NO324184B1

NO324184B1 - Device for impact hammer for use in coil drilling

Info

Publication number: NO324184B1
Application number: NO20042727A
Authority: NO
Inventors: Frank Akselberg
Original assignee: Welldeco As
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2007-09-03
Also published as: NO20042727D0; WO2006006867A1; NO20042727L; US20090166026A1

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en slaghammer drevet av væsketrykk, spesielt av det slaget som fortrinnsvis benyttes i forbindelse med bore- eller vedlikeholdsoperasjoner som utføres i olje-eller gassbrønner". The present invention relates to a percussive hammer driven by liquid pressure, especially of the kind which is preferably used in connection with drilling or maintenance operations carried out in oil or gas wells".

Med dagens teknikk bores olje- og/eller gassbrønner i alt vesentlig med roterende borestreng og borekrone montert i bunnen av borestrengen. I noen tilfeller benyttes kontinuerlig borestreng (kveilrør) kveilet opp på rull. Kveilrøret kjøres ned og With today's technology, oil and/or gas wells are essentially drilled with a rotating drill string and drill bit mounted at the bottom of the drill string. In some cases, continuous drill string (coiled pipe) coiled up on a roll is used. The coil pipe is driven down and

trekkes opp fra borehullet med en injektor. I bunnen av kveilrøret sitter ofte en væskemotor som roterer borekronen ved hjelp av boreslam som pumpes ned gjennom kveilrøret. Signalkabel for retningskontroll og styring føres ofte ned gjennom senterhullet i kveilrøret. is drawn up from the borehole with an injector. At the bottom of the coiled pipe is often a fluid motor that rotates the drill bit with the help of drilling mud that is pumped down through the coiled pipe. Signal cable for direction control and steering is often led down through the center hole in the coil tube.

Kveilrør brukes også i forbindelse med vedlikehold av produksjonsbrønner som har Coiled pipe is also used in connection with the maintenance of production wells that have

vært i produksjon i lengre tid og som det er nødvendig å renske opp for å been in production for a long time and which it is necessary to clean up in order to

opprettholde produksjonen. maintain production.

I slike tilfeller er det ofte aktuelt å fjerne avleiringer som er avsatt i rørsystemer, For å kunne utføre denne type operasjoner har det vist seg hensiktsmessig å benytte hammerteknikker for å fjerne avleiringer. Hammer benyttes også i forbindelse med spesielle operasjoner som for eksempel setting av plugger, "fiskeoperasjoner" etc. In such cases, it is often relevant to remove deposits that have been deposited in pipe systems. In order to be able to carry out this type of operation, it has proven appropriate to use hammer techniques to remove deposits. Hammers are also used in connection with special operations such as setting plugs, "fishing operations" etc.

Hammeren plasseres i bunnen av kveilrøret og drives av væske som pumpes ned gjennom kveilrøret. The hammer is placed at the bottom of the coil tube and is powered by liquid that is pumped down through the coil tube.

Dagens hammerteknikker har vist seg lite effektive i forhold til funksjonskravene Today's hammer techniques have proven to be ineffective in relation to the functional requirements

for det arbeidet som ønskes utført. for the work that is desired to be carried out.

US-5 033 557 viser en tidligere kjent fluiddrevet slaghammer for bruk i en brønn. US-5 033 557 shows a previously known fluid-driven percussive hammer for use in a well.

Med den foreliggende oppfinnelse har en kommet frem til en hammerutførelse som gjør det mulig å oppnå større effektivitet og bedre pålitelighet gjennom en forenklet og mer robust konstruksjon. Oppfinnelsen representerer også en forenkling av produksjonen, slik at produktet blir billigere pg dermed kan anvendes i flere sammenhenger der økonomiske kriterier er avgjørende. With the present invention, a hammer design has been arrived at which makes it possible to achieve greater efficiency and better reliability through a simplified and more robust construction. The invention also represents a simplification of production, so that the product becomes cheaper and can therefore be used in several contexts where economic criteria are decisive.

I forhold til dagens teknikk representerer foreliggende oppfinnelse vesentlige forbedringer når det gjelder funksjonalitet, effektivitet, pålitelighet og økonomi. In relation to current technology, the present invention represents significant improvements in terms of functionality, efficiency, reliability and economy.

Hensiktene og fordelene ved oppfinnelsen er oppnådd ved en slaghammer som The objects and advantages of the invention are achieved by a hammer which

angitt i det etterfølgende, selvstendige krav 1. stated in the subsequent, independent claim 1.

Ytterligere fordelaktige trekk fremgår av de etterfølgende, uselvstendige krav. Further advantageous features appear from the subsequent, independent claims.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere ved beskrivelse av et foretrukket utførelseseksempel og med henvisning til vedlagte tegninger, hvor fig. 1 er et perspektivriss som viser en slaghammer i samsvar med oppfinnelsen, The invention will now be explained in more detail by describing a preferred embodiment and with reference to the attached drawings, where fig. 1 is a perspective view showing an impact hammer in accordance with the invention,

fig. 2 er et delvis gjennomskåret perspektivriss som viser et snitt gjennom hammerkonstruksjonen, og fig. 2 is a partially cutaway perspective view showing a section through the hammer construction, and

fig. 3 er.et ytterligere perspektivriss som. viser et detalj snitt av ventilsystemet i... • .'slaghammereri." ;V. fig. 3 is a further perspective drawing which. shows a detailed section of the valve system in... • .'impact hammering." ;V.

Identiske hehvishingstall ef benyttet for identiske elementer på tegningene. , ■ Identical lifting numbers ef used for identical elements in the drawings. , ■

Figur 1 er et perspektivriss som viser én slaghammer i samsvar med oppfinnelsen. Figure 1 is a perspective view showing one impact hammer in accordance with the invention.

Slaghammeren omfatter ved sin første ende et første endestykke 1 med en første adapter, som ér forsynt med gjenger for tilkobling til et kveilrør eller annet verktøy. Videre omfatter slaghammeren en ytre, sylindrisk mantel 5, 4, 3. Mantelen 5, 4, 3 er ' fortrinnsvis tredelt og omfatter et første, ytre sylindrisk mantelelement 5, forsynt méd et antall åpninger 6, som videre er forbundet tii et sylindrisk mellomstykke 4, som igjen er forbundet til et andre, ytre mantelelement 3. Det andre mantelelementet 3 er også forsynt med et antall åpninger 7. Det andre mantelelementet 3 ér videre forbundet til et andre endestykke 2. Det andre endestykket 2 omfatter eri andre adapter, som i likhet med den første adapteren 1 er forsynt med gjenger for tilkobling til et kveilrør eller annet verktøy. The impact hammer comprises at its first end a first end piece 1 with a first adapter, which is provided with threads for connection to a coiled pipe or other tool. Furthermore, the impact hammer comprises an outer, cylindrical mantle 5, 4, 3. The mantle 5, 4, 3 is preferably three-part and comprises a first, outer cylindrical mantle element 5, provided with a number of openings 6, which are further connected to a cylindrical intermediate piece 4 , which in turn is connected to a second, outer casing element 3. The second casing element 3 is also provided with a number of openings 7. The second casing element 3 is further connected to a second end piece 2. The second end piece 2 comprises a second adapter, as in like the first adapter 1 is provided with threads for connection to a coil pipe or other tool.

Figur 2 er et delvis gjennomskåret perspektivriss som viser et snitt gjennom hammerkonstruksjonen. For å anskueliggjøre den indre konstruksjon av slaghammeren, er i figur 2 det første 5 og det andre 3 sylindriske mantelelementet, samt mellomstykket 4, vist delvis gjennomskåret. Figure 2 is a partially cut-away perspective view showing a section through the hammer construction. In order to visualize the internal construction of the impact hammer, in figure 2 the first 5 and the second 3 cylindrical casing element, as well as the intermediate piece 4, are shown partially cut through.

Ytterligere detaljer ved slaghammerens indre konstruksjon, herunder ventilsystemet, Further details of the impact hammer's internal construction, including the valve system,

er vist i fig. 3. is shown in fig. 3.

Slaghammeren omfatter en indre hul, gjennomgående, sylindrisk, sentral strengdel The impact hammer comprises an inner hollow, continuous, cylindrical, central string part

8. 8.

Den sentrale strengdelén 8 er forbundet til et omsluttende ventilhode 9. Ventilhodet The central string part 8 is connected to an enclosing valve head 9. The valve head

9 er forsynt med en ventilflate 14. 9 is provided with a valve surface 14.

Den sentrale strengdelén 8 er videre tilfestet et omsluttende, sylindrisk lodd 12. Den . The central string part 8 is further attached to an enclosing, cylindrical plumb line 12. The .

sentrale strengdelén 8, ventilhodet 9 og loddet 12 er sammen innrettet til å kunne beveges aksialt, i en rettlinjet frem-og tilbakegående bevegelse. the central string part 8, the valve head 9 and the solder 12 are together arranged to be movable axially, in a rectilinear reciprocating movement.

Hammereffekten fremkommer ved at loddet 12, som er tilfestet den tilhørende, sentrale strengdel .8, settes i en aksial frem- og tilbakegående bevegelse, slik at loddet 12 slår mot ansatsen 15 på endestykket 2. The hammer effect occurs when the solder 12, which is attached to the associated, central string part .8, is set in an axial reciprocating movement, so that the solder 12 hits the abutment 15 on the end piece 2.

For å tilveiebringe den frem- og tilbakegående bevegelsen, benyttes væske under trykk, tilført fra den sentrale strengdelén 8. Væsken ledes gjennom åpningene 16 i den sentrale strengdelén 8 og videre gjennom åpninger 29 i en ytre, sylindrisk strengdel 17, som er konsentrisk opplagret på den indre sylindriske strengdelén 8. To provide the reciprocating movement, liquid under pressure is used, supplied from the central string part 8. The liquid is led through the openings 16 in the central string part 8 and further through openings 29 in an outer, cylindrical string part 17, which is concentrically stored on the inner cylindrical string part 8.

Den ytre strengdelén 17 er forsynt med en konisk ventilflate 30 som er innrettet for å gå i anslag mot den første ventilflaten 14 anordnet på ventilhodet 9. The outer string part 17 is provided with a conical valve surface 30 which is arranged to abut against the first valve surface 14 arranged on the valve head 9.

Den ytre strengdelén 17 er videre forsynt med en pakning 24 mot det ytre mantelelementet 5 og med en pakning 25 mot mellomstykket 4. Mot den indre sylindriske strengdelén 8 tilveiebringes tetning av pakningselementer 26 og 27 som er anordnet mellom den indre 8 og den ytre 17 strengdelén. The outer string part 17 is further provided with a seal 24 against the outer casing element 5 and with a seal 25 against the intermediate piece 4. Sealing is provided against the inner cylindrical string part 8 by seal elements 26 and 27 which are arranged between the inner 8 and the outer 17 string part .

En første fjær eller hovedfjær 10 er anordnet omsluttende den indre strengdelén 8, på innsiden av det ytre mantelelementet 5. Uten væsketrykk, underforstått i den A first spring or main spring 10 is arranged surrounding the inner string part 8, on the inside of the outer jacket element 5. Without liquid pressure, implied in the

indre sylindriske strengdel 8, vil hovedfjæren 10 presse både den indre 8 og den ytre 17 sylindriske strengdel aksialt, slik at ansatsene 18 ligger i anslag mot hverandre. I denne stillingen vil samtidig den første ventilflaten 14 tette for væskestrømning. inner cylindrical string part 8, the main spring 10 will press both the inner 8 and the outer 17 cylindrical string part axially, so that the abutments 18 lie in abutment against each other. In this position, the first valve surface 14 will simultaneously seal off liquid flow.

Når væsketrykk settes på ved trykksetting av den indre sylindriske strengdel 8, vil dette påvirke stempelarealet mellom pakningene 24, 25 og 26, 27 slik at både de indre 8 og ytre 17 sylindriske strengdeler beveger .seg aksialt, og presses mot hovedfjæren 10 med den første ventilflaten 14 i anslag. When liquid pressure is applied by pressurizing the inner cylindrical string part 8, this will affect the piston area between the seals 24, 25 and 26, 27 so that both the inner 8 and outer 17 cylindrical string parts move axially, and are pressed against the main spring 10 with the first the valve surface 14 in stop.

Når bevegelsen er kommet så langt at ansatsene 21 og 22 går i anslag mot hverandre, bevirker dette at bevegelsen av den ytre strengdelén 17 stanser. Tetningselementet 20 vil i denne stilling legge seg med anslag mot ansatsen 19. Samtidig er den andre fjæren 11, som er anordnet aksialt omsluttende den ytre strengdelén 17 på innsiden av det andre ytre mantelelementet 3, blitt forspent ved at den andre fjærens endestykke 28, som er festet til den ytre strengdel 17, har beveget seg aksialt som følge av bevegelsen for den ytre strengdelén 17. When the movement has progressed so far that the projections 21 and 22 abut each other, this causes the movement of the outer string part 17 to stop. In this position, the sealing element 20 will rest against the abutment 19. At the same time, the second spring 11, which is arranged axially surrounding the outer string part 17 on the inside of the second outer casing element 3, has been pre-tensioned by the end piece 28 of the second spring, which is attached to the outer string part 17, has moved axially as a result of the movement of the outer string part 17.

Den indre strengdelén 8 med tilhørende ventilhode 9 fortsetter bevegelsen ved videre trykkstigning, og ventilflaten 14 begynner å åpne for gjennomstrømning gjennom åpningene 23. Samtidig legger tetningselementet 20 seg an mot ansatsen 19. The inner string part 8 with associated valve head 9 continues its movement with further pressure rise, and the valve face 14 begins to open for flow through the openings 23. At the same time, the sealing element 20 abuts against the abutment 19.

Dette bevirker en trykkutjevning på begge sider av pakningen 24 og forårsaker at den ytre strengdelén 17 akselererer ved hjelp av den andre fjæren 11 og åpner ventilen fullt, samtidig som åpningene 16 og 29 forskyves i forhold til hverandre og derved tetter for inngående væskestrømning fra den indre strengdelén 8. This causes a pressure equalization on both sides of the gasket 24 and causes the outer string part 17 to accelerate with the help of the second spring 11 and open the valve fully, at the same time that the openings 16 and 29 are displaced relative to each other and thereby seal off incoming liquid flow from the inner string section 8.

Spennkreftene på fjærene 10 og 11 er innrettet slik at den andre fjæren 11 holder ventilflaten fra hverandre under hele slagbevegelsen, som slutter med at den indre strengdelén 8 med loddet 12 slår mot anslaget 15 på endestykket 2, og ventilflaten 14 igjen lukkes mot ventilflaten 30 på den indre strengdelén 8. Samtidig forskyves de indre 8 og ytre 17 sylindriske strengdeler seg aksialt, slik at åpningene 16 og 29 igjen kommer overfor hverandre, og et nytt slag begynner. The tensioning forces on the springs 10 and 11 are arranged so that the second spring 11 holds the valve face apart during the entire impact movement, which ends with the inner string part 8 with the solder 12 striking against the stop 15 on the end piece 2, and the valve face 14 is again closed against the valve face 30 on the inner string part 8. At the same time, the inner 8 and outer 17 cylindrical string parts are displaced axially, so that the openings 16 and 29 again face each other, and a new stroke begins.

Væsken som fortrenges ved forskyvning av den indre 8 og den ytre 17 sylindriske strengdel, går ut gjennom åpningene 6. Åpningene 7 fungerer som trykkutjevning mot omliggende væske når loddet 12 settes i bevegelse. The liquid displaced by displacement of the inner 8 and the outer 17 cylindrical string part exits through the openings 6. The openings 7 function as pressure equalization against the surrounding liquid when the solder 12 is set in motion.

En forutsetning for at hammerfunksjonen med frem- og tilbakegående bevegelse skal oppnås, er at åpnesekvensen for ventilflaten 14 og ventilflaten 30 kombineres med tilnærmet samtidig lukking ved tetningselementet 20, slik at.det oppnås trykkutjevning på stempelarealet en kort tid før ventilen åpner fullt og hovedfjæren akselererer begge strengdelené 8 og 17. A prerequisite for the hammer function with reciprocating movement to be achieved is that the opening sequence for the valve face 14 and the valve face 30 is combined with an almost simultaneous closing of the sealing element 20, so that pressure equalization is achieved on the piston area a short time before the valve fully opens and the main spring accelerates both string parts 8 and 17.

Ved bruk er slaghammeren anbrakt i brønnen nedenfor kveilrøret. Slik det fremgår av det ovenstående, kan kveilrøret tilkobles enten den første adapteren 1 eller den andre adapteren 2 på slaghammeren. I begge tilfeller vil hammerbevegelsen rettes mot endestykket ved den andre adapteren 2. Av dette vil det innses at den resulterende hammerbevegelsen blir rettet fra kveilrøret, dvs. nedover i brønnen, dersom kveilrøret tilkobles den første adapteren 1, mens hammerbevegelsen vil rettes mot kveilrøret, dvs. oppover i brønnen, dersom kveilrøret tilkobles den andre adapteren 2.'When in use, the impact hammer is placed in the well below the coiled pipe. As can be seen from the above, the coil pipe can be connected to either the first adapter 1 or the second adapter 2 on the impact hammer. In both cases, the hammer movement will be directed towards the end piece at the second adapter 2. From this it will be realized that the resulting hammer movement will be directed from the coiled pipe, i.e. downwards in the well, if the coiled pipe is connected to the first adapter 1, while the hammer movement will be directed towards the coiled pipe, i.e. . upwards in the well, if the coil pipe is connected to the second adapter 2.'

Det vil være gjennomgående væskepassasje mellom den første 1 og den andre 2 tilkoblingsadapteren. Det vil forstås at den adapteren som ikke er tilkoblet kveilrøret, fordelaktig kan tilkobles annet verktøy for bruk ved brønnborings-og/elier brønnvedlikeholdsoperasjoner. There will be continuous fluid passage between the first 1 and the second 2 connection adapter. It will be understood that the adapter which is not connected to the coil pipe can advantageously be connected to other tools for use in well drilling and/or well maintenance operations.

Claims

1. Impact hammer powered by liquid pressure, specially designed for use in drilling or maintenance operations carried out in oil or gas wells, characterized in that it comprises - a first (1) and a second (2) end piece, where the second end piece (2) comprises a hammer stop (15), - an inner, cylindrical string part (8 ) connected to one lot (12) and to a valve head (9) with a first valve surface (14) and a sealing element (20), - an outer, cylindrical string part (17), arranged axially displaceable to the inner cylindrical string part (8), including a second valve surface (30) which is aligned to abut against the first valve face (14) on the valve head (9), and that the opening sequence for the valve face (14) and the valve face (30) is such that it is combined with approximately simultaneous closing by the sealing element (20) against a stop (19) ), and that the hammer function is achieved by the inner string part (8) and thus the solder (12) being set in axial movement and hitting the stop (15).

2. Impact hammer in accordance with requirement 1, where the outer cylindrical string part (17) is concentrically surrounding the inner cylindrical string part (8).

3. Impact hammer in accordance with one of the requirements 1-2, where the outer cylindrical string part (17) is further provided with openings (23) which are arranged for the flow of liquid.

4. Impact hammer in accordance with one of the requirements 1-3, where the inner cylindrical string part (8) is arranged with openings (16) and the outer cylindrical string part (17) is arranged with openings (29), and where the inner cylindrical string (8) and the outer cylindrical string (17) are moved relative to each other so that liquid supplied from the cylindrical string part (8). flows through the openings (16,29) when the openings (16,29) are placed above each other and that the flow of liquid from the inner string part is blocked when the openings (16,29) are not placed above each other.

5. Impact hammer in accordance with one of the requirements 1-4, further comprising an outer, cylindrical shell (3, 4, 5) connected between the first (1) and the second (2) end piece.

6. Impact hammer in accordance with claim 6, where the outer cylindrical shell (3, 4, 5) comprises a first shell element (5) connected to an intermediate piece (4), further connected to a second shell element (3).

7, Impact hammer in accordance with claim 4, designed to cause opening at the first valve surface (14) to approximately coincide with closing at the sealing element (20).