NO316462B1 - Nedihulls slammotor - Google Patents

Description

Området for denne oppfinnelsen vedrører boring med nedihullsmotorer, og mer bestemt retningsboring med en nedihullsmotor av en bestemt dobbeltrotorutforming

Fluiddrevne motorer har vært i bruk i boremontasjer tidligere Disse utforminger består primært av en fast stator med en roterende rotor, som er drevet av fluidstrøm som er basert på de opprinnelige prinsipper utviklet av Moineau Typiske slike enkeltrotor, progressivt hulrom nedihullsmotorutforminger som benyttes i boring er beskrevet i US patenter 4 711 006 og 4 397 619 Statoren i Moineau-motorene er laget av et elastisk materiale så som gummi I andre utforminger er enkeltrotor nedihulls kraftseksjoner anordnet i flere komponenter i sene, hvor hvert trinn benytter en rotor som er forbundet til rotoren i neste trinn Typiske slike utforminger er beskrevet i US patenter 4 011 917 og 4 764 094

Dobbeltrotonnnretninger har blitt benyttet som pumper US patent 4 820 135 beskriver en tvillingrotonnnretning som er fluiddrevet, som har utgangsaksler som er forbundet til en nedihullspumpe, som også er av tvilhngrotortypen, til bruk ved produksjon fra lavtrykkformasjoner, og særlig ved pumping av trefasemedium (gass-olje-sand) Essensielt sørger tvillingrotorutformingen for at den mekaniske energi roterer en annen tvillingrotor nedihullspumpe for pumping av formasjonsfluider og gasser til overflaten US patent 4 314 615 beskriver et selvdrevet borehode som benyttes i anvendelser i store boringer hvor hydraulisk fluid er anordnet til drift av tvillingrotormotorer via tilførsel- og returledninger Motorene er via et komplekst planetgirsystem forbundet til en borekrone Teknologien og verktøyene som er beskrevet i US patent 4 314 615 benyttes til boring av gruveganger og tunneler

Fra WO 92119835 er det kjent en anordning i form av en nedihullsslammotor med flere rotorer og med en reduksjonsgiroverfønng til borekroneakselen Imidlertid er rotorene her ikke i inngrep med hverandre

Fra US 2883156 er det kjent en nedihulls hydraulisk motor med flere rotorer i inngrep med hverandre, men uten at det benyttes girutvekshng ved overføring til borekroneakselen

Til tross for alle disse tidligere utviklinger, er det som har manglet en kompakt utførelse som er egnet ved boring av en typisk brønn, som har de ønskede trekk ved tilveiebringelse av tilstrekkelig dreiemoment og kraft til borekronen for å kunne bore på en rask måte Ulempene ved enkeltrotorutformingene er at de krevet komplekse styringer for å unngå skade dersom borekronen satte seg fast, eller dersom borekronen brått ble løftet opp mens fluidet sirkulerte og belastningen på borekronen ble avlastet Urenheter i slammet var også et problem for gummien i statoren i denne utformingen Innblandede faststoffer og gass var et særlig problem for pålitelig drift av enkeltrotorslammotorene av Moineau-typen Temperaturbegrensmnger i slammotoren av Moineau-typen forårsaker upålitelig drift, særlig ved geotermiske boreanvendelser Kravene til styring, så vel som utgangsbegrensninger ved enkeltrotorutformingene, har blitt løst ved den foreliggende oppfinnelse, som tilveiebringer en kompakt utforming hvor det benyttes en nedihullsmotor med en tvilhngrotorutforming som via et gir er forbundet til borekronen

Ved tidligere retningsboring har det blitt benyttet umversalledd, som beskrevet i noen av de ovennevnte patenter, for å forbinde utgangen fra enkeltrotorens kraftseksjon til borekronen Umversalledd har også blitt benyttet til å muliggjøre et avvik i motorhuset eller borestrengen for å tillate retningsboring Et av de fordelaktige trekk ved utførelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelsen av, i en kompakt nedihullsmontasje, en vinkelbøy som er oppnådd ved giringen av utgangen fra tvillingrotorene til borekronednvakselen De komplekse konstruksjoner som benytter umversalledd er følgelig eliminert i den foreliggende utførelse, som eventuelt kan tilveiebringe den nødvendige bøyvinkel og oppnå forbindelsen mellom borekronednvakselen og den roterende rotor gjennom et tannhjulsystem som involverer det nødvendige vinkelawik Ved tilpassing av en tvilhngrotorutforming som primært benyttes ved pumpeanvendelser, er det utviklet en kompakt nedihullsmotor som kan drives av sirkulerende slam, med færre styringer, og som kan konstrueres til å muliggjøre retningsboring I tillegg er vibrasjon eliminert, hvilket er vanlig i Moineau-motorer på grunn av banebevegelser Måling under boring kan derfor oppnås mye mer nøyaktig og økonomisk ved den foreliggende oppfinnelse Disse og andre fordelaktige trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremstå klart for fagfolk på området ved en gjennomgang av beskrivelsen og tegningene En nedihullsmotor som er drevet av sirkulerende slamfluid i brønnen er beskrevet Motoren har rotorer i innbyrdes inngrep, og er via et gir forbundet til en borekronednvaksel Motoren er en dobbeltrotorpumpe som benyttes som en motor med slamstrømmen gjennom rotorhuset via endeforbindelser Rotorhuset og rotorene kan lages av det samme materialet Et vinkelawik kan inkorporeres mellom senterlinjen i utgangen fra motoren og borekronednvakselen I den foretrukkede utførelse er motorutgangen ført via et tannhjul som er anordnet inne i et større tannhjul som er forbundet til borekronen for å tilveiebringe en hastighetsreduksjon Dnvakselen mellom rotorene og borekronen kan muliggjøre vinkelawik av en forhåndsbestemt størrelse for retningsboring Utformingen er kompakt, og kan benyttes til boring av brønner så små som ca 2,5 tomme i diameter, eller enda mindre

Kort beskrivelse av tegningene

Fig 1 viser et lengdesnitt av tvilhngrotorkomponenten i nedihullsmontasjen

Fig 2 viser en fortsettelse av snittet på fig 1, og viser borekronednvakselen og den nedre ende av rotoren, så vel som dnvakselen mellom disse

Fig 3 viser et tverrsnitt lagt langs linjene 3-3 på fig 1

Fig 4 viser et tverrsnitt lagt langs 4-4 på fig 1

Fig 5 viser et tverrsnitt lagt langs 5-5 på fig 2

Fig 6 viser et alternativ til utførelsen på fig 2, og viser en vinkelforskyvning i dnvakselen mellom motoren og borekronen

Den foreliggende oppfinnelse er vist på fig 1 og 2 En øvre overgang 10 er forbundet til borestrengen (ikke vist) i gjenger 12 Den øvre overgang 10 har et innløp 14 som står i fluidforbindelse med metalliske tvilhngrotorer 16 og 18 De metalliske rotorer kan være presisjonsmaskinert, og er mer varige enn Moineau-pumper, som er vanskeligere å fremstille og har en ikke-metallisk komponent som kan utsettes for stor slitasje Rotorene 16 og 18, selv om de fortrinnsvis er metalliske, kan være laget av andre materialer som har tilsvarende mekaniske egenskaper Rotorene 16 og 18 er understøttet i bøssinger 20 og 22, og bøssingene 20 og 22 er i sin tur holdt på plass av en øvre bøssmgplate 24 Rotorene 16 og 18 kan være aksialt understøttet av en skulder 46 uten radiale bæringer så som bøssingene 42 og 44, 20 og 22 I dette tilfellet tilveiebringer legemet 32 radial understøttelse Som vist på fig 3, som viser tverrsnittet 3-3 på fig 1, har bøssingplaten 24 åpninger 26 og 28 som tilveiebringer fluidkommunikasjon fra innløpet 14, inn i hulrommet 13 dannet av legemet 32, som er forbundet til den øvre overgang 10 i gjengen 34 Rotorene 16 og 18 er anordnet i hulrommet 30 og står i innbyrdes inngrep, som vist på fig 1 Innløpene 26 og 28 er følgelig aksiale, for å redusere det samlede tverrsnitt av montasjen for boring av mindre brønner Nedenfor toppen på fig 2 ses det at rotoren 16 har en utgangsaksel 36 Akselen 40 er forlengelsen av rotoren 18 Både akselen 36 og 40 strekker seg henholdsvis gjennom bøssinger 42 og 44, som er understøttet av en skulder 46 på legemet 32

Tannhjulet 38 står i inngrep med tannhjulet 48 montert på dnvakselmontasjen 50 Med henvisning til fig 5, har hulrommet 30 endeutløpsporter 52 og 54 som gjør det mulig at slam som er pumpet fra overflaten gjennom innløpet 14 og åpningene 26 og 28 kan passere gjennom kammeret 30, hvilket i sin tur bevirker rotasjon av rotorene 16 og 18, og til sist forlater fluidet åpningene 52 og 54, inn i passasjen 56

i dnvakselmontasjen 50 En borekrone (ikke vist) er forbundet i gjengen 58 Dnvakselmontasjen 50 omfatter en tannhjulsovergang 60, som, som tidligere beskrevet, har tannhjulet 48 montert innvendig Et legeme 62 er i inngrep med

legemet 32 via gjengen 64 En bøssing 66 er innsatt i den øvre ende av legemet 62 før den ble innsatt i gjengen 64 Bøssingen 66 er et radiallager som letter rotasjonen av dnvakselmontasjen 50 Aksialkraft som er overført til dnvakselmontasjen 50 tas opp i aksiallagermontasjen 68 Aksiallagermontasjen 68 er delvis understøttet av den nedre overgang 70 som er forbundet til legemet 62 via gjengen 72

Utgangsakselen 76 er forbundet til tannhjulsovergangen 60 via gjengen 74 Essensielt holder den nedre overgang 70 aksiallagermontasjen 68 på plass og i kompresjon mens den sammenstilte drivakselmontasje 50 er understøttet av legemet 32 i gjengen 64 En nedre bøssing 80 funksjonerer som et radiallager, og er holdt mellom den skrå skive 82, som i sin tur er understøttet av skulderen 84 på utgangsakselen 76, og den indre kulebane på aksiallageret 68

Som tidligere angitt kommer strømmen gjennom rotorseksjonen forbi rotorene 16 og 18 til sist inn i passasjen 56 hvor den til sist går inn i borekronen (ikke vist), og inn i brønnen for å hjelpe til med fjerning av borkaks under boreoperasjonen

Fig 6 viser et alternativ til utførelsen av den nedre ende vist på fig 2 Komponentene er hovedsakelig de samme, med unntak av at legemet 32' nå har en avvikvinkel mellom lengdeaksene av rotorene 16 eller 18 som skjematisk er vist som 86, og lengdeaksen av dnvakselmontasjen 50' som skjematisk er vist som 88 For å kompensere for avviksvinkelen mellom lengdeaksene 86 og 88, står tannhjulet 38' i inngrep med tannhjulet 48' i den ønskede avvikvinkel mellom lengdeaksene 86 og 88 Tannhjulene 38' og 48' er fortrinnsvis av den innvendige krysstillingskruelinjefortannede typen, som tillater slike avvikvinkler I den foretrukkede utførelse er avvikvinkelen for retningsboring mellom mindre enn 1° til 10° Større eller mindre avvikvinkler kan imidlertid benyttes uten å avvike fra den oppfinneriske idé I denne utforming er vinkelavviket forhåndsbestemt når montasjen konstrueres, slik at den kan settes sammen på den måte som er vist på fig 6 med en forhåndsbestemt vinkel innbygd i huset 32' Fagfolk på området vil forstå at en forandring av tannhjulene 38' og 48' kan tillate at det benyttes forskjellige avviksvinkler mellom lengdeaksene 86 og 88 Montasjen kunne følgelig eventuelt være laget med en mekanisme i legemet 32' for å tillate en omkonfigurenng av hele montasjen for en avvikvinkel som kunne funksjonere med et tannhjulsett 38' og 48' Det finnes således et potensiale for variasjon av avvikvinkelen mellom aksene 86 og 88 ved å anordne et ledd i legemet 32' som kan anta forskjellige vinkler, og et tannhjulsett som er kompatibelt med den valgte vinkel

En av fordelene ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse er at det sirkulerende slam med eventuelle innblandede faststoffer eller tilbakeholdte gasser kan benyttes som drivkraft for rotasjon av borekronen med dnvakselmontasjen 50 Forbindelsene inne i kroppen 32 til rotorene 16 og 18 er aksialt innrettet med resten av montasjen for å gi den et lite tverrsnitt Det innbyrdes inngrep mellom tannhjulene 38 og 48 tillater en hastighetsreduksjon som er bestemt av behovet i den bestemte installasjon Arrangementet med innbyrdes inngrep reduserer imidlertid videre tverrsnittet av hele montasjen, for å lette boring av brønner med liten diameter I motsetning til noen av de tidligere, ovenfor beskrevne utforminger, krever den foreliggende oppfinnelse ikke et rent sirkulerende system av hydraulisk fluid som leveres av innløps- og utløpsledninger til en hydraulisk motor Isteden har en dobbeltrotorpumpe blitt tilpasset som motor, og forsynt med endeforbindelser slik at sirkulerende fluid roterer tvillingrotorene 16 og 18, og kraftuttaket er tatt direkte fra en av disse rotorene til dnvakselmontasjen 50 En hastighetsreduksjon er mulig, det samme gjelder en forandring i vinkelen til dnvakselmontasjen 50 sammenlignet med den øvre seksjon som rommer rotorene 16 og 18 Dette letter retningsboring med anordningen I motsetning til tidligere installasjoner hvor det benyttes en enkelt rotor av progressivt hulromtypen, en Moineau fluiddrevet motor, er de komplekse styringer i disse tidligere utforminger ikke nødvendige ved denne utformingen Vibrasjoner er eliminert, hvilket er vanlig i Moineau-motorer på grunn av banebevegelser Heldigvis kan legemet 32 og rotorene 16 og 18 fremstilles av det samme materialet, hvilket tillater en selvjustering av termisk utvidelse eller sammentrekking av disse deler nede i hullet Dnvakselmontasjen 50 er passende understøttet og tillates å enkelt rotere i forhold til legemet 32 Aksialbelastninger absorberes tilbake gjennom legemet 32, gjennom aksiallagermontasjen 68 Universalleddnvaksler er eliminert til fordel for en direkte drift, som får sin kraft eksempelvis fra rotoren 16, inn i tannhjulet 38, som gjennom en hastighetsreduksjon står i innbyrdes inngrep med tannhjulet 48 i dnvakselmontasjen 50

Den foregående redegjørelse og beskrivelse av oppfinnelsen er illustrerende og forklarende for denne, og forskjellige endringer i størrelse, form og materialer, så vel som i detaljer ved den viste konstruksjon, kan gjøres uten å avvike fra oppfinnelsen slik den angis i kravsettet

Claims (18)

1 Brønnboremontasje hvor det benyttes en borekroneaksel som er drevet av en nedihulls motor, karakterisert ved at den omfatter et langstrakt hus, minst to rotorer i inngrep, som er roterbart montert i huset, at minst én av rotorene er driftsmessig forbundet til en borekroneaksel via en transmisjon som er understøttet i huset, hvilket reduserer borekroneakselens hastighet i forhold til rotorhastigheten, at understøttelsen for transmisjonen i huset isolerer transmisjonen fra belastninger fra huset når dreiemoment overføres gjennom dette til borekroneakselen, og at huset står i fluid kommunikasjon med borekroneakselen gjennom transmisjonen slik at et drivende medium som passerer gjennom huset bevirker at rotorene dreier transmisjonen og borekroneakselen når det drivende medium passerer gjennom huset og beveger seg gjennom transmisjonen til borekroneakselen

2 Brønnboremontasje ifølge krav 1, karakterisert ved at huset har en øvre og en nedre ende og en lengdeakse, og at huset har et innløp tilstøtende dets øvre ende og et utløp tilstøtende dets nedre ende, hvor innløpet og utløpet er hovedsakelig innrettet med lengdeaksen i huset

3 Brønnboremontasje ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en av rotorene omfatter minst et første tannhjul som driftsmessig er forbundet til minst et annet tannhjul på borekroneakselen

4 Brønnboremontasje ifølge krav 3, karakterisert ved at borekroneakselen har en lengdeakse, at huset har en lengdeakse, og at lengdeaksene er hovedsakelig på linje

5 Brønnboremontasje ifølge krav 3, karakterisert ved at borekroneakselen har en lengdeakse, at huset har en lengdeakse, og at lengdeaksene ikke er på linje

6 Brønnboremontasje ifølge krav 3, karakterisert ved at borekroneakselen har et innvendig tannhjul, at tannhjulet på rotoren er anordnet inne i tannhjulet på borekroneakselen, slik at rotorhastigheten er større enn borekroneakselens hastighet

7 Brønnboremontasje ifølge krav 6, karakterisert ved at tannhjulene på borekroneakselen og rotoren muliggjør et forhåndsbestemt vinkelawik mellom rotoren og borekroneakselen, for å lette retningsboring i

8 Brønnboremontasje ifølge krav 7, karakterisert ved at avviket er i størrelsesorden opptil ca 10°

9 Brønnboremontasje ifølge krav 6, karakterisert ved at borekroneakselen har en lengdeakse, at huset har en lengdeakse, og at lengdeaksene er hovedsakelig på linje

10 Brønnboremontasje ifølge krav 8, karakterisert ved at borekroneakselen har en lengdeakse, at huset har en lengdeakse, og at lengdeaksene ikke er på linje

11 Brønnboremontasje ifølge krav 8, karakterisert ved at huset har en øvre og nedre ende og en lengdeakse, at rotorene er laget av et metallisk materiale, og at huset har et innløp tilstøtende dets øvre ende og et utløp tilstøtende dets nedre ende, hvor innløpet og utløpet er hovedsakelig på linje med lengdeaksen i huset

12 Brønnboremontasje ifølge krav 1, karakterisert ved at borekroneakselen har en gjennomgående strømningsbane for å tillate drivende medium som har passert gjennom huset og transmisjonen å passere gjennom borekroneakselen i lengderetningen for å nå borekronen

13 Brønnboremontasje ifølge krav 5, karakterisert ved at huset omfatter et ledd som tillater forhåndsvalg av graden av avvik mellom aksene, at tannhjulet på rotoren er valgt for å stå i inngrep med et tannhjul på borekroneakselen ved den valgte grad av avvik i huset

14 Brønnboremontasje ifølge krav 11, karakterisert ved at borekroneakselen har en gjennomgående strømningsbane for å tillate drivende fluid som har passert gjennom huset og transmisjonen å passere gjennom borekroneakselen i lengderetningen for å nå borekronen

15 Brønnboremontasje ifølge krav 14, karakterisert ved at huset omfatter et ledd som tillater forhåndsvalg av graden av avvik mellom aksene, at tannhjulet på rotoren er valgt for å stå i inngrep med et tannhjul på borekroneakselen ved den valgte grad av avvik i huset

16 Brønnboremontasje ifølge krav 6, karakterisert ved at drivende medium strømmer gjennom det innvendige tannhjul i borekroneakselen

17 Brønnboremontasje ifølge krav 1, karakterisert ved at huset tilveiebringer radial og langsgående understøttelse for minst en av rotorene

18 Brønnboremontasje ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter bøssinger som er montert i huset for understøttelse av i det minste én av rotorene radialt og i lengderetningen