NO317069B1 - Borekronemotor med hoyt dreiemoment og lav hastighet for bruk i olje- og gass-borebronner - Google Patents

Description

Borkronemotor med høyt dreiemoment og lav

hastighet for bruk i olje- og gass-borebrønner.

1. Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse angår olje- og gass-brønnboring og nærmere bestemt en forbedret slammotor for boring av olje- og gass-brønner samt for boring gjennom obstruksjoner, plugger og liknende, i olje- og gass-brønner der en motor med høyt dreiemoment og lav hastighet (dvs. lav rotasjonshastighet) drives med et frem- og tilbake-gående ventil- og stempel-arrangement som benytter differensial-fluidtrykk for kraft og en transmisjon som isolerer støt som frembringes av den frem- og tilbake-gående ventil og stempel fra borkronen.

2. Oppfinnelsens generelle bakgrunn

Ved boring og vedlikehold av olje- og gass-brønner er det ofte nødvendige å bruke en borkrone til å fjerne en obstruksjon, plugg, sement eller liknende som forekommer i borehullet. I mitt tidligere US patent nr. 5 156 223 er det vist et bor som roterer for boring gjennom sement, fjell og hvilket som helst andre media som en borkrone må bevege seg gjennom under olje- og gass-brønnboring. I dette tidligere patent benyttes frem- og tilbake-gående ventil- og stempel-arrangement for å frembringe et kraftstøt-verktøy som dreier og støter mot borkronen under bo-reprosessen.

I tidligere US patent 3 946 819, som angir herværende søker som patent-innehaver, er det vist et fluiddrevet brønnverktøy som er innrettet til å avgi nedadrettete slagkrefter når verktøyet påtreffer obstruksjoner. Verktøyet ifølge mitt tidligere US patent 3 946 819 omfatter generelt et hus med et rørformet støtstang-element som er forskyvbart opptatt i huset for relativ frem- og tilbake-bevegelse mellom en første endestilling og en andre endestilling som reaksjon på fluidtrykk i huset. Det nedre parti av huset er utformet slik at det danner en nedadvendt ham-mer og støtstang-elementet innbefatter en oppadvendt ambolt som er plassert slik at den treffes av hammeren. Verktøyet innbefatter en ventilenhet som reagerer på forutbestemt bevegelse av støtstang-elementet mot den andre endestilling for å avlaste fluidtrykk og tillate støtstang-elementet å gå tilbake til den første endestilling. Når ventilenheten avlaster fluidtrykk, beveger hammeren seg til skarp slag kontakt med ambolten. Verktøyet ifølge tidligere US patent 3 946 819 er effektivt når det gjelder nedadrettete, gjentatte slag. Verktøyet ifølge '819-patentet vil ikke frembringe oppadrettete slag.

I tidligere US patent 4 462 471, som angir herværende søker som patent-innehaver, er det tilveiebrakt en toveis, fluiddrevet slaganordning som frembringer slagkrefter i enten oppad- eller nedadretningen. Slaganordningen ble brukt til å frembringe oppad- eller nedad-støtkrefter etter behov nede i hullet uten å fjerne verktøyet fra borehullet for modifisering. Anordningen frembringer nedadrettete slagkrefter når verktøyet er sammentrykt, som når rørvekten påføres verktøyet i nedadretningen, og frembringer sterke oppadrettete krefter når det er strekkbelas-tet, som når verktøyet trekkes oppover.

I US patent 4 462 471 er det vist en slag- eller boremekanisme som kan innrettes til å gi oppad- eller nedadrettete støt. Mekanismen ifølge '471-patentet omfatter et hus med motstående, aksialt atskilte hammerflater som er forskyvbart montert i huset mellom amboltflatene. Det er anordnet en fjær for å tvinge hammeren oppover. Når det er ønskelig å bruke mekanismen ifølge '471-patentet for slag-påvirkning, slippes en ventil som innbefatter et lukke og en kompresjonsfjær ned gjennom strengen til mekanismen.

Generelt arbeider mekanismen ifølge '471-patentet ved hjelp av fluidtrykk som virker på ventilen og hammeren for å tvinge ventilen og hammeren aksielt nedad inntil ventilens nedadbevegelse stoppes, fortrinnsvis ved full sammentrykking av ventilfjæren. Når ventilens nedadbevegelse stopper, brytes tetningen mellom ventilen og hammeren og ventilen beveger seg aksielt oppad.

Slagretningen til mekanismen ifølge '471-patentet bestemmes av forholdet mellom fluidtrykket og styrken til fjæren som tvinger hammeren oppover. Normalt er mekanismen innrettet for oppadrettete slag. Når ventilen åpner, beveger hammeren seg oppover til den treffer husets nedadvendte amboltflate.

I situasjoner der svake støt er ønskelig, er det behov for en boremotor som arbeider med brønn-borefluid eller boreslam. Slike slammotorer har vært i vanlig handel i mange år. Alle motorer som betegnes som "slammotorer" er av flertanns-fortrengning som arbeider etter "Moineau"-prinsippet. En av begrensningene ved disse "slammotorer" er deres manglende evne til å arbeide ved temperaturer over ca. 121°C. En annen begrensning ved slike "slammotorer" er at de ikke kan arbeide i lengre tid på nitrogen eller nitrofisert skum. De innbefatter typisk et rota-sjonselement som drives av boreslammet som strømmer gjennom et langstrakt verktøyhus. Leverandører av slike "slammotorer" innbefatter Drillex, Norton Christiansan, og Baker.

En andre bor-type på markedet er "skovltypen". Disse bor ble utviklet for å overvinne temperatur- og gassdrift-begrensningene til Moineau-motorene. Ulem-pen med motorene av skovltypen er deres høye hastighet og manglende evne til å tåle fremmedmateriale.

KORT SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse løser de problemer teknikkens stilling står overfor på en enkel og liketil måte. Det tilveiebringes en meget effektiv motor-anordning som benytter et frem- og tilbake-gående ventil- og stempel-arrangement for drift av innretningen på hvilket som helst fluid og uten temperaturbe-grensninger, hvilket eliminerer vibrasjon, frem- og tilbake-bevegelse og støt ved borkronen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en forbedret, allsidig boremaskin med høyt dreiemoment og lav rotasjonshastighet, for bruk ved olje- og gass-brønnboring.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret, fluiddrevet boremotor som arbeider på mange forskjellige borefluider ved høyere temperaturer.

Anordningen omfatter et langstrakt verktøyhus med en strømningsboring for fremføring av fluid gjennom hele lengden av verktøy huset inntil det når en borkrone som er festet til den nedre ende av verktøyhuset.

Verktøyhuset omfatter et øvre endeparti med en kobling som gjør det mulig å feste verktøyhuset til en kveilrørenhet, borestreng eller arbeidsstreng, og en nedre kobling som gjør det mulig å koble en borkrone til den nedre ende av verk-tøyhuset.

Et frem- og tilbake-gående ventillegeme beveger seg mellom en første øvre og en andre nedre stilling i verktøyhus-boringen. Et stempel som er opptatt i verk-tøyhus-boringen under ventillegemet har et øvre endeparti med et ventilsete. Ventillegemet har et nedre endeparti som kan danne en tetning med ventilsetet på stempelet.

Dette gjør det mulig å drive og bevege stempelet nedover i strømnings-boringen og sammen med ventillegemet. Dette differensial-fluidtrykk påføres

kombinasjonen av ventillegemet og stempelet når ventillegemets nedre endeparti danner tetningen med setet på stempelet. Under slik nedadbevegelse blir én eller flere sammentrykkbare ventillegeme-fjærer plassert i verktøyhuset for anlegg mot ventillegemet. Fjærene sammentrykkes gradvis etter hvert som ventillegemet og stempelet beveger seg nedover i strømningsboringen.

Fullstendig sammentrykking av ventillegeme-fjærene lagrer tilstrekkelig energi i fjærene til at fjærene kan overvinne fluidtrykket som virker på kombinasjonen av stempelet og ventillegemet. De fullt sammentrykte fjærer setter ventillegemet i stand til å skille seg fra stempelet og dets sete.

Det er anordnet en transmisjon som roterer borkronen uten å overføre støt til denne verken fra det frem- og tilbake-gående stempel eller frem- og tilbake-gående ventillegeme. Transmisjonen kan innbefatte en med kiler utstyrt leddmekanisme som har første og andre teleskopiske sperreelementer.

Transmisjonen kan innbefatte en heliks med en diagonalt forløpende slisse og en rull som vandrer i slissen. Rullen beveges sammen med stempelet og heliksen er via en kløtsj forbundet med borkronen.

Transmisjonen kan innbefatte en stempelstang som henger ned fra stempelets nedre ende, en rull som bæres av stempelstangen, og en heliks med et slisseparti som opptar rullen.

En stempelfjær fører stempelet tilbake til dets øvre stilling når ventilfjærene skiller ventillegemet fra stempelet.

Anordningen omfatter videre en "avbruddsinnretning" for momentan avbryting av fluidstrømning i boringen under en syklus av ventillegemet mellom dets øvre og nedre stillinger. Denne fluid-avbruddsinnretning omfatter fortrinnsvis et fluid-avbruddselement plassert over ventillegemet og under strømnings-innløps-porten.

Ventillegemet har et øvre endeparti med en hammerflate på og det er videre anordnet en medbringer som er anbrakt i strømningsboringen over ventillegemet. Medbringeren er i en stilling som setter ventillegemet i stand til å treffe medbringeren når ventillegemet beveger seg fra en nedre til en øvre stilling. Medbringeren vil momentant avbryte strømning i boringen ved verktøyhusets øvre endeparti når den treffes av ventillegemet.

Ventillegemet og stempelet beveger seg nedad i verktøyhuset under gradvis sammentrykking av både ventillegeme-fjæren og stempelfjæren under bruk.

Fortrinnsvis er flere ventillegeme-fjærer anbrakt i strømningsboringen, idet hver ligger an mot huset og ventillegemet, idet fjærene fortrinnsvis har forskjellige diametre og forskjellige fjærkonstanter.

Transmisjonen innbefatter fortrinnsvis et teleskopisk forskyvbart element som trekker seg sammen når ventillegemet og stempelet beveges fra den første, oppadstillingen til den andre, nedre stilling.

Transmisjonen innbefatter fortrinnsvis midler for omdanning av frem- og tilbake-gående bevegelser av stempelet til rotasjonsenergi samtidig som borkronen isoleres fra enhver betydelig frem- og tilbake-bevegelse av stempelet.

Rotasjonshastigheten er regulerbar og avstedkommes mekanisk gjennom heliksvinkelen og lengden av stempelslaget.

Rotasjonshastigheten er også en funksjon av fluidvolumstyring fra overflaten (dvs. større volum gir hurtigere slag).

Dreiemomentet er regulerbart og avstedkommes mekanisk gjennom boringen til drivsylinderen og ventilfjærenes forutbestemte driftstrykk-område. Dreiemomentet er også en funksjon av størrelsen av den fra overflaten påførte borkrone-belastning. Jo høyere borkrone-belastning, dess høyere blir det nødvendige trykk (p.s.i.) for stempelslaget. Jo høyere trykk, dess høyere dreiemoment.

Transmisjonen dreier fortrinnsvis borkronen med lavere hastighet, lav rotasjonshastighet på mellom ca. 30 og 500 r/min, og helst mellom ca. 30 og 160 ri min. Transmisjonen dreier borkronen med høyt dreiemoment på fortrinnsvis mellom ca. 0,84 og 51 Nm.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For en bedre forståelse av beskaffenheten, formålene, og fordelene ved den foreliggende oppfinnelse, henvises det til den følgende nærmere beskrivelse, lest i sammenheng med de følgende tegninger, der like henvisningstall betegner like elementer og hvor: Figur 1 er et skjematisk oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse vist under bruk der en borkrone er i ferd med å komme i inngrep med en obstruksjon som skal bores; Figur 2 er et skjematisk oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse under boring gjennom en obstruksjon så som en broplugg, metall, eller gummi; Figur 3 er et skjematisk snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets øvre endeparti; Figur 4 er et skjematisk snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets midtparti; Figur 5 er et skjematisk snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets nedre endeparti; Figur 6 er et skjematisk snitt-oppriss som viser den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, særlig rulle-enheten, heliksen og dens frem- og tilbake-gående fingerpartier; Figur 7 er et snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets øvre endeparti etter at ventilen har skutt fra stempelsetet og truffet medbringeren; Figur 8 er et snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets midtparti etter at ventilen har skutt fra stempelsetet og truffet medbringeren; Figur 9 er et snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser verktøyhusets nedre endeparti etter at ventilen har skutt fra stempelsetet og truffet medbringer; og Figur 10 er et snitt-oppriss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser heliksen, rullen og dens frem- og tilbake-gående fingerpartier i deres øverste stilling; Figur 11 A, 11B, 11C er delvise snitt-oppriss av en andre utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor tegningene 11A og 11B er forbundet ved forbindelseslinjene "A-A" og tegningene 11B og 11C er forbundet ved forbindelseslinjene "B-B" og "C-C"; Figur 12A, 12B, 12C er utspilte snitt-oppriss av den andre utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor tegningene 12A og 12B er forbundet ved forbindelseslinjene "A-A" og tegningene 12B og 12C er forbundet ved forbindelseslinjen "B-B" og "C-C"; Figur 13A, 13B, 13C er delvise snitt-oppriss av den andre utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse som viser verktøyet i kjørestilling, idet tegningene 13A og 13B er forbundet ved forbindelseslinjer "A-A" og tegningene 13B og 13C er forbundet ved forbindelseslinjene "B-B" og "C-C"; Figur 14 er et partialriss av den andre utføringsformen av anordningen iføl-ge foreliggende oppfinnelse, som viser en overgang fra frem- og tilbake-bevegelse til rotasjonsbevegelse; Figur 14A og 14B er utsnitt-riss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser henholdsvis den øvre heliks og nedre heliks under drivslaget; Figur 15,15A og 15B er partial-oppriss av den andre utføringsform av anordningen ifølge oppfinnelsen, som viser overgangen fra frem- og tilbake-bevegelse til rotasjonsbevegelse når kløtsjen slipper; Figur 16 er et utsnitt-riss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser den øvre heliks og dens diagonalslisse; og Figur 17 er et utsnitt-riss av den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser den nedre heliks og dens vertikalslisse.

NÆRMERE BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

I figur 1 og 2 er brønnboring-motoranordningen 10 i form av et langstrakt verktøyhus 11 som kan anbringes i brønn-ringrommet 13 til brønnrør 12. Anordningen 10 ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes til å bore gjennom leirskifer, bergarter, sand, avleiringer, eller sement. Den kan også fjerne obstruksjoner. I figur 1 er en obstruksjon som skal bores betegnet med tallet 14. Obstruksjonen 14 kan f.eks. være en broplugg, eller metall- eller gummigjenstand.

I figur 2 er borkronen 17 festet til verktøyhusets 11 nedre endeparti vist under boring gjennom obstruksjonen 14. En kobling 16 fester verktøyhusets 11 øvre endeparti til en arbeidsstreng så som en kveilrørstreng 15. En kobling 16 kan bli brukt til å danne en befestigelse mellom kveilrørstrengens 15 nedre endeparti og verktøyhusets 11 øvre endeparti. Figur 2-10 viser en første utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, vist generelt ved henvisningstallet 10 i figur 3 - 5 og 7 - 9. Tegningsfigurene 3-5 viser verktøyhusets 11 henholdsvis øvre, midtre og nedre partier. Forbindelseslinjen AA på figur 3 passer til forbindelseslinjen AA på figur 4. Forbindelseslinjen BB på figur 4 passer til forbindelseslinjen BB på figur 5.

Det langstrakte verktøyhuset 11 har en strømningsboring 11A for overføring av fluider mellom verktøyhusets 11 øvre endeparti 18A og dets nedre endeparti 18B. Verktøyhusets 11 nedre endeparti 18B har f.eks. utvendige gjenger 78 som muliggjør gjenge-tilkobling av en borkrone 17 til verktøyhuset 11 ved gjengen 78. Verktøyhusets 11 øvre endeparti 18A har innvendige gjenger 19 som danner en forbindelse med en passende, gjenget overgang eller kobling 16 som danner grenseflaten innimellom verktøyhuset 11 og kveilrørenheten 15 eller liknende arbeidsstreng.

Verktøyhuset 11 innbefatter en boring 11A som bærer innløpsport-element 20 med en innsnevret diameteråpning 21 for styring av mengden av fluid som strømmer inn i verktøyhusboringen 11 A. Overgangen 22 utgjør den øverste sek-sjon av verktøyhuset 11 som bærer innløpsport-elementet 20. Overgangen 22 er forbundet med resten av verktøyhuset 11 ved gjengeforbindelsen 23.

En medbringer 24 er montert ved overgangens 22 nedre ende og er forskyvbart festet til overgangen 22 over skulderen 29. Medbringeren 24 har et utvidet parti 28 som hviler på skulderen 29 når medbringeren 24 er i en nedre stilling som vist i figur 3. Medbringerens 24 øvre ende 25 danner et ventillegeme 26 som passer mot og danner en lukkeinnretning sammen med setet 27 på innløpsport-elementet 20. Medbringerens 24 lukkete stilling mot setet 27 er vist i figur 7. Medbringerens 24 nedre ende 30 har en plan amboltflate 34 som i størrelse og form generelt svarer til ventillegemets 31 hammerflate 33. Dette setter ventillegemet 31 i stand til å drive medbringeren 24 oppad og til tetningsstillingen ifølge figur 7. Når ventillegemet 31 beveger seg fra sin nederste stilling som vist i figur 3 til sin øverste stilling som vist i figur 7.

I figur 3 er det vist et par ringformete skruefjærer 35, 36 som omgir ventillegemet 31 og strekker seg mellom ringformet element 37 og ringformet skulder 40. Det ringformete element 37 er en ring som er slik formet at den danner en grenseflate mellom fjæren 35 og den ringformete skulderen 38 til ventillegemet 31. Det ringformete elementet 39 er en ring som er plassert innimellom den ringformete skulderen 40 og fjæren 35. Ringformet element 41 danner en grenseflate mellom fjæren 36 og den ringformete skulderen 42. Fjæren 36 ligger også an mot ringformet skulder 43 som vist i figur 3.

Den nedre ende 44 av ventillegemet 31 har et ventilparti 45 som gjør det mulig å danne en tetning sammen med stempelets 47 stempelsete 46. I figur 4 er stempelet 47 og ventillegemet 31 vist i deres nederste driftsstilling. Ventillegemets 31 ventilparti 45 har dannet en tetning med stempelets 47 sete 48. Differensialtrykk er blitt brukt til å tvinge kombinasjonen av ventillegeme 31 og stempel 47 til den nederste stilling vist i figur 4.

Differensialtrykk skapes av fluidmedia som pumpes gjennom innløpsport-elementet 20 til verktøyhus-boringen 11 A. Dette fluidmedia danner et differensial over stempelsetet 46, som bringer ventillegemet 31 og stempelet 47 til å bevege seg til stillingen vist i figur 7-9. Et antall ringformete tetninger 48 kan være anordnet ved stempelets 47 øvre endeparti for å danne en fluidtett tetning mellom stempelet 47 og verktøyhust 11 som vist i figur 4.

En stempel-returfjær 49 tvinger stempelet 47 til den øverste stilling vist i figur 7 - 9 når ventilen 31 og stempelet 47 er atskilt. Denne atskillelse skjer på grunn av den stadig økende kraft som finnes i fjærene 35, 36 etter hvert som de sammentrykkes med differensialfluidtrykk. Til slutt blir fjærene 35, 36 fullstendig sammentrykket, ved hvilket punkt de inneholder lagret energi som er tilstrekkelig til å overvinne fluid-differensialtrykket og skyte ventillegemet 31 oppad, samtidig som ventillegemet 31 skilles fra stempelet 47.

Stempel-returfjæren 49 strekker seg mellom ringskulderen 50 og heliksen 53 som vist i figur 4. Stempelet 47 omfatter stempel-rulleskaftparti 51 som strekker seg nedad til øvre og nedre, frem- og tilbake-gående fingre 56, 57. Stempelstangen 51 bærer én eller flere ruller 52 opptatt i motsvarende, diagonalslisser 54 i heliksen 53 som vist i figur 6 og 10.

I figur 6 er rullen 52 i sin nederste stilling i likhet med ventillegemet 31 og

stempelet 47. I figur 7 - 9 er rullen 52 i sin øverste stilling i likhet med ventillegemet 31 og stempelet 47. De øvre og nedre, frem- og tilbake-gående fingre 56, 57 danner en kileenhet 55 (se figur 6 og 10) som brukes til å isolere borkronen 17 fra den frem- og tilbake-gående virkning og støtvirkningen av ventillegemet 31 og stempelet 47. Øvre og nedre tetninger 58, 59 er anordnet henholdsvis over og under de frem- og tilbake-gående fingre 56, 57.

De frem- og tilbake-gående fingre 56, 57 omfatter sperrekilepartier 61, 62. Det øvre element er betegnet med tallet 61, det nedre element med tallet 62. Denne kileenheten 55 gjør det mulig å overføre rotasjonskraft gjennom kileenheten 55 til borkronen 17. Rotasjonsenergien genereres når rullen 52 beveger seg fra den øvre stilling i figur 10 til den nedre stilling i figur 6.

Pilen 60 i figur 6 viser den nedadrettete kraft som påføres rullen 52 når dif-ferensiartrykk fra brønnborefluid skyver ventillegemet 31 og stempelet 47 til den nedre stilling. Rullen 52 og diagonalslissen 54 overfører denne nedadbevegelse av stempelet 47 og ventillegemet 31 til rotasjonsenergi som overføres gjennom kileenheten 55 til borkronen 17 via kløtsjakselen 70, kløtsjhuset 72 og klossene 73.

Rotasjonskraften som overføres til kløtsjhuset og klossene er generelt betegnet med tallet 64 i figur 6. En låsehylse 63 strekker seg mellom en motsvarende utformet utskjæring 67 i heliksen 53 og øvre gjenger 65 hos kileenheten 55.

Heliksseksjonen 53 blir holdt på plass og festet via inngrepsslisser 67 til ytterhuset 11. Heliksen 54 er fortrinnsvis løsbar for enkel utskifting. Dette medfø-rer også at heliksen 54 kan lages av hardere og sprøere stål da denne delen vil bli utsatt for sterk slitasje.

Kileenhetens 55 nedre gjenger 66 danner en forbindelse mellom kileenheten 55 og kløtsjhuset 71. Forbindelsen mellom kløtsjakselens 70 nedre gjenger 66 er betegnet som gjengeforbindelse 71 i figur 4.

Kløtsjhuset 72 bærer et antall kløtsjklosser 73 som vist i figur 5. Ved kløtsj-husets 72 nedre endeparti er det vist trykklagerhus 75 som inneholder et antall lågere 76. Disse lågere 76 bærer rørtyngden, ved redusert friksjonsbelastninger. Borkrone-overgangen 77 kan eventuelt være anordnet mellom verktøyhuset 11 og borkronen 17. Borkrone-overgangen 77 bærer utvendig gjenge 78 som muliggjør tilfesting av borkronen 17.

I figur 7 -10 er de ovenfor beskrevne deler og konstruksjonen av brønn-boring-motoranordningen 10 vist, men i en øverste stilling etter at ventillegemet 31 er skutt oppover for å støte mot medbringeren 24, hvorunder ventillegemet 31 skilles fra stempelet 47.

I figur 7-10, når ventillegemet 31 overvinner sete-differensialet til brønn-borefluidet som virker på stempelet 47 når ventillegemet 45 kommer til anlegg mot stempelsetet 48, vil fjærene 35, 36 skyte ventillegemet 31 oppad inntil flaten 33 slår an mot medbringerens 24 flate 34. Dette anslag tvinger medbringeren 24 oppover inntil medbringerens 24 ventillegeme 26 kommer til anlegg mot innløps-portens 20 ringformete tetning 27 og sammen med denne danner en tetning. Dette vil momentant avbryte strømning gjennom innløpsport-elementet 20 og tillate fluid å strømme ut fra verktøyhust.

Høytrykksfluidet som fylte kammeret over stempelet må strømme ut av stempelet via strømningsløpet gjennom verktøyet og ut gjennom borkrone-porte-ne. Denne utstrømning må skje hurtig, ettersom eventuelt gjenværende, inneslut-tet trykk vil sinke stempelets oppad-returbevegelse. Ventilsystemet i den øvre overgang (medbringer og innløpsport) avbryter innstrømning for å hjelpe til.

Etter at ventillegemet 31 er skilt fra stempelet 47, beveger stempel-returfjæren 49 stempelet 47 og dets rulleaksel 51 og rull 52 oppad hvorunder de frem-og tilbake-gående fingre 56, 57 tvinges i rotasjon i retning mot urviseren. Denne rotasjon setter kløtsjakseien 70 og kløtsjkilene 73 i stand til å gli i kløtsjhuset 72. Verktøyanordningen 10 er nå klargjort for et annet nedad-slag. Hele virkningen er en opp- og ned-bevegelse (f.eks. 300 - 500 sykluser pr. minutt) som går over i en skraller-bevegelse som kan dreie borkronen 17 med liten eller ingen støtvirkning og med høyt dreiemoment.

Figur 11A-11C, 12A- 12C, 13A- 13C, 14-15 viser en andre og fore-trukket utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, generelt betegnet med tallet 100. Figur 11A - 11C viser anordningen 100 i dens kjørestilling med spalten 157 i figur 11C synlig fordi borkronen 17 og stempelenheten PA har falt bort for å hindre ventilklapring. I figur 13A - 13C er anordningen 100 vist i drift-borestillingen.

Som med utføringsformen ifølge figur 1 -10, er brønnboring-motoranord-ningen 100 i form av et langstrakt verktøyhus 111 som kan anbringes i brannrø-rets 12 brønn-ringrom 13. Motor-boreanordningen 100 ifølge foreliggende oppfinnelse kan også brukes til å bore gjennom leirskifer, bergart, sand, avleiringer, eller sement. Den kan også brukes til å fjerne obstruksjoner. F.eks. kan den brukes med borkronen 17 til å bore gjennom en obstruksjon i den samme generelle konfi-gurasjon vist med brønnboring-motoranordningen 10 i figur 1, hvor obstruksjonen er betegnet med tallet 14. En slik obstruksjon 14 kan være en broplugg, metall, eller gummigjenstand. Verktøyhuset 111 omfatter en øvre ende 112, en nedre ende 113, og en sentral langsgående boring 116. I likhet med utføringsformen ifølge figur 1-10 kan boremotoren 100 forbindes med en kveilrørstreng 15 for (se figur 1) nedsenking av anordningen 100 (istedenfor anordningen 10) i brønn-ringrommet 13.

Verktøyhuset danner innvendige gjenger 114 ved øvre ende 112. Utvendige gjenger 115 er anordnet ved nedre ende 113. De utvendige gjenger 115 kan oppta en borkrone 17 som er fastskrudd til disse. Verktøyhusets 111 øvre ende 112 kan kobles til et bæreverktøy (finnes i vanlig handel) som danner en grenseflate mellom en kveilrør-arbeidsstreng 15 eller liknende borestreng og verktøyhu-set 111.

En langsgående boring 116 strekker seg langs lengden av verktøyhuset 111 mellom den øvre ende 112 og nedre ende 113. Et innløpspotr-element 117 er festet til verktøyhuset 111 ved den langsgående boring 116 like under de innvendige gjenger 114. Innløpsport-elementet 117 danner en innløpsport 118 som fluid kan strømme gjennom. Dette innløpsport-element 117 kan være fjernbart slik at innløpsportens 118 diameter kan varieres etter ønske, avhengig av fluidet som skal brukes med verktøyet 10.

I figur 11A er en medbringer 119 forskyvbart anordnet i verktøyhusets 111 boring 116 like under innløpsport-elementet 117. Medbringeren 119 har et profilert ventilparti 120 ved sin øvre ende, som samvirker med et motsvarende profilert sete 121 på innløpsport-elementets 117 nedre side eller nedstrømsside.

Medbringeren 119 danner ved sitt nedre endeparti en stort sett plan flate 124 som i størrelse og form svarer til en plan flate 27 på den øvre ende av plugg-ventillegemet 125. Medbringeren 119 er forskyvbart montert i verktøyhuset 111 ved bruk av kiler ("splines") 122 og motsvarende utformete spor 123, f.eks. Dette sikrer glidebevegelse av medbringeren 119 samtidig som det hindrer rotasjonsbevegelse av denne.

Plugg-ventillegemet 125 har et øvre endeparti 126 med en plan flate 127 og et nedre ventil-endeparti 129 som er formet til å passe inn på og danne en tetning med stempelets 130 sete 131 (se figur 11B). Ventillegemet 129 ved plugg-ventillegemets 125 nedre endeparti 128 kan være halvkuleformet f.eks. for å sam-virke med og danne en tetning med et ringformet avfaset sete 131 ved stempelets 130 øvre endeparti. Ventillegemet 25 kan ha et "X"- eller kryssformet tverrsnitt, idet en utforming av et slikt ventillegeme er vist i mitt tidligere US patent 4 958 691 som innlemmes her ved henvisning.

I figur 12B og 12C kan stempelet 130 være vist festet til et antall andre komponenter som her betegnes som "stempelenheten" PA hvori inngår stempel 130, stempelrulle-aksel 132, øvre heliksruller 142, nedre heliksruller 138, kløtsj-aksel 134, kløtsjhus 135, og borkrone-overgang 136. Disse komponenter er vist løsgjort fra verktøyhuset 11 i figur 12A, 12B og 12C. Hele "stempelenheten" PA som omfatter stempelet 130, rulleaksel 132, øvre heliksruller 142, nedre heliksruller 138, kløtsjaksel 134, kløtsjhus 135, og borkrone-overgang 136 beveges opp og ned i verktøyhusets 111 boring 116 under drift. I figur 12B og 12C er denne "stempelenhet" PA vist løsgjort fra verktøyhuset 11.

I figur 12B er en ringformet støtpute 139 anordnet over et ringformet parti 140 med utvidet diameter på stempelstangen 132. Støtputen 139 slår mot en til-svarende utformet ringformet skulder 150 på verktøyhuset 111, slik at skade på verktøyhuset 111 og stempelstangen 132 blir minst mulig over lang tids bruk. Isteden er den ringformete støtputen 139 konstruert av et materiale som er myke-re enn stempel-rullekaselen 132 eller verktøyhuset 111, slik at den ringformete støtputen 139 kan skiftes ut etter en viss tid når den er utslitt.

En stempel-returfjær 141 er en skruefjær som er plassert mellom stempels-tangens 132 ringformete parti 140 og den nedre heliks 133 (se figur 12C og 13B) som er festet til toppen av kløtsjakselen 134. Et par motstående rulle-enheter 138 strekker seg fra stempel-rullekaselen 132 inn i slissen 143 i den nedre heliks 133. Fortrinnsvis vandrer et par ruller 138 i motstående slisser 143 i den nedre heliks 133 i den hensikt å sette stempelstangen 132 i stand til å bevege seg nedad i forhold til kløtsjakselen 134 og samtidig eliminere enhver relativ rotasjon mellom stempelakselen 132 og kløtsjakselen 134. En utsparing 158 i toppen av kløtsjakselen 134 (se figur 12C) setter stempelakselen 132 og kløtsjakselen 134 i stand til å forskyves teleskopisk i forhold til hverandre. Når stempelakselen 132 roterer under bruk, griper rullene 138 i slissene 143 og den nedre heliks 133 for å overføre rotasjonskraft fra stempelakselen 132 til kløtsjakselen 134 og så til borkrone-overgangen 136 og borkronen 17.

Et kløtsj-arrangement muliggjør faktisk relativ rotasjon av hele stempelenheten PA i forhold til verktøyhuset 111. Rotasjonskraft for boring genereres når ventillegemet 125 og stempelenheten PA beveger seg frem og tilbake i verktøy-huset 11. Denne rotasjonskraften begynner ved øvre heliks 151 som er et sylin-derformet element stivt festet til huset 111. Diagonalslissen 152 i den øvre heliks 152 styrer rullen 142 langs en diagonal bane. Ettersom verktøyhuset 111 er opp-lagret ovenfra, roterer det ikke. Heller ikke den øvre heliks 151 roterer. Isteden roterer rullene 142 (fortrinnsvis to ruller og to slisser 152 er 180° atskilt) sammen med stempelakselen 132 som rullene er festet til. Rotasjonsbevegelse frembringes av den øvre heliks 151 og dens ruller 142 som beveger seg i den øvre helik-sens 151 diagonalt forløpende slisser 152.

Under drift blir fluid overført fra brønnhodet via en arbeidsstreng, kveilrør-enhet, eller liknende, til verktøyhuset 11 og dets boring 116. Dette drivfluid kommer inn i boringen 116 gjennom verktøyhusets 111 øvre ende 112 gjennom inn-løpsporten 118 i innløpsport-elementet 117 og det strømmer rundt medbringeren 119 gjennom fluidkanaler 153. Drivfluidet strømmer så ned i boringen 116 forbi plugg-ventillegemet 125 mot stempelsetet 131.

Etter hvert som fluidstrømmen øker, beveger den plugg-ventillegemet 125 nedad inntil plugg-ventillegemets 125 ventil-endeparti 129 kommer til anlegg mot stempelsetet 131, idet denne stilling er vist i figur 13A, 13B, 13C. Anordningen 10 er nå i kjørestilling.

Fortsatt fluidstrømning inn i boringen 116 "trykker opp" plugg-ventillegemet 125 mot setet 131 og beveger verktøyets innvendige parti nedover, hvilket parti her betegnes som "stempelenheten" PA som omfatter stempel 130, stempelstang 132, øvre heliksruller 142, nedre heliksruller 138, kløtsjaksel 134, kløtsjhus 135 og borkrone-overgang 136.

Når denne "stempelenheten" (130,132,142,138,134,135,136) beveger seg nedover, er der en rotasjonsbevegelse som frembringes av den øvre heliks 151, dens diagonalt forløpende slisse 152, og ruller 142. Når "stempelenheten" beveger seg nedover, roterer den. Dette utgjør et drivslag ved anordningen 10 hvor stempelenheten PA og den tilkoblete borkronen 17 roterer i retning med urviseren som vist i figur 14 - 14A. På dette tidspunkt låser kløtsjklossene 146 kløtsjhuset 135 og kløtsjakselen 134 sammen. Borkrone-overgangen 136 og den tilkoblete borkrone roterer ca. en åttendedel (1/8) til en fjerdedel (1/4) omdreining, f.eks., med et enkelt slag av stempelet 130 og "stempelenheten" (130,132,142, 138,134, 135 og 136). Når fullstendig nedadbevegelse av plugg-ventillegemet 125 er oppnådd, blir pluggfjærene 153,154 fullstendig sammentrykket og overvinner fluidtrykket som hersker i boringen 116 over setet 131. Plugg-ventillegemet 125 skyter så ut fra setet 131, idet det beveger seg oppad i forhold til dette. Plugg-ventillegemets 125 øvre endeparti 126 treffer medbringeren 119 idet plugg-ventillegemets 125 plane flate 127 kommer inn mot og støter mot medbringerens 119 plane flate 24.

Medbringeren 119 beveger seg oppad inntil dets ventilparti 120 når tetningen 121 i innløpsport-elementet 117 for derved å avbryte fluidstrømningen gjennom innløpsport-elementet 117. Samtidig som dette hender, fører returfjæren 141 stempelet 130 og alle "stempelenhetens" PA deler (130,132,142,138,134, 135, og 136) tilbake til utgangsstillingen. Når dette skjer skraller verktøyanord-ningen 10 tilbake en kvart omdreining i retning mot urviseren som vist i figur 15, 15A, 15B. Når stempelenheten PA skyter tilbake til sin opprinnelige utgangsstilling, er kløtsjklossene 146 eksentrisk formet for å slippe slik at kløtsjakselen 132 og kløtsjhuset 135 ikke er sammenlåst. Når stempelet 130 skyter tilbake til sin utgangsstilling, slipper kløtsjklossene 146 slik at borkrone-overgangen 136 og dens borkrone 17 ikke dreier. Med andre ord roterer borkrone-overgangen 136 og dens borkrone 17 bare på anordningens 10 nedadslag eller drivslag.

Figur 11A, 11B, 11C viser en "bortfalP-stilling for verktøyanordningen 100 som hindrer ventil-"klapring" under innkjøring i brønnen. Ettersom ingen vekt er

påført borkronen 17 under innkjøring i brønnen, faller "stempelenheten" (130, 132, 133,134,135,136) bort fra huset 111 som vist ved spalten 157 i figur 11C. Dette skiller ventillegemet 125 fra stempelets 130 sete 131 noen få tommer slik at sirkulasjon ikke vil bringe ventillegemet til å bevege seg frem og tilbake for tidlig og

"klapre". Sirkulasjon er viktig for å opprettholde et ønsket fluidtrykk for brønnen, for å hindre brønnen i å strømme, for å vaske sand fra brønnen, som eksempler. Når boringen begynner blir borkronen 17 tyngdebelastet av arbeidsstrengen og verktøyhuset 11, som overfører vekt gjennom huset 111 til trykklager 156 og spalten 157 lukker seg som vist i figur 13A, 13B, 13C.

I figur 11C, 12C, 13C er konstruksjonen av stempelakselen 132, akselen 134, kløtsjhuset 135 og dets klosser 146 nærmere vist. Stempelet 130 kan være gjengefdrbundet med stempelakselen 132 som vist i figur 12B. De beveger seg således sammen som en enhet. Ved stempelakselens 132 nedre ende er det utformet en teleskopisk forskyvbar kobling med toppen av kløtsjakselen 134 ved utsparingen 158. Stempelet 130 og stempelakselen 132 beveger seg således frem og tilbake sammen med ventillegemet 125. Kløtsjakselen 134 beveger seg ikke frem og tilbake sammen med stempelet 130 og stempelakselen 132, men kløtsjakselen 134 (og enkelte andre deler) som er forbundet med den, roterer sammen med stempelet 130 og stempelakselen 132.

I figur 12C er den nedre heliks 133 montert på toppen av kløtsjakselen 134. Returfjæren 141 bunner mot den nedre heliks 133. Kløtsjhuset 135 er løsbart festet til kløtsjakselen 134 med et antall fjærbelastete låsepinner 159. Åpninger i kløtsjhuset 135 nærmest låsepinnene 159, gjør det mulig å bruke et lite verktøy-skaft til å presse pinnene mot sine fjærer ved demontering av kløtsjhuset 135 fra kløtsjakselen 134 om ønskelig. Kløtsjhuset 135 omgir et antall eksentrisk formete kløtsjklosser 146.

Kløtsjhuset 135 bærer et antall kløtsjklosser 146 som er plassert mellom kløtsjakselens 134 ringformete skulder 147 og kløtsjakselens 134 ringformete sek-sjon 148. Videre omslutter kløtsjhuset 135 kløtsjkilene 146 som vist.

Ved nedadslaget eller drivslaget som vist i figur 14,14A, 14B, er kløtsjklos-sene 146 låst for å bringe borkronen 17 til å dreie. Kløtsjklossene 146 kan være enkeltelementer som er eksentrisk formet for å gripe mot kløtsjhuset 135 under nedadslaget. Slike kløtsjklosser er også vist i figur 5, 5A, 5B og 6 i mitt tidligere patent 5 156 223 med tittel "Fluid Operated Vibratory Jar With Rotating Bit", som er innlemmet her ved henvisning. Ved oppadslaget løsner klossenes grep mot kløtsjhuset 135 slik at anordningen skraller tilbake en halv omdreining.

Den følgende tabell angir nummer og betegnelse på deler som er omtalt i beskrivelsen og vist på de medfølgende tegninger.

DEL-LISTE

De ovenstående utføringsformer er angitt bare som eksempel; rammen av den foreliggende oppfinnelse skal begrenses bare av de følgende krav.

Claims (13)

1. Fluiddrevet boremotor som drives med gassformig eller væskeformig brønn-borefluid eller boreslam, omfattende: a) et langstrakt verktøyhus med en strømningsboring, et øvre endeparti med en koblingsdel som gjør det mulig å feste verktøyhuset til arbeidsstreng, og en nedre koblingsdel som gjør det mulig å koble en borkrone til verktøyhusets nedre ende; b) et frem- og tilbake-gående ventillegeme som beveges mellom en første øvre og en andre nedre stilling i ventilhus-boringen; c) et stempel som er opptatt i verktøyhus-boringen under ventillegemet, hvilket stempel har et øvre endeparti med et ventilsete, og ventillegemet har et nedre endeparti som kan danne en tetning med setet; d) stempelet drives til å bevege seg nedover i strømningsboringen med ventillegemet på grunn av differensial-fluidtrykk som påføres kombinasjonen av ventillegeme og stempel når ventillegemets nedre endeparti danner tetningen med setet; e) en sammentrykkbar ventillegeme-fjær som er anbrakt i ventilhuset for anlegg mot ventillegemet, idet fjæren gradvis sammentrykkes når ventillegemet beveger seg nedover i strømningsboringen; f) en fullstendig sammentrykking av ventillegeme-fjæren setter fjærene i stand til å overvinne fluidtrykket som virker på kombinasjonen av stempel og ventillegeme slik at ventillegemet kan skilles fra stempelet og dets sete; g) en borkrone som er festet til den nedre koblingsdel; og h) en transmisjon som roterer borkronen uten å overføre støt til denne fra det frem- og tilbake-gående stempel og ventillegeme.

2. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor stempelet beveger seg til en bort-fall-stilling når verktøyhuset er kjørt inn i brønnen, som hindrer klapring mellom ventillegemet og ventilsetet.

3. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor transmisjonen innbefatter en leddmekanisme med første og andre teleskopisk forskyvbare sperreelementer.

4. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 3, som ytterligere omfatter en heliks med en diagonalt forløpende slisse, og en rull som beveger seg med stempelet, idet heliksen via en kløtsj er forbundet med borkronen.

5. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor transmisjonen innbefatter en stempelstang som henger ned fra et nedre endeparti av stempelet, en rull som bæres av stempelstangen og en heliks med et diagonalt slisset parti som opptar rullen.

6. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, som videre omfatter en stempelfjær som fører stempelet tilbake til dets øvre stilling når ventilfjæren skiller ventillegemet og stempelet.

7. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, som videre omfatter fluid-avbrudds-midler for momentan avbryting av fluidstrømning i boringen under en syklus av ventillegemet mellom dets øvre og nedre stilling.

8. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor ventillegemet har et øvre endeparti med en hammerflate på og videre omfatter en medbringer som er anbrakt i strømningsboringen over ventillegemet i en stilling som setter ventillegemet i stand til å treffe medbringeren når ventillegemet beveger seg fra en nedre til en øvre stilling og hvor medbringeren momentant avbryter strømning i boringen ved verktøyhusets øvre endeparti når den treffes av ventillegemet.

9. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 6, hvor ventillegemet og stempelet beveger seg nedad i verktøyhuset under gradvis sammentrykking av både ventillegeme-fjæren og stempelfjæren.

10. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor transmisjonen innbefatter et teleskopisk forskyvbart element som trekker seg sammen når ventillegemet og stempelet beveger seg fra den første, øvre stilling til den andre, nedre stilling.

11. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor det teleskopisk forskyvbare element bærer en dreiemoment-betastning.

12. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor overføringen innbefatter midler for overføring av frem- og tilbake-gående bevegelser av stempelet til rotasjonsenergi samtidig som borkronen isoleres fra noen vesentlig frem- og tilbake-bevegelse av stempelet.

13. Fluiddrevet boremotor ifølge krav 1, hvor transmisjonen roterer mens de absorberer frem- og tilbake-bevegelsen til ventillegemet og stempelet.