NO324265B1 - Anordning ved et verktoy for aksial forskyvning av borekrona i en borestreng med vaeskemotor - Google Patents

Abstract

Anordning ved et verktøy (1) til bruk ved boring med roterende borekrone (4) der formålet med verktøyet er å tilveiebringe en aksial bevegelse (15) av borekronen når torsjonsmomentet (14) går ut over en på forhånd gitt verdi. For dette formålet er verktøyet satt sammen av to sylindriske strengdeler (2) og (3) forbundet gjennom føringselementer og pakning (5), (8) og (10). Strengdelene (2) og (3) er innbyrdes forbundet med hverandre gjennom rotasjonsstiv aksial forskyvbar fortanningen (9). Aksial forskyvning (15) oppnås når trykkdifferansen mellom innvendig trykk (13) og utvendig trykk (22) genererer en kraft over arealdifferansen mellom preferiene (16) og (17) som er større enn forspent kraft på fjæren (6).

Description

ANORDNING VED ET VERKTØY FOR AKSIAL FORSKYVNING AV BOREKRONA I EN BORESTRENG MED VÆSKEMOTOR (MUDMOTOR)

Denne oppfinnelsen vedrører en anordning ved et verktøy av det slaget som benyttes ved roterende borekrone der hensikten er å tilveiebringe en aksial bevegelse av borekrona når torsjonsmomentet over kortere eller lengre tid går utover en på forhånd gitt verdi.

Anordninger av forskjellige utførelser som har til hensikt å dempe svingninger og begrense maksimalt moment i borestrengen, er kjent fra blant annet oljeindustrien.

I en borestreng på flere tusen meter kan det oppstå svingninger på grunn av varierende torsjonsmoment i strengen. Slike svingninger er som oftest forårsaket av at borekrona treffer forskjellige bergformasjoner som medfører at borestrengen tilføres varierende momentbelastning.

Når borestrengen påføres torsjonsmoment fra boremaskinen, lagres store mengder energi som frigjøres når borekrona plut-selig bryter løs.

Ukontrollert frigjøring av energi fører til ekstreme påkjen-ninger på borestreng og borekrone.

Dagens styrbare boresystemer er forsynt med mye elektromeka-nisk utstyr som kan ta skade ved ekstreme rystelser og vibrasjoner.

I den foreliggende oppfinnelse er hensikten å komme frem til en enkel, hensiktsmessig og driftssikker utførelse av et verktøy som gir borekrona en aksial tilbaketrekkende bevegelse når torsjonsmomentet i borestrengen overstiger en på forhånd fastsatt verdi.

En slik anordning er spesielt godt egnet på moderne borekro-ner med faste kuttere hvor det benyttes industrielt fremstil-te diamanter med høy hardhet, men hvor strukturen er sprø og følsom for slag.

I oljeindustrien er problemer knyttet til overbelastning av borestrengen godt kjent og det har vært arbeidet kontinuerlig med forskjellige løsninger for å avhjelpe problemene.

Det vises i denne forbindelse til følgende patenter.

NO 315209

GB 5,083,623

US 4,281,726

EP 065 601 Al

US 4,443,206

WO 97/01693

Foreliggende oppfinnelse har i prinsippet samme funksjonali-tet som NO 315209, men den tekniske utførelsen er vesentlig forskjellig.

I forhold til teknikkens stilling på området er hensikten med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning som gir verktøyet tilstrekkelig styrke og robusthet for å kunne tåle de ekstreme påkjenningene det blir utsatt for.

Verktøyet er utformet slik at det ved momentoverbelastning trekker seg sammen for derved å redusere den aksiale lasten på borekronen. I forhold til teknikkens stilling har oppfinnelsen vesentlige fortrinn samtidig som den er enklere og mer robust. Dermed reduseres faren for havarier, noe som er ekst-remt viktig i forbindelse med gjennomføring av kostbare boreoperasjoner. I tillegg oppnås vesentlig mindre kostnader til

produksjon og vedlikehold.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at to sylindriske strengdeler er konsentrisk opplagret i hverandre og innrettet til å kunne forskyves en begrenset aksial lengde i forhold til hverandre. Strengdelene er torsjonsstivt forbundet gjennom en aksialforskyvbar fortanning.

I tillegg er strengdelene opplagret i føringselementer og forsynt med tetningselementer.

Når boreoperasjoner utføres med væskemotor (mudmotor) vil torsjonsmomentet i borestrengen og på borekrona være tilnærmet proporsjonalt med væsketrykket i borestrengen foran væskemotoren.

I foreliggende oppfinnelse utnyttes dette væsketrykket til å generere en aksialkraft som ved et bestemt væsketrykk trekker verktøyet sammen aksialt og derved avlaster borekrona når momentet kommer over en forhåndsinnstilt verdi. En sentrisk anbrakt fjær sørger for tilbaketrekking av aksial bevegelse når væsketrykket igjen synker.

På denne måten holdes momentet tilnærmet konstant innenfor et optimalt område, og en unngår uønskede vibrasjoner og slag som skader skjærene på borekrona. Demping av vibrasjoner og slag gir også betydelig økt borehastighet. Reduksjon i vibrasjoner og slag har en gunstig effekt på komponenter i styre-og kontrollsystemet (MWD - Measure While Drilling) som derved oppnår økt driftsikkerhet.

Samlet sett gir verktøy med den beskrevne anordningen store

økonomiske gevinster.

Verktøy med den beskrevne anordningen settes inn i borestrengen like bak den borevæskedrevne motor.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er , hvor: Fig. 1 viser systemoversikt med verktøyet plassert i borestrengen; og Fig. 2 viser i større målestokk et verktøy med innlagt

snitt.

På fig. 1 betegner 1 et verktøy som er montert inn mellom en borestreng 20 og en borevæskedrevet væskemotor 3 som er forbundet med en borekrone 4. Bak borekrona 4 er det anbrakt labber 18 for retningskontroll.

Fig. 2 viser verktøyet 1 med innlagt snitt. En indre strengdel 2 er ved hjelp av føringselementer 5 og 8 opplagret i en ytre strengdel 2a. Føringselementene 5, 8 er forsynt med respektive tetninger 5a og 8a.

Den indre strengdel 2 er tilordnet en første adapter 19 med gjenger for anslutning til borestrengen 20, mens den ytre strengdel 2a er forsynt med en andre adapter 11 med gjenger for anslutning til væskemotoren 3.

Strengdelene 2, 2a er innbyrdes koplet ved hjelp av en aksialforskyvbar rotasjonsstiv fortanning 9.

Fortanningen 9 sørger for at et vridmomentet 14 kan overføres gjennom verktøyet 1.

Den indre strengdel 2a er ved sitt frie endeparti forsynt med et påskrudd føringselement 12. Fortanningen 9 er beskyttet mot forurensninger ved hjelp av tetningen 8a og en tetning 10 i føringselementet 12.

En fjær 6 er anbrakt konsentrisk og spenner i sitt ene endeparti an mot et anslag 21 i adapteret 11, og i sitt motsatte endeparti mot knaster 23 på den indre strengdel 2.

Den indre strengdel 2 er forsynt med minst en gjennomgående åpning 7 for at borevæske skal kunne fylle rommet innenfor den ytre strengdels 2a indre periferi 16.

Trykket fra borevæsken virker mot et areal 24 mellom den indre periferi 16 og en ytre mantelflate 17 på den indre strengdel 2. Den genererte kraft mot arealet 24 søker å forskyve den ytre strengdel 2a innover den indre strengdel 2, idet arealet 24 er større enn arealet av anslaget 21. Kraften fra fjæren 6 motvirker en slik forskyvning.

En aksial forskyvning 15 oppnås når kraften fra væsketrykket mot arealet 24 overstiger kraften fra væsketrykket mot arealet av anslaget 21 og forspenningskraften fra fjæren 6 samt eventuelle krefter fra utvendig væsketrykk.

Når væskemotoren har en tilnærmet lineart moment-trykk-karakteristikk, vil væsketrykket som gir aksialforskyvningen 15 følge dreimomentet. Derved kan ønsket momentområde for ak-sialf orskyvning fastsettes av fjærkraften og arealet 24 mellom den indre periferi 16 og den ytre mantelflate 17.

Claims (5)

1. Anordning ved et verktøy (1) til bruk ved boring med væskemotor (3) og en roterende borekrone (4) der hensikten med verktøyet (1) er å tilveiebringe en aksial forskyvning (15) av borekronen (4) ved et på forhånd bestemt torsjonsmoment (14), karakterisert ved at verktøyet (1) omfatter en indre strengdel (2) og en ytre strengdel (2a) som er innbyrdes begrenset aksialt forskyvbare, og hvor dreimoment fra det ene av strengdelene (2, 2a) overføres til den andre av stengde-lene (2, 2a) ved hjelp av en fortanning (9) hvor strengdelene (2, 2a) aksialforskyvbart griper inn i hverandre, idet en fjær (6) som søker å forskyve strengdelene (2, 2a) i retning fra hverandre, er innspent mellom strengdelene (2, 2a), og hvor trykket fra borevæsken virker mot et areal (24), hvorved trykket fra borevæsken søker å forskyve strengdelene (2, 2a) i retning mot hverandre.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at arealet (24) er tildannet mellom en indre periferi (16) i den ytre strengdel (2a) og en ytre mantelflate (17) av den indre strengdel (2).

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at borevæsken kommuniserer med arealet (24) via en gjennomgående åpning (7) i den indre strengdel (2).

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den indre strengdel (2) er opplagret i den ytre strengdel (2a) ved hjelp av føringselement (5, 8, 12) .

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert ved at føringselementene (5, 8, 12) er forsynt med tetninger (5a, 8a og 10).