NO314640B1 - Verktöy for ökning av slagvirkningen som avgis til en fastsittende gjenstand i en brönnboring - Google Patents

Abstract

Verktøy (20) for økning av slagvirkningen mot en fastsittende gjenstand i en brønnboring ved hjelp av et slagverktøy som har et første rørformet element forbundet med gjenstanden og et andre rørformet element som har en hammer anordnet for å avgi et slag mot en ambolt på det første elementet som en reaksjon på heving og et slag nedover som reaksjon på senking av det andre rørformede elementet i forhold til det første elementet, idet verktøyet (20) omfatter et første rørformet element (22) som har en nedre ende innrettet til å forbindes med det andre rørformede elementet til slagverktøyet for å heves og senkes sammen med dette, et andre rørformet element (21) som kan resiprokere vertikalt i forhold til det første elementet (22) for å danne et ringformet rom mellom disse og som har en øvre ende innrettet til å forbindes med en rørstreng over seg, og et første og andre sett av øvre og nedre tetningsringer (28A, 28B; 29A, 29B) i avstand i lengderetningen inne i det ringformede rommet som kan forskyves tettende i forhold til partier med lik diameter i hvert av de rørformede elementer (22, 21), for å danne et øvre og nedre trykkammer (UC1, LC1) mellom de øvre og nedre tetningsringer, og skuldre (44, 45; 47, 48) på de. rørformede elementer (22, 21) i det ringformede. rommet, anordnet slik at når kamrene (UC1, LC1) er fylt. med et kompressibelt fluid, vil heving av det andre. elementet (21) komprimere fluidet i det øvre og nedre. kammer (UC1, LC1) for å øke slagvirkningen til et. slag oppover, og senking av det andre elementet (21). vil komprimere fluidet i det nedre kammer (LC1) for å. øke slagvirkningen til et slag nedover.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt et verktøy for økning av slagvirkningen som avgis til en fastsittende gjenstand i en brønnboring ved hjelp av et slagverktøy, som angitt i innledningen til det etterfølgende patentkrav 1.

På kjent måte innen dette område omfatter et dobbeltvirkende slagverktøy av den angitte typen et første rørformet element innrettet til å forbindes med gjenstanden og et andre rørformet element innrettet til å tilkobles som en del av en rørstreng og anordnet teleskopisk i det første elementet, og med en hammer innrettet til å avgi et slag oppover mot en ambolt på det første elementet som en reaksjon på heving og et slag nedover som en reaksjon på senking av det andre elementet i forhold til det første. I et hydraulisk slagverktøy holder det andre elementet en palmekanisme innrettet til å forskyves inne i en innsnevret boring i et kammer i det første elementet som inneholder hydraulisk fluid. Palmekanismen er således av en slik konstruksjon at den bare muliggjør begrenset stramning forbi seg, under bevegelsen gjennom den innsnevrede boringen, for å bygge opp strekk i det andre elementet når den heves gjennom dette eller kompresjon når den senkes. Følgelig, når palen beveges ut av den innsnevrede boring, frigjøres det andre elementet og således hammeren på dette for å avgi et slag enten oppover eller nedover mot ambolten på det første elementet og således den fastsittende gjenstanden som elementet er forbundet med.

Det er også velkjent på dette området at gjenstanden som er fastsittende i brønnboringen kan være en "fisk" som den nedre enden av det første elementet på slagverktøyet senkes ned mot for å kobles til denne. Gjenstanden kan også være et nedre parti av selve rørstrengen og således allerede være koblet til det første elementet på slagverktøyet.

Det er velkjent på dette området å øke slagvirkningen til slike slagverktøy ved hjelp av en slagforsterker som omfatter et andre, indre rørformet element som har en øvre ende innrettet til å forbindes med rørstrengen over seg, og et første, ytre rørformet element anordnet teleskopisk i forhold til det andre elementet for å danne et ringformet rom mellom disse og med en nedre ende innrettet til å forbindes med det andre elementet til slagverktøyet (eller til vektrør over slagverktøyet) for å heves og senkes sammen med dette. Nærmere bestemt kan rommet være et trykkammer som er fylt med et kompressibelt fluid som kan være en gass, slik som nitrogen, eller en kompressibel væske, slik som silikon, og et stempel på det andre elementet kan forskyves tettende i forhold til boringen i det første elementet for å komprimere fluidet i rommet over seg når det andre elementet heves, i tilfelle av et slag oppover, eller under seg når det andre elementet senkes, i tilfellet av et slag nedover.

I et slagverktøy har det andre rørformede elementet som holder hammeren en viss grad av fri bevegelse etter bevegelse av palen ut av den innsnevrede boringen og når hammeren beveges for å treffe ambolten. I slagforsterkere av kjent type, beskrevet i US-PS 4.846.273, har det andre rørformede elementet som stempelet holdes av en viss grad av fri bevegelse før det beveges til den innsnevrede boring for å akkumulere energi.

I henhold til US-PS 4.846.273 foreslås det imidlertid en slagforsterker som har en opprinnelig fri bevegelse som er i det minste like stor som for slagverktøyet, for derved å sikre at akkumulert energi tilføres den fastsittende gjenstand. Selv om dette utgjør en viss forbedring i forhold til kjent teknikk, er slagforsterkeren i henhold til det nevnte patentet av en forholdsvis komplisert konstruksjon og kostbar å fremstille, og omfatter et stort antall deler som bevirker at den er ganske lang og vanskelig å betjene og reparere. I det minste i den utførelsen av slagforsterkeren som er vist i fig. 6 og 7 i US-PS 4.846.273 er også stempelet som beveger seg i den innsnevrede boringen nødvendigvis av en komplisert konstruksjon, for å muliggjøre at det kan beveges i den motsatte retningen gjennom innsnevringen etter slaget.

Det er et behov i industrien, særlig når brønner skal bores til større dybder, for å kunne utøve større belastninger på slagforsterkeren uten at dens bruddstyrke overskrides. En nærliggende løsning ville naturligvis være å benytte flere slagforsterkere ende mot ende, men dette ville innebære proporsjonalt økende omkostninger. På den annen side, p.g.a. plassbegrensningene inne i brønnboringen, er det ikke praktisk bare å øke dens diameter og således det effektive trykkarealet i fluidkamrene. Formålet med denne oppfinnelse er således å komme frem til en forbedret slagforsterker av denne typen som er av en slik konstruksjon at trykket i hvert fluidkammer kan minskes med 50 % eller mere for en gitt belastning uten å øke ytterdiameteren eller vesentlig å øke omkostningene.

Dette oppnås med verktøyet i henhold til oppfinnelsen, angitt i det etterfølgende patentkrav 1.

Utførelsesformer av verktøyet fremgår av de uselvstendige patentkravene 2 - 4.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av utførelseseksempler vist på de vedføyde tegninger.

På tegningene er like henvisningstall benyttet for å angi like deler.

Fig. 1A, 1B og 1C er lengdesnitt gjennom det øvre, midtre og nedre partiet av en dobbeltvirkende slagforsterker konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og med de rørformede elementer anordnet i en nøytral stilling før starten av et slag enten oppover eller nedover. Fig. 2A, 2B og 2C viser lignende snitt gjennom slagverktøyet, under heving av det andre, indre rørformede elementet for å gi et slag oppover mot en fastsittende gjenstand i brønnboringen under slagverktøyet som er tilkoblet under slagforsterkeren. Fig. 3A, 3B og 3C viser lignende snitt gjennom slagforsterkeren, under senking av det andre, indre rørformede elementet for å gi et slag nedover mot den fastsittende gjenstanden i brønnboringen.

Med henvisning til detaljene på tegningene er slagforsterkeren, som i sin helhet er angitt med henvisningstallet 20, vist slik at den omfatter et andre rørformet element 21 som har en øvre ende innrettet til å kobles til den nedre enden av en rørstreng (ikke vist) over seg, og et første rørformet element 22 som omgir det andre rørformede elementet 21 og kan resiprokere vertikalt i forhold til dette for å danne et ringformet rom mellom elementene, og med en nedre ende innrettet til å kobles til hylsen (ikke vist) til et slagverktøy som hammeren er montert på. Selve slagverktøyet kan naturligvis være konstruert på velkjent måte, og trenger derfor ikke å beskrives, idet det er tilstrekkelig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse å nevne hammeren til slagverktøyet som heves og senkes sammen med det første rørformede elementet til slagforsterkeren.

Selv om de kan resiprokere vertikalt i forhold til hverandre, er de rørformede elementer 21 og 22 til slagforsterkeren sperret mot å dreie i forhold til hverandre, for eksempel ved hjelp av en drivmekanisme av en eller annen type. Det første rørformede elementet bringes således til å dreie sammen med det andre rørformede elementet og såtedes rørstrengen over dette, slik at lignende dreining kan bevirkes for deler av slagverktøyet under slagforsterkeren.

Det øvre partiet av det andre rørformede elementet 21 kan forskyves inne i en pakning 24 som holdes rundt den øvre enden av elementet 22, mens det nedre partiet av det rørformede elementet 21 kan forskyves inne i en pakning 25 som holdes omkring et nedre parti av elementet 22. Disse partier av elementene 21 og 22, og således pakningene 24 og 25, har like tettediametre, og tjener til å utestenge forurensninger fra det ringformede rommet mellom elementene.

Det første rørformede elementet 22 er dannet av en øvre rørformet seksjon 22A som pakningen 24 holdes av, en nedre rørformet seksjon 22B som pakningen 25 holdes av og en midtre forbindelsesseksjon 22C som ved hjelp av gjenger forbinder den øvre og nedre rørformede seksjonen 22A og 22B med hverandre. En nederste seksjon 22D av elementet 22 på den nedre enden av seksjonen 22B er forbundet med det andre elementet på slagverktøyet under.

Det andre rørformede elementet 21 er dannet av en øvre rørformet seksjon 21A som er forskyvbart innført i pakningen 24 og har en øvre ende innrettet til å forbindes med det øvre partiet av rørstrengen over seg, en nedre rørformet seksjon 21B forskyvbart innført i pakningen 25 samt en mellomliggende forbindelsesseksjon 21C. Forbindelsesseksjonen har et utvidet parti 26 som passer forholdsvis tett mot den indre veggen 27 i forbindelsesseksjonen 22C til det rørformede elementet 22.

Et første sett øvre og nedre tetningsringer 28A og 29A er anordnet inne i det ringformede rommet mellom de rørformede elementer 21, 22, henholdsvis over og under det utvidete partiet 26 til det andre elementet 21, og et andre sett øvre og nedre tetningsringer 28B og 29B er også anordnet inne i det ringformede rommet over og under det utvidete partiet 26, men med tetningsringen 28B i det andre settet over tetningsringen 28A i det første settet, idet tetningsringen 29B i det andre settet er over tetningsringen 29A i det første settet. De øvre tetningsringer 28B og 28A danner således et øvre kammer UC1 mellom seg, mens de nedre tetningsringene 29B og 29A danner et nedre kammer LC1 mellom seg. Dessuten er et andre øvre kammer UC2 dannet mellom den øvre tetningsringen 28B og den øvre pakningen 24, mens et andre nedre kammer

LC2 er dannet mellom den nedre tetningsringen 29A og den nedre pakningen 25.

En fylleåpning 30 styrt av en enveisventil er dannet i forbindelsesseksjonen 22C av elementet 22, for å tilkoble et fyllekammer FC mellom tetningsringene 28A og 29B. Reguleringskanaler 32 og 31 med enveisventil er dannet i den øvre tetningsringen 28A og den nedre tetningsringen 29B, slik at, som det skal beskrives i det følgende, det øvre og nedre trykkammeret UC1 og LC1 kan fylles med et kompressibelt fluid fra et passende forråd som er koblet til den første enden av fylleåpningen 30. Med kamrene fylt vil således bevegelse oppover av tetningsringene 28A og 29A i forhold til elementet 22 komprimere fluid i kamrene UC1 og LC1 over disse, mens bevegelser nedover av tetningsringene 28B og 29B i forhold til elementet 22 vil komprimere fluid i kamrene UC1 og LC1 under disse.

I den nøytrale stillingen av slagforsterkeren vist i figur 1A, 1B og 1C understøttes den øvre tetningsringen 28A av en skulder 40 på den øvre enden av forbindelsesseksjonen 22C og en skulder 41 på den øvre enden av partiet 26 av seksjonen 21C. I denne nøytrale stillingen holdes tetningsringen 28A i denne stillingen mot disse skuldre av trykk inne i kammeret UC1. Den nedre tetningsringen 29A i det første settet understøttes mot en oppover vendende skulder 42 på den nedre seksjonen 22B av elementet 22 og en skulder 43 på den nedre seksjonen 21B av elementet 21, og tetningsringen 29A trykkes nedover mot skuldrene av det komprimerte fluidet i det nedre kammeret LC1.

På den annen side er den øvre tetningsringen 28B med sin øvre ende i anlegg mot en nedover vendende skulder 44 på den øvre seksjonen 22A av elementet 22 og en skulder 45 på den øvre seksjonen 21A av elementet 21. Denne tetningsringen trykkes mot skuldrene, i den nøytrale stillingen av slagforsterkeren, av komprimert fluid i det øvre kammeret UC1. Av grunner som skal forklares i det følgende, og som vist, er en skruefjær 46 anordnet i det ringformede rommet mellom tetningsringene 28B og 28A for å trykke disse fra hverandre og således mot de ovenfor beskrevne skuldre.

Den øvre enden av tetningsringen 29B er i anlegg mot en nedover vendende skulder 47 på det utvidete partiet 26 av elementet 21, og en skulder 48 er dannet på den nedre enden av forbindelsesseksjonen 21C til elementet 21. Tetningsringen 29B trykkes oppover til anlegg mot skuldrene av det komprimerte fluidet i det nedre kammeret LC1. Dessuten er en annen skruefjær 49 anordnet inne i det ringformede rommet for å trykke tetningsringene 29B og 29A fra hverandre og således til anlegg mot de respektive skuldrene på elementene 21 og 22.

Som vist, når skuldrene på elementene 21 og 22 er nær hverandre, i den nøytrale stillingen av slagforsterkeren, er det ingen fri bevegelse av elementet 21 i forhold til elementet 22, d.v.s. at enhver bevegelse enten oppover eller nedover av elementet 21

vil komprimere fluid i kamrene over og under tetningsringene.

Når et slag oppover skal utøves mot den fastsittende gjenstanden, heves den øvre enden av rørstrengen og således det rørformede elementet 21 til stillingen vist i figur 2A, 2B og 2C. Når dette inntreffer heves det første settet av øvre og nedre tetningsringer 28A og 29A til en øvre endestilling, som kan bestemmes av slaglengden til drivsystemet over dette, for ytterligere å komprimere fluid i det øvre kammeret UC1 og det nedre kammeret LC1, samt skruefjærene 46 og 49. Samtidig vil heving av tetningsringene 28A og 29A danne et vakuum i fyllekammeret FC, og dette vakuum kommer i tillegg til akkumuleringen av energi i kamrene UC1 og LC1. I alle tilfeller, når slagverktøyet og hammeren er frigjort for bevegelse til anlegg mot ambolten, vil energien som er akkumulert i kamrene UC1 og LC1 øke slagvirkningen til slagverktøyet p.g.a. kraften som den akkumulerte energien utøver oppover mot det rørformede elementet 22 som er tilkoblet til det partiet av slagverktøyet som hammeren er montert i.

Motsatt vil bevegelser nedover av elementet 21 i forhold til elementet 22, for å starte et slag nedover, bevirke at tetningsringene 29B og 28B beveges nedover for ytterligere å komprimere fluidet i kamrene UC1 og LC1 samt fjærene 46 og 49.

Slagforsterkeren 20 er også av en slik konstruksjon at den muliggjør at kamrene UC1 og LC1 kan tilføres et kompressibelt fluid. Et par tetningsringer 37 og 38 holdes således omkring partiet 26 med øket diameter på den rørformede seksjonen av det andre rørformede elementet 21, for å anbringes inne i fyllekammeret FC på motsatte sider av den andre enden av åpningen 30 når det andre og første rørformede elementet 21 og 22 til slagforsterkeren er i den nøytrale stillingen vist i figur 1B. Når det antas, før bruken av verktøyet, at ingen av kamrene UC1 og LC1 er fullstendig fylt, forbindes en flaske eller beholder (ikke vist) med et kompressibelt fluid med den første enden av åpningen 30, med ventilen på utløpet i stilling for å bli åpnet av ventilen i åpningen 30. Når det andre og første rørformede elementet 21, 22 er i den nøytrale stillingen vil således det komprimerte fluidet komme inn i det lille ringformede rommet mellom tetningsringene 37 og 38.

For å starte fyllingen av det nedre kammeret LC1 heves det andre rørformede elementet slik at den nedre tetningsringen 38 beveges over den andre enden av åpningen 30, slik at det kompressible fluidet kommer inn i fyllekammeret FC over tetningsringen 29B. Når det andre rørformede elementet 21 fortsetter å heves, fortsetter det å suge komprimert fluid fra beholderen inn i fyllekammeret over tetningsringen 29B inntil det kommer til sin øvre endestilling, bestemt f.eks. av skuldre som kommer til anlegg i drivsystemet over slagforsterkeren.

Som nevnt har tetningsringen 29B en eller flere ventilstyrte kanaler eller åpninger 31 som er utformet gjennomgående og hindrer strømning oppover, men muliggjør gjennomgående strømning nedover. Når det andre rørformede elementet 21 heves holdes således ventilen i åpningen 31 stengt. På den annen side, når det rørformede elementet 21 senkes fra sin hevede stilling, komprimeres fluidet som er suget inn i fyllekammeret FC for å drive ventilen i åpningen 31 til åpen tilstand og således starte fyllingen av det nedre kammeret LC1 med kompressibelt fluid. Det kan antas ved denne beskrivelsen at det øvre kammeret UC1 ikke er fylt med et kompressibelt fluid. Dersom det er noe komprimert fluid i fyllekammeret mellom tetningsringen 28A og tetningsringen 37, kan det komprimerte fluidet fritt passere oppover inn i det øvre kammeret. Ettersom kammeret UC1 ikke er fylt, kan en eventuell komprimering av fluid over tetningsringen 37 ses bort ifra. Likeledes har senkning av det andre rørformede elementet fra den hevede stilling til den nøytrale stillingen i figur 1B bare uvesentlig virkning med hensyn til trykket i fluidet over tetningsringen 37.

For å øke trykket i fluidet i det nedre kammeret LC1 til den ønskede verdi, kan denne heving og senking av det andre rørformede elementet 21 gjentas for å bevirke suksessiv fylling med kompressibelt fluid som passerer gjennom ventilen i åpningen 31 og inn i det nedre kammeret LC1. På dette tidspunkt og før senking av det andre rørformede elementet 21 stenges ventilen i utløpet til beholderen slik at det komprimerte fluidet i fyllekammeret FC ledes gjennom ventilen i tetningsringen 29B og inn i det nedre kammeret LC1. Virkningen er å øke trykket i den komprimerte gassen som mottas fra flasken flere ganger. Deretter, under hver etterfølgende fylleoperasjon, åpnes ventilen i utløpet til flasken for å tilføre en ny mengde komprimert fluid til fyllekammeret, hvoretter den lukkes under senking av det andre rørformede elementet 21. For å fylle det øvre kammeret UC1 reverseres fremgangsmåten angitt ovenfor, d.v.s. at det andre rørformede elementet 21 senkes fra sin nøytrale stilling for å muliggjøre at komprimert fluid kan strømme inn i fyllekammeret FC fra beholderen, hvoretter, etter stengning av utløpet til beholderen, elementet 21 heves for å drive dette fluidet forbi enveisventilen i den øvre tetningsringen 28A.

Det er også mulig å fylle det øvre og nedre kammeret UC1 og LC1 samtidig. Det andre rørformede elementet 21 kan således beveges vekselvis til sin øvre og nedre endestilling.

Det primære formål med fjærene 46 og 49 er å motstå bevegelse av tetningsringene 28A eller 29B under fyllingen. Det antas imidlertid at de ventilstyrte kanaler gjennom tetningsringene og deres friksjonsanlegg mot de rørformede elementer kan gjøre fjærene unødvendige.

Claims (4)

1. Verktøy for økning av slagvirkningen som avgis til en fastsittende gjenstand i en brønnboring ved hjelp av et slagverktøy som har en første rørformet del forbundet med gjenstanden og en andre rørformet del som har en hammer innrettet til å avgi et slag oppover mot en ambolt på den først delen som en reaksjon på heving og et slag nedover som en reaksjon på senking av den andre delen i forhold til den første delen, idet verktøyet omfatter et første rørformet element (22) som har en nedre ende innrettet til å forbindes med den andre rørformete delen for å heves og senkes sammen med denne, og et andre rørformet element (21) som kan resiprokere vertikalt i forhold til det første rørformede elementet (22) for å danne et ringformet rom mellom disse og har en øvre ende innrettet til å forbindes med en brønnrørstreng over seg, karakterisert ved et første sett øvre og nedre tetningsringer (28A, 29A) som er anordnet med avstand i lengderetningen inne i det ringformede rommet og tettende forskyvbart i forhold til partier med lik diameter på hvert av de rørformede elementer (21, 22), et andre sett øvre og nedre tetningsringer (28B, 29B) som er anordnet med avstand i lengderetningen inne i det ringformede rommet og tettende forskyvbart i forhold til partier med lik diameter på hvert av de rørformede elementer (21, 22), idet det første elementet (22) har et første sett øvre og nedre skuldre (40, 42) med innbyrdes avstand i lengderetningen som kan bringes til anlegg mot henholdsvis den øvre og nedre tetningsringen (28A, 29A) i det første settet av tetningsringer for å begrense deres bevegelse i retning nedover, og et andre sett øvre og nedre skuldre (44, 48) med avstand i lengderetningen som kan bringes til anlegg mot henholdsvis den øvre og nedre tetningsringen (28B, 29B) i det andre settet av tetningsringer for å begrense deres bevegelse i retning oppover, idet det andre elementet (21) har et første sett øvre og nedre skuldre (41, 43), som kan bringes til anlegg mot henholdsvis den øvre og nedre tetningsringen (28A, 29A) i det første settet av tetningsringer for å heve den øvre og

nedre tetningsringen i det første settet av tetningsringer sammen med seg, etter heving av det andre elementet, og et andre sett øvre og nedre skuldre (45, 47) med avstand i lengderetningen som kan bringes til anlegg mot henholdsvis den øvre og nedre tetningsringen (28B, 29B) i det andre settet av tetningsringer for å senke den øvre og nedre tetningsringen i det andre settet av tetningsringer sammen med seg, etter senking av det andre elementet (21), idet den øvre tetningsringen (28A, 28B) i henholdsvis det første og andre settet av tetningsringer danner et øvre trykkammer (UC1) mellom seg, og den nedre tetningsringen (29A, 29B) i henholdsvis det første og andre settet av tetningsringer danner et nedre trykkammer (LC1) mellom seg, slik at når trykkamrene er fylt med et kompressibelt fluid, vil heving av det andre elementet (21) komprimere fluidet i det øvre og nedre trykkammeret for å øke slagvirkningen til et slag oppover, og senking av det andre elementet (21) vil komprimere fluidet i det nedre trykkammeret for å øke slagvirkningen til et slag nedover.

2. Verktøy som angitt i krav 1, i hvilket det første settet av øvre og nedre skuldre (41, 43) på det andre rørformede elementet (21) hovedsakelig ligger nær henholdsvis den øvre og nedre skulderen på det første rørformede elementet (22), og det andre settet av øvre og nedre skuldre (45, 47) på det andre rørformede elementet (21) hovedsakelig ligger nær henholdsvis den øvre og nedre skulderen på det andre rørformede elementet, når det andre rørformede elementet (21) er i en nøytral stilling.

3. Verktøy som angitt i krav 1, i hvilket en kanal (30) er utformet i det ytre av det første elementet (22), gjennom hvilken fluid kan innføres i et fyllekammer (FC) for å tilføres mellom elementene mellom den øvre tetningsringen (28A) i det første settet og den nedre tetningsringen (29B) i det andre settet, idet den øvre tetningsringen (28A) i det første settet har en kanal (32) med ventil for å muliggjøre strømning fra fyllekammeret og bare inn i det øvre trykkammeret (UC1), og den nedre tetningsringen (29B) i det andre settet har en kanal (31) med ventil for å muliggjøre strømning fra fyllekammeret og bare inn i det nedre trykkammeret (LC1).

4. Verktøy som angitt i krav 1, i hvilket det andre elementet (21) kan resiprokere inne i det første elementet (22).