NO325507B1 - Anordning for mekanisk utlosning av en slaghammer i et bronnverktoy - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for gjentagende mekanisk utløsning av forskjellige typer brønnutstyr, idet anordningen omfatter et fjærelement ( 4 ) og et strengelementet ( 1 ). Oppfinnelsen er særpreget ved at anordningen omfatter en dreiehylse (7), der det mellom strengelementet ( 1 ) og dreiehylsen ( 7 ) er anordnet dreieflater ( 1', 1 "; 2', 2" ), der det ene settet med dreieflater ( V, 1 ") har samme stigning og det andre settet med dreieflater ( 2', 2" ) har en annen stigning, der anordningen er innrettet til å fremtvinge en relativ dreiebevegelse mellom strengelementet ( 1 ) og dreiehylsen ( 7 ) som forutsetning for en aksial bevegelse, der graden av dreiehylsens ( 7 ) dreiebevegelse er avhengig av kraften som er påført anordningen, fjærens ( 4 ) stivhet og dreieflatenes stigning ( V, 1 "; T, 2" ), idet anordningen er innrettet til å frigjøre sin opplagrede energi når dreiehylsen ( 7 ) har dreid såpass mye at dreiehylsens ( 7 ) anleggsflate ( Y ) ikke lenger har aksialt anlegg mot en endestykkets ( 6 ) anleggsflate ( 3' ), hvorpå dreiehylsen ( 5 ) og strengelementet ( 1 ) vil forskyve seg i forhold til endestykket ( 6 ) og dermed tillater fjæren ( 4 ) å utløse sin opplagrede energi.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en mekanisk utløseranordning for gjentagende mekanisk utløsning av forskjellige typer brønnutstyr, for eksempel gjentagende utløsning av slaghammere, der det er et behov for forutbestemt motstand mot bevegelse for å spenne opp en oppspenningsmekanisme, for eksempel en fjærmekanisme, også kalt en akselerator, med den hensikt å lagre opp potensiell energi som siden kan utløses og frigjøres til bevegelsesenergi.

Når bore- eller intervensjonsverktøy setter seg fast i en olje- eller gassbrønn vil det ofte være behov for å kunne påføre slagenergi på det fastlåste utstyret for å frigjøre det. Til dette formål anvendes slaghammere. En type slaghammere spennes opp ved hjelp av wireline, der man ved å vekselvis trekke og slakke av wirelinen vil produsere så mange gjentatte slag som man ønsker mot det fastkilte utstyret som slaghammeren er blitt festet til.

Det finnes flere typer slaghammere for nedihulls bruk; mekaniske, hydrauliske, og mekanisk-hydrauliske. Felles for alle er at de blir spent opp, og så frigjort/utløst for å levere et slag.

Slaghammere består i prinsipp av en indre strengdel og en ytre rørdel, idet disse er teleskopisk sammenkoplet slik at relativ aksial bevegelse tillates. I endeposisjon møtes strengdelen og rørdelen til anslag, slik at den relative bevegelsesenergien mellom delene overføres i form av slagenergi.

En utløsermekanisme vil sørge for at den relative bevegelsen mellom indre strengdelen og den ytre rørdelen forsinkes eller reduseres ved aksial kraft påvirkning inntil oppspenningen har nådd et visst nivå. Slik kan potensiell energi lagres i for eksempel en dertil egnet fjær. Når så utløsermekanismen frigjøres, omdannes den opplagrede energien til bevegelsesenergi ved at den indre strengdelen og den ytre rørdelen settes i bevegelse i forhold til hverandre.

Utløsermekanismen i en mekanisk slaghammer omfatter gjerne et fjærelement som motstår bevegelen av den indre strengdelen i forhold til den ytre rørdelen. Fjærelementet er koblet til en lås som frigjøres ved en bestemt posisjon, idet denne posisjonen oppnås ved å komprimere fjærelementet tilstrekkelig. Ved tilstrekkelig last på slaghammeren vil låsen frigjøres og opplagret energi vil bli omdannet til bevegelsesenergi, hvorpå delene til slutt møtes til anslag.

US 3 685 598 vedrører en slaghammer som kan innstilles til ønsket utløsningskraft. Slaghammeren ifølge US 3 685 598 omfatter en spindel som er teleskopisk anordnet i et hus, idet låseorganer holder spindelen i fast posisjon i forhold til huset inntil en tilstrekkelig stor langsgående kraft påføres slaghammeren. Den langsgående kraften motvirkes ved hjelp av et elastisk organ hvis motvirkende kraft er en funksjon av den langsgående bevegelse som kreves for frigjøre låseorganene. Slaghammeren omfatter også justerbare organer som kan anvendes for å justere lengden til den langsgående bevegelse av de elastiske organer som kreves for frigjøre låseorganene og dermed utløse slaghammeren.

US 2 354 709 vedrører en trykkregulert slaghammer hvor en dreiehylse omfattende en dreieflate benyttes til å stille inn en forspenning av en fjær som komprimeres for å frigjøre en lås. Det foregår ingen relativ rotasjon mellom dreiehylsen og strengelementet under den aksiale bevegelsen når fjæren komprimeres for å frigjøre låsen.

Det finnes flere varianter av mekanismer som bidrar til å forsinke bevegelse og dermed muliggjør oppspenning av en akselerator, idet disse enten er hydrauliske eller mekaniske. Hydrauliske oppspenningsmekanismer er gjennomgående dyrere å fremstille og er mindre egnet ved høye operasjonstemperaturer da egenskapene til det hydrauliske fluidet påvikes av høyere temperaturer.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en mekanisk utløsningsanordning som i forhold til tilsvarende hydrauliske anordninger utgjør et meget driftssikkert og økonomisk fordelaktig alternativ, idet den mekaniske utløsningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en enkel og robust konstruksjon som består av få bevegelige deler. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse medfører derfor en forenkling av tilvirkningsprosessen som vil medføre at den utgjør et økonomisk besparende, alternativt produkt som kan anvendes i en rekke sammenhenger der økonomiske kriterier er avgjørende.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør også brønnoperasjoner som innebærer svært høye hengevekter, idet den mekaniske utløsningsanordningens frigjøringskraft kan stilles inn til det nivå som det er behov for, dvs. at den mekaniske utløsningsanordningen ikke vil frigjøres uten at det foreligger en forutbestemt overlast i tillegg til hengevekten. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har dessuten den fordel i forhold til de konvensjonelle utløsningsanordninger at den mye mer nøyaktig kan stilles inn til å frigjøres ved en forutbestemt utløsningskraft, idet utløsningskraften vil være direkte avhengig av en fjæranordning som komprimeres og frigjøres, uten at faktorer som friksjon og slitasje i noen særlig grad spiller inn.

I forhold til den kjente teknikken tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en mekanisk utløsningsanordning som skiller seg vesentlig fra konvensjonelle løsninger og som innehar betydelige fordeler med tanke på funksjon, effektivitet, pålitelighet og økonomi.

Den mekaniske utløsningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er innrettet til å frembinge en motstand mot en aksial bevegelse av en utstikkende strengelement ved kraftpåvirkninger opp til en forutbestemt størrelse, idet motstanden deretter er svært liten mot videre bevegelse.

I det følgende gis en detaljert beskrivelse av en utførelse av foreliggende oppfinnelse under henvisning til de vedføyde figurer, der:

Fig. 1 viser anordningen i sin startposisjon,

Fig. 2 viser anordningen i sin maksimalt spente posisjon,

Fig. 3 viser anordningen i sin frigjorte posisjon,

Fig. 4 viser anordningen i en returposisjon,

Fig. 5 og 6 viser anordningens strengelement fra to forskjellige vinkler,

Fig. 7 viser strengelementet fra fig. 5 og 6 sett fra enden,

Fig. 8 viser utsnittet A fra fig. 5,

Fig. 9-11 viser et endestykke omfattende et nebb fra forskjellige vinkler, og

Fig. 12-15 viser en dreiehylse fra forskjellige vinkler.

Den mekaniske utløsningsanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er innrettet til å fremtvinge en relativ dreiebevegelse mellom utløsningsanordningens to bevegelige deler (strengelement 1 og dreiehylse 7) som forutsetning for den aksiale bevegelse. Dreiehylsen 7 er innrettet til å ligge i inngrep med en av strengelementets 1 skruflater 1', 2', idet posisjonen til skruflatene V, 2' er avhengig av dreiehylsens 7 aksiale posisjon i forhold til strengelementet 1. Skruflatene på strengelementet 1 og de motsvarende skruflatene på dreiehylsen 7 har forskjellig stigning, idet 1' og 1" har tilsvarende stigning og 2' og 2" har tilsvarende stigning.

Skruflatene 1' og 1" har minst stigning. Disse skruflatene har til oppgave å dreie dreiehylsen til opplåst posisjon. Den lave stigningen sørger for at det utvikles en stor kraft.

Skruflatene 2' og 2" har større stigning. Disse skruflatene har til oppgave å få restspenningen i spiralfjæren til å dreie hylsen tilbake til startposisjon, slik at den mekaniske utløsningsanordningen igjen kan oppspennes for så å utløses på nytt.

Strengelementet 1 er rotasjonsmessig opplagret i et endestykke 6 omfattende et nebb 8 for å oppnå en bestemt innbyrdes startorientering/-posisjon mellom endestykket 6, strengelementet 1 og dreiehylsen 7.

Et fjærelement 4 er anbrakt mellom strengelementet 1 og endestykket 6 slik at fjæren 4 blir komprimert ved aksial bevegelse av strengelementet 1 i forhold til endestykket 6. Som man ser av figur 3 spennes verktøyet opp når strengelementet 1 trekkes mot høyre. Fjæroppspenningsgraden tilsvarer distansen som stengelementet 1 trekkes i forhold til endestykket 6, idet skruflaten V på strengdelen 1 og skruflaten 1" på dreiehylsen 7 bevirker til at dreiehylsen 7 dreier i forhold til endestykkets 6 nebb 8 (fig. 1 og 2) og tilslutt smetter inn i nebbet 8 som vist på fig. 3. Strengelementet 1 omfatter et spor 10 som sørger for at strengelementet 1 og endestykket 6 ikke dreier seg i forhold til hverandre, idet nebbet 8 løper i sporet 10 (fig. 10)

Ved å påføre en aksial kraft på strengelementet 1 i fjærens kompresjonsretning, vil dreieflatenes V, 1" samvirkning som nevnt sørge for at dreiehylsen 7 dreies eller vris. Når dreiehylsen 7 så har oppnådd en forutbestemt/tilstrekkelig dreining eller vridning, vil dreiehylsen 7 ikke lenger ha aksialt anlegg mot endestykkets 6 anleggsflate 3' på enden av nebbet, hvorpå dreiehylsen 7 og strengelementet 1 vil forskyve seg i forhold til endestykket 6 og smette inn i nebbet uten at fjæren 4 yter noen motstand. Det på dette tidspunkt at anordningen kan sies å utføre sin utløserfunksjon. Samtidig vil det andre settet med dreieflater 2', 2" på henholdsvis strengelementet 1 og dreiehylsen 7 komme i anlegg mot hverandre mens fjæren 4 fremdeles er noe komprimert/spent. Ved å føre strengelementet 1 tilbake i motsatt retning, vil dreiehylsen 7 igjen bli dreid eller vridd tilbake til startposisjonen ved hjelp av fjærens 4 restspenning og dreieflatene 2', 2", samtidig som dreiehylsen 7 skyves aksialt mot høyre slik at dreiehylsens 7 anleggsflate 3" igjen har aksialt anlegg mot endestykkets 6 anleggsflate 3' på enden av nebbet, hvorpå anordningen igjen er klar til å gjenta en ny oppspennings- og frigjøringssekvens.

Fjærens 4 forspenning kan justeres ved hjelp av forspenningspinnen 3 og fjærforspenningsringen 5. Dette kan oppnås ved å forskyve og låse forspenningspinnen 3 og fjærforspenningsringen 2 aksialt i forhold til strengelementet 1. Forspenningspinnen 3 rager inn i et dertil egnet spor i strengelementet 1. Det forstås at andre forspenningselementer også kan anvendes, for eksempel en oppspennende, gjenget og dreibar skive eller liknende, som strammer eller løsner på forspenningen ved å dreie skiven eller liknende opp eller ned langs strengelementet 1.

Claims (4)

1. Anordning for gjentagende mekanisk utløsning av forskjellige typer brønnutstyr, der anordningen omfatter et fjærelement (4) og et strengelementet (1), karakterisert ved at anordningen omfatter en dreiehylse (7), der det mellom strengelementet (1) og dreiehylsen (7) er anordnet dreieflater (1', 1"; 2', 2"), der det ene settet med dreieflater (1', 1") har samme stigning og det andre settet med dreieflater (2', 2") har en annen stigning, der anordningen er innrettet til å fremtvinge en relativ dreiebevegelse mellom strengelementet (1) og dreiehylsen (7) som forutsetning for en aksial bevegelse, der graden av dreiehylsens (7) dreiebevegelse er avhengig av kraften som er påført anordningen, fjærens (4) stivhet og dreieflatenes stigning (1', 1"; 2', 2"), idet anordningen er innrettet til å frigjøre sin opplagrede energi når dreiehylsen (7) har dreid såpass mye at dreiehylsens (7) anleggsflate (3") ikke lenger har aksialt anlegg mot en endestykkets (6) anleggsflate (3'), hvorpå dreiehylsen (5) og strengelementet (1) vil forskyve seg i forhold til endestykket (6) og dermed tillater fjæren (4) å utløse sin opplagrede energi.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen i sin frigjorte posisjon (fig. 3) er innrettet til å tillate bevegelse i begge aksiale retninger uten betydelig motstand.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at anordningen i sin frigjorte posisjon er innrettet til å kunne bringes tilbake til startposisjon (fig. 1) uten betydelig motstand.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningens oppspenningsmotstand bestemmes av fjærens forspenningsgrad, fjærens (4) stivhet og dreieflatenes stigning (1', 1";

2', 2").