NO318706B1 - Rotasjonsanordning til bruk i et bronnhull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en roterende anordning for å utføre operasjoner nede i et brønnhull, og mer spesifikt en sakteroterende anordning med en tannhjulsreduksjonsinnretning som angitt i ingressen til det selvstendige krav 1.

Det er et antall tilfeller der en brønnhullsanordning med evnen til sakte rotasjon i enden av denne er nyttig i utføringen av et antall ulike operasjoner nede i brønnhullet. En primær bruk for en slik anordning er å fjerne oppbygging av materialet på innsiden av rørledningene, brønnforingen eller produksjonsrøret. Dersom ikke slik oppbygging fjernes, kan den plugge igjen produksjonsrør i både produksjons- og injeksjonsbrønner. Rørledninger har tilsvarende problemer. Som beskrevet i US-patent nr. 5.484.016 ('016- patentet) utstedt 16. januar 1996, og US-patent nr. 5,533.571 ('571-patentet) utstedt 9. juli 1996, er det et antall felles sammensetninger som forårsaker oppbygnings-problemer. Disse sammensetningene inkluderer bariumsulfat, silikater, kalsiumkarbonat, kalsiumsulfat, karbonat, sulfat, silika, vannavleiringer med hydrokarboner, kokstjære, koks og komplekser, voks og komplekser, parafin, søle, slam og gel.

Et antall ulike fremgangsmåter har blitt benyttet for å fjerne materialoppbygging. For eksempel kan parafinoppbygning bli håndtert ved bruk av varm olje for å smelte parafinen. Varmt vann har også blitt benyttet for å smelte eller fjerne parafin, og kjemikalier har også blitt benyttet for å løse opp parafinavsetninger. Andre fremgangsmåter for å fjerne oppbygning inkluderer Dyna-Drills kjørt på kveilrør, fresing med skjøtt produksjonsrørledning, syrevasking, og rømming med en kabel.

Som bemerket i '016-patentet, har alle de ovenfor nevnte fremgangsmåter visse mangler. For å unngå problemene som oppstår ved bruk av slike fremgangsmåter, ble høytrykksspyling utviklet for å benytte høytrykksvasker for å fjerne materialene ved hjelp av erosjon. Generelt har høytrykksspyling blitt begrenset til fjerning av slamkaker, parafin eller pakket sand. Høytrykksspylingsverktøy av denne typen som blir benyttet for å utføre slike operasjoner er vanligvis laget av tunge borerør (heavy wall mechanical tubing) med et flertall hull med ulike diametere boret i et symmetrisk mønster rundt verktøyet. Vann blir benyttet som spylingsmediet. Resultatene av arbeidet var vanligvis uforutsigbart. Alle disse teknikkene har oppnådd begrenset suksess, og det har i mange tilfeller vært nødvendig å bytte ut produksjonsrørstrengen. Følgelig er det et behov for effektivt og gjennomgående fjerne materialoppbygninger i brønnforinger eller produksjonsrør.

Otis "HYDRA-BLAST"-system ble utviklet for å imøtegå disse problemene ved å tilveiebringe en økonomisk innretning for rengjøring av oppbygde avsetninger fra produksjonsrør nede i brønnhullet. Dette systemet benytter høytrykksspylings-teknologi i forbindelse med økonomien og effektiviteten til kveilrør. "HYDRA-BLAST"-systemet inkluderer et indekserende høytrykksspylingsverktøy, et in-line høytrykksfilter, en overflatefilterenhet, en sirkulasjonspumpe med tanker og en kveilrørsenhet. Det benytter også et dataprogram for å designe de aktuelle rengjøringsjobbene til en hvilket som helst bestemt situasjon. Den optimale dysestørrelsen og -antall, gjenopphentingshastigheten og antallet passeringer blir beregnet for å utføre en suksessfull jobb, og dette er spesielt viktig ved forsøk på å fjerne hardere materialer, slik som de hardere bariumforbindelsene. Generelt kan dette systemet bli beskrevet som et vannblåsesystem som retter høytrykksstrømmer med vann mot oppbygningen for å fjerne materialet med den eroderende eller kuttende virkningen til fluidet som beveger seg.

Ved en typisk anvendelse av "HYDRA-BLAST"-systemet, benytter operatøren et rengjøringsverktøy som vanligvis benytter en nedoverstrøm for å kutte inn i materialet når verktøyet blir senket ned i produksjonsrøret. Denne delen av verktøyet er ikke spesielt veltilpasset for å fjerne store mengder oppbygninger langs veggene etter at verktøyet er fritt til å passere. Det opprinnelige nedoverblåsingsverktøyet blir fjernet fra brønnen, og en ytterligere tur blir gjennomført med et sideblåsingsdysehode konstruert spesielt i den hensikt å tilveiebringe stråler rettet mot oppbygningen på veggene til produksjonsrøret. Frem- og tilbakebevegelse av verktøyet er vanligvis nødvendig for gjennomgående rengjøring. Denne totrinnsprosessen fungerer gode for oppbygningsområder med kort eller moderat lengde, men den er ikke spesielt veltilpasset for ekstremt lange oppbygningsområder fordi det er vanskelig å rotere og frem- og tilbakebevege verktøyet for å dekke et slikt område. Uten evne til å rotere, vil det også være behov for et stort antall dyser for å gi god dekning som vil øke strømningen og trykktapet grunnet fluidfriksjon. Dette reduserer effekten til strålene.

Oppfinnelsen beskrevet i '571- og '016-patentene imøtegår mange av manglene til tidligere kjente fremgangsmåter for fjerning av oppbygninger ved å tilveiebringe en sakteroterende anordning til bruk i brønnhull og rørledninger, men fremdeles med visse begrensninger. Oppfinnelsen beskrevet i '571-patentet tilveiebringer en fremgangsmåte og en anordning for rengjøring, som generelt ikke krever en ytterligere tur ned i brønnhullet. Imidlertid er ikke '571-patentet rettet mot en roterende anordning. Oppfinnelsen beskrevet i '016-patentet inkluderer en hastighetsreduksjonsinnretning for å tilveiebringe et sakteroterende spylehode. Hastighetsreduksjonsinnretningen benytter slingretannhjul (wobble gears), slik at tannhjulene blir skrånet noe i forhold til lengdeaksen til hele anordningen. Slingretannhjulet roterer og slingrer, og forårsaker således en rotasjon og slingring av spyleseksjonen. På grunn av slingretannhjulet, vil anordningen beskrevet i '016-patentet ikke være egnet ved anvendelser der en rotasjon er påkrevet.

For eksempel vil et slikt arrangement ikke kunne bli effektivt benyttet der det er ønskelig å benytte fiskeverktøy for å gjenges inn i biter fastlåst i et borehull for å fjerne bitene derifra. Likeledes vil arrangementet vist i '016-patentet ikke være egnet hvis det var ønskelig å kutte produksjonsrøret i et borehull i motsetning til helt enkelt å fjerne bitene derifra. I tillegg, på grunn av slingringsbevegelsen til følgetannhjulet i '016 patentet, tetter ikke følgetannhjulet effektivt mot hoveddelen som rommer de overflatene med utveksling. Derfor passerer fluid fra brønnhullet, sammen med små korn med sand og andre biter, noen ganger inn i hoveddelen og forurenser hoveddelen. Sand eller andre biter som kommer inn i hoveddelen kan skade tannhjulene og forårsake for tidlig svikt hos anordningen. Det eksisterer derfor et behov for en brønnhulls-anordning som tilveiebringer sakte rotasjon uten slingring, som kan bli benyttet for eksempel for å kutte produksjonsrør eller rørledninger i et brønnhull, og blåse og rengjøre et område med oppbygninger med bare en tur ned i brønnhullet, og å gjenges inn i bitene for å fjerne biter fira brønnhullet. Det eksisterer også et behov for et sakteroterende brønnhullsverktøy som tilveiebringer en effektiv tetting når verktøyet blir rotert.

Den roterende anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller de ovenfor nevnte behov ved å tilveiebringe et verktøy som overfører høyhastighets-motorrotasjon til sakte utgangsrotasjon. En tetting er tilveiebragt for å forhindre at borehullsfluid forurenser anordningens indre, og anordningen kan bli rotert når den blir senket ned i produksjonsrøret for å tilveiebringe en fullstendig 360°'s bane for spylefluidet når den blir beveget langsgående i røret. Om ønskelig kan verktøyet bli benyttet som et kutteverktøy ved helt enkelt å holde verktøyet på et sted og tilveiebringe horisontale spyleåpninger i en spyleseksjon.

Den foreliggende oppfinnelse innbefatter en sakteroterende anordning til bruk ved operasjoner nede i brønnhullet, slik som å fjerne rusk og rask fra brønnhull og rørledninger, kutte produksjonsrør eller annet rør i brønnhull og å utføre fiskeoperasjoner.

Den sakteroterende anordningen har en motorseksjon som tilveiebringer rotasjon. En hastighetsreduseringsseksjon er forbundet med motorseksjonen, slik at en utgangshastighet fra hastighetsreduseringsseksjonen er mindre enn utgangshastigheten fra motoren. En spyleseksjon kan være festet til hastighetsreduseringsseksjonen. Spyleseksjonen har i det minste en spyleåpning som fluidet blir spylt gjennom i forbindelse med en strømningspassasje i hastighetsredusereren.

Motoren kan innbefatte en progressiv hulromsmotor med en rotor roterbart anbragt i en elastomer stator. En kopling kan bli benyttet for å forbinde rotoren og inngangsakselen til hastighetsreduseringsseksjonen. Hastighetsreduseringsseksjonen innbefatter fortrinnsvis en roterbar inngangsaksel som har en eksentrisk del, og et inngangstannhjul som er roterbart anbragt om inngangsakselen på den eksentriske delen av denne. Inngangstannhjulet er et fast tannhjul med første og andre ytre overflater med utveksling definert på dette. Den andre ytre utvekslede overflaten har fortrinnsvis en mindre stigningsdiameter enn den første ytre utvekslede overflaten. Den andre ytre utvekslede overflaten kan ha en større stigningsdiameter enn den første ytre utvekslede overflate, men et slikt arrangement vil reversere retningen til utgangen i forhold til inngangen.

Hastighetsreduseringsseksjonen innbefatter også en indre tannhjulsoverflate definert på en hastighetsreduseringsdel som rommer inngangsakselen. Den første ytre tannhjulsoverflaten til inngangstannhjulet er anordnet i, og i tannhjulstilkopling med den indre tannhjulsoverflaten definert av hastighetsreduseringshoveddelen. Et drevet tannhjul er anordnet i hoveddelen om inngangstannhjulet, og er i tannhjulstilkopling med den andre ytre tannhjulsoverflaten til inngangstannhjulet. Det drevne tannhjulet er roterbart anbragt i hastighetsreduseirngshoveddelen, og er konsentrisk med, og har således samme langsgående midtakse som inngangsakselen. Fordi inngangstannhjulet er anordnet om den eksentriske delen av inngangsakselen, vil tannhjulet rotere eksentrisk i hastighetsreduseringshoveddelen når inngangsakselen roterer om sin langsgående midtakse. Medursrotasjon av inngangsakselen vil få inngangstannhjulet til å rotere eksentrisk moturs om den langsgående midtaksen til inngangsakselen i den indre tannhjulsoverflaten til hastighetsreduseirngshoveddelen.

Den eksentriske rotasjon av den andre ytre tannhjulsoverflaten i det drevne tannhjulet vil få det drevne tannhjulet til å rotere i hastighetsreduseringshoveddelen med en rotasjonshastighet som er mindre enn rotasjonshastigheten til rotoren. En utgangsaksel er forbundet med, og er roterbar med det drevne tannhjulet. Et spylehode eller annet ønsket hode kan være festet til utgangsakselen for å utføre operasjoner nede i brønnhullet, slik som fjerning av biter, kutting og andre ønskede operasjoner.

Rotasjonsanordningen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved trekkene angitt i karakteristikken ti det selvstendige krav 1.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de selvstendige krav.

Et antall formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende detaljerte beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer sett i sammenheng med tegningene som viser utførelsesformene. Figurene 1A-1G viser et langsgående snittriss av en foretrukket utførelsesform av den sakteroterende anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 er et snittriss langs linjene 2-2 i figur 1F.

Figur 3 er et snittriss langs linjene 3-3 i figur 1F.

Figur 4 viser et tverrsnitt langs linjene 4-4 i figur 1F.

Figur 5 viser skjematisk stigningsdiametere og andre trekk ved tannhjulsoverflatene i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning nå til tegningene, og mer spesifikt til figurene 1A-1G, er det vist en foretrukket utførelsesform av den sakteroterende anordningen for utføring av operasjoner nede i brønnhullet, generelt betegnet med henvisningstallet 10. Anordningen 10 innbefatter generelt en motorseksjon 15, en hastighetsreduseringsseksjon 20, og en spyleseksjon 25. Motorseksjonen 15 blir benyttet for å tilveiebringe dreiemoment for operasjon av spyleseksjonen 25. Hastighetsreduseringsseksjonen 20 reduserer rotasjonshastigheten mellom motorseksjonen 15 og spyleseksjonen 25. Selv om anordningen 10 her er vist med en spyleseksjon festet til en nedre ende for rengjøring av oppbygning av rusk og rask i produksjonsrøret eller andre rør, skal det forstås at andre brønnhullsverktøy kan bli festet til en nedre ende, slik som et spylehode som har horisontale åpninger for kutting av produksjonsrør, et fiskehode benyttet for å gjenges inn i og å fjerne rusk og rask som sitter fast i et brønnhull, elter andre verktøy som krever eller er egnet til sakte rotasjon i et brønnhull.

Motorseksjonen 15 er av en type som er kjent innen området, og som vanligvis blir betegnet som en slampumpe eller -motor, og den innbefatter generelt en progressiv hulromsmotor med en statorsammenstilling 28 med et roterbart element 30, slik som en rotor 30, roterbart anbragt deri. Rotoren 30 er vist i langsgående snittriss i motsetning til tverrsnittsrissene i resten av tegningene 1 A-I F. Statorsammenstillingen 28 inkluderer en statorbeholder, eller motorhus 32 som definerer et langsgående hull 34 derigjennom. En stator 36, fortrinnsvis laget av et elstomert materiale, er anbragt i hullet 34 og er fortrinnsvis tettende anbragt dette. Motorhuset 32 har fortrinnsvis gjenger 38 definert ved en øvre ende som kan være tilkoplet en øvre overgang 40 som er tilpasset for tilkopling til en kveilerørsenhet, eller et annet rør eller verktøystreng.

Statoren 36 og rotoren 30 definerer et i lengderetning forløpende motorkammer 42, som også kan betegnes som et drivkammer 42. Motorkammeret 42 er ved sin øvre ende i forbindelse med et innløpskammer 44 i motorhuset 32, og et generelt ringformet utløpskammer 46 ved den nedre enden av motorhuset. Den indre overflaten til statoren 36 som definerer motorkammeret 42 er korrugert slik at en spiralformet, skrueliknende gjenge 47 er definert langs denne. Den ytre overflaten til rotoren 30 definerer en avrundet, hovedsakelig spiralformet skrueliknende gjenget overflate 48. Vekselvirkningen mellom den gjengede rotoroverflaten 48 med statoroverflaten 46 og motorkammeret 42 danner et flertall hulrom 50 adskilt langs lengden av pumpekammeret.

Rotoren 30 har en øvre ende 52 og en nedre ende 54. Den nedre enden 54 av rotoren 30 definerer en rotoradapter 56 som er forbundet med en øvre koplingsadapter 58 i gjengetilkoplingen 60. Den øvre koplingsadapteren 58 er tilkoplet den nedre koplingsadapteren 62 med svivelsammenstillingen 64. Den øvre koplingsadapteren 58, den nedre koplingsadapteren 62, og svivelsammenstillingen 64 danner en U-skjøts koplingsammenstilling 66 av en type som er kjent innen området.

Den nedre enden av motorhuset 32 er forbundet med en hastighetsreduseringshoveddel 68 på hastighetsredusereren 20 med gjengetilkoplingen 69. Hastighetsreduseringshoveddelen 68 definerer en langsgående åpning 67, og har en øvre ende 70, en nedre ende 72, og en indre overflate 73. Hastighetsredusererhoveddelen 68 kan innbefatte en hoveddel 74 med en øvre ende 76 og en nedre ende 78, og en rørformet forlengelse 80 med en øvre ende 82 og en nedre ende 84. Den rørformede forlengelsen 80 er forbundet med hoveddelen 74 med en gjengeforbindelse 86.

Den nedre koplingsadapteren 62 er festet til en riflet hanaksel 90 i en gjengetilkopling 92. En inngangsaksel 94 for hastighetsreduseringsseksjonen 20 blir mottatt om den riflede hanakselen 90. Inngangsakselen 94 har en øvre ende 96 og en nedre ende 98. Den øvre enden 96 av akselen 94 innbefatter en riflet åpning 100 med riller 102 som skal passe sammen med den rillede hanakselen 90. Inngangsakselen 94 er således roterbart tilkoplet den riflede hanakselen 90, slik at når den riflede hanakselen 90 blir rotert av rotoren 30 gjennom koplingen 64, vil inngangsakselen 94 også rotere.

Den riflede åpningen 100 har en fast bunn 104. Inngangsakselen 94 definerer en langsgående strømningspassasje 106 som forløpet fra under den faste bunnen 94 til den nedre enden 98 av akselen 96. Radielle åpninger 108 strekker seg gjennom en side av akselen 94, og krysser den langsgående strømningspassasjen 106.

Et bunndeksel 110 er forbundet med delen 68 i den nedre enden 72 i gjengetilkoplingen 112. En utgangsaksel 114 for hastighetsredusereren 20 er anbragt i delen 68 ved den nedre enden av denne, og strekker seg fra delen 68 gjennom bunndekslet 110. Utgangs-aksepen 114 har en øvre ende 116 og en nedre ende 118. Utgangsakselen 114 har en første diameter 120 på den øvre enden 116, som er anbragt ved den nedre enden av hastighetsreduseringsdelen 68, og er tett mottatt i bunndeksel 110. Den andre ytre diameteren 122 har en mindre størrelse enn den første ytre diameteren 120, og strekkeg seg gjennom den første indre, eller tettende diameter 126 i bunndekslet 110. En nedovervendende skulder 124 er definert av, og strekker seg mellom, diameterne 120 og 122. Tettingene 128 er mottatt i tettingsdiameteren 126, og tettende tilkoplet den andre ytre diameteren 122 for utgangsakselen 114. Delen 18 er således tettet slik at brønnhullsfluid ikke kan komme inn i, og forurense delen 68. Utgangsakselen 114 er i sin nedre ende 118 forbundet med spylehodet 25 i en gjengetilkopling 130.

Bunndekslet 110 definerer en oppovervendende skulder 132 mellom tettingsdiameteren 126 og en andre indre diameter 138. Et par med trykkskiver 140 og et trykklager 142 er anbragt mellom skulderne 124 og 132 for å tillate rotasjon av utgangsakselen 114. Utgangsakselen 114 har en første eller øvre indre diameter 144, og en andre eller nedre indre diameter 146 som definerer en langsgående strømningspassasje 148 gjennom utgangsakselen 114. Den nedre enden 98 av inngangsakselen 94 er tettende mottatt i den første indre diameteren 144, og er tettende kontaktet av tettinger 150. Den langsgående strømningspassasjen 106 til inngangsakselen 94 er således i forbindelse med den langsgående strømningspassasjen 148 til utgangsakselen 114, slik at hastighetsreduseringsseksjonen 20 har en langsgående strømningspassasje derigjennom for å kommunisere fluid inn i spylehodet 25.

Inngangsakselen 94 anbragt i hastighetsreduseringslegemet 68 har et flertall ytre diametere. Som vist i figur 1F, vil en ytre diameter 152 bli henvist til som en første ytre diameter 152. Den første ytre diameteren 152 er roterbart anbragt i hastighetsreduseringsdelen 68 i et parti med redusert diameter 154 på denne. Fortrinnsvis er den første ytre diameteren 152 roterbart anbragt i et lager 156 i partiet med redusert diameter 154. Den første ytre diameteren 152 har en langsgående midtre akse 158.

Akselen 94 definerer en andre ytre diameter 160 under den første ytre diameteren 152. Den andre ytre diameteren 160 har en størrelse som er mindre enn den første ytre diameteren 152, og har en langsgående midtre akse 162. Den langsgående midtre aksen 162 er parallell med, og forskjøvet fra den langsgående midtre aksen 158 til den første ytre diameteren 152. En inngangsaksel 94 blir således rotert om den langsgående midtre aksen 152, som kan bli betegnet som en rotasjonsakse, den andre ytre diameteren 160 vil rotere eksentrisk om den langsgående midtre aksen 158. Partiet på inngangsakselen 94 med den andre ytre diameteren 160 kan derfor bli betegnet som et eksentrisk parti 161 på inngangsakselen 94. En tredje ytre diameteren 164 er definert av inngangsakselen 94 under den andre ytre diameteren 160. Den tredje ytre diameteren 164 er mindre enn den andre ytre diameteren 160, og er konsentrisk med den første ytre diameteren 152, og har således den samme langsgående midtre aksen, aksen 158 som den første ytre diameteren 152. Den tredje ytre diameteren til inngangsakselen 94 er tettende mottatt i utgangsakselen 114.

Ved nå å henvise tilbake til figur ID, har inngangsakselen 94 en fjerde og ytterste

diameter 166 definert i den øvre enden av denne. Den riflede åpningen 100 er definert i partiet på inngangsakselen 94 som har den ytre diameteren 166. Radielle åpninger 108 er likeledes definert gjennom den ytre diameteren 166. Den ytre diameteren 166 har en nedre ende 167. Utgangsakselen 94 definerer en generelt sirkulær rygg 168 som strekker seg radielt utover fra den fjerde ytre diameteren 166 ved den nedre enden 167 av denne. Den sirkulære ryggen 168 adskiller den fjerde ytre diameteren fra en femte ytre diameter 170 definert av inngangsakselen 94. Den femte ytre diameteren 170 er mindre enn den fjerde ytre diameteren 166. En nedovervendende skulder 172 er definert mellom den sirkulære ryggen 168 og en femte ytre diameter 170.

En tetting 174, som kan betegnes som en flytende tetting eller flytende stempel 174, er tettende anbragt om den femte ytre diameteren 170, og kontakter tettende den indre overflaten 73 til reduseringsdelen 68 for å adskille reduseringsdelen 68 og åpningen 67 definert av hastighetsreduseringsdelen 68, i et øvre parti 176 og et nedre parti 178. Motorkammeret 42 står i forbindelse med det øvre partiet 176 til hastighetsreduseringsdelen 68. Fluid fra motorkammeret 42 blir således kommunisert inn i den langsgående strømningspassasjen 106 gjennom det øvre partiet 176 av hastighetsreduseringsdelen 68 og radielle åpninger 108 i inngangsakselen 94. Det nedre partiet 178 av hastighetsreduseringsdelen 68 er fylt med olje, eller annen smørende fluid. Flytestemplet 174 har en tetting 108 som kontakter den indre overflaten 73 til hastighetsreduseringsdelen 68, og en tetting 182 som kontakter inngangsakselen 94 i en femte ytre diameter 170. Flytestemplet 174 adskiller således de øvre og nedre partiene 176 og 178, og forhindrer fluid i øvre og nedre partiet 176 og 178 fra å blandes.

En kompresjonsfjær 184 er anbragt om inngangsakselen 94 mellom skulderen 172 og flytestemplet 174. Slik det fremgår fra tegningene, gir en slik konfigurasjon en enkel sammenstilling ved at inngangsakselen enkelt kan bli innført gjennom en nedre ende av hoveddelen og rundt den rillede hanakselen 90. Sammenstillingen vil bli holdt på plass av det nedre dekslet 110.

En nedovervendende skulder 188 er definert av, og strekker seg mellom den femte ytre diameteren 170 og den første ytre diameteren 152. En oppovervendende skulder 190 er definert av partiet 154 med redusert diameter på delen 68. Etpar trykkskiver 140 og et trykklager 152 er anbragt om den første ytre diameteren 152 og inngangsakselen 94 mellom skuldrene 188 og 190 for å tilveiebringe for rotasjon av inngangsakselen 94.

Med henvisning nå til figurene 2 og 3, har hastighetsreduseringsdelen 68 en indre tannhjulsoverflate 200 med en stigningsdiameter 201 definert på seg. Den indre tannhjulsoverflaten 200 kan bli definert av hastighetsreduseringslegemet slik at den er

integrert utformet på den indre overflaten av denne. Den indre tannhjulsoverflaten 200 kan, som i den viste utførelsesformen, også være utformet på et stasjonært drivtannhjul 202. Det stasjonære drivtannhjulet 202 er fast anbragt i reduseringsdelen 68, slik at det ikke ville rotere deri. Et inngangstannhjul 204 er roterbart anbragt om inngangsakselen 94, og, som vist i figur 1F, er roterbart anbragt om den andre diameteren eller eksentrisk parti 160 av inngangsakselen 94. Inngangstanhjulet 204 og akselen 94 kan ha et lager 206 anbragt derimellom.

Inngangstannhjulet 204 er et massivt tannhjul med en første ytre tannhjulsoverflate 208 og en andre ytre tanninngrep 210. Den første ytre tannhjulsoverflaten 208 er i tannhjulsoverflate med den indre tannhjulsoverflaten 200. Den andre ytre tannhjulsoverflaten 210 har fortrinnsvis en stigningsdiameter 212 som er mindre enn stigningsdiameteren 214 til den første ytre tannhjulsoverflaten 208. Tannkransdiameteren 201 til den indre tannhjulsoverflaten 200 er større enn tannkransdiameteme 214 til den første ytre tannhjulsoverflaten 208. Den første ytre tannhjulsoverflaten 208 har således færre tannhjulstenner enn den indre tannhjulsoverflate 200.

Siden standard tannhjulstannhøyde er ca. 2,35/P, der P er den diametrale delingen, må den første ytre tannhjulsoverflaten 208 ha n færre termer enn den indre tannhjulsoverflaten 200, der n er et tall større enn 2,35. Fortrinnsvis er n så liten som mulig, og er derfor fortrinnsvis 3, og tannhjulstannformen er fortrinnsvis formulert for å minimalisere trykkvinkelen, fortrinnsvis til 0, eller så nær 0 som mulig, og å maksimere tannkontakten. Å gjøre n så liten som mulig sikrer at det maksimale antallet tenner vil være i inngrep på ethvert tidspunkt. Et slikt arrangement som minimaliserer trykkvinkelen vil tilveiebringe for høy overføring av dreiemoment.

Danning av en tannprofil kan forklares med henvisning til figur 5. Som et eksempel er surklene A og B representert med tannkransdiametrene 201 og 214, respektivt. Sirklene C og D er representative for basissirklene til det indre tannhjulet (d.v.s. den indre tannoverflaten 200 på delen 68), og det ytre tannhjulet (d.v.s. den ytre tannhjulsoverflaten 208 på inngangstannhjulet 204), respektivt. Som vist er basissirklene C og D plassert tangensielt med hverandre for å gjøre trykkvinkelen lik 0, og tangensielt med tannkransdiametrene 201 og 214 og er dimensjonert ved bruk av den følgende ligningen:

Rc = . 9 * (1+n/p) + n/p ;ro = .9 <*> n/p

I ligningene er rc radien til basissirkelen C, ro er radien til basissirkelen D, n er forskjellen i antall tenner på den ytre tannhjulsoverflaten 208 og den indre tannhjulsoverflaten 200, og P er den diametrale delingen. Ved å anta at tannhjulsoverflaten 200 har for eksempel 41 tenner, en diametral deling lik 32 og en tannkransdiameter på 1,28125, og ved ytterligere å anta at overflaten 208 har 30 tenner, en diametral deling lik 32, og en tannkransdiameter på 1,1875, blir rc = 0,09229 og ro = 0,08438. Ved bruk av basissirklene, blir en evolvent dannet slik det normalt gjøres for å danne tannprofilen. Resten av tanndimensjonene (d.v.s. tykkelse, høyde og liknende) blir bestemt ved bruk av standardformler.

Et drevet tannhjul 216 med et tannparti 218 og et drevet tannhjulsakselparti 220 er roterbart anbragt i reduseringsdelen 68, og er i tanninngrep med den andre ytre tannhjulsoverflaten 210 til inngangstannhjulet 204. Tannhjulsdelen 218 til det drevne tannhjulet 216 har en indre tannhjulsoverflate 222 med en tannkransdiameter 224. Tannkransdiameteren 224 er større enn tannkransdiameteren 214 til den andre ytre tannhjulsoverflaten 210. Den andre ytre tannhjulsoverflaten 210 har således færre tenner enn den indre tannhjulsoverflaten 222. Fordi de første og andre ytre tannhjulsoverflatene 208 og 210 er stivt forbundet, må forskjellen i antall tenner mellom overflaten 210 og 222 være den samme som den forhåndsvalgte forskjellen i tenner mellom den indre tannhjulsoverflaten 200 og den første ytre tannhjulsoverflaten 208. Hvis tannhjulsoverflatene 208 og 210 ikke er stivt forbundet, og ulike eksentrisiteter blir benyttet, må ikke nødvendigvis forskjellen i tenner mellom tannhjulsoverflatene 210 og 222 være den samme som forskjellen i tenner mellom tannhjulsoverflatene 200 og 208.

Tannkonfigurasjonen bør formuleres som tidligere beskrevet for å minimalisere trykkvinkelen og å maksimere tanninngrepet. Ved å igjen henvist tilbake til figur 5, men nå å utse A og B som representative for tannkransdiameteme 224 og 212, og sirklene C og D som basissirkler for tennene på tannhjulsoverflaten 222 og 210, respektivt, kan således tannprofilen bli bestemt ved bruk av de foregående ligninger. Ved å anta at overflaten 222 har trettito tenner, og en stigningsdiameter på 1,000, og at overflaten 210 har tjueni tenner og en tannkransdiameter på 0,90625, blir rc = 0,09229 og ro = 0,08438. Involventen til tannen kan bli trukket opp på typisk måte, og tannprofilen bestemt fra denne.

Ved nå å henvise tilbake til figur 1F, blir akselpartiet 220 til det drevne tannhjulet 216 roterbart anbragt i delen 68, og i den viste utførelsesformen anbragt i en øvre ende av dekslet 110. Et lager 226 er anbragt mellom akselpartiet 220 og kapslen 110 for å tillate rotasjon av akselpartiet 220. Akselpartiet 220 er konsentrisk med den første diameteren 152 til inngangsakselen 94, og deler således den samme langsgående midtre aksen 158.

Som vist i figur 4-4, har en nedre ende 230 av et drevet tannhjul 216 et flertall ører 232 som strekker seg derifra. Ørene 232 er tilpasset å passe til et flertall ører 234 som er forbundet med, og som strekker seg fra den øvre enden av utgangsakselen 114. Utgangsakselen 114 er således roterbart forbundet med, og er roterbar ved hjelp av det drevne tannhjulet 216.

I den viste utførelsesformen er spylehodet 25 festet til den nedre enden av utgangsakselen 114. Spylehodet 25 definerer et midtre hull 236 i seg, som er i forbindelse med strømningspassasjen 148 til utgangsakselen 114. Et flertall spyleåpninger 238 er definert av spylehodet 225, og i forbindelse med det midtre hullet 236. Antallet spyleåpninger 138, og posisjonen til spyleåpningene 238 kan bli variert etter ønske. Det midtre hullet 236 blir kommunisert med strømningspassasjen 148 til utgangsakselen 114 gjennom en langsgående åpning 235 definert i spylehodene 25.

For å benytte rotasjonsanordningen 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, blir anordningen senket ned i et brønnhull på en produksjonsrørstreng eller annen rørstreng inntil den er nær et punkt der det er ønskelig å starte spylingen. Spylingen kan bli utført for å fjerne rusk og rask, og om ønskelig kan bare horisontale åpninger benyttes dersom det er ønskelig å kutte foringsrøret eller andre rør i et borehull. Et fluid, slik som vann, men ikke begrenset til dette, eller en slaminneholdende sand eller annet materiale, blir pumpet under trykk gjennom produksjonsrør strengen og inn i anordningen 10. Fluidet blir tvunget til å strømme gjennom motorkammeret 42, som bevirker rotasjon av rotoren 30 innenfor statoren 36. Rotasjon av rotoren 30 fører til rotasjon av U-skjøt sammenstillingen 66, som roterer inngangsakselen 94 gjennom den tannriflede akselen 90. Rotasjonen av inngangsakselen 94 fører til en redusert rotasjonshastighet for det drevne tannhjulet 216, og derfor også utgangsakselen 114.

Reduksjonen av rotasjonshastigheten kan bli beskrevet som følger. Når inngangsakselen 94 roterer om den langsgående midtre aksen 158 til den første ytre diameteren 152, roterer den eksentriske delen 161 av inngangsakselen 94 eksentrisk om aksen 158. Den eksentriske rotasjonen av den eksentriske delen 161 i inngangstannhjulet 204 fører til at inngangstannhjulet 204 roterer eksentrisk i den indre tannoverflaten 200. Den andre tannhjulsoverflaten 210, som er i tannhjulsinngrep med den indre tannoverflaten 222 til følgetannhjulet 216 vil rotere eksentrisk i den indre tannhjuleoverflaten 222. Rotasjonsretningen til inngangsakselen 94 i en medurs retning vil få de første og andre ytre tannhjulsoverflatene 208 og 210 til å rotere eksentrisk moturs. Likeledes vil rotasjon av inngangsakselen 94 i en moturs retning få inngangstannhjulet 204 til å rotere medurs.

Ved å anta medurs rotasjon av inngangsakselen 94, vil motursrotasjon av inngangstannhjulet 204 i det drevne tannhjulet 216 få det drevne tannhjulet 216 til å rotere siden det drevne tannhjulet 216 er roterbart anbragt i delen 68. Rotasjon av det drevne tannhjulet 216 vil bevirke rotasjon av utgangsakselen 114 gjennom øreforbindelsen mellom det drevne tannhjulet 216 og utgangsakselen 114, og rotasjon av utgangsakselen 114 vil bevirke rotasjon av spyleseksjonen 25.

Rotasjonsretningen kan være som ønskelig. Hastighetsreduksjonen kan bli bestemt med den følgende ligningen:

I ligningen er r reduksjon, No er antall tenner på utgangssiden av inngangstannhjulet 204, som er tannhjulsoverflaten 210, Ni er antallet tenner på inngangssiden til inngangstannhjulet, som er tannhjulsoverflaten 208, og n er differansen i antall tenner mellom den indre tannoverflaten 200 på delen og den ytre tannhjulsoverflaten 208. Som et eksempel vil det på nytt bli antatt at den indre tannoverflaten 200 på delen 68 har 41 tenner, og en tannkransdiameter på 1,28125. Den ytre tannoverflaten til inngangstannhjulet 204 er antatt å ha 38 tenner, og derfor en tannkransdiameter på 1,1875.

Den indre tannoverflaten 222 til det drevne tannhjulet 216 kan således ha en tannkransdiameter på 1,00 og 32 tenner. Differansen mellom antallet tenner på den andre ytre tannoverflaten 210 og den indre tannoverflaten 222 til det drevne tannhjulet 216 må være den samme som differansen mellom antallet tenner på den indre tannoverflaten 200 på legemet 68 og den første ytre tannoverflaten 208 på inngangstannhjulet 204. Den andre ytre tannoverflaten 210 må således ha 29 tenner og en tannkransdiameter på 0,90625. Hastighetsreduksjonenfra inngangsakselen til utgangsakselen er:

Med en motorrotasjon på 1000 rpm, vil utgangsakselen rotere med 22,2 rpm. Hvis det er ønskelig å ha en mindre reduksjon, kan antallet tenner på den andre ytre tannoverflaten 210 bli redusert til et antall mindre enn 32 tenner for å øke differansen mellom antallet tenner på den første ytre tannoverflaten 208 og den andre ytre tannoverflaten 210. Som det fremgår fra ligningen, kan reduksjonen bli øket enkelt ved å redusere differansen mellom antallet tenner på overflatene 208 og 210. Hvis den andre ytre tannoverflaten 210 har flere tenner enn den første ytre tannoverflaten 208, slik at tannkransdiameteren til tannoverflaten 210 er større enn tannkransdiameteren til tannoverflaten 208, vil utgangsakselen 114 rotere motsatt av rotasjonsretningen til inngangsakselen 94, og kan ha høye eller lave reduksjoner etter ønske.

Fluid benyttet for å drive akselen 94 passerer fra pumpen gjennom radielle åpninger 108 inn i langsgående strømningspassasjer 106 og 148 i inngangs- og utgangsakslene 94 og 114, respektivt. Fluidet passerer så inn i spyleseksjonen 25 og gjennom spyleåpningene 238 for å fjerne rusk og rask, kutte produksjonsrør eller å utføre eventuelle andre operasjoner nede i brønnhullet. Det fremgår således at anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ultrahøy hastighetsreduksjon, ved bruk av en tannhjulsreduksjonsinnretning, og således tilveiebringe en brønnhullsanordning som generelt kan redusere utgangshastigheten i forhold til inngangshastigheten, og også kan tilveiebringe utgangsrotasjon i den samme eller motsatte retningen som inngangsrotasjon.

Selv om oppfinnelsen her beskrives med henvisning til en progressiv hulromspumpe og et spylehode, kan en hvilken som helst type motor bli benyttet for å skape rotasjon, og et hvilket som helst ønsket type hode eller verktøy kan bli festet til utgangsakselen 114 og rotert på denne for å utføre ønskede operasjoner nede i brønnhullet, slik som spyling, kutting, fisking eller andre ønskelige operasjoner.

Claims (17)

1. Rotasjonsanordning til bruk ved utføring av operasjoner nede i et brønnhull, karakterisert ved at anordningen innbefatter: en drivmotor innbefattende et motorhus med et roterbart element anbragt i dette for å tilveiebringe rotasjon; en del forbundet med motorhuset; en hastighetsreduserer anbragt i delen og forbundet med det roterbare motorelementet, der en utgangshastighet for hastighetsredusereren er mindre enn utgangshastigheten for motoren, hvilken hastighetsreduserer innbefatter: en indre tannoverflate i nevnte del; et inngangstannhjul med første og andre tannoverflater, hvilken første tannoverflate er i inngrep med den indre tannoverflaten i delen, hvilken indre tannoverflate har en tannkransdiameter som er større enn tannkransdiameteren til den første tannoverflaten på inngangstannhjulet; en inngangsaksel forbundet med det roterbare motorelementet, hvilken inngangsaksel har et eksentrisk parti som griper i et hull definert i inngangstannhjulet slik at når inngangstannhjulet blir rotert, roterer inngangstannhjulet eksentrisk i den indre tannoverflaten; og et drevet tannhjul som er roterbart anbragt i delen, hvilket drevet tannhjul er i tanninngrep med den andre tannoverflaten på inngangstannhjulet, hvorved det drevne tannhjulet roterer om sin langsgående midtre akse i nevnte utgangshastighet når inngangsakselen blir rotert; en utgangsaksel som kan roteres av det drevne tannhjulet i nevnte utgangshastighet for hastighetsreduseringsseksjonen; og et brønnhullsverktøy forbundet med den roterbare utgangsakselen for å utføre operasjoner nede i brønnhullet.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at brønnhullsverktøyet innbefatter et spylehode festet til utgangsakselen for spyling av fluid derigjennom.

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at fluidet strømmer gjennom motorhuset, og at det roterbare elementet roterer som resultat av fluidstrømmen, idet hastighetsredusereren definerer en langsgående strømningspassasje derigjennom som står i forbindelse med motorhuset; at utgangsakselen har en langsgående strømningspassasje som står i forbindelse med den langsgående strømningspassasjen i hastighetsredusereren, slik at når fluid blir kommunisert til spylelegemet fra motoren gjennom hastighetsredusereren og utgangsakselen, definerer spyledelen en spyleåpning gjennom hvilket fluidet blir spylt.

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at delen har et øvre parti og et nedre parti, hvorved fluidet fra motoren blir kommunisert fra motoren og inn i det øvre partiet til delen, idet hastighetsredusereren har en radiell åpning derigjennom som forbinder den langsgående strømningspassasjen i hastighetsredusereren med det øvre partiet til delen, og hvorved det nedre partiet er fylt med et smørende fluid.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved at de øvre og nedre partiene har en tetting derimellom for å forhindre det smørende fluidet og fluidet i motoren fra å blandes.

6. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved at inngangstannhjulet til det drevne tannhjulet er anbragt i det nedre partiet av delen.

7. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første tannoverflaten på inngangstannhjulet har en tannkransdiameter som er større enn den andre tannoverflaten, og/eller flere tenner enn den andre ytre tannoverflaten.

8. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at tannkransdiameteren til det drevne tannhjulet er større enn tannkransdiameteren til den andre tannoverflaten, og/eller at det drevne tannhjulet roterer med en saktere hastighet i den samme retningen som inngangsakselen som resultat av rotasjon av inngangsakselen, eventuelt i en retning motsatt av rotasjonsretningen til inngangsakselen som resultat av rotasjon av inngangsakselen.

9. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at hastighetsreduseringsseksjonen og utgangsakselen har en strømningspassasje definert derigjennom for å kommunisere fluid til brønnhullsverktøyet.

10. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den indre tannoverflaten er definert av en indre overflate i delen.

11. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at et stasjonært drivtannhjul er fast anbragt i delen, hvilken indre tannoverflate blir definert av det stasjonære drivtannhjulet.

12. Rotasjonsanordning i henhold til krav 1, karakterisert ved å innbefatte: en drivmotor med en rotor anbragt deri, hvilken rotor er roterbar som resultat av strømning av et fluid gjennom motoren; en del forbundet med drivmotoren, hvilken del har en indre tannoverflate; en inngangsaksel forbundet med rotoren, hvilken inngangsaksel har en første diameter og en andre diameter, der den andre diameteren er eksentrisk fra den første diameteren; et massivt inngangstannhjul som avgrenser et hull derigjennom, og med første og andre ytre tannoverflater derpå, hvilket inngangstannhjul er anbragt i delen slik at den første ytre tannoverflaten er i tanninngrep med den indre tannoverflaten; et drevet tannhjul som er roterbart anbragt i delen, konsentrisk med den første diameteren til inngangsakselen, hvilken andre ytre tannoverflate er i tanninngrep med det drevne tannhjulet, hvilken andre diameter griper i inngangstannhjulshullet, slik at når inngangsakselen roterer, roterer inngangstannhjulet eksentrisk i den indre tannoverflaten og det drevne tannhjulet, og det drevne tannhjulet roterer konsentrisk med den første diameteren til inngangsakselen; en utgangsaksel roterbar med det drevne tannhjulet; og et spylehode forbundet med utgangsakselen, hvorved fluidet blir kommunisert med spylehodet gjennom en langsgående passasje definert av inngangsakselen og utgangsakselen, hvilket spylehode definerer en spyleåpning som nevnte fluid blir spylt gjennom.

13. Anordning i henhold til krav 12, karakterisert ved at den andre ytre tannoverflaten har en mindre tannkransdiameter enn den første ytre tannoverflaten.

14. Verktøy i henhold til krav 13, karakterisert ved at når inngangsakselen roterer i en første retning, roterer inngangstannhjulet i en motsatt retning, og det drevne tannhjulet roterer i den første retningen med en saktere hastighet enn inngangsakselen.

15. Verktøy i henhold til krav 13, karakterisert ved at når inngangsakselen roterer i en første retning, roterer utgangsakselen i en motsatt retning.

16. Anordning i henhold til krav 12, karakterisert ved at delen har et øvre parti og et nedre parti, der inngangsakselen definerer et innløp for å kommunisere fluidet fra motoren til den langsgående passasjen, hvilket innløp er posisjonert i det øvre partiet på delen, idet det nedre partiet på delen blir fylt med et smørende fluid, der anordningen videre innbefatter en tetting anbragt om inngangsakselen under innløpet for tettende å kontakte delen og inngangsakselen slik at fluider i de øvre og nedre partiene blir isolert.

17. Anordning i henhold til krav 12, karakterisert ved at utgangsakselen strekker seg gjennom en nedre ende av delen og tettende kontakter delen for å forhindre fluid eller annet rusk og rask i brønnhullet fra å komme inn i delen gjennom den nedre enden av denne.