NO322981B1 - Anordning og fremgangsmate for toveis verktoytransport i bronn ved hjelp av tosidig gripekam - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt fremgangsmåter til transport av loggeverktøy for brønner med stort avvik eller horisontale brønner. Mer bestemt vedrører oppfinnelsen nedihullstraktorverktøy (tractor tool) som kan brukes til å transportere andre loggeverktøy i en brønn.

Oppfinnelsen er en innretning som selektivt griper eller frigjør brannveggen. Den kan også posisjonere traktorverktøyet i brønnboringens senter.

Så snart en brønn er boret, er det vanlig å logge visse seksjoner av den med elektriske instrumenter. Disse instrumentene benevnes enkelte ganger "kabel-" instrumenter, ettersom de kommuniserer med loggeenheten ved brønnens overflate gjennom en elektrisk ledning eller kabel som de er utplassert med. I vertikale brønner blir instrumentene ofte simpelten senket ned i brønnen på loggekabelen. I horisontale brønner eller brønner med store avvik, er gravitasjonen imidlertid ofte utilstrekkelig til å bevege instrumentene til de dybdene som skal logges.

I disse situasjonene er det nødvendig å bruke alternative transportmetoder. En slik metode er basert på bruken av nedihullstraktorverktøy som drives av kraft som tilføres gjennom loggekabelen og trekker eller skyver andre loggeverktøy langs brønnen.

Nedihullstraktorer bruker forskjellige anordninger for å generere den trekkraft som er nødvendig for å transportere loggeverktøy. Enkelte utforminger anvender motordrevne hjul som presses mot brannveggen av hydrauliske eller mekanisme aktuatorer. Andre bruker hydraulisk aktuere leddmekanismer for å forankre en del av verktøyet mot brannveggen, og bruker deretter lineære aktuatorer for å bevege resten av verktøyet i forhold til den forankrede delen. Et fel-lestrekk ved alle de ovennevnte systemer er at de bruker "aktive" gripeinnretninger for å frembringe de radiale krefter som skyver hjulene eller leddmekanismene mot brannveggen. Uttrykket "aktivt" betyr at innretningene som frembringer de radiale kreftene bruker energi til sin operasjon. Tilgjengeligheten av energi nede i hullet er begrenset av nødvendigheten for å kommunisere gjennom en lang loggekabel. Siden en del av energien brukes til å aktuere gripeinnretningen, har traktorer som anvender aktive gripeinnretninger en tilbøyelighet til å ha mindre energi tilgjengelige for å bevege verktøystrengen langs brønnen. En aktiv gripeinnretning vil således sannsynligvis redusere traktorverktøyets samlede effektivitet. Aktive gripeinnretninger har en annen ulempe. Dette er innretningens relative kompleksitet, og derfor dens lavere pålitelighet. En mer effektiv og pålitelig gripeinnretning kan konstrueres ved bruk av en passiv gripeinnretning som ikke krever energi for å frembringe de høye radiale kreftene. I en slik utforming oppnås gripeseksjonen ved hjelp av sett av bueformede kammer som dreier på en felles akse som er lokalisert i verktøyets senter. Dette gripesystemet gjør det mulig for traktorverktøyet å oppnå en overlegen effektivitet. Grunnet fysiske betingelser som er forbundet ved deres operasjon, muliggjør imidlertid kammene kun trekking i en retning (nedover i hullet). En annen begrensning ved dette systemet er det relativt smale område av størrelser av brønnboringer hvor disse kammene kan opereres. I tillegg kan ikke kammene sentrere verktøyet i seg selv. Dette krever bruk av dedikerte sentreringsenheter, hvilket øker traktorverktøyets lengde.

Nedihullstraktorverktøy som bruker forskjellige fremgangsmåter for deres operasjon for å transportere loggeverktøy langs en brønn har tidligere blitt beskrevet og er kommersielt tilgjengelige.

US patent nr 6.179.055 beskriver en transportanordning til transport av minst et loggeverktøy gjennom en formasjon i grunnen som er gjennomskåret av et horisontalt borehull eller et borehull med stort avvik. Transportanordningen omfatter et par bueformede kammer som er dreibart montert på et støtteelement, et fjærelement for å presse den bueformede overflate av hver kam inn i kontakt med borehullets vegg, og aktuatorer som er operativt forbundet til hver kam. Et logge-verktøy er festet til transportanordningen. Når én av aktuatorene aktiveres i en første retning, blir kammen som er forbundet til den aktiverte aktuatoren lineært forflyttet forover, og den bueformede overflate av kammen glir langs borehullets vegg. Når én av aktuatorene aktiveres i en annen retning, trekker den aktiverte aktuatoren den tilknyttede kammen bakover og fjærelementet presser derved den bueformede overflate av kammen til låsing mot borehullets vegg. Så snart kammen er låst, driver videre bevegelse av aktuatoren både transportanordningen og loggeverktøyet forover langs det horisontale borehullet eller borehullet med stort avvik.

US patent nr 6.089.323 beskriver et traktorsystem som i visse utførelser inkluderer et legeme som er forbundet til en gjenstand, første setteanordninger på legemet for selektiv og utløsbar forankring av systemet i en boring, første bevegelsesanordninger som har en topp og en bunn, idet de første bevegelsesanordninger er anordnet på legemet for bevegelse av legemet og gjenstanden, og de første bevegelsesanordninger har et første arbeidsslag, og traktorsystemet for bevegelse av gjenstanden gjennom boringen har en hastighet på minst 3,05 meter pr. minutt.

US patent nr 6.082.461 beskriver et traktorsystem for bevegelse av en gjenstand gjennom en brønnboring med en sentral spindel som er forbundet med gjenstanden, første setteanordninger rundt den sentrale spindel for selektiv og løsbar forankring av systemet i en brønnboring, idet den sentrale spindel har en topp, og en bunn, og en første arbeidsgjenge, idet den første setteanordning har en første drevet pinne for inngripe med den første arbeidsgjenge for å drive den første setteanordning til å sette den første setteanordning mot en innvendig vegg i boringen. I et aspekt har traktorsystemet for bevegelse av gjenstanden gjennom boringen en hastighet på minst 3,05 meter pr. minutt. I et aspekt har traktorsystemet andre setteanordninger på den sentrale spindel for selektiv og løsbar forankring av systemet i boringen, idet de andre setteanordninger er adskilt fra de første setteanordninger, og den sentrale spindel har en annen arbeidsgjenge og en annen tilbaketrekkingsgjenge, idet den annen tilbaketrekkingsgjenge er i kommunikasjon med den annen arbeidsgjenge, og den annen setteanordning har en annen drevet pinne for inngrep med den annen arbeidsgjenge for å drive den annen setteanordning til å sette den annen setteanordning mot boringens innvendige vegg.

US patent nr. 5.954.131 beskriver en transportanordning for transport av

minst ett loggeverktøy gjennom en formasjon i grunnen som er gjennomskåret av et horisontalt borehull eller et borehull med stort avvik. Transportanordningen omfatter et par bueformede kammer som er dreibart montert på et støtteelement, anordninger for å presse den bueformede overflate av hver kam inn i kontakt med borehullets vegg, og aktuatorer som er operativt forbundet til hver kam. Et logge-verktøy er festet til transportanordningen. Når én av aktuatorene aktiveres i en

første retning, blir kammen som er forbundet til den aktiverte aktuator lineært forflyttet forover og den bueformede overflate av kammen glir langs borehullets vegg. Når en av aktuatorene aktiveres i en annen retning, trekker den aktiverte aktuator den tilknyttede kam bakover og pressanordningen presser derved den bueformede overflate av kammen til låsing mot borehullets vegg. Så snart kammen er låst,

driver videre bevegelse av aktuatoren både transportanordningen og loggeverk-tøyet forover langs det horisontale borehull eller borehullet med stort avvik.

US patent nr 5.184.676 beskriver en selvdrevet anordning som får tilført energi, for bevegelse langs et rørformet element som inkluderer motordrevne hjul for fremdrift av anordningen, en pressanordning for å presse de drevne hjulene inn i kontakt med den innvendige overflate av det rørformede element, og en tilba-ketrekkingsanordning for å trekke de drevne hjulene tilbake fra den drivende posisjon, slik at anordningen kan trekkes tilbake fra det rørformede element. Tilbake-trekkingsanordningen inkluderer også anordninger for automatisk tilbaketrekking av de drevne hjulene fra den drivende posisjon når energitilførselen til anordningen stenges av.

US 4,325,438 vedrører et brønnverktøy med radiell utvidbare armer som kan låses mot en innvendig borestrengsvegg. Publikasjonen viser en bærer som inneholder en oppkveilet elektrisk ledning og som er tilpasset for å bli plassert i borestrengen. Bæreren er utstyrt med gripekammer for inngrep med den innvendige veggen av borestrengen for å hindre nedoverrettet bevegelse av bæreren inne i borestrengen ettersom den oppkveilede elektriske ledningen trekkes ut av bæreren, og tillater at bæreren trekkes oppover.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for verktøytransport i rør. Anordningen kan selektivt fastholdes til og frigjøres fra innvendig rørvegg. Anordningen omfatter minst en første arm dreibart tilknyttet et verktøylegeme, en utvidelses- og låseinnretning, og minst én tosidig gripekam i stand til å gripe den innvendige veggen av kanalen i både nedhulls og opphulls retning. Kammen er roterbart tilknyttet den minst ene første armen, og utvidelses- og låseinnretningen er tilpasset å for selektivt, radielt strekke den minst ene armen fra verktøyhuset for å bringe den minst ene tosidige gripekammen i kontakt med den innvendige veggen av kanalen og for selektivt å låse den minst ene armen i den utvidete posisjonen.

Videre beskrives en fremgangsmåte for transport av et verktøylegeme gjennom et rør. Fremgangsmåten omfatter bevegelse av en tosidig gripekam som er i stand til å gripe den innvendige veggen av kanalen i både opphulls og nedhulls retning i kontakt med veggen, sideveis låsing av en posisjon for kammen og bevegelse av verktøylegemet aksielt i forhold til kammen i en første retning.

En utførelse av oppfinnelsen omfatter en leddmekanismeanordning for selektiv griping og frigjøring av de innvendige veggene i et rør, hvilken anordning omfatter en første arm; en to-veis gripekam som er roterbart festet til armen, og en utvidelses- og låseinnretning som er tilpasset for selektiv radial utvidelse .av armen fra et verktøyhus til en innvendig vegg av røret og er tilpasset til selektiv låsing av armen i en utvidet posisjon.

En annen utførelse av oppfinnelsen omfatter en anordning til selektiv griping og frigjøring av den innvendige vegg i et rør, hvilken anordning omfatter: en fterhet av leddmekanismer, hvor hver leddmekanisme omfatter en første arm som har en første ende og en annen ende; en annen arm som har en første ende og en annen ende, hvor den annen ende av den første arm er dreibart festet til den annen ende av den annen arm, og en toveis gripekam som er roterbart festet til minst én av den annen ende av den første arm, og den annen ende av den annen arm; et gripelegeme, idet den første ende av den første arm er dreibart festet til gripelegemet; et nav, tilpasset til å gli i forhold til gripelegemet, idet den første ende av den annen arm er dreibart festet til navet; og en utvidelses- og låseinnretning som er tilpasset til selektiv radial utvidelse av leddmekanismene fra gripelegemet og tilpasset til selektiv låsing av leddmekanismene i en utvidet posisjon.

En annen utførelse av oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte til transport av et verktøylegeme gjennom et rør, omfattende: bevegelse av en toveis gripekam inn i kontakt med en innvendig vegg av et rør; sideveis låsing av en posisjon for kammen; og bevegelse av verktøylegemet aksialt i forhold til kammen i en første retning.

Fordeler ved oppfinnelsen inkluderer én eller flere av de følgende:

En innretning som funksjonerer som en sentreringsenhet for et verktøy;

En innretning som selektivt griper eller frigjør de innvendige vegger av et sirkulært rør, så som en brønn eller en rørledning;

En innretning med et utvidet operasjonsområde for størrelser av brønnbo-ringer;

En innretning som har tosidige kammer som kan gripe i retning både nedover og oppover i hullet;

En innretning som tilveiebringer overlegen effektivitet og pålitelighet;

En innretning som har et passivt gripesystem.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil bli klatt av den følgende beskrivelse og de vedheftede krav.

Kort beskrivelse av tegningene:

Fig. 1 viser et tverrsnitt av den samlede arkitektur for et nedihulls traktortransportsystem.

Fig. 2 er et tredimensjonalt perspektivriss av oppfinnelsen.

Fig. 3 er et forstørret perspektivriss av én av leddmekanismene ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 er et utspilt riss av elementene i leddmekanismen vist på fig. 3.

Fig. 5A og 5C er sideriss av den tosidige kamgeometri, fig. 5B er et perspektivriss av det samme.

Fig. 6A, 6B og 6C er sideriss som viser kammens gripevirkning.

Fig. 7A til 7H er sideriss som viser prosessen med reversering av kammen. Fig. 8A, 8B og 8C viser langsgående tverrsnitt av en hydraulisk utførelse av oppfinnelsen. Fig. 9A og 9B viser langsgående tverrsnitt av en hydraulisk utførelse av oppfinnelsen i forskjellige operasjonstilstander. Fig.1 OA er riss et riss ovenfra av oppfinnelsen i sin fullstendig åpne tilstand. Fig. 10B viser et snittriss av en hydraulisk utførelse av oppfinnelsen i en fullt lukket tilstand, lagt langs snittlinjen A-A på fig. 9A. Fig. 11A til 11E viser langsgående tverrsnitt av en hydraulisk utførelse av oppfinnelsen som skjematisk viser de viktigste operasjonelle prosesser. Fig. 12A, 12B og 12C viser forstørrede tverrsnitt av en elektromekanisk ut-førelse av oppfinnelsen som skjematisk viser de viktigste operasjonelle prosesser.

Den foreliggende oppfinnelse foreslår et forbedret passivt gripesystem. Den kan brukes til å sentralisere et loggeverktøy eller et annet brønnverktøy, til å tillate toveis bevegelse, og/eller ha et mye bredere operasjonsområde for størrelser av brønnboringer enn systemer ifølge kjent teknikk. Oppfinnelsen er en kombinasjon av gripekammer og en sentreringsenhet med låsbar geometri. Den kan brukes til å utføre to hovedfunksjoner. Den første er at den virker som en sentreringsenhet for et verktøy. Den andre er å selektivt gripe eller frigjøre de innvendige vegger at et rør så som en brønn eller en rørledning. I en utførelse kan oppfinnelsens brukes som en del av et nedihullstraktortransportsystem. Dens viktigste elementer kan inkludere et gripelegeme, tosidige kammer, kamfjærer, sentreringsarmer, hjul, nav, en innretning for åpning/lukking av sentreringsenheten, og/eller en låseinnretning. Armene og navet kan være kombinert til leddmekanismer som kan utvides eller trekkes sammen radialt når navet glir i forhold til gripelegemet i aksial retning. Disse leddmekanismene tilveiebringer utvidet operasjonsområde, sentreringsvirk-ning, og når navet er låst på plass, støtte for kammene når de griper. Innretningen for åpning/lukking av sentreringsenheten kan selektivt presse leddmekanismene mot brønnveggene eller lukke armene tilbake, inn i gripelegemet. Kammene er montert ytterst på leddmekanismene som kommer i kontakt med brannveggen. Kammene kan brukes til å tilveiebringe gripevirkningen. Siden kammene er tosidige kan de brukes til å gripe i retning både nedover og oppover i hullet. Kamfjærer kan være tilveiebrakt til å holde kammene i kontakt med rørveggen. Hjulene reduserer friksjonen mellom armene og rørveggen når innretningen ikke griper. Låse-innretningens funksjon er å selektivt låse eller låse opp navet og dermed sentreringsenhetens geometri. Alle disse elementene kan monteres på gripelegemet.

Oppfinnelsen kan kombineres med en lineær aktuator, skinner, en kompensator og en elektronikkblokk, slik at det dannes en traktorverktøysonde. Gripelegemet kan gli frem og tilbake på skinnene i sonden. Én av lineæraktuatorens funksjon kan være å føre gripelegemet frem og tilbake i forhold til resten av sonden. Kompensatoren tilveiebringer trykkompensasjon av innvendige volumer og det fluid som er nødvendig for operasjon av gripeinnretningen. Eléktronikkblokken kan drive og styre den elektriske motoren for den lineære aktuator og låseinnretningen. To eller flere sonder kan brukes i et komplett traktorverktøy for å muliggjø-re kontinuerlig bevegelse av traktoren. I tillegg kan traktorverktøyet inneholde en elektronikkpatron (electronics cartridge) og et loggehode som forbinder verktøyet til loggekabelen. Det kan også inneholde ytterligere hjelpeinnretninger. Traktor-verktøyet kan være festet til andre loggeverktøy som det kan føre langs brønnen.

I en utførelse kan oppfinnelsen, som videre benevnes en gripeinnretning, være en del av et nedihulls traktortransportsystem. En mulig utførelse av traktorsystemet i en verktøystreng er skjematisk vist på fig. 1. Verktøystrengen vist på figuren omfatter et loggehode 4 som forbinder verktøystrengen til loggekabelen 2, hjelpeutstyr 6, en elektronikkpatron 8, to mekaniske traktorsonder 10, og flere log-geverktøy 12. Elektronikkpatronen 8 og de to mekaniske sondene 10 omfatter nedihullstraktortransportsystemet. Elektronikkpatronen 8 er ansvarlig for kommunikasjon med overflateutstyr og andre verktøy i verktøystrengen, tilførsel av kraft til loggeverktøyene, og styring av de mekaniske sondene 10.1 en annen utførelse er elementene i traktorsystemet ikke forbundet til hverandre, og det kan være logge-verktøy 12 mellom dem, som vist på fig. 1

I en annen utførelse kan gripeinnretningen, som er angitt med henvisningstall 20 være en del av en mekanisk sonde 10. Andre elementer i den mekaniske sonde kan inkludere en elektronikkseksjon 14, en lineæraktuator-seksjon 16, en skinneseksjon 18, en kompensatorseksjon 22 og et nedre hode 24. Gripeinnretningen 20 glir frem og tilbake inne i skinneseksjonen 18 og er forbundet til lineær aktuator-seksjonen 16 og kompensatorseksjonen 22 via skyvestenger 26 og 28. Gripeinnretningen 20 og lineæraktuator-seksjonen 16, skinneseksjonen 18 og kompensatorseksjonen 22 er oljefylte, mens elektronikkseksjonen 14 og det nedre hode 24 typisk er luftfylt. Skillevegger 30 og 48 skiller de olje- og luftfylte seksjoner i verktøyet og tilveiebringer elektrisk kommunikasjon mellom disse seksjonene. Rollen til den lineære aktuator 16 er å føre gripeinnretningen 20 frem og tilbake langs skinnene 18.1 denne utførelse er hovedelementene i lineær aktuatoren 16 en motor 32, en girboks 34, en kuleskrue 36, og en kulemutter 38. Kulemutteren 38 er festet til skyvestangen 26. Motoren 32 er primærkilden for mekanisk energi i verktøyet. Motorens kraft- og kontrollkretser kan være lokalisert i elektronikkseksjonen 14. Kuleskruen 36 og kulemutteren 38 omformer rotasjonsbevegelsen til utgangsakselen fra girboksen 34 til lineær bevegelse. Når motoren 32 roterer frem og tilbake, beveger kulemutteren 38 seg frem og tilbake langs kuleskruen 36. Denne frem- og tilbakegående bevegelse overføres til gripeinnretningen 20 via skyvestangen 26. Skyvestangen 26 inneholder også et spennstempel 42, som virker som en kilde for høyt trykk ved aktivering av gripeinnretningen 20. En sky-vestang 28 på kompensatorsiden er hovedsakelig ansvarlig for elektrisk og hydraulisk kommunikasjon mellom gripeinnretningen 20 og resten av verktøyet. Dette er skjematisk vist med ledningen 44. Bemerk at gripeinnretningen 20 utsettes for brønnborefluid. Skyvestengene 26 og 28 må gjentatte ganger forlate de oljefylte seksjoner av verktøyet, gå inn i brønnborefluidene og deretter på ny gå inn i verk-tøyet. Dynamiske tetninger 40 og 46 forhindrer enhver inntrengning av brønnflui-der inn i verktøyet. Funksjonen til kompensatoren 22 er å tilveiebringe trykkompensasjon, og hydraulisk fluid som er nødvendig for operasjon av gripeinnretningen 20. Kompensatoren 22 er av stempeltypen, med hovedelementer som er et stempel 50, en fjær 52 og dynamiske tetninger 54. Med unntak av for gripeinnretningen 20, har alle andre elementer i den mekaniske sonde tidligere blitt beskrevet og er kommersielt tilgjengelig i utførelser som ligner de som er vist på fig. 1. Disse innretningene er her omtalt fordi deres tilstedeværelse er nyttig ved forklaring av oppfinnelsens bruk.

Oppfinnelsen omfatter generelt et gripelegeme, tosidige kammer, hjul, pressende fjærer, sentrerings-leddmekanismer, et nav, en innretning for åpning/lukking av sentreringsinnretningen, og en låseinnretning. Et tredimensjonalt riss av en mulig utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 2, hvor gripelegemet er angitt med henvisningstall 60. Tre sett leddmekanismer 62 er festet til gripelegemet 60 og til navet 64, hvilket kan gli i forhold til gripelegemet 60. Gripelegemet 60 er festet til andre deler av verktøyet (ikke vist) med skyvestenger 26 og 28. Et for-størret riss av én av leddmekanismene 62 er vist på fig. 3. Leddmekanismene 62 består av en første arm 66, en annen arm 67, og pinner 68, som fester den første arm 66 og den annen arm 67 til gripelegemet 60 og til navet 64. Kammene 70 og hjulene 72 er montert på en felles aksel 74, som også forbinder de to armene 66. Et mulig arrangement av elementene som er lokalisert ytterst på leddmekanismen 62 er vist på fig. 4. Hjulene 72 kan rotere fritt på akselen 74. Kammene 70 kan også rotere på akselen 74, men er orientert i en utoven/endende retning ved hjelp av pressfjærer (ikke vist på figuren), som er lokalisert i spor 76 som er utskåret i armene 66. Hjulene 72 og kammene 70 er adskilt med avstandsstykker 78, som forhindrer direkte friksjonsvirkning mellom hjulene 72 og kammene 70. Akselen 74 holdes på plass av en holdering 79.

Formen til kammene 70 er et viktig trekk ved oppfinnelsen. Formen brukes til å tilveiebringe både gripevirkning og toveis funksjon. En toveis gripekam er vist på fig. 5A, 5B og 5C. Fig. 5A er et riss forfra, mens fig. 5B viser et tredimensjonalt riss av kammen. Kammens geometri er karakterisert ved en konstant kontaktvinkel, angitt med bokstaven a på fig. 5A og 5C. Kontaktvinkelen er definert som vinkelen mellom en linje som forbinder senteret i kammens omdreiningspunkt med kontaktpunktet mellom kammens overflate og et tangentplan, og normalen til dette planet som passerer gjennom kamakselen. Fordelen med denne kammen er at kontaktvinkelen ikke endres med lokaliseringen av kontaktpunktet på kammens overflate, hvilket sikrer ensartet gripekraft. Selv om den konstante vinkelen er geometrien for den utførelse som er vist på fig. 4, kan andre geometrier så som eksentriske hjul (vist på fig. 5C) eller kammer med variabel kontaktvinkel også konstrueres til å tilveiebringe tilsvarende funksjonalitet.

Kombinasjonen av den tosidige kam 70 med hjulene 72 er et viktig trekk ved oppfinnelsen. Dens forskjellige måter til gjensidig påvirkning med brannveggen bestemmer de viktigste funksjoner ved oppfinnelsen, inkludert dens evne til å virke som en sentreringsenhet, dens evne til å gripe brannveggen, og dens evne til å snu retning. Den gjensidige påvirkning mellom kammen 70 og hjulene 72 og brannveggen er forklart på fig. 6A, 6B og 6C. Fig. 6B viser en statisk kontakt mellom kam/hjul-systemet og brannveggen 150. Kontakten beskrives som statisk fordi det ikke er noen aksialkrefter (parallelle med brønnens senterlinje) som påføres på akselen 74. En radial sentreringskraft Fs 152 påføres på akselen 74 av en sentreringsinnretning, som ikke er vist på figuren, og som vil bli omtalt i detalj senere. I tillegg påføres en mye mindre kraft Fs 154 på kamflaten, hvilket er resul-tanten av virkningen til to kamfjærer (ikke vist på figuren). Kamfjærenes funksjon er å holde kammen 70 i konstant kontakt med brannveggen 150. Sentreringskraften Fc gir opphav til en reaksjonskraft Fn 156 i kontaktpunktet mellom hjulet 72 og veggen 150. Kammen 70 har også kontakt med veggen 150, men i et annet kon-taktpunkt. Som forklart på fig. 5A, er dette kontaktpunktet alltid i en vinkel a fra normalretningen. Kraften ved punktet hvor kammen 70 har kontakt med veggen er angitt med FRS 158. Bemerk at denne kraften er mye mindre enn Fc 152, fordi kraften Fs som utøves av kamfjæren er mye svakere enn kraften Fc som utøves av sentreringsinnretningen. I denne situasjonen bærer således hjulet 72 hovedde-len av den radiale belastning.

Se nå på akselen 74, hvor det er påført en aksial kraft Fr 160 som peker mot høyre. Denne situasjonen er vist på fig. 6C. Den aksiale kraft gir hele systemet en tendens til å bevege seg til høyre og gir opphav til friksjonskrefter i kontaktpunktene både på hjulet 72 og kammen 70. Under påvirkning av aksialkraften Fr 160, starter hjulet 72 å rulle på brannveggen 150, som angitt med pilen 164. Siden rullekontakt er kjennetegnet ved meget små friksjonskoeffisienter, er frik-sjonsmotstanden på grunn av gjensidig påvirkning mellom hjulet og brannveggen neglisjerbar. Av denne årsak er den ikke vist på fig. 7C. Det andre kontaktpunktet er mellom kammen 70 og brønnveggen 150. Det er kjennetegnet ved glidefriksjon, og følgelig en mye større friksjonskoeffisient. Denne kontakten frembringer imidlertid heller ikke mye friksjonsmotstand. Grunnen er at friksjonskraften Ffr 162 har en tilbøyelighet til å rotere kammen i medursretning og dermed ut av kontakt med brønnveggen 150. Fjærkraften Fs 154 og friksjonskraften Ffr 162 virker således mot hverandre, hvilket resulterer i minimal friksjonsmotstand. En annen årsak til den lille størrelsen av FFr er at radialkraften Fs som genererer den er ganske liten. I sum genererer bevegelsen av kam/hjul-systemet til høyre meget liten friksjonsvirkning mellom den ytterste del av leddmekanismen 62 (fig. 4) og brønnveggen 150. Dette resulterer i praktisk talt fri rulling av gripeinnretningen i forhold til brønnveggen 150 når den skyves til høyre. Bemerk også at under denne rullebe-vegelsen befinner akselen 74 seg i hovedsakelig konstant avstand fra brønnveg-gen.

Påføring av en aksial kraft Fp 166 i motsatt retning (som peker til venstre) er vist på fig. 6A. Når bevegelsesretningen forandres, skjer det samme med frik-sjonskreftene ved alle kontaktpunktene. Friksjonskraften, som på fig. 6C var til-bøyelig til å rotere kammen 70 i medurs retning, og således bort fra veggen 150, presser nå kammen til å rotere i moturs retning, som vist med pilen 172. Geometrien til kammen 70 (se fig. 5) er slik at når den roterer på sin aksel, så vil dens kontaktradius (definert som avstanden mellom kontaktpunktet og kamakselens akse) enten øke eller minke. I dette tilfelle øker den. Når kammen 70 roterer blir den derfor kilt mot brønnveggen 150 av friksjonskraften Ffp 176 ved kontaktpunktet. Dens kontaktradius blir også større enn radien til hjulene 72, og hjulene 72 kommer ut av kontakt med brønnveggen. Bemerk at denne virkningen også fordrer at akselen 74 beveger seg bort fra brønnveggen, som vist med-endringen i avstand angitt med Ah 170. Denne endringen i avstand innebærer vanligvis en økning i størrelsen av den radiale kraft. På fig. 6A er dette vist ved at kraften FL er lagt til den eksisterende sentrerende kraften Fc 168. Etter at hjulene er løftet bort fra veggens overflate, bæres hele den radiale last av kammen 70. Dette fører i sin tur til høyere normalkontaktkrefter, og følgelig høyere friksjon. Høyere friksjonskrefter kiler kammen hardere mot veggen, hvilket fører til enda høyere friksjonskrefter, o.s.v. Dette er en selvaktuerende prosess, hvilket kan resultere i en ekst-remt høy radial kontaktkraft. Dette er særlig tilfelle hvis akselen 74 forhindres i å bevege seg bort fra brønnveggen av en mekanisk låseinnretning (ikke vist). I det sistnevnte tilfelle stopper rullingen av kammen 70 i forhold til brønnveggen, og en eneste mulighet for relativ bevegelse mellom kammen og brønnveggen er ved glidefriksjon. En moderat friksjonskoeffisient ved kontaktpunktet mellom kammen 70 og brønnveggen 150 kombinert med den meget store kraft Fn 174 kan generere høy nok friksjonskraft Ffp 176 til å forhindre enhver relativ glidning mellom kammen 70 og brønnveggen 150.1 denne situasjon griper gripeinnretningen (20 på fig. 1) brønnveggen og blir forankret på plass.

Fig. 7A til 7H viser reverseringen av kammen 70, hvilket tillater endring i trekkretningen. Kamreverseringsprosessen ligner prosessen med å gripe forings-røret, hvilket ble forklart med henvisning til fig. 6A. I dette tilfelle blir den vertikale forflytning av akselen 74 imidlertid ikke hindret. I den posisjon av kam/hjul-systemet som er vist på fig. 7A kan systemet bevege seg fritt til venstre og gripe hvis det presses til høyre. I sitt innledende trinn, følger kamreverseringsprosessen de hendelser som er forklart på fig. 6A. En aksial kraft Fr 160 påføres på kamakselen 74. En reaksjonsfriksjonskraft uFrs 162 blir da generert på grunn av kammens tilbøyelighet til å gli i forhold til brønnveggen 150. Kreftene Fr og uFrs roterer kammen 70 i retningen vist med pilen 164. Rotasjonen av kammen 70 i medursretning har en tilbøyelighet til å øke kammens kontaktradius, hvilket skyver akselen 74 oppover. Siden hjulenes radius er mindre enn kontaktradien til kammen 70, kommer hjulene 72 ut av kontakt med brønnveggen. Disse hendelser er vist på fig. 7B, hvor aksialkraften på akselen 74 er angitt med Fp 166. Dette viser den økning i aksialkraft som er nødvendig for å skyve aksel 74 oppover og for å rulle kammen mot øking av dens kontaktradius. Det neste trinn i rotasjon av kammen er vist på fig. 7C. Denne figuren er et speilbilde av fig. 6A. Som forklart med henvisning til fig. 6A, vil rotasjonen av kammen 70 stoppe og kammen vil gripe foringsrøret hvis akselen 74 er låst på plass radialt. I kontrast til dette forblir akselen 74 på fig. 7C ulåst, og rotasjonen av kammen 70 fortsetter. Denne prosessen

fører til den situasjonen som er vist på fig. 7D. I denne posisjonen har kammen 70 kontakt ved sin største kontaktradius og er ved vendepunktet for å vippe over. Fig. 7E viser øyeblikket rett etter at kammen har vippet forbi sin største radius. Merk at aksialkraften har falt betydelig i verdi og igjen er angitt med FR 160. Fra dette

punkt bidrar alle kreftene Fc, FN og Fr til at rotasjonen av kammen fortsetter, hvilket av denne årsak fortsetter meget raskt. Etterfølgende posisjoner av kammen er vist på fig. 7F og 7G. Til slutt kommer kammen til den posisjon som er vist på fig. 7H, hvilket er nøyaktig den samme som det som er vist på fig. 6C. Fra dette punkt beveger kam/hjul-sammenstillingen seg med svært liten motstand i forhold til brønnveggen 150, som forklart med henvisning til fig. 6C. Dette fullfører reverseringen av kammen 70. Bemerk at kam/hjulsystemet nå beveger seg fritt til høyre og griper når det gjøres et forsøk på å bevege det til venstre så lenge den radiale posisjon av akselen 74 er låst eller fast. Dette er nøyaktig det motsatte av deri posisjon som er vist på fig. 7A. Reverseringen av kammen 70 har således den virkning at det endrer trekkretningen.

I tillegg til de elementer som er forklart ovenfor, inkluderer gripeinnretningen (20 på fig. 1) også en innretning for åpning/stenging av sentreringsenheten og en låseinnretning. Det er et antall mulige utførelser av disse innretninger, inkludert men ikke begrenset til et fullstendig hydraulisk system, et elektromekanisk system, og kombinasjoner av disse systemene. Utførelsen med et fullstendig hydraulisk system for innretningen for åpning/lukking av sentreringsenheten og låseinnretningen har vist i detalj på fig. 8-11. Utførelsen med et elektromekanisk system er skjematisk vist på fig. 12.

Det øvre parti av den hydrauliske utførelse av gripeinnretningen er vist på fig. 8A. Fig. 8B er fortsettelse av fig. 8A, og fig. 8C er en fortsettelse av fig. 8B. Gripelegemet 60 er forbundet til andre deler av traktorverktøyet (ikke vist på fig. 8) via skyvestenger 26 på oversiden og 28 på undersiden. Som tidligere forklart brukes skyvestengene til å føre gripeinnretningen frem og tilbake i skinneseksjonen (18 på fig. 1) og for å tilveiebringe elektrisk og hydraulisk kommunikasjon.

Utførelsen av gripeinnretningen vist på fig. 8 kan deles opp i flere hoved-seksjoner avhengig av deres funksjon. Fra topp til bunn er disse hovedseksjonene drivstangfeste 80, hydraulikkblokk 90 for åpning/lukking, høytrykksakkumulator 100, leddmekanismeseksjon 110, gripeaktuator 120, hydraulikkblokk 130 for låsing, og kompensatorstangfeste 140. Disse elementene er omtalt i nærmere detalj nedenfor.

Kreftene som er involvert i å føre gripeinnretningen frem og tilbake langs skinnene er lik den trekkraft traktorverktøyet frembringer, og disse kreftene kan være betydelige. Innfestingen av skyvestengene 26 og 28 til gripelegemet 60 bør derfor vies spesiell oppmerksomhet. Drivseksjonfestet består av en splittklemme 83 og en endekappe 82, som er festet til gripelegemet 60 med skurer 84. Passasjen 81 i skyvestangen 26 brukes til fluidkommunikasjon mellom gripeinnretningen og et spennstempel (ikke vist i fig. 8), hvilket vil bli forklart senere. Statiske tetninger 85 brukes til å tette av utvendige brønnfluider fra de innvendige volumer i verktøyet. Oppfinnelsen inkluderer også flere identiske påfyllingsporter 86, som brukes til initial fylling av verktøyet med olje, for trykkmålinger, og inspeksjon.

Hydraulikkblokken 90 for åpning/lukking inkluderer et hydraulisk blokklege-me 96, en mangnetventil 92, tilbakeslagsventiler 98 og en kontaktsammenstiling 94. Den sistnevnte brukes til å tilføre elektrisk kraft til magnetventilen 92, som selektivt kan åpnes eller stenges av kontrollkretser som befinner seg i elektronikkblokken (14 på fig. 1). Funksjonen til tilbakeslagsventilene 98 er å rette fluid-strømmen inn i det riktige kammeret i gripeinnretningen. En mer detaljert beskrivelse av rollen til de forskjellige hydrauliske komponenter vil bli gitt senere med henvisning til fig. 11.

Den tredje hovedseksjon vist på fig. 8 er høytrykksakkumulatoren 100. Den er lokalisert inne i kammeret 108 i gripelegemet 60. Hovedelementene i høy-trykksakkumulatoren er et flytende stempel 103 og en fjær 106. Dynamiske høy-trykkstetninger 102 montert på stemplet 103 separerer høytrykksområdet 101 over stemplet fra lavtrykksområdet 105 ved bunnen. I tillegg er en trykkavlastningsventil 104 montert inne i stemplet 103. Rollen til ventilen 104 er å sette maksimaltrykket for høytrykksakkumulatoren 100.

Den neste seksjon i gripeinnretningen er leddmekanismeseksjonen 110.1

den viste utførelse rommer denne seksjonen tre identiske leddmekanismer 62 (tidligere beskrevet på fig. 3-6) så vel som sentreringsnavet 64.1 andre utførelser kan leddmekanismeseksjonen 110 ha 2, 4, 5 eller 6 leddmekanismer. Navet 64 er forbundet til stempelstangen 118 med en skrue 116, hvilket sikrer at bevegelsen til stempelstangen 118 overføres til navet 64. Andre elementer i denne seksjonen er hjelpehjulene 112 som dreier om nav 114. Disse hjulene 112 brukes til å hjelpe til ved åpning av armene i brønnboringer med liten diameter. Særtrekk ved gripelegemet 60 i denne seksjonen inkluderer spesielle utskjæringer 115 og spor 117 som tilveiebringer plass for leddmekanismene når gripeinnretningen er fullstendig

lukket. Lukkingen av leddmekanismene 62 inn i gripelegemet 60 kan bedre forstås ved å se på fig. 9, som vil bli omtalt senere. Fig. 8 viser også innvendige passasjer 107, som brukes til hydraulisk kommunikasjon, så vel som for føring av elektriske ledninger. De hydrauliske forbindelser vil bli omtalt i nærmere detalj med fig. 11.

Funksjonen til gripeaktuatoren 120 er å presse navet 64 til å gli i forhold tii gripelegemet 60, hvilket åpner eller lukker leddmekanismene 62 inn i gripelegemet 60. En annen funksjon til aktuatoren 120 er å virke tilbake mot de store aksialkrefter som kan frembringes av kammene 70 og deretter overføres gjennom leddmekanismene 62 og navet 64 til aktuatorstangen 118. Aktuatoren 120 ligner en en-keltvirkende hydraulisk sylinder. Den består av et stempel 125 som er festet til aktuatorstangen 118. Stemplet 125 glir inne i boringen 128 i gripelegemet 60. Stemplet 125 deler sylinderkammeret 128 i et lavtrykksområde 124 over stemplet 125 og et høytrykksområde 127 nedenfor stemplet 125. Dynamiske høytrykkstet-ninger 126 forhindrer fluidkommunikasjon mellom lavtrykksområdet 124 og høy-trykksområdet 127.1 tillegg tetter dynamiske tetninger 122 som er montert i en tetningsinnsats 121 rundt overflaten av aktuatorstangen 118 og hindrer at utven-dig fluid kommer inn i sylinderkammeret 128. Når trykket i området 127 overstiger trykket i området 124, skyves stemplet 125 oppover. Denne bevegelsen overføres gjennom aktuatorstangen 118 til navet 64, som i sin tur driver leddmekanismene 62 ut av gripelegemet 60. Når trykket på begge sider av stemplet 125 er det samme, skyver fjæren 123 stemplet 125 nedover, hvilket resulterer i åt leddmekanismene 62 lukkes inn i gripelegemet 60.

Trykket i aktuatoren 120 styres av hydraulikkblokken 130 for låsing. Dens funksjon er å åpne eller stenge portene som forbinder kammeret 128 til resten av gripeinnretningen. Når disse portene er stengt, er fluidvolumet inne i aktuatoren 120 innestengt. Siden dette fluidet praktisk talt er inkompressibelt (i en utførelse, olje), er virkningen av innestengingen av fluidet at navet 64 låses på plass, og dermed låses geometrien til leddmekanismene 62. Tilsvarende til hydraulikkblokken 90, som ble omtalt ovenfor, består hydraulikkblokken 130 for låsing av et legeme 132, en magnetventil 134 og en kontaktsammenstilling 136 som fremskaffer elektrisk kraft til magnetventilen. Kontaktsammenstillingen er forbundet til andre elektriske kontakter 141 med ledningen 138, som går langs et hull 139 i gripelegemet 60.

Den siste hovedseksjon i gripeinnretningen er skyvestangfestet 140 på kompensatorsiden, hvilket forbinder skyvestangen 28 til gripelegemet 60! Dette festet ligner meget på drivstangfestet 80. Det består av en klemme 143 og en endekappe 144 som er skrudd til gripelegemet 60 med skruer 145. Festet 140 har også statiske tetninger 142 som isolerer de innvendige volumer i gripeinnretningen mot utvendige fluider. Skyvestangfestet 140 på kompensatorsiden sørger også for oljekommunikasjon med traktorverktøyets lavtrykkskompensator (24 på fig. 1) gjennom en innvendig kanal 148. Hovedforskjellen mellom stangfestene 80 og 140 er tilstedeværelsen av elektriske kontakter 142 i festet 140. Disse kontaktene brukes til å tilføre energi til magnetventilene 92 og 134. Disse kontaktene er også forbundet med elektronikkblokken (14 på fig. 1) ved hjelp av ledninger 146 som går i kanalen 148.

På fig. 8, er leddmekanismene 62 vist i en fullstendig åpen posisjon. Dette korresponderer til den øverste posisjon av navet 64 og stemplet 125. Som nevnt tidligere er én av fordelene fordelene med en gripeinnretning ifølge de forskjellige utførelser av oppfinnelsen dens evne til å dekke et stort område av størrelser av brønnboringer. For å oppnå dette kan leddmekanismene 62 foldes fullstendig inn i gripelegemet 60. Leddmekanismene 62 kan også anta enhver mellomliggende posisjon mellom deres helt åpne og helt lukkede tilstander. Dette er vist på fig. 9A og 9B. Fig. 9A viser de samme elementer av gripeinnretningen som ble beskrevet med henvisning til fig. 7B, med leddmekanismene 62 i fullstendig lukket posisjon. Fig. 9B viser på den annen side leddmekanismene 62 i en mellomposisjon. Merk at på fig. 9A er armene 66 fullstendig trukket tilbake inn i gripelegemets utskjæringer 115. Selv kammene 70 er trukket tilbake nedenfor omrisset av gripelegemet 60. Mer også at navet 64 er i kontakt med tetningsinnsatsen 121, og at aktuatorstangen 118 er fullstendig inne i sylinderkammeret 128. På fig. 9B er aktuatorstangen ført oppover i den avstand som er angitt med "SLAG" på fig.9B. Navet 643 har beveget seg den samme avstand. Dette har presset leddmekanismene 62 til å bevege seg ut av utskjæringene 115 i gripelegemet 60, og til å utvides utover i radial retning. Videre oppoverrettet bevegelse av aktuatorstangen 118 vil bevirke at leddmekanismene 62 strekker seg enda lengere utover. Denne prosessen med utoverrettet utvidelse kan fortsette inntil stangen 118 har gått sitt slag helt ut eller fjæren 123 klemt helt sammen.

I tverrsnittsrisset av griperen forfra, vist på fig. 9A, er det vanskelig å oppfat-te hvor mye radial utvidelse som kan oppnås med gripeinnretningen. Dette er kla-rere vist på fig. 10. Fig. 10A viser et riss ovenfra av gripeinnretningen i sin fullstendig åpne tilstand. Fig. 10B viser på den annen side et tverrsnitt gjennom mid-ten av gripeinnretningen (angitt med 10B-10B på fig. 9A) når den er fullstendig lukket. Fig. 10A viser at gripeinnretningens radiale dimensjoner kan nå flere ganger omrisset av gripelegemet 60. Fig. 10A viser også et annet riss av elementene i leddmekanismen 62 som ble forklart med henvisning til fig. 3 og 4. Merk også at gripelegemet 60 har form av tre fremspring. Denne formen er nødvendig fordi gripeinnretningen skal gli inne i skinneseksjonen (18 på fig. 1 j. Rommet 149 mellom fremspringene og sirkelen 147 som er definert av gripelegemets omriss er opptatt av skinnene, som gripeinnretningen glir på. Fig. 10B viser også hvordan kammene 70, hjulene 72, akslene 74 og de andre elementene som er lokalisert ytterst på leddmekanismene 62 passer inn i gripelegemet 60. Merk at når leddmekanismene er fullstendig lukket møtes kammene 70 ved senterlinjen i gripelegemet 60. Tverr-snittet på fig. 10B viser også tre av de oije- og ledningskommu-nikasjonspassasjene 107 som er maskineri inn i gripelegemet 60.

Prinsippet for operasjon av den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 8-10 er forklart på fig. 11A til 11C. Denne figuren viseren forenklet representasjon av utførelsen av oppfinnelsen. Forenklingen er gjort av hensyn til klarheten ved forklaring av operasjonsprinsippet. Fig. 11 viser kun én av leddmekanismene 62, fordi alle leddmekanismene opereres på en hovedsakelig identisk måte. Tilsvarende er kun én av skinnene i skinneseksjonen 18 vist. Fig. 11A til 11C viser også de hydrauliske kommunikasjoner mellom forskjellige seksjoner av gripeinnretningen. De numeriske notasjoner som brukes på fig. 11A til 11C er de samme som på de figurer som har blitt forklart tidligere.

Fig. 11A viser oppfinnelsen i sin initiale tilstand hvor den ikke er tilført energi. I denne tilstanden er leddmekanismen 62 fullstendig lukket inn i gripelegmet 60. Denne tilstanden korresponderer til tverrsnittsrisset av gripeinnretningen vist på fig. 10B. Hvis traktorverktøyet er lokalisert i en horisontal seksjon av en brønn, og hvis gripeinnretningen er lukket, ligger traktorverktøylegemet på bunnen av brønnboringen. Merk at på fig. 11A er begge magnetventilene 92 og 134 ikke aktivert og åpne. Magnetventilen 134 tillater hydraulisk kommunikasjon mellom kammeret 101 i høytrykksakkumulatoren (100 på fig. 8B) og kammeret 128 i gripeaktuatoren (120 på fig. 8B).Den andre magnetventilen 92 og tilbakeslagsventilene 95, 97, 98 og 99 tillater kommunikasjon mellom kammeret 101, kammeret 180 for spennstemplet, og gjennom skyvestangen 28, verktøyets kompensasjonsseksjon (22 på fig. 1). Alle de innvendige volumer i gripeinnretningen har således samme trykk, hvilket er likt det trykket som er generert av traktorverktøyets kompensator (22 på fig. 1). I denne situasjonen holdes stemplet 102 i sin øverste posisjon av fjæren 106, og stemplet 125 er skjøvet ned av fjæren 123. Navet 64 befinner seg også helt nederst, og aktuatorstangen 118 er fullstendig tilbaketrukket inn i gripelegemet 60. Gjennom stemplet 125, aktuatorstangen 118 og navet. 64, utøver fjæren 123 en lukkende kraft på leddmekanismene 62 og holder dem tilbaketrukket inne i gripelegemet 60. Leddmekanismene 62 strekker seg således ikke utenfor omrisset av gripelegemet 60, hvilket svarer til den situasjon som er vist på fig., 9A.

Fig. 11B viser en funksjon til gripeinnretningen, hvilket er å sentrere traktor-verktøyet i brønnboringen. Denne sentreringen oppnås ved å skyve leddmekanismen 62 ut av gripelegemet i radial retning inntil de løfter verktøyet bort fra brønnveggen og posisjonerer det ved senter i boringen. Denne prosessen begynner ved å aktivisere magnetventilen 92, hvilket er angitt med pilen 186. Deretter trekkes gripeinnretningen (20 på fig. 1) opp av lineæraktuatorseksjonen (16 på fig.

1). Spennstemplet 42 beveger seg først sammen med gripeinnretningen og holdes i sin øverste posisjon av spennfjæren 182. Når gripeinnretningen beveger seg oppover kommer spennstemplet 42 i kontakt med enden av kuleskruen 36, hvilket forhindrer videre oppoverrettet bevegelse av stemplet 42. Siden bevegelsen til gripeinnretningen 60 fortsetter, minker volumet av kammeret 180 i skyvestangen 26. Trykket i fluidet som er innestengt i dette kammeret øker, hvilket er angitt med

pilen 192. Fluidet som brukes i gripeinnretningen er hovedsakelig inkompressibelt (i en utførelse olje), og det presser seg derfor sin vei ut av kammeret. Siden magnetventilen 92 er stengt, er den eneste mulige vei for fluidet å unnslippe gjennom tilbakeslagsventilen 97, inn i kammeret 101. Fra kammeret 101 går høytrykksflui-det inn i passasjen 123, og gjennom magnetventilen 134, til kammeret 128. Det høye trykket i kammeret 101 skyver stemplet 102 ned, hvilket komprimerer fjæren 106. Samtidig skyver trykket i kammeret 128 stemplet 125 opp. Trykket som ut-

øves på stemplet 125 danner aksialkraften 190 som på figuren er angitt med FA. Den sistnevnte overføres gjennom leddmekanismene 62, hvilket danner den radiale sentreringskraft 152, som på fig. 6A, 6B, 6C, 7A til 7H, 11A, 11B og 11C er angitt med Fc. Når trykket i kammeret 180 øker blir sentreringskraften Fc høy nok til overvinne vekten av verktøyet og den løfter verktøyet bort fra brønnveggen. På grunn av den radiale symmetri til leddmekanismene 62 (se fig. 2) og på grunn av den kjensgjerning at de alle er festet til det samme navet 64, beveger verktøyle-gemet seg mot senter i brønnboringen. Når verktøyet er posisjonert ved senter i brønnboringen, stopper pumpingen av fluid gjennom stangen 26.1 denne tilstand er gripeinnretningen 20 klar til å utføre sin funksjon som sentreringsenhet for et verktøy. Merk at selv om gripeinnretningen 20 utøver radiale krefter som sentrerer verktøyet, er leddmekanismens geometri ikke låst. Dette er vist på fig. 11C. Når verktøyet trekkes gjennom en restriksjon av kraften Fr 160, må leddmekanismene 62 trekke seg sammen radialt. Dette krever at navet 64, aktuatorstangen 118 og stemplet 125 beveger seg nedover. Dette reduserer volumet i kammeret 128 og fluidet må strømme ut av dette. Dette er mulig fordi magnetventilen 134 fremdeles er åpen. Det ekstra fluidet går gjennom passasjen 129 til kammeret 101, og skyver stemplet 102 ned. Sentreringsenhetens fleksibilitet og oppfinnelsens evne til å justere til endringer i størrelsen av brønnboringen sikres således av høytrykksak-kumulatoren (100 på fig. 8). Den prosessen som nettopp er beskrevet reverseres hvis gripeinnretningen beveges fra en mindre til en større brønnboring. I dette tilfelle strømmer fluid fra høytrykksakkumulatoren (kammeret 101) til gripeaktuator-kammeret 128. Under alle disse omstendighetene fortsetter gripeinnretningen å utøve radiale sentrerende krefter på brønnveggen.

Gripeinnretningens (20) gripefunksjon er vist på fig. 11D. I dette tilfelle ut-øver drivstangen en trekkraft FP 166 i retning oppover, hvilket er motsatt av retningen Fr 160 på fig. 11C. Magnetventilen 134 er nå aktivisert og stengt, hvilket er angitt med pilen 194. Ved å stenge magnetventilen 134, er den eneste passasje ut av kammer 128 blokkert, og fluidet inne i kammeret 128 blir innestengt. På grunn av kraften FP 166 har gripeinnretningen 20 en tilbøyelighet til å bevege seg oppover. Dette skaper en friksjonskraft ved grenseflaten mellom kammen 70 og brønnveggen 150, hvilket er tilbøyelig til å rotere kammen 70 på en slik måte at avstanden mellom veggen 150 og akselen 74 øker. Denne prosessen er den sammen som den som er beskrevet på fig. 6A. Akselens 74 tilbøyelighet til å bevege seg til høyre fordrer at navet 64 beveger seg ned. Bevegelsen av navet 64 og følgelig stemplet 125 nedover er imidlertid forhindret av det fluidet som ér innestengt i kammeret 128. Dette gjør geometrien til leddmekanismen 62 stiv, og forhindrer enhver videre bevegelse av akselen 74. Som forklart på fig. 6A er dette de tilstander som bevirker at kammen 70 griper brønnveggen 150 og blir forankret på plass. Siden kammene 70, og derfor gripeinnretningen 20, ikke kan bevege seg i forhold til brønnveggen, trekkes hele verktøyet i forhold til den forankrede gripeinnretningen av kraften FP 166. Den forankrede gripeinnretning 20 og trekkingen av hele verktøyet i forhold til gripeinnretningen 20 er de hendelser som er karakte-ristiske for verktøyets arbeidsslag.

Til slutt beskriver fig. 11E lukkingen av leddmekanismene 62 tilbake inn i gripelegemet 60 når energien til magnetventilene 92 og 134 stenges av. I dette tilfelle åpnes begge magnetventilene, og fluid kan strømme fritt gjennom dem. Fjæren 123 skyver stemplet 125 ned, hvilket resulterer i at leddmekanismene 62 lukkes inn i gripelegemet 60. Fluidet fra kammeret 128 strømmer gjennom magnetventilen 134 og deretter gjennom passasjen 129 til kammeret 101. På fig. 11C kunne fluidet ikke unnslippe fra kammeret 101, fordi magnetventilen 92 var lukket. Nå er magnetventilen 92 åpen, og fluid fra kammeret 101 skyves gjennom den av fjæren 106. Fluidet går deretter gjennom tilbakeslagsventilene 98 og 99 til spenn-stempelkammeret 180, og gjennom passasjen 107 og stangen 128 til kompensatoren (22 på fig. 1). Ved slutten av denne prosessen returnerer griperen tilbake til den posisjon som er vist på fig. 11 A.

Som tidligere angitt er den hydrauliske utførelse som er vist på fig. 8-11 kun én mulig konstruksjon av sentrerings- og låseinnretningene. En annen utførelse bruker elektromekaniske innretninger, som skjematisk vist på fig. 12A til 12C. Ett av hovedelementene i de elektromekaniske sentrerings- og låseinnretninger er kuleskruen 200, som er understøttet av lågere 202 og 218 i gripelegemet 60. Kuleskruen 200 er drevet av en elektrisk motor 222. En første kulemutter 210 og en annen kulemutter 214 beveger seg på kuleskruen 200. Den første kulemutter 210 beveger sammen med navet 64. Den første kulemutter 210 kan rotere i forhold til navet på lågere 208. Den annen kulemutter 214 er festet til bæreren 216, hvilket forhindrer rotasjon, men tillater aksial forflytning i forhold til gripelegemet 60. Andre viktige elementer er elektromekaniske bremser 206 og 220 og fjærer 204 og 212. Bremsen 206 låser selektivt kulemutteren 210 i forhold til navet 64. Bremsen 220 låser kuleskruen 200 i forhold til gripelegemet 60. Fjæren 204 er den lukkende fjær, og dens virkning tilsvarer fjæren 123 på fig. 8. Fjæren 212 tilveiebringer den fleksibilitet som er nødvendig for sentreringsfunksjonen ved oppfinnelsen, og funksjonelt tilsvarer den fjæren 106 på fig. 8 .

Fig. 12A viser gripeinnretningen 20 i den tilstand hvor den ikke er tilført energi. Gripelegemet 60 er i kontakt med brønnveggen 150. Både navet€4 og kulemutteren 214 er skjøvet hele veien ned av fjærene 204 og 212. Fig. 12A er funksjonelt den samme som fig. 11A. Fig. 12B viser sentreringsvirkningen til gripeinnretningen 20. Sentreringsvirkningen begynner med å tilføre energi til motoren 222, hvilket dreier kuleskruen 200. Kulemutteren 214 tvinges til å bevege seg oppover inntil den når den posisjon som er angitt med "ÅPNINGSSLAG" 224 på fig. 12. Ved dette punkt skrues motoren 222 av og bremsen 220 aktiveres. Bremsen 220 forhindrer kuleskruen 200 i å rotere, og holder derfor kulemutteren 214 i en fast posisjon. Denne virkningen tilsvarer virkningen av spennstemplet på fig. 11B. Tilsvarende utfører bremsen 220 den samme funksjon som magnetventilen 94 på fig. 11B. Fig. 12B og 12C viser oppfinnelsens evne til å tilpasse seg til endringer i brønnboringens diameter. Dette er mulig gjennom virkningen til fjæren 212, som enten skyver navet 64 opp for å presse leddmekanismene 64 videre ut eller opptar det ekstra slaget når gripeinnretningen går gjennom restriksjoner. På fig. 12 er dette vist med forskjellen i forflytning AS, angitt med henvisningstall 226 og 228.

Gripeinnretningens andre hovedfunksjon, evnen til å gripe brønnveggen, er tilveiebrakt av leddmekanismene 62 og ved evnen til å gripe for å låse posisjonen av navet 64 i forhold til gripelegemet 60; idet låsingen oppnås med bremsen 206. Når den er aktivert forhindrer bremsen 206 rotasjon av kulemutteren 210 i forhold til kuleskruen 200. Siden kuleskruen 200 ikke kan rotere på grunn av virkningen av bremsen 220, er det å hindre rotasjonen av kulemutteren 210 i forhold til kuleskruen 200 ekvivalent med å låse posisjonen av navet 64. Etter at geometrien er låst, er kammenes gripevirkning den samme som det som er beskrevet på fig. 6A, 6B, 6C.

Etter å ha forklart sentrerings- og låsefunksjonene til en gripeinnretning ifølge oppfinnelsen er det nå mulig å forklare hele verktøyets rekkevirkning, hvorav gripeinnretningen er en vesentlig del. Som forklart på fig. 11A og 12A, når traktor-verktøyet ikke er operasjonelt, er gripeinnretningens armer og kammer trukket tilbake inn i gripelegemet. Når verktøyet først får tilført kraft, aktiveres gripeinnretningens sentreringsfunksjon. Gripearmene strekker seg fra gripelegemet og posisjonerer verktøyet i senter av brønnen. Ved dette trinn har gripeinnretningen flek-sibiliteten til en konvensjonell sentreringsenhet med pressarmer. Leddmekanismene åpnes eller lukkes automatisk for å følge enhver variasjon i brønnboringens størrelse.

For å begynne å trekke, aktiveres lineær aktuatoren (16 på fig. 1). Den starter å føre gripebevegelsen frem og tilbake i forhold til sondelegemet. Hvis verktøy-et skal trekke i retning nedover i hullet, holdes den radiale posisjon av leddmekanismene 62 ulåst under det nedoverrettede slag av lineæraktuatoren og den låses under det oppoverrettede slag. Under det nedoverrettede slag orienterer kammene automatisk seg selv (se fig. 7) på en slik måte at de kan gli fritt nedover i hullet og gripe hvis det gjøres et forsøk på å bevege dem oppover i hullet. Under det nedoverrettede slag blir gripeinnretningen således lett skjøvet nedover i hullet av lineæraktuatoren. Under det oppoverrettede slag er den radiale posisjon av leddmekanismene 62 låst, og som forklart på fig. 11, danner leddmekanismene 62 et stivt legeme som holder kammenes aksler i faste radiale posisjoner. Forsøket på å bevege gripeinnretningen oppover i hullet skaper friksjonskrefter mellom kamfla-tene og brønnveggen. Disse kreftene er tilbøyelige til å rotere kammene på deres aksler. Siden akslenes posisjoner er fast, skaper kammenes tilbøyelighet til å rotere svært store radiale krefter på akslene. Disse kreftene motholdes passivt av sentrerings-leddmekanismene og av låseinnretningen. De høye radiale krefter skaper tilstrekkelig friksjonsvirkning mellom gripeinnretningen og brønnveggen til å forankre griperen på plass. Under det oppoverrettede slaget er således gripeinnretningen forankret til brønnveggen, og den lineære aktuator trekker resten av verktøyet i retning nedover i forhold til gripeinnretningen. Ved enden av det oppoverrettede slaget, er leddmekanismenes 62 radiale posisjon ulåst, og gripeinnretningen frigjør brønnveggen. Gripeinnretningen er fri til å kunne beveges videre nedover i hullet under det annet nedoverrettede slag. Sekvensen med låsing av den radiale posisjon til leddmekanismene 62 under det oppoverrettede slag og å låse den opp under det nedoverrettede slag gjentas, hvilket resulterer i en "målerlarve-lignende" nedoverrettet bevegelse av traktorverktøyet. Med de lineære aktuatorer i de to sonder i bevegelse i motsatte retninger, er det mulig å omforme målerlarve-bevegelsen til hver individuelle sonde til en kontinuerlig bevegelse for hele verktøyet.

For å reversere traktorens bevegelsesretning fra nedover i hullet til oppover

i hullet, er det i den hydrauliske utførelse kun nødvendig å endre låsesekvensen for gripeinnretningens magnetventiler. Hvis gripeinnretningen er ulåst under det oppoverrettede slaget og låst under det nedoverrettede slaget, vil hele verktøyet bevege seg oppover. Det skal bemerkes at under det første oppoverrettede slaget orienterer kammene seg automatisk på ny til å gripe i riktig retning, etter de hendelser som er vist på fig. 7A til 7H.

Trekkingen oppnås ved at traktoren har en "sperrehake-" virkning. Ved bevegelse i retning nedover i hullet, er det to "slag" som kombineres til å frembringe bevegelsen. I det nedoverrettede slaget er gripeinnretningen ulåst og beveger seg nedover i hullet, mens resten av innretningen er stasjonær. I det oppoverrettede slaget er gripeinnretningen låst og stasjonær i forhold til hullet, mens resten av innretningen trekkes nedover i hullet, idet gripeinnretningen virker som en forankring til hullets vegg. Ved bevegelse i retning oppover i hullet kombineres de samme to slag for å frembringe bevegelsen. I det nedoverrettede slaget er gripeinnretningen låst og forankret til hullets vegg, mens resten av innretningen beveger seg oppover i hullet. I det oppoverrettede slaget er gripeinnretningen ulåst og beveger seg oppover i hullet, mens resten av innretningen forblir stasjonær. I en første utførelse er det to gripeinnretninger som opererer samtidig i motsatte sykler, hvilket gjør det mulig at en gripeinnretning alltid er forankret til brønnen mens den andre gripeinnretningen beveger seg, hvilket gjør det mulig at innretningen får en bevegelse som ligner en kontinuerlig bevegelse. I en annen utførelse er det tilveiebrakt en gripeinnretning som beveger seg, og det er også tilveiebrakt en se-kundær stasjonær gripeinnretning. I denne utførelse aktiveres den stasjonære gripeinnretning til å holde innretningen stasjonær i forhold til hullets vegg når den bevegelige gripeinnretning frigjøres og beveges. Når den bevegelige gripeinnretning når toppen av sitt slag, forankres den bevegelige gripeinnretning til hullet og den stasjonære gripeinnretning frigjøres slik at innretningen kan trekkes opp eller ned i hullet mens gripeinnretningen forblir stasjonær. Dette tilveiebringer en "målerlarve-lignende" bevegelse.

Når trekkingen ikke lenger er nødvendig, kan leddmekanismene lukkes tilbake inn i gripelegemet ved hjelp av lukkeinnretningen.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelser, vil fagpersoner på området, med støtte i denne beskrivelse, forstå at andre utførelser kan tenkes ut, hvilket ikke avviker fra oppfinnelsens omfang, slik den her er beskrevet. Oppfinnelsens omfang skal således kun begrenses av de vedheftede krav.

Claims (25)

1. Anordning for verktøytransport i rør, hvor anordningen selektivt kan fastholdes til eller frigjøres fra innvendig rørvegg, hvor anordningen omfatter minst en første arm (66) dreibart tilknyttet et verktøylegeme (60), en utvidelses- og låseinnretning idet anordningen er karakterisert ved minst én tosidig gripekam i stand til å gripe den innvendige veggen (150) av kanalen i både nedhulls og opphulls retning, idet kammen er roterbart tilknyttet den minst ene første armen, og utvidelses- og låseinnretningen er tilpasset for selektivt radielt strekke den minst ene armen fra verktøyhuset for å bringe den minst ene tosidige gripekammen (70) i kontakt med den innvendige veggen (150) av kanalen og for selektivt å låse den minst ene armen i den utvidete posisjonen.

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende minst ett hjul (72) som er roterbart festet til den første armen (66), idet hjulet (72) befinner seg ved den minst ene gripekammen (70).

3. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en forspenningsinnretning som befinner seg ved den første armen (66) og den minst ene tosidige gripekammen (70), idet forspenningsinnretningen er tilpasset til å presse den minst ene kammen (70) sideveis mot rørets innvendige vegg (150).

4. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene kammen (70) har en konstant kontaktvinkel.

5. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende minst én andre arm ( 67) som har en første ende og en annen ende, og hvori den minst ene første armen (66) har en første og en annen ende, idet den annen ende av den minst ene første arm er dreibart festet til den annen ende av den minst ene annen arm.

6. Anordning ifølge krav 5, hvori den minst ene kammen (70) er roterbart tilknyttet den andre enden av den minst ene første armen (66) og den andre enden av den minst ene andre armen (67).

7. Anordning ifølge krav 6, hvori den første enden av den minst ene første armen (66) er dreibart tilknyttet et gripelegeme (60).

8. Anordning ifølge krav 7, hvori den første enden av den minst ene andre armen (67) er dreibart tilknyttet et nav (64) som er tilpasset for å sleide i forhold til gripelegemet (60).

9. Anordning ifølge krav 8, hvori utvidelses- og låseinnretningen er tilpasset til selektivt å la navet (64) gli for radial utvidelse av armene (66,67) fra gripelegemet (60) og selektivt låse navet slik at armene forblir låst i en utvidet posisjon.

10. Anordning ifølge krav 9, ytterligere omfattende minst ett hjul (72) som er roterbart festet til minst én av den annen ende av den minst ene første arm (66) og den annen ende av den minst ene annen arm (67), hvor hvert hjul (72) befinner seg ved én av gripekammene (70).

11. Anordning ifølge krav 10, ytterligere omfattende at en forspenningsinnretning som befinner seg ved den minst ene toveis gripekammen (70), idet forspenningsinnretningen er tilpasset for å presse kammen (70) sideveis bort fra gripelegemet (60).

12. Anordning ifølge krav 11, hvor utvidelses- og låsemekanismen omfatter en aktuatorstang (118) som har en første ende og en annen ende, og et stempel (125), hvor aktuatorstangens første ende er festet til navet (64), og den annen ende av aktuatorstangen er festet til stemplet, hvor stemplet er tilpasset til å bevege aktuatorstangen.

13. Anordning ifølge krav 12, videre omfattende en fjær (123) som har en første ende og en annen ende, hvor fjærens første ende er operativt forbundet til gripelegemet (60), og fjærens annen ende er operativt forbundet til stemplet (125), hvor fjæren er tilpasset til å utøve en kraft på stemplet (125), i en retning valgt til å' presse armene (66,67) radialt innover mot gripelegemet (60).

14. Anordning ifølge krav 13, videre omfattende et sylinderkammer (128), hvor sylinderkammeret innelukker stemplet (125) og fjæren (123).

15. Anordning ifølge krav 10, hvor utvidelses- og låseinnretningen er tilpasset til automatisk å presse armene (66, 67) til en lukket posisjon ved tap av elektrisk kraft.

16. Anordning ifølge krav 10, hvor utvidelses- og låseinnretningen omfatter eh kuleskrue (200)og en kulemutter (214) som er operativt forbundet til en motor (222).

17. Anordning ifølge krav 16, hvor utvidelses- og låseinnretningen omfatter en brems (220) som er operativt forbundet til kuleskruen (200).

18. Anordning ifølge krav 10, hvor utvidelses- og låseinnrethingén omfatter en kilde (100) for høytrykksfluid og minst ett stempel (102, 125).

19. Anordning ifølge krav 18, hvor utvidelses- og låseinnretningen er tilpasset til å låse ved selektiv stenging av hydraulisk kommunikasjon til sylinderkammere som innelukker hvert stempel.

20. Fremgangsmåte til transport av et verktøylegeme (60) gjennom et rør, k a r akterisert ved at fremgangsmåten omfatter: (a) bevegelse av en tosidig gripekam (70) i stand til å gripe den innvendige veggen (150) av kanalen i både opphulls og nedhulls retning inn i kontakt med veggen; (b) sideveis låsing av en posisjon for kammen; og (c) bevegelse av verktøylegemet (60) aksielt i forhold til kammen (70) i en første retning.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre omfattende: (d) utløsing av kammens (70) sideposisjon; (e) bevegelse av kammen (70) aksielt langs rørets innvendige vegg (150) for å snu en orientering av kammen; og (f) fornyet låsing av kammens (70) sideposisjon og bevegelse av verk-tøylegemet (60) i en annen retning.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre omfattende: (d) låsing av verktøylegemets (60) aksial posisjon; (e) utløsing av kammens (70) sideposisjon; og (f) bevegelse av kammen (70) aksielt i forhold til verktøylegemet (60) i den første retningen.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 21, hvor trinn (a) til (f) gjentas inntil verktøyle-gemet (60) har nådd en forhåndsbestemt lokalisering.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 19, videre omfattende: (d) bevegelse av en annen toveis gripekam aksialt i forhold til verktøyle-gemet (60) og den første kam i den første retning; (e) bevegelse av den annen tosidige gripekam inn i kontakt med rørets innvendige vegg (150); (f) sideveis låsing av en posisjon av den annen kam; (g) utløsing av sideposisjonen for den første kam; (h) bevegelse av den første kam aksialt i forhold til verktøylegemet (60) og den annen kam i den første retning; og (i) bevegelse av verktøylegemet (60) aksielt i forhold til den annen kam i en første retning.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 23, videre omfattende utløsing av sideposisjonen for den annen kam, og hvor trin (a) til (i) og utløsningen av sideposisjonen for den annen kam gjentas inntil verktøylegemet (60) har nådd en forhåndsbestemt lokalisering.