NO304280B1 - R°mmer for utvidelse av et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et boreverktøy eller en rømmer, beregnet på å utvide et borehull, omfattende et bult sylindrisk hus avgrenset i sine ender med første og andre faste flenser, en drivinnretning for en mekanisme for å åpne verktøyet og en arm, hver flens er forsynt med gjengekoplinger beregnet for dens kopling til en rørstreng.

Et slikt verktøy benyttes for utvidelse, etter en tidsfor-sinkelse, av eksisterende borebrønner eller, på den annen side, for umiddelbart å frembringe vide brønner som oppnås ved boring, med et konvensjonelt boreverktøy utstyrt med en kjerneboringskrone eller trekonus-krone, en smalere grov brønn som utvides direkte til en brønn med større diameter ved hjelp av et verktøy ment for å utvide en brønn i samsvar med oppfinnelsen, som er kombinert med det ovenfor nevnte konvensjonelle boreverktøy.

Et boreverktøy ment for å utvide en brønn kan også benyttes i stedet for et eksentrisk boreverktøy eller et inntrekkbart boreverktøy.

Brønnens nedre utvidingsanordning er konstruert for å bli innført og senket til en ønsket dybde i en brønn boret med en utgangsdiameter, hvorfra inntrekkbare armer foldes ut for å vide ut brønnen.

Innenfor boreområdet er det ofte teknisk og finansiell verdi i dette å ha en borebrønn med en stor diameter i en produktiv sone, men med en begrenset diameter ved overflaten slik at brønnens åpning enklere kan blokkeres dersom det skulle oppstå et dårlig tidsavstemt trykktilløp.

Et verktøy for utvidelse av den nedre del av en borebrønn er kjent fra dokument US-A-4589504. Verktøyet omfatter en sylindrisk hoveddel satt til rotasjon med et sett av borerør. Hoveddelen har et diamentralt hulrom som passerer rett gjennom den. I dette hulrom svinger to utkjørbare armer, leddet 1 et samme lengdeplan som går gjennom rotasjonsaksen for verktøyhoveddelen, rundt vinkelrett til dette plan.

I hvilestilling foldes armene tilbake inne i verktøyhoved-delen. I driftsstillingen heves armene sideveis til 45" for slik å ha en skjsregg av bestemt form i den nedre enden av armen, der eggen er profilert slik at det oppnås et hulpro-fil, (fortrinnsvis et kurvet profil), for hvilke de vertikale reaksjonskrefter utøvet av underlaget mot armene utvikler rundt rotasjonsaksen for armen et kraftmoment som er tilbøyelig til å holde armen ut og kompenserer kraftmomentet som er tilbøyelig til å lukke armen under påvirkning av de horisontale tverrpåkjenninger.

I denne anordning blir verktøyet smurt med et borefluid levert fra jordoverflaten til verktøyet ved hjelp av en kanal som er uthult innvendig av borerørene. Borevæsken leveres nær inntil verktøyet i form av stråler frembragt av tilmålte munnstykker rettet mot skjæreggene.

Åpning av armene styres hydraulisk ved hjelp av borevssken ved å øke strømningsmengden i borefluidpumpene. Så snart som det hydrauliske trykk i borefluidet overskrider en forutbe-stemt verdi, for eksempel 70 bar eller 7,10^ Pa, er kraften utøvet på stempelet tilstrekkelig til å forskyve stempelet mot en fjær hen i mot en stabil nedre stilling. Fjæren motstår forskyvning av stempelet under påvirkning av det hydrauliske trykk og bestemmer en likevektsstilling. Stempelet driver en tannstang som går i inngrep med et drevparti, som hever armene. Armene stenges automatisk så snart som det hydrauliske trykk minsker på grunn av at den forhåndssammentrykte fjær tillater stempelet å stige igjen.

Ulempen med dette kjente verktøy ligger i at en betydelig kraft må overføres til armen for å kunne bevege denne bort fra verktøyets hoveddel. Denne kraft overføres til armen ved hjelp av en enkelt tann ved et utspart sted som svekker armen. Anbringelsen av verktøyet er avhengig av fjellets destruksjonsevne og verktøyets tendens til a avvike fra sin akse. En annen ulempe er den uregelmessige form av den utvidede brønn og den upresise diameter som oppnås. Videre lider verktøyet av en mangel på sidestabilitet og en mangel på stivhet i armene.

Den foreliggende oppfinnelse sikter mot å overvinne disse ulemper. Den foreslår et mekanisk sterkt verktøy som har slitasjemotstandige, forlengbare, utbyttbare armer som tillater nøyaktig justering av verktøyets bredde.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en rømmer av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at armen er kurveformet og en første ende ligger an mot den første, faste flens for slik å kunne rotere om seg selv ved en del av en omdreining omkring en akse under styring av åpningsmekanismen for verktøyet, mens den andre enden av armen glir langs et styreelement anordnet i den andre flens.

I samsvar med en bestemt utførelse av oppfinnelsen, er aksen til tappen parallell med verktøyets rotasjonsakse og styreelementet i den andre flens er anordnet som en sirkelbue sentrert rundt aksen A,A'.

Styreelementet kan være et spor anordnet i flensen.

Sporet anordnet som en sirkelbue i forhold til aksen AA' har en innesluttet vinkel på mellom 2 og 90°, fortrinnsvis mellom 20 og 60<*.>

Hver leddet eller artikulert krummet arm hviler, i en første nedre ende, rundt en første tapp integrert med den første flens.

I samsvar med et ytterligere trekk av oppfinnelsen er to til seks armer fordelt side om side med like vinkel intervaller rundt kjernen. Hver skjær arm har formen av en heliks med variabel stigning som sprer seg over en bue på omlag 200° rundt kjernen.

I en andre utførelse er sporet i den andre flens anordnet radielt til verktøyets rotasjonsakse.

En spesiell åpningsmekanisme er dannet av et helisk tannhjul hvorav den heliske gjenge har en stigningsvinkel på mellom 3 og 30* og som er i inngrep med et planethjul som har en rotasjonsakse parallelt med den for verktøyet.

Planethjulet setter fordelaktig i rotasjon en ring som har utvendige tenner i inngrep med hver arm og innvendige tenner med hvilke planethjulet i verktøyet går i inngrep.

I en utførelse gitt som et eksempel er hver skjær arm sammensatt av tre deler: et nedre skjærområde som kan uthule et profil i den nedre del av hullet; en midtre del hvor alle punkter har lik avstand fra aksen av borebrønnen som er ment til å stabilisere verktøyet i hullet, hvor den anbefalte form er den for stabiliserings-anordningene. Den består av partier med rett eller konstant stigningsheliks hvorav helningsvinkelen når omlag 35"C og en vertikal del generelt utstyrt med et anti-slitasjebelegg; - en øvre del hvor diameteren øker fra toppen til bunnen.

Disse trekk og detaljer ved oppfinnelsen så vel som andre vil fremgå av beskrivelsen av en bestemt utførelse gitt med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser skjematisk et sideriss av en utvidelsesanord-ning for bunnen av en brønn som har hel i ske armer i samsvar med oppfinnelsen vist i oppfoldet stilling. Fig. 2 viser et sideriss av utvidelsesanordningen for brønnens bunn illustrert i fig. 1 i utfoldet stilling.

Fig. 3 viser et snitt langs linjen II' i fig. 1.

Fig. 4 viser et tverrsnitt langs linjen LL' av utvidelsesanordningen for brønnens bunn som er illustrert i fig. 1. Fig. 5 viser et lengdesnitt langs linjen IV-IV<*>i fig. 4 av en del av hoveddelen av utvidelsesanordningen i den ikke utbrettede stilling. Fig. 6 viser et tverrsnitt i likhet med det i fig. 4 av en utskiftbar flens for brønner av større diameter beregnet på å bli montert på den samme utvidelses-anordning for brønnbunnen som den illustrert i fig. 2.

Fig. 7 er et tverrsnitt av åpningsmekanismen som aktiverer

de heliske armer langs sporene i den øvre flens.

Fig. 8 er et perspektivisk riss av en dobbeltvirkende enhet

av utvidelsesanordningen for brønnens nedre del.

1 disse figurer angir de samme henvisningstall identiske eller like elementer.

Som illustrert i fig. 1, innbefatter et boreverktøy eller en rømmer, i samsvar med oppfinnelsen, angitt i sin helhet med henvisningstallet 1, en hul sylindrisk hoveddel eller et hus 2 definert av en sylindrisk flate avgrenset i sine ender av metallflenser 4 og 5. Flensene tjener som en holder for en rekke kurveformede armer 3 som forløper langs den sylindriske flate. Metallflensene 4, 5 er integrert med det sylindriske hus 2 og er anordnet med gjengede skjøtpartier 28 for å tillate kobling av verktøyet 1 inn i en borestreng (ikke vist).

Rekken av kurveformede armer kan omfatte opp til åtte armer, hvor armene er fordelt side om side ved like vinkel intervaller. Hver krummede arm har for eksempel form av en heliks med variabel stigning som forløper over en bue på omlag 200* rundt det sylindriske hus. Armene er identiske, men er utstyrt med ulikt fordelte skjærelementer 6 og har den samme heliksdiameter. Hver heliske arm 3 har et kvadratisk eller rektangulært tverrsnitt og er montert slik at den kan svinge i forhold til en fast tapp 7 forbundet integrert til den faste flens.

Den første faste tapp 7 er festet i et festehull 32 på den faste flens 4. Den andre enden av den heliske arm ligger i en avstand som tilsvarer heliksdiameteren. Armene 3 er justerbare og kan bevege seg bort fra den sylindriske overflate ved svinging rundt en akse parallelt med rotasjonsaksen for boreverktøyet 1. Vinkelposisjonen til hver heliske arm 3 styres ved vinkelforskyvning av en dreiende ring 9 som er montert mot den øvre, andre faste flens 5 som er integrert med rammen og drevet av en mekanisme 10 for åpning av verktøyet 1.

Åpningsmekanismen omfatter for eksempel en kam eller en dreiering 9 som har innvendige tenner 12 og over partier av den utvendige kontur har utvendige tenner 13 sentrert på rotasjonsaksen LL' for verktøyet (se fig. 3 og 4).

De innvendige tenner 12 går i inngrep med et pl ane th jul 14 som har en helisk gjenge hvor rotasjonsaksen er parallell med den for verktøyet. Den heliske gjenge på planethjulet 14 har en helningsvinkel på mellom 3 og 30° .

Hvert sett av utvendige tenner på ringen 9 går i inngrep med den øvre ende av hver arm 3 og presser den til å dreie på seg selv over en del av en omdreining rundt aksen AA' parallelt med rotasjonsaksen LL' (fig. 1).

Vinkelforskyvningen av den andre enden av armen som er integrert koblet til den andre flens 5 med en andre tapp 8 som kan gli langs et kamspor 21, anordnet som en sirkelbue i den andre flens 5, modifiserer orienteringen av kurvaturen for armheliksen slik at en del av kurven stikker ut fra verk-tøyets sylindriske hus 2 og danner en skjæregg 15 av økende lengde med hvilken den heliske arm 3 angriper og progressivt utvider veggen i det første borehull (fig. 5).

Vinkelforskyvningen av ringen 9 oppnås ved hjelp av planethjulet 14 montert på en akse parallelt med den for boret. Planethjulet 14 settes i rotasjon med et ikke-roterende stempel 16 som forskyver en stang 36 anordnet med et helisk gear 17. Stempelet 16 beveger seg parallelt med seg selv under påvirkning av en økning i hydraulisk trykk og presser den heliske gjenge 17 på stangen 36 på stempelet 16, med en skråvinkel på mellom 3" og 30<*>, til å dale ned uten å dreie. Drevet 14 er i inngrep med de innvendige tenner på en ring sentrert på verktøyets rotasjonsakse og bevirker rotasjon av ringen som medfører at tappen 8 på armen 3, som er montert i et hull anordnet i ringen, til å gli langs det krumme spor 21 (se fig. 4 og 6).

Lengden av skjær eggen 15 gir et mål på verktøyets ytelse og bestemmer blant annet skjærnastigheten og verktøyets varighet.

I forhold til kjente systemer som benytter sidearmer av begrenset bredde, har boreverktøyet i samsvar med oppfinnelsen en skjæregg som er minst tre til fire ganger lengere enn den dannet av en enderand på en sidearm i sideveis utstrek-ning. I verktøyet i samsvar med oppfinnelsen dannes skjæreggen av et nyttbart parti av den heliske arm 3 som frigjøres ut forbi utgangsdiameteren ved å svinge den heliske arm ved en del av en omdreining om seg selv. Diameterøkningen for boreverktøyet er fast ved posisjonering av den første og andre tapp 7 og 8 i den nedre og øvre ende av armene 3 og lengden av sporet 21 på flensen 5. Dette spor 21, i form av en sirkelbue, har en innesluttet vinkel på mellom 2 og 120°.

Verktøyet tillater at utgangsdiameteren kan økes to og en halv gang med en bedring i presisjon over diameteren som dannes mens de kjente systemer kun tillater en lignende økning i diameter, men er unøyaktige.

Flensene er løsbart montert. De kan erstattes av et par flenser med økende diametre i hvilke det er anordnet spor 21 som har forskjellig krumning og åpningsvinkel slik at boreverktøyet kan innta en diameter som kan variere innenfor bestemte verdiområder.

Denne åpningsmekanisme i verktøyet tillater økning i diameteren i den nedre del av brønnen som kan kvantifiseres ved å kontrollere vinkelposisjonen til de heliske armer 3 (se fig. 2).

I en utførelse har skjær armene 3 en kurvet form sammensatt av tre deler: 1) en nedre skjærdel 18 med en skjæregg 15 definert av plasseringen av krysningspunktene for profilet i bunnen av hullet og det parti av sylinderen som er sentrert på aksen AA<*>skapt av sporet 21; 2) et midtparti 19 hvorav alle punkter har lik avstand fra aksen LL" gjennom borebrønnen. Dette er fordelaktig et rett parti eller en heliks med konstant stigning hvorav helningsvinkelen kan være omlag 35° . Midtpartiet 19 er innesluttet over sin hele høyde i en omkrets hvorav diameteren tilsvarer den utvidede brønn. Midtpartiet 19 forhindrer eller begrenser enhver tverrbevegelse av utvidelsesverktøyet i forhold til brønnens akse, som en stabilisator av passende diameter ville gjøre; 3) en øvre del 22 som har en diameter som øker fra toppen til bunnen og er i stand til å bore oppad for slik å kunne heve verktøyet dersom det skulle sette seg fast eller foreta avvik.

Den nedre del 18 er skjønnsomt utstyrt med skj ær elementer 6 utspredt langs hver av skjæreggene 15 i samsvar med de bestemte kriterier for radiell tetthet slik at montasjen av elementer fullstendig dekker den nedre del av brønnen og hver enkelt dekker delvis furen for et forutgående element.

En sentral kanal 23 anordnet i det hule sylindriske hus 2 og forlenget med tverrløpende og langsgående kanaler 24, 25 anordnet i flensene 4, 5 og armene 3, fører borefluidet under trykk til munnstykkene 26 festet til flensene 4, 5 og armene 3 sammenknyttet med pakninger 27. Munnstykkene 26 i hver arm er festet på en tverrflate 33 av armen og er rettet mot skjærelementene i tilstøtende armer. Den innvendige diameter av det sylindriske hus 2 er valgt slik at det tildeler strømmen med boreslam en leveringshastighet på 10 til 15 m/s.

Den sylindriske holder er anordnet slik at den tillater enkel demontering ikke bare av de krumme armer 3, men også av flensene 4, 5. Armene 3 utgjør derfor slitasjedeler. De ombyttlige flenser som er skjønnsomt valgt i et sett av flenspar med økende diameter, hvori det er anordnet faste hull 32 og spor 21 av forskjellig krumning og åpningsvinkel, gir øket fleksibilitet for boreverktøyet ettersom hvert flenspar 4, 5 er gitt en nominell diameter som kan variere innenfor et bestemt verdiområde avhengig av lengden på sporet i den andre flens 5.

De krumme armer 3 kan benyttes uten betydning med hvert par flenser 4,5 for et helt breddeområde for borebrønner.

Fig. 7 illustrerer en dobbeltvirkende enhet 28 med to utvidelsesverktøy 1 i samsvar med oppfinnelsen adskilt av et vektrør 29. Det første verktøy forutgaes av et boreverktøy, for eksempel et kjernebor med settstener 30, en borkrone eller en rullemeisel-borkrone.

Gjenstand for visse modifikasjoner utgjør rømmerverktøyet ifølge oppfinnelsen en stabilisator med justerbar diameter som sikrer nøyaktig og/eller følsom stabilisering av den borede brønn. Den kan også benyttes som en anordning for måling, prøving eller avføle veggene til brønnen.

Claims (17)

1. Rømmer (1) for utvidelse av et borehull, hvilken rømmer omfatter et hult, sylindrisk hus (2) avgrenset i sine ender med første og andre faste flenser (4,5), en drivinnretning for en mekanisme for å åpne verktøyet og en arm (3), hver flens er forsynt med gjengekoplinger beregnet for dens kopling til en rørstreng,karakterisertved at armen (3) er kurveformet og en første ende ligger an mot den første, faste flens (4) for slik å kunne rotere om seg selv ved en del av en omdreining omkring en akse (ÅÅ<*>) under styring av apningsmekanismen (10) for verktøyet, mens den andre enden av armen glir langs et styreelement (21) anordnet i den andre flens (5).

2. Verktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat styreelementet (21) på den andre flens (5) utgjør den nedre enden av den krumme arm med en omkretsmessig bane (trajek-tori) sentrert på nevnte akse (ÅA<*>).

3. Verktøy ifølge krav 1 eller 2,karakterisertved at aksen (ÅA') er parallell med rotasjonsaksen (LL') for verktøyet og at styreelementet (21) i den andre flens (5) er et spor (21) anordnet som en sirkelbue sentrert på aksen (AA').

4. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat den første flens (4) er den nedre flens og den andre flens (5) er den øvre flens.

5. Verktøy ifølge krav 2,karakterisert vedat sporet (21) som er anordnet som en sirkelbue i forhold til aksen (AA') har en innesluttet vinkel på mellom 2 og 90° og mer fordelaktig mellom 20 og 60°.

6. Verktøy ifølge krav 2 eller 3,karakterisertved at hver leddet eller artikulert krumme arm (3) ligger an mot en første nedre ende rundt en første tapp (7) fast innfestet til en første flens (4).

7. Verktøy ifølge krav 6,karakterisert vedat det innbefatter to til seks armer (3) fordelt side om side ved en lik vinkelavstand rundt det hule sylindriske hus (2).

8. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat hver krumme arm (3) har form av en skruelinje med variabel stigning som forløper over en bue på omlag 200° rundt det sylindriske hus.

9. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat armene (3) er ombyttlige eller utskiftbare.

10. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat flensene (4, 5) tilhører et sett flenspar med økende diameter hvor det er anordnet spor (21) av ulik kurvatur og åpningsvinkel for slik å gi boreverktøyet en diameter som kan variere innenfor bestemte verdiområder.

11. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat åpningsmekanismen (10) omfatter et helisk tannhjul hvorav den heliske gjenge (17) har en helningsvinkel på mellom 3° og 30° og står i inngrep med et pl ane th jul (14) som har en rotasjonsakse parallelt med den for verktøyet.

12. Verktøy Ifølge krav 11,karakterisert vedat planethjulet (14) setter i rotasjon en ring (9) som har utvendige tenner (13) som er i inngrep med hver arm (3), og innvendige tenner (12) som er i inngrep med planethjulet (14) sentrert på rotasj onsaksen (L,L * ) for verktøyet (1).

13. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat hver skjsrarm (3) er sammensatt av tre deler: - et nedre skjserområde (18) innrettet til å bore en hullendeprofil, hvilket område er utstyrt med skjasrele-menter; - en sentral del (19) hvorav alle punkter er i like lang avstand fra aksen (L,L<*>) for borehullet og beregnet på å stabilisere verktøyet i hullet, hvor den anbefalte form er den for stabilisatorer og består av partier med rette linjer eller en heliks med konstant stigning hvorav helningsvinkelen når omlag 35"C og en vertikal del (34) vanligvis utstyrt med et anti-slitasjebelegg; og en øvre del (22) hvor diameteren øker fra toppen til bunnen.

14. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat det hule sylindriske hus (2) tillater føring av et borefluid, idet den innvendige diameter av det sylindriske hus (2) bestemmes av boreslamstrømmen for slik å begrense strømmen til en leveringshastighet på 10 til 15 m/s.

15. Verktøy ifølge ett av kravene 1 til 12,karakterisert vedat den andre flens (5) omfatter inn-retninger for a måle forskyvningen av minst en arm langs sporet (21).

16. Verktøy ifølge ett av kravene 1 til 12,karakterisert vedat hver arm (3) innbefatter et vertikalt parti (34).

17. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat armene (3) har dyser eller munnstykker (26) på minst en av deres sideflater (33).