NO309491B1 - Anordning ved verktöy tilpasset for å endre boreretningen under boring - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning ved et verktøy tilpasset for å endre boreretningen under boring med boreutstyr som fortrinnsvis omfatter borestreng så som kveilrør, borestrengsledd, boremotor og borekrone, hvor verktøyet er anbrakt mellom borestrengen og borestrengsleddet, og hvor anordningen også for øvrig oppviser de konstruktive trekk som er angitt i den innledende delen av patentkrav 1.

Under retningsboring i en formasjon i grunnen, f. eks. ved horisontalboring av en brønn, er det vanlig å bruke boreutstyr som omfatter borestreng, borestrengsledd og borekrone. Borestrengen kan utgjøres av kveilrør, og borekronen kan være hydraulisk drevet av væsken som sirkulerer i borestrengen. Boreretningen endres ved rotasjon av borestrengsleddet, og rotasjonen besørges av et verktøy som er plassert mellom nedre ende av borestrengen og borestrengsleddet. I kjente verktøy kan rotasjonen ikke skje trinnløst, men må tas med faste vin-kelutslag i en størrelsesorden på 15-20 grader. Dette betyr at boreretningen ikke kan endres med den nøyaktighet som er ønskelig. En annen ulempe ved kjente verktøy er at pådraget i borekronen må reduseres for å gjøre det mulig med rotasjon av borestrengsleddet. Dette kan få som konsekvens at borekronen mister taket i grunnformasjonen, slik at borestrengsleddet, i stedet for å fullføre rotasjonen, returnerer til utgangstil-lingen. Dette er forhold som vanskeliggjør og dessuten for-sinker arbeidet med å endre boreretningen.

US 5,316,094 omhandler et verktøy som er plassert i en borestreng og har en rotasjonsdel som er innrettet til å kunne rotere for eksempel et borestrengsledd, slik at boreretningen endres. Et hydraulisk trykk tilføres ovenfra og presser ned et ringromsstempel. Dette stemplet er utstyrt med en tapp som samvirker med en skruelinjeformet føring i innerveggen i stemplets ringrom. innerveggen er utformet på en hylse som på grunn av føringene roterer når stemplet presses nedover. I sin annen ende er hylsen forbundet med et borestrengsledd som der-med også roteres. Stemplet kan føres tilbake til utgangsstillingen av en fjær, og prosessen gjentas så mange ganger som ønsket. Den roterbare hylsen er utstyrt med en skrallemekanisme som hindrer den i å rotere i motsatt retning når stemplet beveger seg oppover igjen. Rotasjonen av bøyeleddet foregår trinnløst.

Aktivering av verktøy i borestreng ved å strupe strømmen av boreslam er i og for seg kjent fra eksempelvis US 4,732,223 og 5,392,867. For dette formål kan det i verktøyets gjennomløp være montert en ventil som er innrettet til å strupe gjennom-løpet for derved å aktivere verktøyet for rotasjon. Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å skaffe til veie en anordning ved et verktøy hvor rotasjonen av borestrengsleddet på kjent måte kan utføres trinnløst og foregå med fullt pådrag i borekronen, samt foregå med en hastighet som tillater at måleutstyret vil kunne avgi målersultater som er i overenstemmeIse med den faktiske rotasjon.

Oppfinnelsen vil derved bestå i en spesielt fordelaktig utfor-ming av de i den innledende del av patentkrav 1 angitte førin-ger, som dessuten vil bidra til å fremskaffe en noe enklere betjening og sørge for en større presisjon under rotasjonen enn det som hittil har vært vaniig.

Andre konstruktive detaljtrekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav og den etterfølgende del av beskrivelsen.

Det vil med henvisning til det vedføyde figursettet bli rede-gjort for en foretrukket, men ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk oppriss av lengdesnitt gjennom verktøyet i tre typiske stillinger, dvs. i ikke-aktivert stilling med åpent gjennomløp for væske, og i aktivert stilling med strupt gjennomløp før rotasjonen er påbegynt, henholdsvis etter at rotasjonen er fullført; Fig. 2 viser et skjematisk oppriss av et lengdesnitt gjennom verktøy i ikke-aktivert stilling med åpent gjennomløp for væske; Fig. 3 viser samme skjematiske oppriss som i fig. 2, men med verktøyet i aktivert stilling med strupt gjennomløp for væske, slik at verktøyet er klargjort for rotasjonen; Fig. 4 viser samme skjematiske oppriss som i Fig. 1, men med det aktiverte verktøy i en endestilling med fullt utslag under rotasjonen, og: Fig. 5 viser et skjematisk oppriss av et snitt i tverretningen gjennom skrallemekanismen når verktøyet er i de stillinger som er nevnt over.

I fig. 2-4 er verktøyet for oversiktens skyld delt i to deler, og tallhenvisningene er fordelt mellom figurene, slik at tall-henvisninger i én figur refererer til samme detalj i de andre figurene.

Verktøyet 1 er satt sammen av husdeler 2, 3, 4, 5 som er innbyrdes forbundet og tildannet med boringer, slik at verktøyet 1 får gjennomløp for bl. a. borevæske. Borestrengen er fast forbundet til øvre ende av øvre husdel 2, og borestrengsleddet er fast forbundet til nedre ende av nedre husdel 5. Forbindel-sene mellom husdelene 2-5, borestrengen og borestrengsleddet kan f. eks. være gjengeforbindelser. Øvre ende av øvre mellomliggende husdel 3 er fast forbundet til nedre ende av øvre husdel 2. Boringen i mellomliggende husdel 3 har slik pasning at nedre ende av øvre husdel 2 kan føres et stykke inn i mellomliggende husdel 3. Forbindelsen 6 mellom husdelene 2, 3 kan f. eks. være en gjengeforbindelse, og den er gjort trykktett ved hjelp av en tetning 9 som er anbrakt i pasningen mellom husdelene 2, 3. Nedre ende av øvre mellomliggende husdel 3 er fast forbundet til øvre ende av nedre mellomliggende husdel 4. Boringen i nedre ende av øvre mellomliggende husdel 3 har slik pasning at øvre ende av nedre husdel 5 kan føres et stykke inn i øvre mellomliggende husdel 3. Forbindelsen 7 mellom husdelene 3, 4 kan f. eks. være en gjengeforbindelse, og den er gjort trykktett ved at det er anbrakt en tetning 10 i pasningen mellom husdelene 3, 4. Nedre mellomliggende husdel 4 er roterbart forbundet til nedre husdel 5. Forbindelsen 8 mellom husdelene 4 og 5 er slik at rotasjon bare tillates i negativ retning, nemlig motsatt rotasjonsretningen for borestrengsleddet, og kan f. eks. være to rullelagre. Forbindelsen 8 er gjort trykktett ved hjelp av en tetning 11 som er anbrakt i pasningen mellom husdelene 4, 5. Boringen i nedre mellomliggende husdel 4 er dessuten slik tilpasset at nedre mellomliggende husdel 4 blir anbrakt utenpå og et stykke opp fra nedre ende av nedre husdel 5. Det er dessuten plassert et thrustlager 44 mellom det øvre rullelager i forbindelsen 8 og en innover vendt skulder på den mellomliggende husdel 4.

Nedre ende av øvre husdel 2 og øvre ende av nedre mellomliggende husdel 4 er som nevnt ført inn i boringen i øvre mellomliggende husdel 3, og endeflatene på disse danner derfor en øvre skulder 14 i verktøyets gjennomløp, henholdsvis en nedre skulder 30 i et øvre ringrom 17. Videre er nedre husdel 5 tildannet med en lengde som gjør at nedre husdel 5 forløper et forholdsvis langt stykke opp i øvre mellomliggende husdel 3. Boringen i øvre mellomliggende husdel 3 har dessuten så stor pasning at øvre ringrom 17 tildannes mellom øvre mellomliggende husdel 3 og den del 16 av nedre husdel 5 som forløper forbi nedre skulder 30.

Verktøyet 1 er utstyrt med et hylseformet stempel 18 som er anbrakt under den øvre skulder 14 i verktøyet. Stempelet 18 har en lengde som gjør at det kan strekke seg fra øvre skulder 14, forbi øvre ende av nedre husdel 5 og inn i øvre ringrom 17. Pasningen mellom stempelet 18 og øvre ende av nedre husdel 5 er gjort trykktett ved hjelp av en tetning 13. Stempelet 18 er, tilsvarende husdelene 2, 3, 4, 5, tildannet med en boring, slik at stempelet 18 ikke stenger gjennomløpet i verktøyet 1. I øvre ende er stempelet 18 tilordnet en ventil med et ventil-legeme 21 som kan føres mot et ventilsete 20, slik at ventilen kan strupe ned gjennomløpet i verktøyet 1. Ventillegemet 21 er forbundet til stempelet 18 ved hjelp av en holdedel 19 som er anbrakt ved øvre ende av boringen i stempelet 18. Holdedelen 19 er slik tildannet at væske kan passere.

Ventilen strupes når ventillegemet 21 går til anlegg mot ven-tilsetet 20. I foreliggende tilfelle strupes ventilen ved trykkøkning i væsken som passerer gjennom verktøyet. Ventil-mekanismen omfatter øvre og nedre ventillegemedeler 22, 23 som er tildannet for å kunne forskyves langs ventillegemet 21 for å strupe, henholdsvis åpne ventilen. Ved hjelp av fjærkraften i en ventillegemefjær 24 holdes nedre ventillegemedel 23 i en første endestilling hvor ventilen er åpen for væskepassasje. Dersom trykket i væsken som passerer økes, vil væsken besørge at nedre ventillegemedel 23 forskyves av øvre ventillegemedel 22 til en andre endestilling hvor ventilen er strupt, slik at det blir trykkfall i væsken som passerer gjennom ventilen. Fjærkraften i ventillegemefjæren 24 vil, ved avlastning av trykket i væsken, åpne ventilen ved at nedre ventillegemedel 23 og øvre ventillegemedel 22 forskyves til første endestilling. Det er selvsagt at ventilen kan ha annen konstruksjon enn den som er vist i figursettet, f. eks. tildannet med fast struping. Ventillegemedelen 21 og øvre ventillegemedel 22 kan ha boringer, slik at det blir mulig å trekke kabel som er anbrakt i gjennomløpet, gjennom ventilen.

Væsken som tilføres verktøyet 1 når ventilen er strupt ned, vil, som følge av trykkfallet over ventilen, besørge at stempelet 18 drives fra en første endestilling, hvor øvre ende av stempelet 18 ligger an mot øvre skulder 14, til en andre endestilling, hvor nedre ende av stempelet 18 har presset sammen en stempelfjær 25 som er anbrakt i øvre ringrom 17. Fjærkraften i den sammenpressede stempelfjær 25 vil besørge at stempelet 18 drives tilbake til anlegg mot øvre skulder 14 når ventilen igjen åpnes ved at væsketrykket reduseres. Stempelfjæren 25 ligger i nedre ende an mot en skulderdel 31 som er plassert i øvre ringrom 17 over nedre skulder 30. Mellom skulderen 30 og skulderdelen 31 er det anbrakt et nedre thrustlager 32, tallerkenfjærer 33, en bæredel 34 som holdes i stilling av en låsemekanisme 35, og et øvre thrustlager 36. Låsemekanismen 35 er felt et stykke inn i sideveggen av den del 16 av nedre husdel 5 som er vendt inn mot øvre ringrom 17.

Væske vil fortrenges fra øvre ringrom 17 under rotasjonen. Denne væsken ledes under fortrengningen til et nedre ringrom 46 som er tildannet i gjennomløpet av verktøyet ved nedre ende av nedre husdel 5. Nedre ringrom 46 avtettes ved hjelp av et forskyvbart ringromslegeme 37 som er gjort trykktett ved hjelp av tetninger 42, 43. Ringromslegemet 37 forskyves nedover i nedre ringrom 46 av væske som fortrenges fra øvre ringrom 17, og forskyves oppover i nedre ringrom 46 av væsken i gjennomlø-pet etter at ventilen er åpnet. Alternativt kan forskyvningen oppover skje ved hjelp av en ikke vist fjær som er plassert i nedre ringrom 46 under ringromslegemet 37. Kanaler 38, 39 be-sørger passasje fra øvre ringrom 17 til nedre ringrom 46. Den ene av kanalene 38 er avtettet mot det øvre ringrom 17 ved hjelp av en tilbakeslagsventil 40, og den andre av kanalene 39 er avtettet mot øvre ringrom 17 ved hjelp av en strupeventil 41. Nevnte ventiler 40, 41 er plassert i nedre skulder 30. I tillegg er thrustlagrene 32, 36, tallerkenfjærene 33 og bære-delen 34 slik innrettet at den væske som fortrenges under rotasjonen, kan passere.

For å besørge tvangsstyrt rotasjon av nedre husdel 5 som er forbundet til borestrengsleddet, samtidig som stempelet 18 forskyves i verktøyets 1 gjennomløp, er et omkretsparti av boringen i øvre mellomliggende husdel 3, fortrinnsvis i områ-det ved øvre ende av nedre husdel 5, og et omkretsparti av stempelet 18, fortrinnsvis langs det vesentlige av stempelets 18 lengderetning, tildannet med føringer 26, 27 så som vridde (i skruelinjeform forløpende) spor/riller. Videre er stemplet 18 roterbart og forskyvbart forbundet med øvre ende av nedre husdel 5. Denne roterbare og forskybare forbindelse kan utgjø-res av en skrallemekanisme 28 slik innrettet at den kan forskyves langs et antall føringer 29. Føringene 29 er anbrakt i øvre ende og på den side av nedre husdel 5 som er vendt inn i øvre ringrom 17. Føringene 29 forløper dessuten fortrinnsvis langs store deler av veggen i og fortrinnsvis parallelt med øvre ringroms 17 lengderetning. Sperredelene 30 i skrallemekanismen vil ligge låsende an mot føringene 29, slik at rotasjon av nedre husdel 5 i negativ retning forhindres under rotasjonen av borestrengsleddet, men tillate rotasjon i motsatt retning når stempelet 18 returnerer etter avsluttet rotasjon.

Ved å senke væsketrykket, slik at ventilen i stempelet 18 åpner væskepassasjen, kan rotasjonen dessuten avbrytes når

ønsket utslag er nådd. Ved større utslag skjer rotasjonen ved at ventilen i verktøyet 1 strupes, åpnes, strupes, o.s.v. inntil borestrengsleddet er i ønsket posisjon. Skrallemekanismen 28, som forbinder stempelet 18 og nedre husdel 5, vil bidra til at borekronen kan drives med fullt pådrag. Når stempelfjæren 25 fører stempelet 18 tilbake til utgangsstillingen i

anslag mot øvre skulder 14 etter åpningen av ventilen, vil skrallemekanismen 28 og den roterbare forbindelsen 8 besørge at stempelet 18 kan rotere i motsatt retning. Samtidig som nedre husdel 5 blir stående uten rotasjon. Det skal nevnes at skrallemekanismen 28 og den roterbare forbindelse 8 kan erstattes av forbindelser som låses mekanisk.

Fortregningsmekanismen virker på den måte at strupeventilen 41 åpnes når verktøyet er aktivert for rotasjon, slik at væsken kan fortrenges fra øvre ringrom 17 til nedre ringrom 46 gjennom kanalen 39. Samtidig blir ringromslegemet 37 forskjøvet nedover i nedre ringrom 46 av fortrengt væske. Etter avsluttet rotasjon vil væsken returnere til øvre ringrom 17 gjennom kanalen 38 etter hvert som ringromslegemet 37 forskyves oppover i nedre ringrom 46 av væsken som strømmer gjennom verk-tøyet. Ved å regulere strupningen på strupeventilen, 41 kan verk- tøyets rotasjonshastighet styres, slik at ovennevnte måleutstyr blir i stand til i gi måleresultat som er i over-ensstemmelse med den faktiske rotasjon som verktøyet 1 har be-sørget.

Beskrivelsen vil bli avsluttet med en kortfattet gjennomgang av foreliggende verktøys virkemåte. Fig. 2 viser som nevnt verktøyet 1 i en ikke-aktivert stilling under boringen. Ventilen er da åpen, slik at væsken som sirkulerer i borestrengen, kan passere uhindret gjennom verktøyet 1. Verktøyet 1 aktiveres for rotasjon ved å øke trykket i væsken som passerer gjennom verktøyet 1. Det økte væsketrykket forskyver øvre ventil-legemedel 22 nedover langs ventillegemet 21, slik at nedre ventillegemedel 23 føres til en stilling i anslag mot ventil-setet 20. Derved er ventilen strupt. Væsken som tilføres og passerer gjennom verktøyet 1 etter at ventilen er strupt, vil som følge av trykkfallet over den strupte ventil, forskyve stempelet 18 nedover i verktøyets 1 gjennomløp. Derved vil føringene 26, 27 påtvinge stempelet 18 en rotasjon som styres av føringenes 26, 27 kurvatur. Under forskyvningen av stempelet 18 nedover i verktøyet 1 står sperredelene 30 i skrallemekanismen 28 an mot, samtidig som de føres nedover langs førin-gene 29 på øvre del av nedre husdel 5, slik at den nedre husdel 5 med påmontert bøyeledd roterer for å besørge endring av boreretningen. Rotasjonshastigheten kan som tidligere nevnt styres ved hjelp av strupningen i strupeven-tilen 41 i kanalen 39 mellom ringrommene 17, 36.

Rotasjonen avsluttes ved avlastning av trykket i væsken. Fjærkraften i ventillegemefjæren 24 vil følgelig overstige væsketrykket og forskyve den nedre ventillegemedel 23 oppover langs ventillegemet 21, slik at ventilen åpnes. Når ventilen er åpen, vil fjærkraften i den sammenpressede stempelfjær 25 i ringrommet 17, forskyve stempelet 18 oppover i verktøyets 1 gjennomløp. Sperredelene 30 i skrallemekanismen 28 vil under returbevegelsen av stempelet 18 tillate at stempelet 18 kan rotere mens den nedre husdel 5 blir stående i en stilling hvor husdelen 5 ikke roterer. Likeledes vil den roterbare forbindelse 8 mellom husdelene 4, 5 bidra til det samme dersom skrallemekanismen ikke fullt ut klarer å ta hånd om retur-rotasjonen av stempelet 18. Ved større retningsendringer gjentas ovennevnte syklus inntil ønsket utslag er nådd for borestrengsleddet .

Claims (13)

1. Anordning ved verktøy (1) tilpasset for å endre boreret-ning under boring med boreutstyr som fortrinnsvis omfatter borestreng så som kveilrør, borestrengsledd, boremotor og borekrone, hvor verktøyet (1) som er anbrakt mellom borestrengen og borestrengsleddet, omfatter husdeler (2-4) som er innbyrdes forbundet, har gjennomløp for bl. a. væske så som borevæske, og hvor verktøyet (1) kan aktiveres for rotasjon av borestrengsleddet, slik at boreretningen endres, og hvor verktøyet (1) er forsynt med et hydraulisk stempel (18) som er tilordnet et sett med samvirkende føringer (26, 27) hvor føringene (26, 27) er innrettet til ved stemplets aksialforskyvning å tvangs-rotere verktøyets ene husdel (5) i forhold til de andre husdeler (2-4), og hvor nødvendig væsketrykk for å drive stemplet (18) frembringes ved å strupe verktøyets.(1) trykkvæskegjennomstrømning, karakterisert ved at den nedre mellomliggende husdel (4) og den nedre husdel (5) er forbundet med en enveisroterbar forbindelse (8) så som to rullelagre som er innrettet til å tillate rotasjon i en retning samt i enhver posisjon å hindre rotasjon i motsatt retning.

2. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at ett sett føringer (26) er tildannet i gjen-nomløpets vegg, og ett sett føringer (27) er tildannet i stempelets (18) motstående vegg.

3. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at nevnte sett av føringer (26, 27) for tvangs-styring av rotasjonen utgjøres av vridde spor/riller, idet ett sett spor (26) er utformet i et omkretsparti i den øvre mellomliggende husdel (3), mens ett sett spor (27) er utformet i et omkretsparti av stempelet (18).

4. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at førstnevn-te sett spor (26) strekker seg i et område ved den øvre ende av den nedre husdel (5), mens det sistnevnte sett spor (27) strekker seg i det vesentlige i stempelets (18) lengderetning.

5. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at verktøyets (1) gjennomløp er forsynt med en ventil omfattende et ventilsete (20) tildannet i øvre ende av en boring tilpasset for å gi gjennomløp i stempelet (18), et ventillege-me (21) og en ventilmeka-nisme (22, 23, 24) tilpasset for å strupe, henholdsvis åpne ventilen ved økning, henholdsvis avlasting av væsketrykket i verktøyet (1).

6. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at ventilmekanis-men utgjøres av en øvre og en nedre ventillegemedel (22, 23) tilpasset for å forskyves langs ventillegemet (21), slik at den nedre ventil-legemedel (23) kan strupe, henholdsvis åpne ventilen, og en ventillegemefjær (24), i-det den øvre ventillegemedel (22) vil forskyve den nedre ventillegemedel (23) for å strupe ventilen ved økning av trykket i væsken, og ventillegemefjæren (24) vil forskyve den nedre ventil-legemedel (23) i motsatt retning for å åpne ventilen ved avlastning av trykket i væsken.

7. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at stempelet (18) er tilpasset for å forskyves av væsken som tilføres verktøyet (1) når ventilen strupes ned, henholdsvis forskyves i motsatt retning av en stempelfjær (25) som er anbrakt i et øvre ringrom (17) tildannet i verktøyets (1) gjennomløp, etter at ventilen er åpnet.

8. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at stempelet (18) er hylseformet, anbrakt mellom en øvre skulder (14) tildannet i vektøyets (1) gjennom-løp og en skulderdel (31) som er anbrakt i det øvre ringrom (17), og tildannet med en lengde som gjør at stempelet (18) kan forløpe fra den øvre skulder (14) og inn i det øvre ringrom (17) som er anbrakt i forlengel-sen over en nedre skulder tildannet i nedre ende av det øvre ringrom (17).

9. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at stempelet (18) og øvre ende av den nedre husdel (5) er forskyvbart og roterbart forbundet.

10. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den f or sky v-bare og roterbare forbindelse utgjøres av en skrallemekanisme (28) tildannet med sperredeler (30) som låser an mot, henholdsvis løper fritt over føringer (29) tildannet i øvre ende av den nedre husdel (5), slik at den nedre husdel (5) påføres rotasjon når stempelet (18) forskyves nedover i verktøyets (1) gjennomløp, henholdsvis er uten rotasjon når stempelet (18) forskyves tilbake i verktøyets (1) gjennomløp.

11. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den nedre husdel (5) er tilordnet et nedre ringrom (46) for væske som fortrenges fra det øvre ringrom (17), at ringrommene (17, 46) står i forbindelse ved hjelp av kanaler (38, 39) som forløper mellom ringrommene (17, 46), og at strømmen av fortrengt væske kan styres av henholdsvis en enveisventil (40) og en strupeventil (41) som er plassert i respektive kanal (38, 39).

12. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det nedre ringrom (46) er tilordnet et forskyvbart ringromslegeme (37).

13. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at ventillegemet (21) og ventillegemedelen (22) er tildannet med boringer, slik at f. eks. kabel kan trekkes i verktøyets (1) gjennomløp.