirkulerende boreslam (inne i det ringformede rom mellom foringsrøret og borestrengen) flyter under trykk gjennom klaringen 48 ved enden av hylsen og gjennom de parallelle spor 25, til klaringen 46 ved den motsatte ende av hylsen. Dette frembringer en sirkulerende strøm av fluid under trykk ved overgangen mellom hylsen og borestrengen, og dette fluid blir tvunget inn i de kileformede rom mellom sporene 25, avgrenset av flatene 30 og 31 fra hverandre, slik at det frembringe en tynn film av fluid mellom hylsen og borestrengen, og denne tynne film av fluid i mellomrommene reduserer friksjonsmotstanden. Denne virkning av fluidet som tvinges inn i de kileformede rommene tjener til å tvinge de to motstående overflater fra hverandre. Dermed reduseres friksjonen som ellers ville bli oppstå i full grad, fordi en tynn film av fluid skiller de to overflater. Siden fluidfilmen nå skiller begge disse to overflater og har en lavere friksjonskoeffisient enn begge overflatene, er det dreiemoment som utvikles som følge av rotasjonen i stor grad redusert.

Klemringene på endene bidrar også til å pumpe fluidet for å nedsette friksjonen når hylsen kommer i kontakt med veggen på foringsrøret mens borestrengen roterer. Under bruk bevirker klaringene 46 og 48 ovenfor og nedenfor hylsen sirkulering av det omgivende boreslam inn mellom hylsen og borestrengen. Nærmere bestemt og under henvisning til fig. 3, er det dannet en avfasning 51 i den nedre ringformede kant på den øvre klemring 24 og i den øvre ringformede kant av den nedre klemring 26. Avfasningene 51 avgrenser et område som fluidet kan strømme til under rotasjon av borestrengen, særlig i det øvre området, hvor det hydrostatiske overtrykk får fluid som strømmer opp i kanalene 25 til å ledes inn i rommet under avfasningen 51. Dette får fluidet til å tjene som en kile under et tilstrekkelig trykk til å holde klemringens ende bort fra toppen av hylsen når borestrengen roterer og det er kontakt mellom hylsen og foringsrøret (eller borehullet). Denne kilepute av fluid som er innesperret aksialt innenfor avfasningene opprettholder derved adskillelsen mellom klemringene 24 og 26 og hylsen 22 under bruk.

For å frembringe ytterligere midler for å sikre en god sirkulasjon av fluid til mellomrommet mellom hylsen og borerøret, kan det utformes radiale smale utsparinger (ikke vist) med innbyrdes mellomrom på den øvre kanten 27 og den nedre kanten 28 av hylsen 22, for derved å frembringe ytterligere midler for overføring av fluid til og fra mellomrommet.

Ved å la borestrengen rotere i forhold til hylsen når hylsen er i kontakt med veggen på foringsrøret eller brønnhullet, frembringes det en reduksjon i dreiemomentet på rotasjonsborestrengen på grunn av en reduksjon av den radius som friksjonskraften (som genereres mellom innsiden av hylsen og utsiden av borerøret) virker over. I tidligere kjente faste gummibeskyttere for borestrenger er det dreiemoment som utøves på borestrengen proporsjonalt med gummibeskytterens ytre radius, som i utførelsen beskrevet ovenfor er ca. 9 cm. Til sammenligning virker det dreiemoment som overføres til rotasjonsborestrengen når det benyttes en beskyttelsesanordning for borestrengen i henhold til denne oppfinnelse over en radius som forløper til utsiden av borestrengen (eller innerveggen på hylsen). Siden borestrengens ytre radius er ca. 2,5 cm kortere (i den viste utførelse) enn den tidligere kjente beskytters ytre radius, er dreiemomentet redusert med 28 %.

Denne beregning av det reduserte dreiemoment tar ikke hensyn til den friksjonsreduksjon som finner sted på grunn av borstrengbeskytteren, som et resultat av at fluid tvinges inn mellom de to overflater.

Som en ytterligere fordel reduserer strømningen av boreslam, som passerer gjennom mellomrommet mellom hylsen og borestrengen, ikke bare friksjonskoeffisienten mellom gummihylsen og borestrengen, men den tjener også som et varmeoverføringsmedium for avkjøling av gummien når fluidet

strømmer i de langsgående kanaler 25.

Konvensjonelle, tidligere kjente borestrengbeskyttere kan rives opp og tvinnes av borestrengen på grunn av stor tilført dreiemomentbelastning, og som et resultat kan gummibeskytterne på mange borestrenger bli erstattet så ofte som med noen dagers mellomrom. Med beskyttere i henhold til oppfinnelsen kan beskytternes levetid forlenges betraktelig, og det skjer mindre dreiemomentoppbygning langs lengden av borestrengen. Ikke bare reduserer dette den tid som tapes ved bytte av hylser, men det forlenger også den distanse som boring kan utføres over, fordi det akkumulerte dreiemoment langs borestrengen er redusert.

Fig. 6-8 viser den detaljerte utførelse av klemringen 24, som fortrinnsvis omfatter to sirkulære halvdeler 24a og 24b (se fig. 8) som er festet til motstående sider av borerøret (ikke vist i fig. 6 - 8). Halvdelene er således utført at smale slisser 90 (se fig. 8) er danne mellom inntilliggende ender av halvdelene når de festes til borestrengen. Siden klemringene er festet til rotasjonsborestrengen bevirker sentrifugalkraften at fluidet slenges ut fra de smale slisser under bruk, etter at det har passert gjennom sporene 25 på hylsens indre overflate.

Endene på klemringhalvdelene er utformet med skråplan 92 ved hver ende. Inntilliggende ender av halvdelene danner således et V-formet hakk ved hver sliss 90. Lignende V-formede hakk 94 er dannet ved hjelp av skråplan som befinner seg 180° fra de V-formede hakk på endene av halvdelene. Dette gjør at fire V-formede hakk er jevnt fordelt med 90° mellomrom på enden av klemringene, slik det best fremgår i fig. 8.

I tillegg til de fire V-formede hakk har den nedre kant på hver klemringhalvdel en skrå flate 96 som forløper omkretsmessig på innsiden av klemringen. Den skrå flate 96 vender nedover mot den nedre kant på borestrengbeskytteren.

Når fluid under bruk slynges ut av slissene 90, erstattes det med fluid som trekkes fra mellomrommet mellom hylsen og borestrengen. Skråplanet bidrar til å tvinge fluid inn mellom klemringene og hylsens ytterkanter, og klemringene reduserer det induserte dreiemoment ved å pumpe fluidet gjennom en rekke skråplan og slisser for å smøre og understøtte hylsen. Det vil si at slissene tilfører fluid til skråplanene, idet noe av dette fluid trekkes opp fra mellomrommet mellom hylsen og borerøret gjennom kanalene 25, mens skråplanene frembringer en kileformet pute av fluid som bevirker kjøling og smøring i mellomrommet mellom klemringen og hylsen.

Fig. 9 viser en alternativ monteringsteknikk for å feste

beskyttelsesanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse på en borestreng. I denne utførelse er hylsen 22a montert på borestrengen 12a mellom en øvre klemkrave 24a og en nedre klemkrave 26a. I denne utførelse befinner den øvre og nedre kraven 24a og 26a seg ved den øvre og nedre enden av en intergrert, sylindrisk holder 60, på hvilken hylsen 22a holdes. Holderen 60 er festet til den ytre overflate av borestrengen 12a, slik at holderen 60 roterer sammen med borestrengen. Festeinnretninger 61 i de flensformede øvre og nedre kraver 24a og 26a tjener til å feste holderen 60 til borestrengens ytre overflate. Den ytre overflate på hylsen 22a rager utover forbi den ytre overflate av kravene 24a og 26a (samt de nærliggende muffeskjøter). Hylsens indre overflate 62 har en utformning som er lik den som er beskrevet ovenfor med hensyn til hylsen 22, og som tillater borestrengen og den ytre overflate på holderen 60 å rotere i forhold til den indre overflate 62 i hylsen 22a, når det er kontakt mellom den ytre overflate på hylsen 22a og veggen til et nærliggende foringsrør eller borehull. De øvre og nedre kraver 24a og 26a kan også være utført med områder i likhet med områdene aksialt innenfor avfasningene 51 som er tidligere beskrevet, for å tillate fluid å strømme i de vertikale kanaler 64 i hylsen, for derved å frembringe en fluidpute i mellomrommet 66. Dette gir et middel for å opprettholde adskillelse mellom henholdsvis den ringformede øvre og nedre enden på hylsen 22a og den øvre og nedre kraven 24a og 26a.

Fig. 10 viser en ytterligere alternativ måte for montering av beskyttelseshylsen på en borestreng. I denne utførelse er en sylindrisk holdering 68 festet til den ytre overflate på borestrengen 12b. En beskyttelsesanordning 22b ifølge denne oppfinnelses prinsipper er festet til holderingen 68.

Beskyttelsesanordningen 22b av gummi har en ringformet utsparing 70 som tilsvarer utformingen av holderingen 68. Beskyttelsesanordningen 22b omfatter videre øvre og nedre partier 72 og 74 som rager ovenfor og nedenfor holderingen og utsparingen 70. Under bruk er det kontakt mellom den ytre overflate på beskyttelsesanordningen, som også har den utforming som tidligere beskrevet, under dannelse av kileformede rom mot den indre overflate på et nærliggende foringsrør eller brønnhull, og beskyttelsesanordningen slutter å rotere eller roterer bare noe i forhold til borestrengen 12b, på en måte tilsvarende den som tidligere er beskrevet. I denne utførelse har beskyttelsesanordningen en øvre og nedre grenseflate ved 76 og 78 mellom den indre overflate på beskyttelsesanordningen og den ytre overflate på borestrengen ovenfor og nedenfor holderingen 68. I disse grenseområder frembringer de kileformede rom, som tidligere er beskrevet for den indre overflate av beskyttelsesanordningen, den tynne film av fluid ved grenseflatene 76 og 78. En ytterligere ringformet grenseflate 80 mellom den ytre overflate av holderingen 68 og den indre overflate av utsparingen 70 er utformet slik at det er dannet kileformede rom mot beskyttelsesanordningen, og som også, under bruk, frembringer en tynn film av fluid ved denne grenseflaten.

EKSEMPEL

En borestreng-beskyttelseshylse tilsvarende som beskrevet med hensyn til fig. 2 - 5, ble testet på Exxon's Hondo-plattform ved Santa Barbara, California, i brønn H-37. Den ble brukt i ialt 203 rotasjonstimer og var anbragt på borestrengen mens 1319 m av brønnhullet ble boret.

Hylsen ble installert 457 m nedenfor rotasjonsbordet og fjernet 1776 m nedenfor dette. Hullvinkelen var 5° da hylsen ble installert og ca. 70° da den ble fjernet. Ytterflaten av gummihylsen, med 18,4 cm diameter ble, da den ble fjernet, målt til å vise null slitasje, mens innerflaten, med 12,7 cm diameter, viste 0,16 cm slitasje. Det område på borerøret hvor hylsen ble testet viste ingen slitasje. Det ble observert at den prøvde hylse hadde et utmerket potensial for reduksjon i rotasjonsdreiemoment og for beskyttelse av foringsrøret samt lang levetid. Den konvensjonelle borestrengbeskytter (som beskrevet i forbindelse med fig. 1) som ble benyttet i hullet i dette tidsrom, løsnet fra sin forsterkning og viste stor slitasje, samt hadde betraktelig kortere levetid.

Claims (9)

1. Beskyttelsesanordning for en rotasjonsborestreng (12) beregnet til bruk i et borehull (14) i en undergrunnsformasjon (10) eller i et foringsrør (16)

anbragt i formasjonen, idet borestrengen rager gjennom borehullet eller foringsrøret, hvilken anordning omfatter: en bekyttelseshylse (22) for anbringelse omkring borestrengens sirkulære ytterside og med en ytterdiameter som er større enn borestrengens ytterdiameter og mindre enn innerdiameteren til borehullet eller foringsrøret, for beskyttelse av henholdsvis borehull- eller foringsrørveggen og borestrengen og å minske graden av rotasjon av hylsen (22) sammen med borestrengen (12) når hylsen danner friksjonskontakt med borehull- eller foringsrørveggen, mens borestrengen (12) fortsetter sin rotasjon ved slik kontakt, idet hylsen (22) på sin innerside som vender mot yttersiden av borestrengen (12) oppviser aksiale spor (25) som rager i hele hylsens lengde og befinner seg i omkretsmessig innbyrdes avstand, idet ribber (30, 31) mellom sporene (25) i innersiden av hylsen (22) danner et fluidlager mot borestrengen (12) som minsker virkningen av bremsemomentet på borestrengen ved den nevnte kontakt, og idet en øvre og nedre klemring (24, 26) er festet til borestrengen (12),karakterisert vedat hver ribbe (30, 31) har et flateparti som danner en liten vinkel med borestrengens ytterside, under dannelse av hovedsakelig kileformede rom for tilførsel av et fluid som danner fluidopplagringen, og at klemringene (24, 26) er beregnet til å festes til borestrengen (12) henholdsvis umiddelbart ovenfor og nedenfor hylsen (22) og derved holde hylsen i en fast aksial stilling på borestrengen, idet den øvre klemringen (24) i den nedre endeflate som vender mot den øvre enden (27) av hylsen (22) er utformet slik at det gjenstår fritt rom (90, 92, 94, 96) for fluidet som danner fluidopplagringen.

2. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat sporene (25) i hylsens innerside er anordnet i hovedsakelig like innbyrdes avstander, slik at de mellomliggende ribber (30, 31) har omtrent samme bredde.

3. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat ribbene (30, 31) har en tosidig skrånende utførelse, med flater som skråner mot hverandre i en stump vinkel i et område ved midten av hver ribbe, for berøring av borestrengens ytterside med dette området.

4. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 1, karakterisert vedat klemringene (24, 26) kan festes slik på borestrengen (12) at det under drift opprettholdes et smalt klaringsrom (46, 48) mellom hver klemring (24, 26) og den nærmeste endekant (27, 28) av hylsen (22), i hvilket rom det dannes en fluidpute på grunn av fluidpassasjen gjennom sporene (25) og klaringsrommet (46, 48).

5. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 4, karakterisert vedat klemringene (24, 26) er utført med pumpeorganer for fluid ved at en rekke skråplan (92, 96) og slisser (90) er anordnet i klemringenes endekanter nærmest hylsen (22).

6. Beskyttelsesanordning som angitt i et hvilket som helst forutgående krav,karakterisert vedat hylsen (22) er utformet som en delt ring for utnyttelse ved sideveis innplassering av hylsen omkring borestrengen (12) og har festeorganer (42 — 44) for å feste motstående deler av den delte ring til hverandre, slik at hylsen lar seg montere løsbart på borerøret, og at den øvre og nedre klemring (24, 26) begge er utformet som en delt ring for utnyttelse ved sideveis innplassering av hver klemring omkring borestrengen (12), idet klemringene (24, 26) har festeorganer (49, 61) for fast men løsbar montering av hver klemring på borestrengen (12).

7. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 6,karakterisert vedat et stivt forsterkningselement (36) er innleiret i hylsen (22) for å øke hylsens styrke og at festeutstyret (42 — 44) strekker seg langs et grensesnitt mellom hylsens to deler for å sammenføye motstående sider av hylsen langs grensesnittet og derved løsbart å fastgjøre hylsen på borestrengen (12), idet festeutstyret er integrert med det innleirede forsterkningselement.

8. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 7,karakterisert vedat festeutstyret (42 — 44) omfatter fingre (42) anordnet i innbyrdes avstand og innfelt langs en hovedsakelig langsgående sliss (34) i hylsen (22) samt en låsepinne (44) rettet inn etter de innfelte fingre for å lukke hylsen omkring borestrengen (12).

9. Beskyttelsesanordning som angitt i krav 8,karakterisert vedat låsepinnen (44) er rettet inn etter hylsens akse og at klemringene (24, 26) rager radialt utover fra borestrengen (12) forbi låsepinne-aksen.