NO306126B1 - Justerbar stabilisator for bruk ved boring av et borehull og fremgangsmåte for å styre helningen av et borehull - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en justerbar stabilisator for bruk ved boring av et borehull, hvor stabilisatoren innbefatter: en spindel med et hus montert derpå og anordnet for relativ bevegelse med hensyn dertil; et flertall av deler på nevnte hus som er radielt bevegbare som respons på nevnte relative bevegelse mellom en forlenget posisjon i hvilken de engasjerer inngrep mot borehullsveggen, og en tilbaketrukket posisjon i hvilken minst noen av dem ikke er engasjert mot borehullsveggen og således tillater at nevnte spindel og nevnte hus skråstilles i borehullet; og en forspenningsinnretning for forspenning av nevnte deler radielt innover mot nevnte spindel, og det særegne ved stabilisatoren ifølge oppfinnelsen er en innretning som reagerer på rotasjon av nevnte hus i forhold til nevnte spindel i en rotasjonsretning for å muliggjøre tilbaketrekking av minst noen av delene, og i den andre rotasjonsretningen for å bevirke forlengelse av nevnte deler, og ved en momentpåførings-innretning på nevnte hus utformet for å engasjere til inngrep mot borehullsveggen under nedoverglidning eller rotasjonsbevegelse av huset i borehullet for på den måten å utøve et moment på huset som er tilbøyelig til å rotere det i retningen som resulterer i henholdsvis tilbaketrekking eller forlengelse av nevnte deler.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å styre helninger av et borehull som bores med en borkrans opphengt i borehullet på en borestreng, og det særegne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er trinnene med montering av justererbar stabilisator med en diameterreduksjon og fulldiametertilstand i borstrengen tilstøtende borkronen; som respons på nedoverglidning av borestrengen i borehullet uten rotasjon, som bevirker at nevnte stabilisator inntar nevnte diameterreduksjons-tilstand, og som reaksjon på rotasjon av borstrengen som bevirker at nevnte stabilisator inntar nevnte fulldiametertilstand.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Det er vanlig å bruke én eller flere stabilisatorer på en borestreng for å holde borestrengen sentrert, for derved å styre borehullets inklinasjon når borekronen borer inn i grunnen. En typisk stabilisator omfatter et rørformet hus med radielt utstående blader som er skrudd på røret. Bladenes utvendige overflate engasjerer borehullveggen for å sentrere borestrengen. Hvor det benyttes et par korrekt adskilte stabilisatorer av full størrelse, hvor én er plassert nær borekronen, vil bo-ringen generelt fortsette rett fremover. Hvis en stabilisator nær kronen ikke bru kes, og boret skråstilles i forhold til vertikalretningen, vil borekronen ha en tendens til å bore langs en bane som buer nedover på grunn av pendeleffekten av vekten av den lengden av borestreng som strekker seg nedover forbi en stabilisator høy-ere opp i borehullet. Hvis en mindre stabilisator brukes høyere i borehullet sammen med en stabilisator av full størrelse nær borekronen, vil nedhengingen av borestrengen ved den øverste stabilisatoren ha en tendens til å forårsake at borestrengen borer langs en bane som kurver oppover. I en viss utstrekning kan således bruk og aksiell plassering av stabilisatorer benyttes til å styre inklinasjonen av borehullet i avviksborede brønner.

En annen måte å endre inklinasjonen av et borehull på er å bruke et såkalt borerørsledd som kan plasseres i strengen, f.eks. over en boremotor nede i borehullet eller mellom motoren og lagerenheten like over borekronen. Det konvensjo-nelle borerørsledd er en rørlengde som har en nedre del utformet i en vinkel med den øvre del. Ved at borerørsleddet danner en bøyning i røret, vil borekronen ha en tendens til å bore langs en bane som buer i et plan som inneholder de to side-ne eller aksene til den bøyde vinkel, nedenfor bøyningspunktet. Borekronen kan i en viss utstrekning styres til høyre eller venstre ved å orientere leddets plan i forhold til vertikallinjen ved å manipulere borerøret på overflaten. Rett frem boring kan gjenopptas ved å overlagre borerørsrotasjonen over motorens rotasjon. Skjønt borekronen vil slingre når endene på borerørsleddet roterer rundt borehullets akse, vil borekronens totaltendens være å bore et rett hull. Presis styring over borehullets inklinasjon kan bare oppnås hvor det benyttes en stabilisator nær borekronen for å holde borekronen fra å vandre når den borer, f.eks. gjennom et skrått plan mellom to stenformasjoner med forskjellige karakteristikker.

Bruk av en typisk stabilisator nær kronen motvirker imidlertid etableringen av en bøyningsvinkel som beskrevet ovenfor, fordi den motvirker skråstilling av borekronens rotasjonsakse. Bladene på stabilisatoren kommer i kontakt med borehullveggen i en betydelig lengde som er full størrelse, og stenen motvirker selvfølgelig skråstilling av enheten. Dette kan redusere effektiviteten ved å bruke en bøyningsvinkel for å endre borehullets kurs på en forutsigbar måte. Til tross for dette anses en stabilisator nær borekronen å være essensiell for optimal ret-ningsstyring.

En stabilisator høyere opp i borehullet, som har vært foreslått for avviksboring, er beskrevet i US-patent nr. 4.848.490 utstedt 18. juli 1989. Denne anord-ningen bruker spiralblader med knaster som kan utstrekkes fra en minimum til en maksimum diameter som respons på nedadgående bevegelse av en spindel inne i et hus som danner bladene. En fjærbelastet mekanisk stopper blir brukt til å hindre nedadgående relativ bevegelse inntil en forutbestemt aksiell kompresjonsbe-lastning, blir påtrykt. Denne innretningen er imidlertid ikke konstruert for bruk som en stabilisator nær borekronen, men snarere som en stabilisator lenger oppe i borehullet, som sentrerer borestrengen når knastene blir forlenget, og som tillater nedhenging av strengen når knastene er trukket tilbake. Som beskrevet har ikke stabilisatoren i det nevnte patent mange av trekkene ved den foreliggende oppfinnelse. Styring av stabilisatoren krever f.eks. påtrykking av et visst nivå av aksiell kompresjonskraft, som kan bli utilsiktet påtrykt under normale boreoperasjoner, eller som kanskje ikke kan nå stabilisatoren i det hele tatt i en meget avvikende brønn på grunn av friksjon på røret. Dessuten vil en mekanisk stopper nødven-digvis involvere store friksjonskrefter, slik at tripping kan oppstå ved uforutsigbare nivåer, spesielt etter hvert som uunngåelig slitasje finner sted. Rotasjon av huset i forhold til spindelen kan ikke oppstå, slik at stabilisatoren ikke automatisk kan gjeninnta sin stilling med maksimum diameter når borestrengen roterer. Andre særpreg vil også være åpenbare.

Ved anordning av en stabilisator nær borekronen kan det også oppstå andre problemer som ikke blir tatt hensyn til i det ovennevnte patent. Under "glidende" boring kan f.eks. den nedre del av borestrengen, inkludert motorhuset, gjennomgå torsjonssvingninger når borestrengen svinges opp og ned på grunn av variasjoner i vekten på borekronen, endringer i formasjonskarakteristikkene, ste-nens styrke, slitasje av borkronen, type borkrone og andre variable faktorer. Ut-trykket "glidende" boring er her brukt i betydningen av et borehull som bare benytter én motor nede i borehullet. Borestrengen blir ikke rotert under denne type boring, men glir bare nedover etter hvert som borehullet bores dypere av borkronen. Slike torsjonssvingninger kan redusere effektiviteten av en stabilisator med variabel diameter nær borkronen, hvis det ikke tas forholdsregler for å sikre at stabilisatoren under glidende boring forblir i sin undermåls tilstand selv i nærvær av slike svingninger.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en ny og forbedret stabilisator nær borekronen, som automatisk inntar en undermåls tilstand når en bøyningsvinkel brukes for avviksboring av et brønnhull.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en ny og forbedret stabilisator som kan opereres nede i borehullet på en slik måte at normalt tilbaketrukne, lateralt flyttbare deler kan utstrekkes til en full størrelses diameter som respons på rotasjon av borestrengen.

Enda et formål med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en ny og forbedret justerbar stabilisator for bruk i borehullet, som har veggkontaktanordnin-ger som strekker seg ut til hullets fulle størrelse i én operasjonsmodus, og som kan trekkes tilbake til en mindre diameter når en bøyningsvinkel er til stede i borestrengen ovenfor stabilisatoren, for å gjøre det mulig å skråstille borekronens rotasjonsakse.

Enda et formål med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en ny og forbedret justerbar stabilisator nær borekronen, som vil forbli undermåls under glidende boring i nærvær av torsjonssvingninger i borestrengen.

Disse og andre formål er oppnådd ved den foreliggende oppfinnelse som anført i det foregående.

Om ønsket kan spindelen huse aksial- og radial-lagrene for akselen som dreier borekronen. Et rørformet hus eller hylse er montert på spindelen for begrenset relativ rotasjon, og er utformet med utadrettede blader, som hvert bærer et vertikalt anordnet sett eller serie av stempler eller knaster som kan bevege seg mellom indre og ytre posisjoner. De bakre overflater på noen av stemplene vil normalt engasjere flate overflater på spindelen på en slik måte at stemplene blir trukket tilbake. Det kan brukes andre stempler som er forspent utover til alle tider for å frembringe friksjons-motstandskrefter mot brønnhullveggen. Spindelen er utstyrt med kamoverflater nær de flate områdene, slik at når huset dreies i forhold til spindelen i én rotasjonsretning, vil stemplene føres ut til full størrelses-diameter. Når huset dreies i forhold til spindelen i den motsatte rotasjonsretning, kan stemplene skifte innover til en undermålsdiameter. Når stemplene trekkes tilbake kan huset og bladene skråstilles i noen utstrekning inne i borehullet, slik at det ikke motvirker etableringen og bruken av en bøyningsvinkel i boreprosessen. Under nedadgående bevegelse blir huset automatisk rotert til og holdt i den rota sjonsorientering hvor stemplene er trukket tilbake. Oppfinnelsen kan også omfatte en hydraulisk forsinkelse mot relativ rotasjon i én retning, slik at stemplene under glideboring vil forbli undermåls, selv om den nedre del av borestrengen gjennomgår torsjonssvingninger når borekronen borer gjennom sten.

Den foreliggende oppfinnelse med trekk og fordeler vil fremgå tydeligere fra den følgende detaljerte beskriveles av foretrukne utførelsesformer under henvis-ning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk riss av et brønnhull med en borestreng, omfattende en motor nede i borehullet, et justerbart borerørsledd nede i borehullet, den justerbare stabilisator nær borekronen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og en borkrone;

fig. 2 er et lengdesnitt med deler sett fra siden, av den foreliggende oppfinnelse;

fig. 3 er et tverrsnitt langs linjen 3-3 i fig. 2;

fig. 4-7 er snitt bare fra høyre siden, tatt langs linjene 4-4, 5-5, 6-6 og 7-7 i fig. 2;

fig. 8 er et utviklet grunnriss av et blad med en rekke stabilisatorstempler;

fig. 9 er et tverrsnittriss bare av høyre side, med noen deler blottet, av en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse;

fig. 10 er et forstørret tverrsnittsriss av et hydraulisk forsinkelsesstempel; og

fig. 11 er et utviklet grunnriss av en knast og kanal-føringsmekanisme som brukes i denne utførelsesform.

Det henvises først til fig. 1 som viser en borestreng, omfattende en rørsek-sjon 10 og en lengde av vektrør 11 i posisjon i et brønnhull 17. En drivseksjon 12 bestående av en motor nede i borehullet er festet til den nedre ende av vektrøret 11 og den nedre ende av drivseksjonen 12 er forbundet med et borerørsledd eller bøyningsvinkel 13. En stabilisator nær borekronen med en lagerenhet 14 og som er konstruert ifølge en utførelsesform av denne oppfinnelse, er festet nedenfor borerørsledd eller bøyningsvinkelen13. En spindel 19 som roterer borekronen 15 for å bore brønnhullet, strekker seg ut fra den nedre ende av stabilistoren 14. Bo-refluid som sirkuleres av slampumper på overflaten ned gjennom røret 10 og vekt-rørene 11 forårsaker at motoren i drivseksjonen 12 roterer, og denne rotasjonen blir koplet til spindelen 19 av en drivaksel som har universalledd av kardang-typen på hver ende. Borefluidet føres ut gjennom dyser i borekronen 15, og sirkuleres opp til overflaten gjennom ringrommet 18. Borerørsleddet 13 kan justeres nede i borehullet i en stilling hvor borekronen 15 vil bore rett fremover, til en annen stilling som genererer en bøyningsvinkel i motorhuset slik at borekronen vil ha en tendens til å bore langs en buet bane. Borerørsleddet 13 kan omplasseres i sin opprinnelige form for boring rett fremover om ønsket. Skjønt andre verktøy kunne brukes til å etablere en bøyningsvinkel, enten i huset for motoren 12 eller borestrengen ovenfor.

Fig. 2 viser en utførelse av en stabilisator 14 som omfatter en spindelenhet 20 med en øvre del 21 og en nedre del 22. Den øvre del 21 har en pinne (bolt) 23 med gjenger 24 som kan forbindes med huset for enheten 13 ovenfor. Øvre og nedre radielle lagerenheter, vist symbolsk som 25 og 25', og en stabel trykklagre 26, kan monteres inne i spindeldelene 21 og 22 som vist. Disse lagrene virker som en rotasjonsunderstøttelse for spindelen 19, som har borekronen 15 montert på sin nedre ende. Et generelt rørformet hus 30 er montert på spindelen 20, og blir holdt mot vertikal relativ bevegelse ved kontakt mot skuldrene 31, 32, nær den øvre ende på huset 30, over skuldrene 33, 34 nær den nedre ende.

Rifler 35 på spindeldelen 21 går sammen med riflesporene 36 på det øvre huset 37 for å begrense relativ rotasjon. Som vist på fig. 3, er imidlertid hvert av

sporene 36 bredere enn den tilhørende rifle 35, slik at en viss grad av relativ rotasjon kan forekomme. I den viste utførelsen kan huset 30 rotere i klokkeretningen i forhold til spindelen 20 gjennom vinkelen Q. En av riflene 35' og dens spor 36' er betydelig bredere enn de øvrige, for å sikre at spindelen 20 kan monteres i huset 30 bare i en relativ stilling. En passende pakningsring 39 (fig. 2) hindrer væskelekkasje.

Huset 30 er utstyrt med tre utadstående blader 29 ved lik vinkeladskillelse. Den ytre overflate på hvert blad 29 er herdet, og ligger på en diameter som er litt undermåls i forhold til diameteren til borehullet 17 som blir boret av borekronen 15. Hvert blad 29 har et sett vertikalt innrettede radiale utboringer 40. I hvert sett av utboringer, fra topp til bunn, er det et dragstempel 43 og tre stabilisatorstempler

44. Det er klart at andre kombinasjoner av stempler også kunne brukes. Hvert av stemplene 43, 44 er tettet av en passende pakningsring 45 for å holde boreslam ute. Som best kan sees på fig. 5 og 8, har de motsatte sider på hvert stempel 44 langsgående, utfreste spor 46, 47 som mottar benene 41 på en generelt U-formet holdedel 48 som kopler disse stemplene sammen slik at de beveger seg samtidig, og som begrenser deres utadgående bevegelse. En annen kortere U-formet del 49 holder og begrenser utadgående bevegelse for dragstemplene 43 som vist på fig. 4 og 8. Hvert av dragstemplene 43 har en bakovervendt utboring 50 som mottar en spiralfjær 51 og et avstandsstykke 52. Fjæren 51 holder stemplet 43

utover slik at dets ytre overflate 53, som er buet og fortrinnsvis også herdet, engasjerer brønnhullveggen til å gi friksjonsmotstand mot roterende og longitudinal bevegelse av huset 30. Som vist på fig. 6 er en transversal bladfjær 54 med en utad konkav midtseksjon, montert slik at dens motsatte ende engasjerer og er festet til ytre overflater på benene 41 av holdedelen 48, mens senterområder engasjerer en indre veggoverflate av bladet 29 mellom tilstøtende stempelhull 40. Bladfjærene 54 påtrykker innadgående krefter på holdedelen 48, som forårsaker at de bakre overflater på stemplene 44 rir mot de ytre perifere overflater på spindelen 20.

Som vist på fig. 5-7 er flate overflater 55 utformet på spindeldelen 21 slik at de strekker seg longitudinalt gjennom hele området bak hvert sett av stabilisatorstempler 44. De langsgående senterlinjer for flatene 55 er plassert med 120° ad-skillelse, og er orientert slik i forhold til riflene 35, sporene 36 og vinkelen Q, slik at flatene er plassert bak de respektive sett av stempler 44 i en vinkelstilling for spindelen og huset, og slik at de ikke er bak dem i en annen vinkelstilling. Sideover-flatene som går sammen med flatene 55 til de sylindriske ytre perifere overflater 56 på spindelen 20 er mykt avrundet som vist, for å danne overganger til slike overflater. Når overflatene 56 er bak stabilisatorstemplene 44, blir disse stemplene holdt i sine ytre stillinger. Når imidlertid hylsen 30 roterer i klokkeretningen i forhold til spindelen 20, som sett ovenfra, blir flatene 55 plassert bak stemplene 44 som vist på fig. 7. Stemplene 44 blir således skiftet innover av bladfjærene 54 når deres bakre overflater 58, som fortrinnsvis har en sylinderform, engasjerer overflatene på flatene 55. Når de tre settene av stempler 44 er på flatene 55 slik at en-hetens utvendige diameter er under mål, er stabilisatorenheten 14 i det vesentlige løs i borehullet, og kan til en viss grad skråstilles.

Den nedre seksjon 60 av huset 30 har en øket indre diameter for å danne en ringformet vegg 61. Et kompenseringsstempel 62 er bevegelig anordnet mellom veggen 61 og den utvendige overflate 63 i spindeldelen 22. De innvendige rom mellom spindeldelene 21 og 22 og huset 30 fylles med en passende smøre-olje via en fyllingsport 64 mens luften slippes ut gjennom en øvre port 64'. En sneppring 65 begrenser nedadgående bevegelse av kompenseringsstemplet 62, og skulderen 34 begrenser nedadgående bevegelse av huset eller hylsen 30. Stemplet 62 kan bevege seg i lengderetningen for å kompensere for endringer i volum i oljekammeret under radiell bevegelse av stemplet, så vel som å kompensere for endringer i hydrostatisk trykk og temperatur.

Som vist på fig. 2 og 8, er hvert sett av stemplene 34 og 44 montert i et blad 29 med en langsgående vegg 71 på én side og en motsatt sidevegg 72 som skrår nedover i klokkeretningen på en spiral. Når stabilisatorenheten 40 beveger seg nedover under glidende boring, har huset 30 en tendens til å rotere i klokke-retningen sett ovenfra, i forhold til spindelen 20 på grunn av laterale krefter som påtrykkes av stenen på den ytre kant av en skrå sidevegg 72. Som respons på slike krefter roterer huset 30 i klokkeretningen gjennom vinkelen Q som vist på fig. 3, til sideveggene i sporene 36 engasjerer sideveggene på riflene 36. I denne rotasjonsorientering blir stemplene 44 radielt plassert motsatt spindelflatene 55, og blir således trukket inn.

Når motoren 12 settes i drift ved å starte opp slampumpene på overflaten, vil borestrengen 10, 11 "vinde opp" i en viss grad som reaksjon på den motstand som stenen i bunnen på borehullet yter mot rotasjon av kronen 15. Man kunne forvente at graden av oppvinning, som har en maksimum amplitude i nærheten av huset til boremotoren 12, vil forbli i hovedsak konstant. Dette er imidlertid ikke alltid tilfelle i praksis. Det er et faktum at borestrengen 8 gjennomgår frem og tilbake-svingning eller torsjonssvingning i motsatte retninger, på samme måte som hjulene i et urverk, av forskjellige grunner som bemerket ovenfor. Slike rotasjons-svingninger blir overført gjennom borerørsleddet 13 til spindelen 20 i stabilisatoren 14, og kan forårsake at knappene 44 har en tendens til å gå ut og inn, dvs. veksle mellom full diameter og undermåls- diameter. For å sikre at stabilisatorknappene holdes tilbake-trukket eller undermåls under glidende boring, kan man benytte den utførelsen av oppfinnelsen som er vist på fig. 9 og 10.

Her omfatter stabiliseringsenheten 100 en spindel 101 som kan huse trykklagre og radielle lagre (ikke vist) for spindelen 19, som er festet til borekronen 15. Disse lagre og måten de er montert på er i hovedsak den samme som vist på fig. 2. Den øvre endedel 102 av spindelen 101 er gjenget ved 103 til den nedre ende på det justerbare borerørsledd 13. En hylsedel 104 blir båret på utsiden av spindelen 101, og er utformet med et flertall langsgående, utadrettede blader 105. Hvert av bladene 105 har en vertikal rekke av aksielt adskilte, radielle utboringer 106, og hver av disse utboringene mottar en sylinderformet knapp 107. Konstruk-sjonen av hver knapp 107, hvordan de vertikale rekkene av knapper er koplet sammen for innad og utad, og hvordan de er forspent innad mot undermåls diameter, er beskrevet ovenfor i forbindelse med knappene 44 på den tidligere utfø-relsen 14, og trenger således ikke å beskrives i detalj igjen. Som vist på fig. 6 og 7 i forbindelse med den tidligere utførelsen, har spindelen 101 langsgående flate overflater 55 som tillater knappene 107 å skifte innover til sin undermåls-diameter når spindelen roterer mot klokkeretningen sett ovenfra, i forhold til hylsedelen 104; og sylindriske ytre overflater 56 som plasserer knappene i sin ytre stilling eller største diameter når spindelen 101 roteres i klokkeretningen i forhold til hylsen. De utad forspente dragknappene 53 på den tidligere utførelse trenger ikke brukes i denne utførelsen, skjønt de kunne brukes. Det skal også bemerkes at begge sideveggene 108, 108' på hvert blad 105 strekker seg aksielt, istedenfor at én sidevegg er skrå som tidligere beskrevet.

Den øvre ende 110 på hylsedelen 104 ligger an mot den utadgående skulder 105 på spindelen 101 for å begrense oppad-gående relativ bevegelse av hylsedelen, og et adaptor 111 som er skrudd inn i den nedre ende på spindelen 101 danner en oppadvendt skulder 112 som stoppehylsen 113 er montert mot. Den øvre overflate på stoppehylsen 113 engasjerer en nedad-vendt skulder 114 på den nedre seksjon 115 av hylsedelen 104, for å hindre nedadgående bevegelse av hylsedelen. Som i den tidligere beskrevne utførelse, er det en flytende stem-pelring 116 som overfører omgivelsestrykket til en olje som fyller alt internt rom mellom spindelen 101 og hylsedelen 104.

For å kople hylsen 104 rotasjonsmessig til spindelen 101 på en slik måte at knappene 107 forblir tilbaketrukket under glidende boring, selv i nærvær av rota-sjonssvingninger i borestrengen 10, 11, har den øvre seksjon 110 av hylsedelen 104 en indre vegg 120 som er lateralt adskilt fra den ytre vegg 121 av spindelen 101 for å danne et indre ringformet kammer 122. Som sett mer i detalj på fig. 10, er en hydraulisk opererbar forsinkelsesmekanisme i form av et hylsestempel 103 anordnet for aksiell bevegelse i kammeret 122, og bærer tetningsringer 124, 125 som hindrer væskelekkasje forbi de indre og ytre overflater i den øvre del. En målepassasje 129, 129' strekker seg mellom kammerområdene 126 og 127 over og under hylsen 123. Den øvre ende på kammerområdet 126 er tettet av ringer 128, og en port 130 og en plugg 134 er anordnet for å gjøre det mulig å fylle kammeret med passende volum av hydraulisk olje. En strømningsbegrenser 132 er plassert i passasjen 129 for å måle ut nedadgående strøm av olje på en presis måte, og således gi en valgt tidsforsinkelse mot oppadgående bevegelse av hylsestemplet 123 inne i kammeret 122. De motsatte sider av hylsestemplet 123 er utstyrt med en annen passasje 129' (fig. 9) hvor det er plassert en sjekkventil 145 som lukkes nedover. Sjekkventilen 125 har lavt åpningstrykk, f.eks. med en diffe-rensial i området fra 0,14-0,35 kg/cm<2>.

Den nedre del 134 av hylsestemplet 123 har utvendige rifler 139 som går sammen med innvendige rifler 135 på den øvre del 110 av hylsedelen 104, slik at hylsestemplet ikke kan rotere i forhold til hylsen. Et flertall av perifert adskilte knaster 136 stikker innover ved den nedre ende av hylsestemplet 123, inn i et tilsvarende antall kanaler 137 som er utformet i den ytre periferi av spindelen 101. Som vist i det utviklede grunnriss på fig. 11, har hver av kanalene 137 et spiral-skrånet øvre segment 138 som åpner nedover til et buet nedre segment 140. Det øvre kanalsegment 138 blir bare litt bredere enn knasten 136 som har en poly-gonform som vist, slik at det passer godt inn i denne under relativ rotasjon. Det nedre segment 140 i hver kanal 137 mottar en innadgående ribbe 141 på hylsedelen 104, som har en vesentlig mindre buet dimensjon enn den tilsvarende dimensjon for kanalsegmentet 140. Hylsedelen 104 kan således rotere gjennom en begrenset vinkel i klokkeretningen i forhold til spindelen 101, som sett ovenfra, til ribbene 141 ligger an mot sideveggene 142 i kanal-segmentene 140 som vist med brutte linjer på fig. 11. Under lik relativ rotasjon blir knastene 136 på hylsestemplet 123 kammet nedover i de skrå segmentene 138 til den stilling som er vist i brutte linjer, hvilket bringer hylsestemplet 123 nedover i kammeret 122. Under slik nedadgående bevegelse, blir redusert trykk generert i det øvre kammerområdet 126, hvilket bevirker at oljen i det nedre området 127 strømmer oppover gjennom sjekkventilen 145 og inn i det øvre området. Det lave åpningstrykk på sjekkventilen 145 gjør det mulig at hylsepistolen 123 beveger seg nedover uten betydelig motstand. Når ribbene 141 ligger an mot sideveggene 142 i det nedre kanalsegment 140, vil de ha rotert gjennom en vinkel som kan være omkring 16°. I denne del av ribbene 141, vil hylse-stemplet 123 ha beveget seg til grensen av sin nedadgående bevegelse. Relativ rotasjon av hylsedelen 104 i klokkeret-ningen er den retning som bevirker tilbaketrekking av knappene 107 til deres undermåls stillinger.

Når spindelen 101 roterer i klokkeretningen i forhold til hylsedelen 104, blir knastene 136 på hylsestemplet 123 kammet oppover av de skrå segmentene 138 på kanalene 137, og forsøker dermed å drive hylsestemplet 123 oppover inne i kammeret 122. Oppadgående krefter på hylsestemplet 123 genererer høyt trykk i oljen i det øvre kammerområdet 126, hvilket har en tendens til å bevirke at oljen strømmer nedover i passasjen 129 via strømningsbegrenseren 132. Sjekkventilen 125 innstilles til å hindre nedadgående strømning gjennom passasjen 129'. Den begrensede strøm av olje gjennom passasjen 129 og begrenseren 132 sinker eller hindrer oppadgående bevegelse av hylsestemplet 123 og motvirker relativ rotasjon av hylsedelen 124 mot klokkeretningen, hvilket er den retning som bevirker forlengelse av knappene 107 til maksimum diameter. Hvis torsjons-svingningene i borestrengen 10, 11 haren amplitude som ikke bevirker at ribbene 141 engasjerer sideveggen 142 fra begynnelsen, vil forsinkelsesmekanismen likevel bevirke at slik kontakt finner sted etter flere svingninger. Den første gang spindelen 101 roterer mot klokkeretningen under disse forhold, vil knastene 136 bevege seg delvis ned de skrå segmentene 138 til en middelstilling, og når spindelen så roterer i klokke-retningen, vil den hydrauliske forsinkelsen bevirke at hylsedelen 104 roterer med den. På den neste eller en senere rotasjon av spindelen 101 mot klokke-retningen, vil knastene 136 ligge an mot sideveggen 142 og bli holdt mot denne av den hydrauliske forsinkelsen. Knappene 107 vil således snart komme til sin undermåls-diameter når glidende boring begynner.

Delene for hver utførelse sammenmonteres som vist i tegningene for å frembringe en kombinert lagerenhet og stabilisator nær borkronen 14 eller 100, som er forbundet med borestrengen umiddelbart ovenfor borekronen 15 og nedenfor huset 13 for motoren 12. I den utførelsen som er vist i fig. 2, vil én eller flere av de utad forspente dragstemplene 43 engasjere veggen i borehullet, men stabilisatorenheten kan imidlertid skråstilles noe på grunn av den diametrale klarering som frembringes når stemplene 44 er i sine tilbaketrukne stillinger. Under nedadgående bevegelse vil draget av en spiralformet sideoverflate 72 på et blad 29 mot borehullveggen utøve et dreiemoment i klokkeretningen, som holder huset 30 i den orientering knappene 44 er tilbaketrukket, som vist på fig. 7. Hvis en bøy-ningsvinkel er etablert ved operasjon av borerørsleddet 13, vil muligheten for å skråstille stabilisatoren 14 i dens undermåls-stilling tillate full bruk av bøyevinkelen for å påvirke banen til borekronen 15.

Når en bøyningsvinkel er etablert i borerørsleddet 13, som omfatter rotasjon av borestrengen til høyre, vil de fjærbelastede knappene 43 frembringe friksjonsmotstand som motvirker rotasjon av huset for enheten 13. Etter noen grader relativ rotasjon, vil stabilisatorspindelen 20 også bli rotert til høyre. Relativt uttrykt vil huset 30 bli rotert mot klokkeretningen gjennom vinkelen Q, som tillatt ved den ekstra bredde av riflesporene 36, til den orientering som er vist på fig. 3. Dette plasserer de ytre overflater 56 på spindelen 20 bak stemplene 44 som vist på fig. 5 og 6, og bevirker en øyeblikkelig forlengelse av disse. Så snart glidende boring begynner, vil imidlertid huset 30 rotere i klokkeretningen i forhold til spindelen 20 på grunn av kontakt mellom en kant 72 og borehullveggen, hvilket bevirker at flatene 55 blir plassert bak knappene 44. I tillegg vil reaktivt dreiemoment som følge av operasjon av motoren 12 også ha en tendens til å produsere rotasjon av huset 30 mot klokkeretningen. Knappene 44 blir således skiftet innover til sin undermåls-stilling på grunn av fjærene 54. Dette vil igjen tillate at den bøynings-vinkel som er etablert i verktøyet 13 blir fullt effektivt til å påvirke banen for borekronen 15. Når stabilisatoren 14 beveger seg oppover i borehullet, vil ikke de skrå sideveggene 72 ha en tendens til å rotere huset 30, slik at stemplet 44 kan holdes på flatene 55 og bevirke at stabilisatoren forblir under mål. Dette trekk er spesielt nyttig når borestrengen trekkes ut av brønnen.

Man vil forstå at de skrå bladoverflatene 72 bevirker en rotasjon av huset 30 i klokkeretningen, og tilbaketrekning av knappene 44 bare under glidende boring, slik at når bøynings-vinkelen blir brukt, blir ikke borekronen 15 utsatt for ster-ke sidebelastninger som kan bevirke at motoren 12 blokkeres. Hvis man benytter en fremgangsmåte for avviksboring hvor rotasjon av borestrengen overlagres rotasjon av motoren 12, vil stabilisatoren 14 automatisk innta sin stilling med full kaliber på grunn av at huset 30 blir rotert mot klokkeretningen i forhold til spindelen 20, til den orientering som er vist på fig. 3. I denne stilling blir knappene 44 kammet utover fra de flate overflatene 55 til overflatene 56 med større diameter på spindelen 21 når huset 30 roteres i forhold til spindelen 20, slik at stabilisatorenheten 14 får full kaliber-diameter.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendelig i forskjellige borefrem-gangsmåter. Når borerørsleddet 13 er rett og rørstrengen 10, 11 blir rotert, går stabilisatoren 14 til full kaliber diameter for å sentrere borekronen 15 i borehullet. Når enheten 13 justeres til å gi en bøyningsvinkel og glidende boring blir utført, inntar stabilisatoren 14 automatisk sin undermåls stilling for mer nøyaktig styring over vinkeloppbyggingen. Det er klart, at når enheten 13 er rett under glidende boring, vil stabilisatoren 14 også holdes under mål for å frembringe en litt fallende inklinasjonsvinkel under omstendigheter hvor dette kunne være ønskelig. Når så enheten 13 produserer en bøyningsvinkel hvor røret blir rotert, går stabilisatoren 14 til full kaliber-diameter. Denne sistnevnte fremgangsmåte kan imidlertid produsere store sykliske spenninger i apparatet ved og nær bøyningspunktet, som kan forårsake skade på verktøyene nede i borehullet hvis det fortsetter i lange tidspe-rioder, og bør unngås hvis man ikke benytter et spesielt borerørsledd 13.

Utførelsen som er vist på fig. 9-11 virker som følger.

Når rotasjon av borestrengen 10, 11 overlagrer rotasjonen av kraftseksjonen for motoren 12 for å bore rett frem, går stabilisatorenheten 100 automatisk til full kaliber-tilstand for å danne en kompakt borestrengenhet. Dette er fordi det vil bli et kontinuerlig drag på minst ett av bladene 105 mot den nedre side av borehullet, som genererer et dreiemoment mot klokke-retningen på hylsedelen 104. Et slikt dreiemoment tvinger hylsestemplet 123 oppover i kammeret 122 når knastene 136 beveger seg opp de skrå segmentene 138 i kanalen 137. Hylse-stemplet 123 kan skifte oppover meget langsomt når hydraulisk olje måles ut gjennom begrenseren 132. Når ribbene 141 støter mot sideveggene 142 i kanalsegmentet 140, vil hylsedelen 104 ha rotert helt mot klokkeretningen, til den relative stilling hvor knappene 107 er forlenget til full kaliber-diameter.

Når overlagret rotasjon stopper og glidende boring begynner, vil knappene 107 skiftes innover til sine undermåls stillinger. Som nevnt ovenfor vil borestrengen gjennomgå torsjonssvingninger på grunn av forskjellige faktorer, og amplitu-den av slike svingninger blir maksimale i nærheten av boremotoren 12. Huset for motoren 12 er selvfølgelig tilkoplet spindelen for borerørsleddet 13, og huset for enheten 13 er tilkoplet spindelen 101 slik at slike svingninger blir overført til spindelen 101. Hver gang spindelen 101 dreier seg mot klokkeretningen og hylsede-lene 104 holdes stille, blir hylsestemplet 123 trukket i det minste delvis nedover mens oljen flyter tilnærmet fritt gjennom sjekkeventilen 145. Hver gang spindelen 101 roterer i klokkeretningen, mens hylsedelen 104 holdes stille, blir oppadgående bevegelse av hylsestemplet 123 hydraulisk forsinket. Hylsedelen 104 vil således bli beveget inntil full relativ stilling i klokkeretningen på spindelen 101, som vist på fig. 7, hvor knappene 107 er trukket tilbake. I denne stilling er stabilisatorenheten 100 under mål, og vil ikke motvirke bruken av en bøyningsvinkel i enheten 13 under avviksboring av et borehull.

Nye og forbedrede justerbare stabilisatorer for bruk nede i et borehull, og som har de ønskede trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse, er beskrevet. Visse endringer og modifikasjoner kan utføres uten å avvike fra den ide som ligger til grunn for oppfinnelsen innenfor den rammen som fremgår av de et-terfølgende patentkrav.

Claims (10)

1. Justerbar stabilisator for bruk ved boring av et borehull, hvor stabilisatoren innbefatter: en spindel (20 eller 101) med et hus (30 eller 104) montert derpå og anordnet for relativ bevegelse med hensyn dertil; et flertall av deler (44 eller 107) på nevnte hus (30 eller 104) som er radielt bevegbare som respons på nevnte relative bevegelse mellom en forlenget posisjon i hvilken de engasjerer inngrep mot borehullsveggen, og en tilbaketrukket posisjon i hvilken minst noen av dem ikke er engasjert mot borehullsveggen og således tillater at nevnte spindel (20 eller 101) og nevnte hus (30 eller 104) skråstilles i borehullet; og en forspenningsinnretning (54) for forspenning av nevnte deler (44 eller 107) radielt innover mot nevnte spindel (20 eller 101); idet stabilisatoren erkarakterisert veden innretning (55, 56) som reagerer på rotasjon av nevnte hus (30 eller 104) i forhold til nevnte spindel (20 eller 101) i en rotasjonsretning for å muliggjøre tilbaketrekking av minst noen av delene (44 eller 107), og i den andre rotasjonsretningen for å bevirke forlengelse av nevnte deler (44 eller 107), og ved en momentpåfø-rings-innretning (72 eller 105) på nevnte hus (30 eller 104) utformet for å engasjere til inngrep mot borehullsveggen under nedoverglidning eller rotasjonsbevegelse av huset i borehullet for på den måten å utøve et moment på huset som er tilbøy-elig til å rotere det i retningen som. resulterer i henholdsvis tilbaketrekking eller forlengelse av nevnte deler (44 eller 107).

2. Stabilisator ifølge krav 1, videre karakterisert vedat nevnte tilbaketreknings-muliggjøringsinnretning er plane overflater (55) på den ytre periferien av nevnte spindel (20 eller 101).

3. Stabilisator ifølge krav 1 eller krav 2, videre karakterisert vedat nevnte forlengelsesbevirkende innretning er kamoverflater på periferien av nevnte spindel (20 eller 101) for flytting av nevnte deler (44 eller 107) radielt utover på en sylindrisk ytre overflate (56) til nevnte spindel (20 eller 101).

4. Stabilisator ifølge krav 1, 2 eller 3, videre karakterisert vedat hver av nevnte deler (44) er et stempel bevegbart innen en boring (40) gjennom veggen av nevnte hus (30), og nevnte forspenningsinnretning omfatter fjærinnretning (54) for å forspenne hver av nevnte stempler (44) innover mot nevnte spindel (20 eller 101), og holdeinnretning (48) for begrensning av utoverbevegelse av hver av nevnte stempler (44).

5. Stabilisator ifølge krav 1, videre karakterisert vedat nevnte momentpåførende innretning (72) er en spiralveggoverflate på nevnte hus (30) som har en kant som er anordnet for å gli mot en tilstøtende borehullsvegg.

6. Stabilisator ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte momentpåførings-innretning omfatter et blad (105) på nevnte hus (104) tilpasset for å trekke på borehullsveggen når nevnte spindel (101) og hus (104) er rotert innen borehullet, hvorved det tilveie-bringes forlengelse av nevnte deler (107).

7. Stabilisator ifølge krav 1, videre karakterisert vedat et flertall av veggopptagende deler (43) på nevnte hus (30), og innretning (51) som forspenner hver av nevnte veggopptagende deler (43) utover for å tilveiebringe friksjonsmessig tilbakeholdelse av langsgående og rotasjonsmessig bevegelse av nevnte hus (30) i borehullet.

8. Fremgangsmåte for å styre helningen av et borehull som bores med en borkrans (15) opphengt i borehullet på en borestreng (10), karakterisert vedtrinnene med montering av justererbar stabilisator (14 eller 100) med en diameterreduksjon og fulldiametertilstand i borstrengen (10) tilstøtende borkronen (15); som respons på nedoverglidning av borestrengen (10) i borehullet uten rotasjon, som bevirker at nevnte stabilisator (14 eller 100) inntar nevnte diameterreduksjons-tilstand, og som reaksjon på rotasjon av borstrengen (10) som bevirker at nevnte stabilisator (14 eller 100) inntar nevnte fulldiametertilstand.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, videre karakterisert vedat nevnte diameterreduksjon og fulldiametertilstander oppnås ved radiell innover- og utoverbevegelse av stempeldeler (44 eller 107) på nevnte stabilisator (14 eller 100), nevnte stempeldeler (44 eller 107) beveges utover når nevnte borstreng (10) roteres.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre karakterisert vedat nevnte stempeldeler (44 eller 107) beveges innover ved moment som påføres nevnte stabilisator (14 eller 100) under nedoverglid-ningsbevegelse av nevnte borstreng (10).