NO325253B1 - Anordning ved et verktoy til aksial forskyvning av borekrona i en borestreng med varierende torsjonsmoment - Google Patents

Abstract

Anordning ved et verktøy (1) til bruk ved boring med roterende borekrone (5) der formålet med verktøyet er å tilveiebringe en aksial bevegelse (6) av borekronen når torsjonsmomentet (4) går ut over en på forhånd gitt verdi. For dette formålet er verktøyet satt sammen av to sylindriske strengdeler (8) og (16)forbundet gjennom føringselementer og pakning (13) og (15). Strengdelene (8) og (16) er innbyrdes forbundet med hverandre gjennom spiralfortanninger (17) og (18). Ved relativ rotasjon mellom Strengdelene (8) og (16) tilveiebringes aksial bevegelse og kompresjon av fjæren (9) ved en på forhånd bestemt forspenning. For å oppnå en progressiv karakteristikk er det anordnet en struping av veskestrømmen (22) over flatene (19) og (20). Trykkøkningen genererer en tilleggskraft til fjærkraften ved at trykkstigningen virker på arealet mellom flatene (l9) og (23).

Description

ANORDNING VED ET VERKTØY FOR AKSIAL FORSKYVNING AV BOREKRONA I EN BORESTRENG MED VARIERENDE TORSJONSMOMENT

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 kommer i kontakt med ulike bergformasjoner som medfører at borestrengen tilføres varierende momentbelastning. Når borestrengen påføres torsjonsmomentet fra en boremaskin, lagres store mengder energi som frigjøres når borekrona plutselig bryter løs. Ukontrollert frigjøring av energi fører til ekstreme påkjenninger på borestreng og borekrone. Dagens styrbare boresystemer er forsynt med mye elektromekanisk utstyr som kan ta skade ved ekstreme rystelser og vibrasjoner.

I foreliggende oppfinnelse er hensikten å komme frem til en hensiktsmessig og driftssikker utførelse av et verktøy som gir borekrona en aksial til.baketrekkingsbevegelse når torsjonsmomentet i borestrengen overstiger en på forhånd fast-satt verdi. En slik anordning er spesielt godt egnet på mo-derne borekroner med faste kuttere hvor det anvendes indust-rielt fremstilte diamanter med høy hardhet, men hvor diamant-strukturen er sprø og følsom overfor slag.

I oljeindustrien er problemer knyttet til overbelastning av en borestreng godt kjent og det har vært arbeidet kontinuer-lig med forskjellige løsninger for å avhjelpe problemene. Det vises i denne forbindelse til følgende patenter: NO 315209

US 5,083,623

US 4,281,726

EP 065 601 Al

US 4,443,206

WO 97/01693

Foreliggende oppfinnelse har i prinsippet samme funksjon som oppfinnelsen ifølge 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. Derved reduseres faren for havarier noe som er ekstremt 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 en første strengdel og en andre strengdel er konsentrisk opplagret i hverandre og innrettet for begrenset aksial og roterende innbyrdes forskyvning i forhold til hverandre. Strengdelene er forbundet gjennom en skråfortanning som omsetter rotasjons-vridning til aksial forskyvning. I tillegg er strengdelene opplagret i føringselementer og forsynt med tetninger. Aktu-elle tetningsflater er utformet slik at innestengt volum for smøremiddel er konstant, selv om verktøyets aksiale lengde endres. Sentrisk i de to sylindriske strengdeler er det anordnet en f jaer som sammen med skråf ortanningen gir den ønske-de funksjon ved at relativ rotasjon mellom skråfortanningene på de to sylindriske strengdelene komprimerer fjæren. Ved kombinasjoner av stivhet i fjæren og stigningsvinkel på skrå-fortanningen oppnås ønsket karakteristikk på verktøyet.

For å oppnå en fjærkarakteristikk som øker med aksial forskyvning, er det anordnet en struping av væskestrømmen gjennom verktøyet. Denne struping er anordnet slik at den trer i funksjon ved en bestemt aksial bevegelse. Derved øker trykket og påvirker et stempelareal slik at en tilleggskraft settes opp i tillegg til fjærkraften. Denne kraften er proporsjonal med trykkstigningen og arealet trykkstigningen virker på. Denne funksjonalitet gir en fordelaktig funksjon på verktøyet ved ekstreme belastninger.

Verktøyet i henhold til oppfinnelsen settes inn i borestrengen like bak hovedkomponentene i bunnhullsstrengen, eksempel-vis borevæskedrevet motor, datainnsamlingsenhet og styresys-tem, eller som en integrert del av borehodet, ofte betegnet "bottom hole assembly" når det benyttes roterende borestreng.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en systemoversikt av et verktøy i henhold til

oppfinnelsen sammen med andre hovedkomponenter;

Fig. 2 viser i større målestokk verktøyet med et innlagt

snitt;

Fig. 3 viser verktøyets skråfortanning og fjær; og

Fig. 4 viser i større målestokk detaljer vedrørende verk-tøyets strupeanordning.

I figurene betegner henvisningstallet 1 et verktøy i henhold til oppfinnelsen som er montert inn mellom en borestreng 2 og en borevæskedrevet motor 3 som er forbundet med en borekrone 5. Bak borekrona 5 er det anbrakt labber 7 for retningskon-troll. Pilen 4 betegner et rotasjonsmoment.

Verktøyet 1 er i fig. 2 vist med et innlagt snitt. En første sylindrisk strengdel 8 og en andre sylindrisk strengdel 16 er konsentrisk og forskyvbart opplageret i forhold til hverandre og forsynt med en første pakning 13 og en andre pakning 15. Pakningenes 13, 15 tetningsflate har lik diameter. Derved endres ikke mellomliggende volum ved relativ aksialforskyvning mellom den første strengdel 8 og den andre strengdel 16. Til den andre strengdel 16 er det anordnet et adapter 29 med åpninger 11 for væskegjennomstrømning 22, se fig 3. Strengdelene 8, 16 er også forbundet via en første skråfortanning 17 og en samvirkende andre skråfortanning 18 på henholdsvis den første indre strengdel 8 og den andre ytre strengdel 16. Ved påtrykt ytre dreimoment 4 over en bestemt verdi, oppstår det en relativ rotasjon mellom den første strengdel 8 og den andre strengdel 16 som generer en aksialforskyvning 24. Aksial-forskyvningen 24 er indikert ved hjelp av en pil i fig. 3.

En forspenning av en fjær 9 ved hjelp av et legeme 14 bestem-mer ved hvilket moment 4 en aksial forskyvning 24 skal begyn-ne. Legemet 14 har anslag mot en ansats 26 i den andre strengdel 16 slik at store aksialkrefter kan overføres gjennom de to sylindriske strengdeler 8 og 16 og videre til adapteret 29 med forbindelse til borestrengen 2.

Fjæren 9 har anslag mot en ansats 28 på den første strengdel 8 og mot en ansats 30 med forbindelse til ytre strengdel 16 via adapteret 29.

I nøytral posisjon, uten aksialforskyvning mellom den første strengdel 8 og den andre strengdel 16, går væskestrømmen 22 gjennom åpningene 11 og åpninger 21 i den første strengdel 8. Ved aksial relativ forskyvning mellom den første strengdel 8 og den andre strengdel 16, oppnås en strupeeffekt mellom en første strupeflate 19 på adapteret 29 og en andre strupeflate 20 på den første strengdel 8. Trykkoppbyggingen påvirker arealet mellom strupeflåtene 19 og 20. Trykkoppbyggingen genererer derved en kraft som kommer i tillegg til fjærkraften fra fjæren 9. Med denne anordningen oppnås en tilsiktet funksjonalitet på verktøyet ved at det gir bedre demping og kan mot-stå ekstreme belastninger uten at det går til mekanisk en-des lag.

Claims (4)

1. Anordning ved verktøy (1) for anvendelse ved boring med en roterende borekrone (5) hvor verktøyet (1) er innrettet til å kunne tilveiebringe en aksial forskyvning av borekronen (5) ved et på forhånd bestemt torsjonsmoment, idet verktøyet (1) som er innbygget i en borestreng (2), omfatter en første strengdel (8) som er opplagret i en andre strengdel (16) og hvor en første skråfortanning (17) i den første strengdel (8) er i inngrep med en andre skråfortanning (18) i den andre strengdel (16), og hvor en fjær (9) spenner den første strengdel (8) i retning ut av den andre strengdel (16) inntil et legeme (14) som er forbundet med den første strengdel (8) kommer til anslag mot en ansats (26) i den andre strengdel (16), karakterisert ved at legemet (14) er forsynt med en innvendig første flate (19) med en diameter som er større enn den utvendige diameter til en andre flate (20), idet den andre flate (20) befinner seg på et adapter (29) som er koplet til den andre strengdel (16), og hvor en relativ forskyvning av den første strengdel (8) fra sin utgangsstilling og innover i den andre strengdel (16) bevirker at den første flate (19) forskyves inn over den andre flate (20), hvorved mellomrommet mellom den første flate (19) og den andre flate (20) utgjør en strupning for et gjennomstrømmende fluid.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at fluidet strømmer inn i verktøyet (1) via åpninger (11) som kommuniserer med borestrengen (2).

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at det er anordnet en første pakning (13) og en andre pakning (15) mellom den en .første strengdel (8) den andre strengdel (16), idet begge pakninger (13, 15) virker mot legemer med lik diameter.

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at fjæren (9) er anbrakt inne i den første strengdel (8).