NO340470B1

NO340470B1 - Ikke-roterende borerørbeskyttelse

Info

Publication number: NO340470B1
Application number: NO20101446A
Authority: NO
Inventors: Andrew Dale Fuller; Brian Mitchell; Norman Bruce Moore
Original assignee: Western Well Tool Inc
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2017-04-24
Also published as: CA2461384A1; AU2004201233A1; NO330488B1; US20030192720A1; US20040188147A1; GB2400124B; AU2004201233B2; CA2461384C; GB0406477D0; NO20101446L; US6739415B2; GB2400124A; US7055631B2; NO20041407L

Description

Denne oppfinnelse gjelder i alminnelighet ikke-roterende borerørbeskyttelser forbundet med en borestreng, og mer spesielt, lavfriksjons borerørbeskyttelser som omfatter en myk elastomerforing og lavfriksjons-endeputer.

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Boring av hull eller boringer inn i underjordiske formasjoner, og i særdeleshet boring av olje- og gassbrønner, utføres typisk ved bruk av en borkrone som er festet til den nedre enden av en langstrakt borestreng. Borestrengen er oppbygget av flere seksjoner av rørformede borerør som er koplet ved deres ender for å danne "borestrengen". Borestrengen strekker seg fra boreoverflaten inn i en brønn eller "brønnboring" som er dannet av rotasjonsborkronen. Mens borkronen trenger dypere eller ytterligere inn i en underjordisk formasjon, tilføyes ytterligere seksjoner av borerør til borestrengen.

Foringsrør blir generelt installert i brønnboringen fra boreoverflaten til forskjellige dybder. Foringsrøret forer brønnboringen for å hindre at veggen til brønnboringen faller sammen og hindre siving av fluider fra de omgivende formasjoner i å komme inn i brønnboringen. Foringsrøret danner også et middel for å utvinne petroleumen dersom brønnen viser seg å være produktiv.

En borestreng er relativt fleksibel, og utsettes for sideavbøyning, spesielt i områdene mellom skjøter eller koblinger. I særdeleshet kan påføringen av vekten på borestrengen eller motstand fra borkronen forårsake aksialkrefter som i sin tur kan forårsake sideavbøyninger. Disse avbøyningene kan resultere i at partier av borestrengen kommer i berøring med foringsrøret eller brønnboringen. I tillegg kan boreprosedyren skje langs en buet eller vinklet bane, vanligvis kjent som "retningsboring". Retningsboring kan også forårsake mulig berøring mellom partier av borestrengen og foringsrøret eller brønnboringen.

Berøring mellom borestrengen og foringsrøret og brønnboringen frembringer frik-sjonsmoment og bremsing . En betydelig momentmengde kan faktisk frembringes av virkningen fra friksjonskrefter utviklet mellom det roterende borerøret og foringsrøret eller veggen til brønnboringen. Under boreoperasjoner kreves tilleggsdreiekraft mens borestrengen roteres for å overvinne denne motstanden. I tillegg utsettes borestrengen for øket støt og abrasjon hver gang borestrengen kommer i berøring med veggen til brønnboringen eller foringsrøret når den er foret. Boreverktøy og tilknyttede bore-strenginnretninger møter lignende problemer.

For å avhjelpe disse problemer er borerørbeskyttelser typisk plassert i avstand fra hverandre langs lengden av borerøret. Disse borerørbeskyttelsene ble opprinnelig tilvirket av hylser av gummi eller annet elastomerisk materiale som ble plassert utenpå borerøret for å holde borerøret og dets forbindelser unna veggene til foringsrøret og/eller formasjonen. Gummi eller andre elastomeriske materialer ble benyttet på grunn av deres evne til å absorbere støt og bevirke minimal slitasje.

Tidligere tilgjengelige borerørbeskyttelser har en ytterdiameter som er større enn borerørskjøtene, og ble montert eller fastklemt på borerøret ved et punkt nær skjøte-forbindelsene til hver borerørlengde. Ytterdiameteren er særlig dimensjonert for å være større enn verktøyskjøten, men ikke for stor slik at returfluider sperres, hvilket kunne resultere i "stempelvirkning" av beskyttelsen i hullet. En slik montasje tillater at beskyttelsen bare skrubber mot innsiden av veggen til foringsrøret mens borerøret roterer. Selv om slitasjebeskyttelse for foringsrøret er det overskyggende formålet når slike borerørbeskyttelser benyttes, kan de frembringe en betydelig økning i rotasjons-momentet utviklet under boreprosedyrer. I tilfeller der det kan være hundrevis av disse beskyttelsene i borehullet på et hvilket som helst tidspunkt, kan de frembringe tilstrekkelig kumulativt moment eller bremsing til ugunstig å påvirke boreoperasjoner, dersom den nødvendige effekten for å rotere borerøret nærmer seg eller overstiger den tilgjengelige effektforsyningen.

Som tiltak mht. problemene med slitasjebeskyttelse og momentoppbygning er forbedringer blitt rettet mot å frembringe borerør/foringsrørbeskyttelser av forskjellige lavfriksjonsmaterialer i ulike utforminger. Et slikt tiltak har imidlertid igjen bare vært margi-nalt effektivt, og oljeselskaper trenger fortsatt et effektivt middel for betydelig å redusere slitasjen og det friksjonsutviklede momentet som normalt oppleves i særdeleshet når dypere brønner og awiksbrønner bores.

US-patent nr. 5.069.297, Krueger mfl., overdratt til søkerne i den foreliggende søknad og innlemmet her med henvisning, omtaler en borerør/foringsrørbeskyttelses-anordning som vellykket er rettet mot problemene med frembringelse av slitasje beskyttelse for foringsrør og redusert momentoppbygning forårsaket av borerør-beskyttelsene under boreoperasjoner. Beskyttelseshylsen i '297- patentet roterer med borerøret under normale operasjoner, i hvilke det ikke er berøring mellom beskyttelseshylsen og foringsrøret, men beskyttelseshylsen slutter å rotere, eller roterer svært langsomt, samtidig som borerøret uhindret tillates å fortsette rotasjonen inne i hylsen uhindret av friksjonsberøring mellom hylsen og foringsrøret. Aksiallagre er festet til borerøret ved motsatte ender av beskyttelseshylsen, og disse frembringer, i kombinasjon med den innvendige utformingen av beskyttelseshylsen, en fluidopplagringsvirkning i rommet mellom innsiden av hylsen og utsiden av borerøret. Fluidopplag-ringsvirkningen frembringes ved å sirkulere borefluid gjennom rommet mellom hylsen og borerøret, for derved å redusere friksjonsbremsing mellom det roterende borerøret og hylsen når hylsen slutter å rotere pga. berøring med foringsrøret.

US-patent nr. 5.803.193, Krueger mfl., overdratt til søkerne i den foreliggende søknad og innlemmet her i sin helhet med henvisning, beskriver en borerør/foringsrør-beskyttelsesanordning som bevirker en forsterket fluidopplagringsvirkning som reduserer friksjonsbremsing mellom den roterende borestrengen og beskyttelseshylsen under bruk.

Selv om moderne utforminger av borestrengbeskyttelser har forbedret smøringen og beskyttelsen av både borestrengen og foringsrøret, finnes det fortsatt et behov for forbedret glidesmøring. I tillegg er det et behov for hydraulisk løft for å overvinne de store normalkreftene og momentene som påvirker den arbeidende borestrengen. Dette problemet er spesielt betydelig ved boring med stor rekkevidde. I lange huller og når dybden øker, øker friksjonen av borestrengen mot hullveggen, hvilket resulterer i problemer med å sette vekt på borkronen eller en tendens til at vekt som støter forover, da reduseres i en prosess av "klebende" type. En borerørbeskyttelse som både reduserer momentet fra borestrengen og øker glideevnen til borestrengen mot foringsrøret er således høyt ønskelig.

Et annet problem som den foreliggende oppfinnelse er rettet mot er minskning av friksjon mellom beskyttelseshylsen og aksiallagrene eller kravene som befinner seg på hver ende av hylsen. Forbedringer av økonomisk verdi ved øket produksjonstid uten tap av strukturell integritet er også ønskelig.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved ikke-roterende borerørbeskyttelse til bruk ved brønnboring, og som omfatter en hylse dimensjonert for å anbringes rundt en borestreng, idet hylsen har en innside med flere spor for å danne en fluidopplagring mellom innsiden og borerøret, kjennetegnet ved at hylsen har en utside som omfatter flere utvendige buede flater med en kontur for å øke kontaktarealet ved glidning, idet flatene er adskilt av kanaler på utsiden, og en elastomerforing på innsiden av hylsen.

Foretrukne utførelsesformer av beskyttelsen er videre utdypet i kravene 2 til og

med 11.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner de ovennevnte problemer ved å frembringe,

i en utførelse, en borerørbeskyttelsesanordning som danner hydraulisk løft og forbedret glidesmøring for en borestreng. Frembringelsen av hydraulisk løft og tvungen smøring reduserer slitasje på beskyttelsen og på foringsrøret eller brønnveggen, likeledes reduseres glidefriksjon for borerør/beskyttelseskombinasjonen i forhold til foringsrøret eller brønnveggen.

Ved å fremskaffe en borerørbeskyttelsesanordning med en fluidbane som retter en del av boreslammet som beveger seg gjennom ringrommet mellom borerørbeskytt-elsen og borerøret til ringrommet mellom beskyttelsen og foringsrøret eller den ytre brønnveggen, frembringes hydraulisk løft, og glidesmøring oppnås. Ved å fremskaffe formede kanaler langs den langsgående lengden av den ytre overflaten til beskyttelsen, utvikles øket hydraulisk løft.

Det er omtalt en borerørbeskyttelse som definerer en rørhylse som passer utenpå borerøret. Hylsen er festet til en seksjon av borerøret og ligger utenpå borerøret. Hylsen er posisjonert mellom ytterflaten til borerøret og et tilknyttet brønnforingsrør eller brønnhull. Hylsen er tilpasset for å frembringe hydraulisk løft og smøring i forhold til brønnforingsrøret og øker således tendensen til at borerøret glir ned borehullet og minsker også utviklingen av borekaksdemninger.

Mer spesielt omfatter borerørbeskyttelsesanordningen et rørformet legeme som har en innerflate og en ytterflate og strekker seg langs en langsgående akse mellom en første ende og en andre ende. Det rørformede legemet er tilpasset for å kunne anbringes rundt utsiden av borestrengen og inne i brønnboringen eller foringsrøret. En kanal er tilformet på ytterflaten av legemet og strekker seg hovedsakelig langs den langsgående aksen fra den første enden til den andre enden. Kanalen retter strøm-men av borefluid mellom ytterflaten og innerflaten til foringsrøret. En åpning strekker seg radialt fra innerflaten til ytterflaten av det rørformede legemet. Åpningen tillater passasje av borefluidet fra innerflaten til ytterflaten.

I denne utførelse er beskyttelsen et generelt sylinderformet rørlegeme som har flere kanaler plassert i avstand fra hverandre langs ytterflaten. Ytterflaten innbefatter flere radialt utover utragende kammer som rager hovedsakelig langs den langsgående aksen. Kammene er plassert i tilstrekkelig avstand fra hverandre til å danne de om-talte kanalene mellom seg. I det minste én, og fortrinnsvis alle kanalene innbefatter en åpning som tillater at borefluid passerer fra den indre overflaten og inn i kanalen.

Hylsen innbefatter flere radiale åpninger plassert i avstand fra hverandre eller diffu-sorporter som retter en del av boreslammet som beveger seg i lengderetningen gjennom ringrommet mellom innsiden av hylsen og borerøret, til ringrommet mellom utsiden av hylsen og foringsrøret eller den ytre brønnveggen. Ytterflaten til hylsen innbefatter også flere formede kanaler som står i forbindelse med disse radiale åpningene. Kanalene leder det strømmende slammet for å smøre ytterflaten av hylsen og frembringe hydraulisk løft i forhold til foringsrørveggen.

Borerørbeskyttelsesanordningen kan være en rørformet hylse som har flere i lengderetningen forløpende og radialt utragende kammer tilformet på dens ytterflate. Kammene eller ribbene er plassert i avstand fra hverandre for å definere kanaler mellom seg og i det minste noen av kanalene er utformet for å definere en i lengderetningen forløpende kanal som har en dobbelkileform. De dobbelkileformede kanalene danner passasjer for den langsgående strømmen av boreslam langs ytterflaten av hylsen. Hver kanal eller passasje innbefatter en radialt orientert innvendig passasje som sammenkopler borefluidet som passerer gjennom ringrommet mellom hylsen og borestrengen og ringrommet mellom utsiden av hylsen og foringsrøret. Hver dobbelkileformet kanal definerer en tiltagende smalere og grunnere passasje som går over i en tiltagende bredere og dypere passasje langs dens lengde. Dobbelkileformen akselererer og deretter retarderer strømmen for å frembringe et hydraulisk løft i forhold til foringsrørveggen og forøker også strømmen av boreslammet mellom disse.

I et annet aspekt innbefatter beskyttelsesanordningen en rørformet hylse for bruk med boreverktøyenheter. Hylsen innbefatter kanaler utformet på den ytre overflaten for å rette strømmen av slam i ringrommet mellom kanalene og foringsrøret. I tillegg innbefatter hylsen flere radialt orienterte innvendige passasjer i avstand fra hverandre, hvilke passasjer sammenkopler boreslammet som passerer gjennom ringrommet mellom hylsen og borerøret og ringrommet mellom utsiden av hylsen og foringsrøret.

I en annen utførelse omfatter beskyttelsen puter av lavfriksjonsmateriale på de utvendige overflatene. Putene er tilvirket av teflon-kompositter. Beskyttelsen kan ha flere buede flater.

I en annen utførelse omfatter beskyttelsen en hylse med flere staver og av flere materialer, omfattende bruk av en myk elastomerisk foring som har en foretrukket hardhet på 60 Shore A, men som kan være i området 40 - 85 Shore A, i en uretan-hylse som har en foretrukket hardhet på 95 Shore A, men som kan være i området 75 - 95 Shore A for uretan og 75 -123 Rockwell R for hardere plast. Materialet i den fleksible, indre foringen bevirker en mere effektiv fluidopplagring og således en lavere koeffisient for roterende friksjon mellom borerøret og hylsen.

Det har blitt utført studier for å forbedre virkningen til fluidopplagringen for en borerør-beskyttelse og å oppnå den samme eller bedre styrke som for tidligere polyuretan-sammensetninger og å forbedre den økonomiske levetiden til beskyttelsesenheten. Prøver fastslo at friksjonstap oppsto mellom borerøret og beskyttelseshylsen på innsiden av hylsen og i overgangen mellom hylsen og kraven på endene av hylsene og kravene. Kombinasjonen av disse to kilder for friksjon er den resulterende koeffisien-ten for friksjonstap for hver borerørbeskyttelsesenhet. Kvantifisering av rotasjonsfriksjonstapene på innsiden av hylsen og rotasjonstapene i overgangen fra hylsen til kraven varierer for forskjellige typer materialer som benyttes i beskyttelseshylsene.

For uretanhylser med 95 Shore A hardhet kommer omtrent 50 til 60% av det samlede friksjonstapet fra friksjonen mellom endene av hylsen og kraven. Friksjonstapet mellom innsiden av hylsen og borerøret utgjør det andre betydelige friksjonstapet. Friksjonen mellom enden av hylsen og kraven er kilden til slitasje på endene av hylsen og blir derfor som oftest den faktoren som begrenser den økonomiske levetiden til beskyttelseshylsene og kravene. I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen består derfor beskyttelsen av en kompositt-hylseutførelse for å minske friksjonskrefter og slitasje på endene av hylsene og kravene uten tap av strukturell integritet. Dette oppnås ved å inkludere lavfriksjons, abrasjonsmotstandsdyktige endeputer støpt i ett i hylsen under fremstillingsprosessen. Endeputene utstanses til foretrukket form, og den forhåndsformede, lavfriksjons endeputen anbringes i bunnen av formen under fremstillingsprosessen. Avhengig av utformningen kan et metallbur innsettes før uretanet helles inn i formen. Lavfriksjons endeputer kan anbringes på den ene eller begge ender av beskyttelseshylsen under fremstillingsprosessen. Alternativt kan flere segmenter av lavfriksjons, abrasjonsmotstandsdyktige endeputer anbringes på enden av hylsen, som anbringes på bunnen av formen før uretanet helles i.

Disse og andre særtrekk og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare og forstås mer fullstendig av fagfolk innen fagområdet ved å henvise til den etterfølgende, detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser, som gjøres med henvisning til de vedføyde tegninger, av hvilke en kort omtale gis under.

FORKLARING AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et skjematisk sideriss, delvis i tverrsnitt, hvilket riss viser en streng av borerør som har borerør/foringsrør-beskyttelsesanordninger i henhold til denne oppfinnelse montert mellom verktøyskjøter i borerøret i en avviksbrønn

som bores i en underjordisk formasjon,

fig. 2 er et detaljert riss av fig. 1, hvilket riss illustrerer en borerørskjøt og en borerørbeskyttelse,

fig. 3A er et tverrsnittsriss av en første utførelse av en hydroløftborerørbeskyttelses-anordning oppbygget i henhold til prinsippene ifølge den foreliggende

oppfinnelse,

fig. 3B er et lengdesnittsriss av borerørbeskyttelsesanordningen i fig. 3A, hvilket riss

viser diffusorutgangsporter,

fig. 4 er et tverrsnittsriss av en alternativ utførelse av en hydroløft-borerørbeskyttelse,

fig. 5Aer et sideriss av beskyttelsen i fig. 4,

fig. 5Ber et snittsriss av diffusoren i fig. 5A,

fig. 6 er et detaljriss som viser forskjellige tverrsnittsutforminger av diffusorportene, fig. 7 er et perspektivriss av en kileløfttype-borerørbeskyttelse oppbygget i henhold

til prinsippene i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 8 er et del perspektivriss av en første alternativ kileløfttype-borerørbeskyttelse

vist montert utenpå en seksjon av borerøret,

fig. 9 er et del perspektivriss av en andre alternativ utførelse av en kileløfttype-borerørbeskyttelse vist montert utenpå en seksjon av borerøret og posisjonert

i en seksjon av foringsrøret,

fig. 10 er et perspektivriss av en borerørkobling oppbygget i henhold til prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, og viser kileløftutformingen på den

utvendige overflaten,

fig. 11 er et del perspektivriss av en borerørbeskyttelse oppbygget i henhold til prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, og som viser en

hydroløfttype-åpning og en kileløftutforming på den ytre overflaten,

fig. 12 er et lengdesnittsriss av borerørbeskyttelsesanordningen i fig. 10, og viser

hydroløftportene og kileløftkanalene på ytterflaten,

fig. 13 er et tverrsnittsriss av en firesidig lavfriksjons, ikke-roterende borerørbeskytt-else ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 14 er et tverrsnittsriss av en tosidig lavfriksjons ikke-roterende borerørbeskyttelse

ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 15 er et deltverrsnitt av en kileløfttype-borerørbeskyttelse som omfatter lavfriksjonsputer,

fig. 16 er et deltverrsnitt av en kileløfttype-borerørbeskyttelse som omfatter lavfriksjons pinnebolter,

fig. 17 er et perspektivriss av en borerørbeskyttelse som har lavfriksjonsputer i ett

stykke, støpt integrert i beskyttelsen med fleksible flerstavers indre puter,

fig. 18 er et perspektivriss av en borerørbeskyttelse som har flere segmenter av lavfriksjons endeputer støpt inn i beskyttelsen, med fleksible flerstavers indre puter.

DETALJERT OMTALE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 illustrerer et brønnboringssystem for å bore en brønn i en underjordisk formasjon 10. En rotasjonsborestreng omfatter flere langstrakte, rørformede borerørsek-sjoner 12 som borer et borehull 14 med et boreverktøy 15 montert på bunnen av borestrengen. Et langstrakt sylindrisk rørformet foringsrør 16 kan sementeres i brønn-boringen for å isolere og/eller understøtte formasjoner rundt boringen. Oppfinnelsen vises i en awiksbrønn som bores innledningsvis langs en ganske rett bane og deretter bues nær bunnen og til siden på en knekklignende måte. Det er boringen av brønner av denne type som hovedsakelig kan øke momentet påført borestrengen under bruk, og der oppfinnelsen, ved å redusere mengden av oppbygget moment, gjør det mulig å bore slike avviksbrønner til større dyp og bore dem mer effektivt samtidig som skade på foringsrøret og borerøret hindres.

Oppfinnelsen omtales her videre med hensyn til dens bruk inne i et foringsrør i et borehull, men oppfinnelsen kan også anvendes for å beskytte borerøret mot skade forårsaket av berøring med veggen til en boring som ikke har noe foringsrør. I beskrivelsen og kravene som følger der det gjøres henvisning til berøring med veggen eller den innvendige flaten til et foringsrør gjelder derfor beskrivelsen også berøring med veggen til borehullet, og hvor henvisning gjøres til berøring med en boring kan boringen utgjøres av veggen til et borehull eller innsiden av et foringsrør.

Som illustrert er separate borerørbeskyttelsesanordninger 18 plassert i avstand fra hverandre langs lengden av en borestreng for å beskytte foringsrøret mot skade som kan forekomme når borerøret roteres inne i foringsrøret. Seksjonene av borerøret er koplet sammen i borestrengen av separate borerørkoblinger 20 som er vanlige innen fagområdet. Borerøret kan frembringe både moment og borerør-foringsrørslitasje og motstand mot glidning av borestrengen i hullet. De separate borerørbeskytterne 18 er montert på borestrengen 12 nær hver ende av borerørkoblingene for å redusere bore-strengmomentet, redusere de glidende friksjonskreftene, redusere støt og vibrasjoner i borestrengen og abrasjon på innerveggen til foringsrøret.

Når borerøret roteres inne i foringsrøret vil normalt borerørkoblingene være de første som gnis mot innsiden av foringsrøret, og denne gnidningsvirkningen vil være tilbøye-lig til å slite vekk enten foringsrøret, eller utsiden av borerøret eller dets borerørkob-linger, hvilket i stor grad kan redusere beskyttelsen som gis til veggen eller styrken til borerøret eller dets borerørkoblinger. For å hindre at denne skaden forekommer er ytterdiameteren av borerørbeskyttelseshylsen, som normalt er tilvirket av gummi eller plast (slik som nylon), større enn for borerøret og dets borerørkoblinger. En slik installasjon tillater at beskyttelseshylsen bare gnis mot foringsrøret. Selv om de er nyttige for slitasjebeskyttelse, kan disse beskyttelsene utvikle betydelig kumulativt moment langs lengden av borerøret, i særdeleshet når hullet avviker fra det vertikale som vist i fig. 1. Dette har negativ påvirkning på boreoperasjonene, primært ved å frembringe friksjon som reduserer rotasjonen og dreiemomentverdien tildannet ved overflaten, og som deretter overføres til borkronen. Foreliggende oppfinnelse frembringer en løsning av dette problemet.

Fig. 2 viser videre skjematisk en borerørbeskyttelsesanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse. Borerørbeskyttelsen 18 er "sandwicher løst mellom øvre og nedre aksiallagre 22 og 24 som er festet til utsiden av borerørseksjonen 12. En liten spalte finnes mellom borerørbeskyttelsen og aksiallagrene. Borerørbeskyttelsen er montert på borerøret ved bruk av teknikker som holder beskyttelsen på borerøret, og som tillater at hylsen normalt roterer med borerøret under boreoperasjoner, men når borerørbeskyttelseshylsen kommer i berøring med borerøret 16, stopper hylsen å rotere, eller i det minste reduserer hastigheten betydelig, samtidig som det tillates at borerøret fortsetter å rotere inne i borerørbeskyttelsen. Denne endringen i rotasjonspunkt fra den utvendige flaten, dvs. utsiden av beskyttelsen til utsiden av borerøret reduserer avstanden ved hvilken friksjonen tilknyttet borerørrotasjonen påføres borerøret.

BORERØRBESKYTTELSE AV HYDROLØFTTYPE

Med henvisning til fig. 3A og 3B vises en ikke-roterende borerørbeskyttelse 30 av hydroløfttype.

Den ikke-roterende hydroløft-borerørbeskyttelsen 30 omfatter en langstrakt rørformet hylse tilvirket av et egnet beskyttelsesmateriale, slik som et polymerisk materiale, metall- eller gummimateriale med lav friksjonskoeffisient. Et foretrukket materiale er et høydensitets-polyuretan- eller gummimateriale. Hylsen har en indre flate 32 med en generelt sirkulær utforming. Innsiden innbefatter ytterligere flere langstrakte langsgående forløpende, rette parallelle aksialspor 34 i omkretsmessig avstand fra hverandre rundt innsiden av hylsen. Sporene er åpne i enden i den forstand at de munner ut i en ringformet første ende 34 og en ringformet motsatt andre ende 36 av hylsen. Innerveggen til hylsen er oppdelt i veggseksjoner mellom nabopar av sporene 34. Hver veggseksjon har en indre opplagringsoverflate. For polyuretan- eller gummi-hylser er et metallforsterkningsbur 38 innleiret inne i hylsen mellom innerveggen 32 og ytterveggen 40. Metallforsterkningsburet 38 har et holdehengsel 42 for å feste beskyttelsen 30 til borerøret 12. I utførelsen vist i fig. 3A og 3B varierer veggtykkelsen av beskyttelsen 30 mellom innsiden og utsiden, slik at beskyttelsen er eggformet i tverrsnitt. Plassert ved bunnen av den eggformede beskyttelsen er en diffusor 44. Diffusoren 44 har flere utgangsporter 46a-46f som med unntak av porten 46f strekker seg mellom innsiden 32 og utsiden 40. Diffusoren 44 kan være fast forbundet med buret 38 med festeelementer 48 eller kan alternativt være støpt integrert i hylsen.

Veggtykkelsen til beskyttelsen 30 er slik at borerørbeskyttelsen 30 har en ytterdiameter som er større enn ytterdiameteren til de tilstøtende borerørkoblingene 20. Den ringformede første 32 og andre 36 kanten til beskyttelseshylsen har en utforming som fungerer til å trekke fluid mellom hylsen og kraven, slik at det derved bidras til dann-elsen av en fluidopplagring mellom innsiden av beskyttelsen og utsiden av borerøret 12. Den første kanten 34 innbefatter et generelt flatt, ringformet innvendig kantparti 50 som strekker seg horisontalt og generelt i en rett vinkel med den vertikale innerveggen til hylsen. Kantpartiet 50 har et avfaset kantparti 52 som fører til den vertikale innerveggen for å hindre eller redusere slitasje på borerøret som skyldes virkningen av aksialkrefter. Det vinkelformede partiet 52 tjener til å redusere slitasje som opptrer på endene av beskyttelseshylsen og borerøret når disse påvirkes av stor aksial-belastning.

Borerørbeskyttelseshylsen 30 er delt i lengderetningen som et middel for å spre motsatte sider av hylsen når hylsen monteres på utsiden av borerøret. Fig. 3A illustrerer et par diametralt motsatte vertikalt forløpende kanter 54 som definerer endene av en langsgående splitt som deler hylsen i to halvdeler. Hylsen er delt langsgående og den er festet med en sperretapp 56 som strekker seg gjennom et holdehengsel 42. Alternativt kan hylsehalvdelene være hengslet langs en side og festet løsbart på en motsatt side med en sperretapp, eller de kan være sikret langs begge motsatte sider med bolter. Metallburet 38 danner en ringformet forsterkningsring innleiret i det støpte legemet til hylsen. (En beskyttelseshylse tilvirket av metall innbefatter ikke noe forsterkningsbur). Hensikten med buret er å øke styrken til hylsen. Buret kan absorbere trykk-, strekk- og skjærkrefter som påføres hylsen når den drives i foringsrøret eller brønnboringen. Forsterkningsburet kan tilvirkes av strekkmetall, metallplateemne, eller metallstrimler eller kompositt (fiber). En foretrukket metode er å tilforme forsterkningselementet av et stålplateemne med huller ensartet fordelt over hele platen.

De tilstøtende topp- og bunnaksiallagre 22 og 24, som vist i fig. 2, har nærliggende ringformede endeflater som ligger opptil øvre og nedre ringformede endeflater på hylsen med hovedsakelig den samme vinkelorienteringen. Det øvre og nedre aksiallageret 22 og 24 er stivt festet til utsiden av borerøret over og under borerørbeskyttel-seshylsen. Aksiallagrene (også betegnet som kraver) er metallkraver tilvirket av et materiale, slik som aluminium, eller et hardt plastmateriale, slik som kompositter av glass eller grafittfibre i en grunnmasse slik som nylon for å omslutte borerøret og rage utover fra borerøret. Kravene rager ut en tilstrekkelig aksial avstand langs borerøret for å danne middel for å holde hylsen i en aksialt festet posisjon på borerøret, inn-spent mellom de to aksiallagrene. Aksiallagrene er stivt festet til borerøret og roterer med borerøret under bruk. Midlene for å feste aksiallagrene til motsatte ender av hylsen kan være lik festemidlene vist i US-patent nr. 5.069.297. Det øvre og nedre aksiallageret er festet til borerøret for å danne en svært liten øvre arbeidsklaring mellom bunnen av det øvre aksiallageret og den ringformede toppkanten til hylsen og en separat nedre arbeidsklaring mellom toppen av det nedre aksiallageret og den nedre ringformede kanten til hylsen. Den nedre klaring kan være liten, slik som ca. 6 mm eller så stor som ca. 25 mm. Lagrene er fortrinnsvis delt og boltet eller hengslet og boltet med hodeskruer i avstand fra hverandre på ytre flenser på kraven.

Under bruk, når det roterende borerøret roteres inne i foringsrøret eller brønnen, kommer den ytre overflaten til borerørbeskyttelseshylsen i berøring med den innvendige overflaten til foringsrøret eller brønnboringen. Hylsen, som normalt er festet på plass på borerøret, roterer med borerøret under normale boreoperasjoner. Under berøring med den indre veggen til foringsrøret slutter imidlertid hylsen å rotere, eller dens rotasjonshastighet reduseres betydelig, samtidig som borerøret tillates å fortsette å rotere inne i hylsen. Utformingen av innsiden av hylsen er slik at borerøret fortsatt kan rotere mens hylsen nesten er stanset eller roterer svakt, og likevel utøver dens stansing minimal friksjonsbremsing mot utsiden av det roterende borerøret. Den indre opplagringsflaten til hylsen bevirker, i kombinasjon med de aksiale sporene, at det sirkulerende boreslammet inne i ringrommet mellom foringsrøret og borerøret strømmer under trykk ved en ende av hylsen gjennom de parallelle sporene til den motsatte enden av hylsen. Dette frembringer en sirkulerende strøm av boreslam under trykk ved grenseflaten til hylsen og borerøret og dette fluidet blir tvunget inn i opplagringsflatene mellom sporene. Dette deformerer og sprer fra hverandre opplagringsflateområdene for å frembringe en trykksatt tynn film av smørefluid mellom hylsens innside og borerørets utside som reduserer friksjonsbremsing mellom disse to overflatene. Denne smørevirkningen som tvinges inn i området mellom hylsen og borerøret fungerer som en fluidopplagring for å tvinge de to overflatene fra hverandre, og slik virkning reduserer derved friksjonen som normalt ville forekomme både på utsiden av borerøret og innsiden av hylsen på grunn av det faktum at en tynn fluidfilm adskiller de to overflatene. Ettersom fluidet adskiller disse to flatene reduseres momentet som utvikles som et resultat av rotasjonen betydelig.

I tillegg bistår disse aksiallagrene ved motsatte ender av hylsene, hvilke lagre holder hylsene i stilling på boredelen, også til å frembringe en ytterligere fluidopplagringsvirkning ved endene til hylsen.

Som tidligere nevnt utvikles trykk av den hydrauliske opplagringen dannet i rommet 58 mellom utsiden av borerøret og innsiden av beskyttelsen. Trykket rettes mot diffu-sorutløpsportene 46a-46f som avgir fluid til området mellom beskyttelsen 30 og den indre overflate n til foringsrøret 16. Det trykksatte fluidet er tilbøyelig til å strømme ut av diffusoren og er tilbøyelig til å heve beskyttelsen og samtidig smøre grenseflaten mellom hylsen og foringsrøret. Fluidbevegelsen gjennom utgangsportene er også tilbøyelig til å rense kaks fra bunnen av hullet for således å bidra til å hindre tilstander med "fastkjørt rør". Trykket som det hydrauliske opplagringsfluidet kommer ut av diffusor-utløpsportene med, kan varieres med hastigheten som borerøret roteres ved. For eksempel øker trykket ved rask rotering av røret, slik at glidingen og løftingen av borerøret forbedres. Antallet utløpsporter kan også varieres for å regulere det ønskede løftet. Den geometriske utformingen til utløpsportene 46a-46f kan innbefatte sirkulære, rektangulære eller andre spesielle former. Selv om utløpsportene retter fluid inn mellom ytterflaten til diffusoren og innerflaten til foringsrøret, kan utløps-portene plasseres ved endene av hylsen for å rette fluid mot kraven for å forbedre levetiden til kraven gjennom reduserte belastninger og forbedre smøring. Utløps-porten 46f retter f.eks. fluid mot kraven.

Beskyttelsen 30 omfatter en eggformet utforming, slik at under sideveis boring er diffusor-utløpsportene alltid posisjonert ved bunnen av hullet for å løfte borerøret fra foringsrøret.

En alternativ utførelse av den ikke-roterende hydroløft-borerørbeskyttelse 60 er vist i fig. 4 og 5. I denne utførelse er beskyttelsen 60 eksentrisk i forhold til borerøret 12, slik at resultatet blir mindre veggtykkelse nær slitasjeputene 62 og en større veggtykkelse ved området nær holdehengslet 63. Denne utformingen resulterer i en selv-posisjonering av diffusoren 64 ved det laveste partiet til foringsrøret 16. Ved å ha et tynnere område motsatt hengselet 63 lettes også åpning av hylsen for montasje på røret. Området nær hydroløft-utløpsportene 66a-66j blir hovedsakelig partiet av beskyttelsen som grenser til foringsrøret. I denne utførelse kan det tynnere diffusor-partiet være tilvirket av lavfriksjonsmateriale for å forbedre glidningen, eller alternativt kan hele beskyttelsen tilvirkes av et lavfriksjonsmateriale, slik som Rulon (Tellon- og bronsekompositt).

Beskyttelsen 60 har to typer av forsterkninger, et metallforsterkningsbur 68 og for-sterkningsrør 70. Forsterkningsrørene kan forløpe i hele lengden av beskyttelsen eller bare deler av dens lengde. Forsterkningsrørene kan være åpne mot boreslammet for å bistå ved retur av slammet til ringrommet mellom beskyttelsen og foringsrøret. Alternativt kan en porsjon av boreslammet i forsterkningsrørene på nytt ledes gjennom tilførselsrørene 72 til opplagringsflaten mellom innsiden av beskyttelsen og utsiden av borerøret, slik at områder av hylsen som tømmer fluid gjennom hydroløft-utløpsport-ene etterfylles. Rørene kan være et enkelt hulrom eller foret med rør av ulike typer, slik som aluminium- eller komposittrør. Når forsterkningsrørene er plassert i riktig avstand fra hverandre, dvs. 20-80% av tverrsnittsarealet, har den resulterende kompo-sitthylsen øket opplagringsmotstand. Beskyttelsen 60 har en utforming av innsiden lik beskyttelsen 30, hvilket frembringer en hydraulisk opplagring som frembringes av boreslam som beveger seg mellom hylsen og fluidopplagringsoverflaten, som forklart med hensyn til beskyttelsen 30. En hydraulisk opplagring frembringes av boreslam som beveger seg mellom innsiden av hylsen og utsiden av borerøret av boreslam som strømmer gjennom de aksiale sporene 74 på innsiden av beskyttelsen eller tilførselsledninger 72 fra forsterkningsrørene 70.

Plasseringen av diffusoren 64 og utløpsportene 66a-66j er for å tillate den kontinuerlige drift av de hydrauliske opplagringene, likeledes driften av diffusoren. Det er denne kombinasjonen som fremskaffer fordelene med redusert boremoment og redusert glidemotstand. Hydroløftopplagringene kan også plasseres på endene til hylsen, trykksatt med aksiallagrene, for derved å bevirke øket smøring, likeledes en viss avløfting fra kraven, slik at slitasjelevetiden til endene av hylsen økes. Tallrike utforminger av hydroløft-diffusoren og utløpsportene er mulig, som vist i fig. 6, men er ikke begrenset til disse utformingene, som personer med erfaring innen fagområdet vil vite. Utformingene 74 og 76 er basert på et aksiallager-prinsipp, mens utformingene 78-84 derimot er utformet for primært å bevirke forbedret smøring.

Ved bruk av beregningstabellen for hydroløft-utforming gjengitt over ses fordelene til hydroløftutformingen. For boreslam på 1,138 kg/l (9,5 pund/gallon) som driver hydroløftbeskyttelsen på et 5 tonns borerør og som roterer med 120 rpm, frembringer hydroløftbeskyttelsen tilnærmet 159 kg (350 pund) løft, slik at normalvekten til røret således reduseres ved hylsen og forbedrer glidingen. Fordelene med forbedret smøring forbedrer glideegenskapene vesentlig.

Bruken av forsterkningsrørene reduserer effektivt den nødvendige materialmengden for å danne hylsen. Beskyttelsen vist i fig. 4 og 5 benytter spesielt tilnærmet 35% mindre materiale enn eksisterende hylseutforminger. Fig. 5 illustrerer at hylsen er tilnærmet dobbelt så lang som tidligere, eksisterende hylser, men på grunn av det reduserte materialet som benyttes i hydroløftbeskyttelsen er hylsen bare 25% tyngre, men er 100% lengre enn tradisjonelle utforminger. Hydroløftbeskyttelsen kan tilvirkes fra forskjellige materialer for ulike anvendelser. Forforede hull kan hydroløftbeskytt-elsen utgjøres av polymermateriale, ved bruk av spesielle lavfriksjonspolymerer for åpenhullede utforminger, eller hylsen kunne belegges med lavfriksjonsmetall, slik som amorft titan.

Utforminger av diffusorutformingen balanserer hydroløft-egenskapene til røret fra foringsrøret og smøringen av røret med foringsrøret. Fordi løft fremskaffes ved trykk krever økning av løftet øket trykksatt område. Typiske hydrauliske opplagringer frembringer trykk på 0,69-3,48 bar (10-50 psi) pr. 2,54 cm (tomme) av lengden innen området av typiske rørdiametre. Dersom hydroløftdiffusoren har et normalareal mot røret på 0,645 cm<2>(0,1 kvadrattomme) og trykket er 2,76 bar (40 psi), er således løftekraften 1,814 kg (4 pund) pr. diffusor. Dersom området av diffusoren økes til 2,54 cm (1 tomme) og trykket forblir konstant, er løftekraften 18,14 kg (40 pund) pr. diffusor. Ettersom en skjøt for 127 mm (5-toms) borerør typisk veier tilnærmet 299,37 kg (660 pund) kan en hydroløft-beskyttelse med 15 diffusorer redusere borestrengbremsingen som observeres ved riggdekket.

Dette er av vesentlig betydning for boreoperasjoner. Pga. normalkraften som er resultat av rørvekten som frembringer slitasje på røret på foringsrøret, forenkler den effektive vektreduksjon glidning i og ut av hullet. Hydroløft-beskyttelsen fremskaffer løftet nøyaktig ved punktet der det kreves, slik at de oppnådde fordeler maksimali-seres.

Den andre vurderingsfaktoren for hydroløftdiffusoren er smøring. Resultatet av den forbedrede smøring og løft er å tillate at hydroløft-beskyttelsen fungerer som en hydraulisk opplagring med resulterende forbedret glidefriksjon. Typiske beskyttelser har en glidefriksjon som er avhengig av friksjonskoeffisienten mellom beskyttelsen og foringsrøret eller formasjonen. For stålforingsrør og tradisjonelle gummibeskyttelser er friksjonskoeffisienten mellom 0,25 og 0,35. Hydroløft-beskyttelsen ifølge den foreliggende oppfinnelse frembringer en smørefilm og hydraulisk løft som resulterer i en friksjonskoeffisient på 0,05-0,1. Resultatet er at lettere glidning inn i hullet oppnås. Når borestrengens omdreininger pr. minutt øker blir fordelen med hensyn til smøring og løft enda større.

En tilhørende fordel ved utformingen av hydroløft-beskyttelsen er hullrengjøring. I ERD-brønner, når vinkelbyggingen overstiger 55-60°, har borekakset typisk en tendens til å utfelles og synke til det nedre parti av foringsrøret. Resultatet er borekaksdemninger og mange tilhørende problemer. Utformingen av hydroløft-beskyttelsen muliggjør at det trykksatte fluidet skyller bort demningene fra bunnen av foringsrøret og tilbake til fluidstrømmen. Således fremskaffes tre fordeler av hydroløft-beskytteren, nemlig løft, smøring og hullrengjøring.

BORERØRBESKYTTELSE AV KILELØFTTYPE

Med henvisning til fig. 7-12 vises en ikke-roterende borerørbeskyttelse av kileløfttype i forskjellige snitt og utforminger.

Fig. 7 illustrerer en kileløft-borerørbeskyttelse 90 som fortrinnsvis omfatter en langstrakt rørformet hylse tilvirket av et egnet beskyttende materiale, slik som et polymerisk material, metall- eller gummimateriale med lav friksjonskoeffisient. Et foretrukket materiale er et høydensitets-polyuretan- eller gummimateriale. Hylsen har en innvendig flate med flere langstrakte, langsgående forløpende, rette parallelle aksiale spor 92 som er plassert i omkretsmessig avstand fra hverandre rundt innsiden av hylsen. Sporene er fortrinnsvis plassert ensartet i avstand fra hverandre rundt innsiden av hylsen, forløper vertikalt, og er åpne i endene i den forstand at de munner ut i en ringformet første ende 94 og en motsatt ringformet andre ende 96 av hylsen.

Innerveggen av hylsen er oppdelt i sammenfallende veggseksjoner med hovedsakelig ensartet bredde forløpende parallelt med hverandre mellom nærliggende par av spor 92. Hver veggseksjon har en indre opplagringsflate som kan være en buet eller en plan flate.

Veggtykkelsen til hylsen er slik at borerørbeskyttelsen 90 har en ytterdiameter som er større enn de nærliggende borerørkoblinger. Utsiden av hylsen innbefatter flere omkretsmessig i avstand fra hverandre plasserte langsgående forløpende, parallelle ytre riller 98 som forløper fra ende til ende av hylsen. Rillene er betydelig bredere enn sporene 92 inne i hylsen. Posisjonert mellom naboriller 98 er kileformede kanaler 100. Sammengripende ytre veggavsnitt 102 dannet av ytterveggen til hylsen mellom rillene og de kileformede kanalene danner brede parallelle ytre kammer med buede ytterflater langs utsiden av hylsen.

De kileformede kanalene bevirker hydraulisk løft og forbedret glidesmøring som reduserer den effektive friksjonskoeffisienten mellom borerøret og foringsrøret, og øker tendensen til glidning ned hullet. De kileformede kanaler lokalisert på ytter-periferien av hylsen danner en hydraulisk opplagring mellom hylsen og foringsrøret. Boreslam rettes mot de kileformede kanalene av kammene på ytterveggseksjonene 102 inn i den tiltagende smalere og grunnere kileformede kanalen. De ytre ribbene fremskaffer dobbelfunksjon med å rette fluidstrømmen og danne formålstjenlig under-støttelse for borestrengen når den står i ro. Bredden, høyden og dybden av kanalen og de ytre ribbene kan varieres basert på deformasjonsmengden av verktøyet under hvilende belastninger. Utformingen av den kileformede kanalen og de ytre ribbene kan avpasses til den nødvendige størrelsen av trykksatt område og forventede belastninger ved å variere bredden, dybden, lengden og konisiteten til kanalen. Fluidet er tilbøyelig til å bevege seg inn i den avsmalnende kanal og bevirke et område med forhøyet trykk, slik at området mellom beskyttelseshylsen og foringsrørveggen således løftes og smøres. Mange utforminger av den kileformede kanal kan plasseres på det samme verktøy i tallrike utforminger, slik som flere enn én langs den samme linje, langs parallelle multippellinjer eller langs enkle eller multippel-spirallinjer.

De kileformede kanalene 100 kan plasseres i en bakende-til-bakende-utforming som vist i fig. 7, slik at fluidbevegelse således tillates gjennom kanalene som vender i be-vegelsesretningen, og som tillater at borekaks kan komme ut fra baksiden av hylsen. I tillegg tillater plassering av de kileformede kanalene i en bakende-til-bakende-utforming reverserbarhet for verktøyet.

Glideimpulsen inn i hullet bidrar til fortsettelse av glidingen. Dette er av vesentlig betydning for boreoperasjoner, tatt i betraktning at normalkraften som er resultat av friksjonsmotstanden til røret stadig blir større ved større dyp, slik at bevegelse inn i eller ut av hullet gjøres stadig vanskeligere. Forbedret smøring og løft tillater at kileløftbeskyttelsen fungerer som en hydraulisk opplagring som resulterer i forbedret glidefriksjon. For stålforingsrør og tradisjonelle gummibeskyttelser er friksjonskoeffisienten mellom 0,25-0,35. Kileløftbeskyttelsen danner en smørefilm og et hydraulisk løft, slik at friksjonskoeffisienten derved reduseres til 0,05-0,1. En annen fordel med kileløftbeskyttelsen er hullrengjøringen som tidligere forklart med hensyn til hydroløftbeskyttelsen.

Igjen med henvisning til fig. 7 er kileløftbeskyttelsen 90 delt i lengderetningen for å danne et middel for å spre motsatte sider av hylsen fra hverandre når hylsen monteres på utsiden av borerøret. Hylsen er delt langs en kant 104 som festes med en sperretapp 106 , slik det er vanlig innen fagområdet. I denne versjon skilles hylsen simpelthen langs kanten 104 når den installeres. Alternativt kan hylsehalvdelene hengsles langs en side og festes løsbart på en motsatt side med en sperretapp eller de kan sikres langs begge motsatte sider med bolter. Et metallbur (ikke vist) danner en ringformet forsterkningsring innleiret i det støpte hylselegemet, som forklart over.

Topp- og bunn-aksiallagre 22 og 24 holder, som vist i fig. 2, beskyttelsen 90 langs lengden av borerøret.

En alternativ kileløftbeskyttelse 110 er vist i fig. 8. I denne utførelse er utsiden av beskyttelsen "egg"-formet, idet de kileformede kanalene 112 er plassert på bunnflaten til beskytteren. De kileformede kanaler er adskilt av ytre ribber 114. Riller 116 er posisjonert på toppflaten til beskyttelsen 110. Den eggformede beskyttelses-utformingen tillater at den ikke-roterende beskyttelsen orienterer kileløftkanalene på bunnen av hullet slik at beskyttelsen således orienteres korrekt inne i foringsrøret. Beskyttelsen 110 kan også innbefatte strømningskanaler 118 for å bidra til returen av boreslammet til ringrommet mellom beskyttelsen og foringsrøret. Fig. 9 illustrerer en andre alternativ utførelse av kileløftbeskyttelsen 120 som har en eksentrisk utforming. Som med utførelsen vist i fig. 9 er de kileformede kanaler 122 posisjonert ved bunnen av beskyttelsen og adskilt av ribber 124. Riller 126 er posisjonert på den øvre overflaten til beskytteren. I denne eksentriske utformingen er veggtykkelsene mindre ved bunnen der de kileformede kanalene er lokalisert enn ved toppen der rillene er lokalisert. I denne utførelsen er utformingen tilbøyelig til å tvinge de kileformede kanalene til bunnen av hullet for således å orientere beskyttelsen korrekt. Fig. 10 illustrerer kileløftkonseptet slik det inngår i borerørkoblingen 130. I denne utførelse er de kileformede kanalene 132 frest inn i en borerørkobling 134. Kileløft-utformingen kunne også anvendes på enhver type hullverktøy som behøver hjelp for å gli, slik som roterende borerørbeskyttelser, eller integrert i vektrør, stabilisatorer, borerør eller andre hullverktøy. Fig. 11 og 12 illustrerer enda en utførelse av den foreliggende oppfinnelse, omfattende både kileløft- og hydroløftkonseptet. Beskyttelsen 140 er lik beskyttelsen vist i fig. 7, som innbefatter flere kileformede kanaler 142 adskilt av ribber 144 på utsiden av borerørbeskyttelsen. Beskyttelsen innbefatter også en hydroløft-utløpsport 146 som forløper fra innsiden 148 av beskyttelsen til de kileformede kanalene. Beskyttelsen 140 er i særdeleshet egnet i forbindelse med oppstart av glidning for borerøret ned i hullet. Ettersom den statiske normalt er større enn den glidende friksjonen kan det være vanskelig å starte glidingen av borestrengen etter stansing for å sette sammen eller ta fra hverandre en borerørskjøt (eller seksjon). Dersom riggen er i stand til å rotere, likeledes senke eller heve rør, som ofte er tilfellet med rigger med topp-driv-systemer, vil rotasjon av borerøret pumpe trykksatt fluid fra innsiden av hylsen til

utsiden av beskyttelsen. Dette trykksatte fluidet ville komme inn i kileløftutformingen ved dens midtpunkt, slik at trykksatt smøring tilføres nøyaktig ved berøringspunktet. Kombinasjonen av fersk og trykksatt smøring ville bidra til overvinnelsen av den statiske friksjon og bidra til funksjonen med kileløft i det resterende av bevegelsen til borerøret.

IKKE- ROTERENDE BORERØRBESKYTTELSE med

MULTIPPELSIDET LAVFRIKSJONS- GLIDEFLATE

Med henvisning til fig. 13-19 illustreres ikke-roterende borerørbeskyttelser med multippelsidet lavfriksjons-glideflate. Fig. 13 illustrerer en firesidet lavfriksjons ikke-roterende borerørbeskyttelse 150. Som for alle ikke-roterende borerørbeskyttelser med multippelsidet lavfriksjons-glideflate omfatter beskyttelsen 150 en langstrakt rørhylse tilvirket av et egnet beskyttende materiale, slik som et polymerisk materiale, metall eller gummimateriale med lav friksjonskoeffisient. Et foretrukket materiale er høydensitets-polyuretan som har et metallforsterkningsbur, som tidligere forklart. Andre materialer kan utgjøres av en burforsterket gummi av forskjellige typer innbefattende NB (nitrilbutadiengummi, hydrert eller ikke-hydrert), Aflas (fluoretylen-gummi), med eller uten tilsetningsstoffer for å forbedre ytelse, i tillegg kan forskjellige andre typer av termisk eller kjemisk stabile plaster anvendes. Beskyttelsen 150 har en indre overflate med generelt polygonal eller bueformet utforming. Innerveggen 152 innbefatter flere langstrakte, langsgående forløpende rette, parallelle aksiale spor 154. Sporene er fortrinnsvis fordelt ensartet i avstand fra hverandre rundt innsiden av hylsen og forløper vertikalt fra ende til ende av hylsen. Metallforsterkningsburet 156 er innleiret mellom innerveggen 152 og ytterveggen 158.

Beskyttelsen 150 innbefatter en første seksjon 160 og en andre seksjon 162 forbundet med et hengsel 164 ved en ende og en sperrebolt 165 ved en ende motsatt hengselet 164. Fire i avstand fra hverandre plasserte riller 166, 168, 170 og 172 er plassert i avstand fra hverandre rundt omkretsen og lokalisert på ytterveggen 158 til beskyttelsen. Til forskjell fra tradisjonelle borerørbeskyttelser som typisk har en utvendig avrunding som er tilnærmet sirkulær med hensyn til borerøret, innbefatter beskyttelsen 150 en ytterflate som har fire adskilte buer som er utformet for å omgi den samme foringsrørstørrelsen, slik at glideberøringsoverflatearealet øker. Hver seksjon 160 og 162 innbefatter to partier 174 og 176, og henholdsvis 178 og 180. Ved å ha flere utvendig buede flater med stor radius tillates mer jevn fordeling av vekten til borestrengen gjennom beskyttelsens glideflater. En mer ensartet vektfordeling resulterer i mer ensartet friksjon langs hylsen. Hvert av de fire partiene 174-180 innbefatter innlegg 182a-h med lav friksjonskoeffisient posisjonert på sliteområdene til partiene. Innleggene med lav friksjonskoeffisient innbefatter fortrinnsvis bruken av et basismateriale av polyuretan med teflon bundet til dets ytre. Andre teflon-kompositter, belagt aluminium og andre lavfriksjonsmaterialer kan også anvendes som innleggsmateriale. Innleggene kan festes med et adhesiv etter at hylselegemet er støpt eller ifylles under støpeprosessen. Innleggene kan omfatte avfasede kanter 184 eller hull 186 for å frembringe en mekanisk binding med hylselegemet. Innleggene kan flukte med utsiden av hylsen, eller kan være hevet 0,508-0,762 mm (0,02-0,03 tomme), som vist med innlegget 182g, for å bistå ved avstryking av foringsrøret under drift og gi forlenget brukstid.

Mer foretrukket er innleggene med lav friksjonskoeffisient tilvirket av en bronseimpregnert teflon (handelsnavn Rulon 142) som har en friksjonskoeffisient på 0,10-0,12 mot stålforingsrøret i boreslammet. Som tidligere forklart kan innleggene holdes på plass med høyfasthets, høytemperatur-adhesiv, ved innstøping i uretanet, mekaniske bindinger i form av nagler eller mekanisk kobling av innlegget til metallforsterkningsburet. Innleggene er fortrinnsvis bundet til beskyttelsen som strimler med en typisk tykkelse på 2,286 mm (0,090 tomme). Overflatene til innleggene er typisk avskrådd for å tillate jevn overgang mellom innleggene og ytterveggen til beskyttelsen. Et egnet adhesiv er Tristar TCE211 som har passende mekanisk bindingsfasthet ved høye temperaturer.

Rulon-innleggene kan være forsterket med en bakre aluminiumplate som forenkler fremstilling og operasjoner.

En fordel ved å bruke bronseimpregnert teflon som innleggene, eller lignende materiale, slik som glass- eller grafittfylt teflon, er at innleggene faktisk vil redusere friksjonskoeffisienten i foringsrøret. Mens innleggene slites mot foringsrøret etterlater de små avsetninger av bronseimpregnert teflon i foringsrøret. Ettersom flere og flere hylser glir over et bestemt buktet parti av foringsrøret, blir overflaten impregnert inn i foringsrøret og er tilbøyelig til å redusere friksjonskoeffisienten for etterfølgende beskyttelser som glir over området. Bruken av teflon som innleggene oppviser også den laveste friksjonskoeffisienten på tørre eller nesten tørre overflater. I tilfeller når glidebelastningene på beskyttelsen er så betydelig at beskyttelsen avstryker siden av foringsrøret, reduserer teflon-innleggene inntrekning av boreslam og reduserer friksjonskoeffisienten mellom beskyttelsen og foringsrøret.

Fig. 14 illustrerer en alternativ lavfriksjons ikke-roterende borerørbeskyttelse 190 som haren tosidig 192 og 194 lavfriksjons glideflateutforming. Beskyttelsen 190 innbefatter fire aksiale riller 196,198, 200 og 202. Selv om beskyttelsen 190 illustreres med fire aksiale riller, skal det forstås at andre antall riller, slik som 2, 6 eller 8, også er mulige kombinasjoner. Fordelen med en tosidig lavfriksjons ikke-roterende borerørbeskyttelse er at to sider bevirker at større sliteflate er i berøring med foringsrøret.

Fig. 15 og 16 illustrerer bruken av innlegg med lav friksjonskoeffisient i kombinasjon med kileløftbeskyttelsen som tidligere er forklart. Fig. 15 illustrerer en beskyttelse 210 som har innlegg 212 med lav friksjonskoeffisient posisjonert nær de kileformede kanalene 214. Forsterkningsburet 216 er også vist innleiret i beskyttelsen 210. Endene 218 til buret 216 er buet over hovedsakelig (opptil 200 grader) ved å ha flere delte seksjoner rundt omkretsen. De buede endeseksjonene tillater bedre binding mellom hylsematerialet og buret, hvilken binding er spesielt nyttig i hylser som glir inne i foringsrøret, slik at bedre fastholding mellom buret og beskyttelsesmaterialet oppnås. Beskyttelsen 220 vist i fig. 16 illustrerer bruken av pinnebolter 222 med lav friksjonskoeffisient posisjonert nær de kileformede kanalene 224. Flere aluminium-pinnebolter med amorfe titanbelegninger eller andre friksjonsreduserende belegninger kan støpes inn i materialet eller festes fysisk til buret. Endene til pinneboltene strekker seg utenfor utsiden av beskyttelsen for å fremskaffe flere forlengelser som beskyttelsen glir på. Forlengede ender kan plasseres i en variasjon av oppstillinger som bidrar til å maksimalisere levetiden og minimalisere mulig skade på foringsrøret. Alternativt kan enten stenger eller plater anvendes med påførte belegninger for å frembringe overflater med lang levetid og lav friksjonskoeffisient. Andre variasjoner kan innbefatte bruken av kontinuerlige ribber eller stenger av aluminium eller lignende materiale istedenfor korte pinnebolter. Bruken av stenger har fordelen med større flateareal, med mindre tilbøyelighet til å skade foringsrøret.

FLERKOMPONENT IKKE-ROTERENDE BORERØRBESKYTTELSE

Også vist i fig. 16 er en alternativ materialutforming for beskyttelsen 220. Materiale 226 er plassert på den innvendige overflaten til beskyttelsen 220. Den alternative materialutformningen kan benyttes for mange beskyttelsesutførelser beskrevet her. Materialet 226 er en foring plassert på den innvendige overflaten til beskyttelsen 220. Materialet 228 er plassert på den utvendige overflaten til beskyttelsen 220. Materialet 226 har relativt lavere hardhet (60 eller lavere Shore A) enn det utvendige materialet 228 (90 Shore A). For eksempel er materialet 286 en myk elastomer eller gummi med en Shore A-hardhet på 60 eller mindre og materialet 228 er uretan og har hardhet 95 Shore A. Materialene 226 og 228 kan være det samme materialet med forskjellige hardheter eller forskjellige materialer, slik som polyuretan med forskjellige hardheter som er resultat av forskjellige mengder med mykner. Materialene 226 og 228 kan alternativt være vesentlig forskjellig, slik som aluminium for materialet 228 og gummi for materialet 226 eller en myk elastomer for materialet 226 og polyuretan for materialet 228. Videre kan materialet 228 være en plast med høy styrke, lav friksjon, for høye temperaturer, med en hardhet på 75 til 123 Rockwell R. I denne utførelsen er ikke et metallforsterkningsbur nødvendig, idet materialet 228 vil være sprøytestøpt og utformet i ett med hengsler (se fig. 4). Materialet 228 kan støpes som en hengslet sylinder og ha flere adskilte, buede flater. En fagmann innen området kan forestille seg den brede spennvidden av materialkombinasjoner som tilfredsstiller denne utforming. Materialet 226 og materialet 228 kan være kjemisk sammenføyd, mekanisk sammenføyd, termisk sammenføyd eller forskjellige kombinasjoner. Fordelen med denne utformingen er at det innvendige materialet 226 er i stand til å bøye seg rundt bruddstykker som fanges mellom beskyttelsen 220 og borerøret uten vesentlig abrasjon av borerøret. Det utvendige materialet 228 med dets større hardhet er mer motstandsdyktig mot abrasjon mellom det utvendige av beskyttelsen 220 og foringsrøret eller borehullveggen. En annen fordel med å ha en mykere elastomer som materialet 226 er bedre evne som fluidopplagring. Den lastbærende kapasiteten til en 60 Shore A elastomer-fluidopplagring er i det minste det dobbelte av kapasiteten til en 95 Shore A elastomer-fluidopplagring med samme geometri. Friksjonen er også betydelig mindre i de mykere 60 Shore A fluidopplagringer enn i hardere 95 Shore A fluidopplagringer.

Et problem med en hylse som benytter en myk elastomer er at de har betydelig mindre styrke, rivemotstand, kjemisk motstandsevne og temperaturmotstandsevne enn hardere elastomerer. Derfor kan en kompositt-hylse med materialer 226 og 228 oppnå den optimale fluidopplagringsevne og opprettholde høy styrke. Materialet 226 vil være omtrent 3,2 - 6,4 mm tykt innenfor materialet 228, og den resulterende kombinasjonen bevirker en betydelig forbedring av den lastbærende kapasiteten og minskning av friksjon sammenlignet med enkeltkomponentutførelser under alle driftstilstander og opprettholder eller forbedrer styrken til utførelsen som helhet.

Det myke elastomermaterialet 226 utformes med den mangekantede geometrien (dvs. aksiale spor) slik som vist, som gir optimal trykkfordeling i den fluidopplagrende flaten fordi flaten deformeres under kontaktbelastningen for å fordele belastningen fra det roterende elementet og opprettholde hydrodynamisk løft i fluidopplagringen i et større område. Fluidopplagringsevnen er direkte relatert til arealet og trykket i fluidopplagringen mellom det roterende borerøret og den stasjonære hylsen. De mykere elastomermaterialer i området til fluidopplagringen øker i stor grad fluidopplagringsevnen til hylsen og er vist mere detaljert i figur 17 og 18. Materialet 226 kan være en foring i ett stykke eller innsatt som flere stykker eller strimler på innsiden av hylsen, og er vist mere detaljert i figur 17 og 18. Materialet 226 kan forløpe fra en ende til den andre av hylsen eller bare forløpe i en del av lengden av hylsen, som vist i figur 16. Når den elastomeriske foringen forløper bare delvis i lengden av hylsen kan det være nødvendig å danne en avskrådd utsparing i det hardere uretanelementet for å hindre slitasje på borerøret i dette området av hylsen.

IKKE-ROTERENDE BORERØRBESKYTTELSE MED LAVFRIKSJONS ENDEPUTER

Kvantifisering av rotasjonsfriksjonstapene i overgangen mellom hylsen og kraven varierer for forskjellige typer materialer som benyttes for hylsene. For uretanhylser med 95 Shore A hardhet kommer omtrent 50 til 60% av det samlede friksjonstapet fra friksjonen mellom endene av hylsen og kraven. Friksjonen mellom endene av hylsen og kraven er kilden til slitasjen på endene av hylsene, og blir derfor som oftest den faktoren som begrenser den økonomiske levetiden til hylsene og kravene. Følgelig definerer den foreliggende oppfinnelsen en hylseutformning som minsker friksjonen ved overgangen mellom hylsen og kraven og også forbedrer den økonomiske verdien ved øket levetid for produktet uten tap av strukturell integritet. Den foreliggende oppfinnelsen oppnår dette målet ved at det er anordnet en borerørbeskyttelse 300, som vist i figur 17, som omfatter lavfriksjons, abrasjonsmotstandsdyktige endeputer 302 anbragt på hver ende av hylsen 304. Selv om endeputene 302 er vist i forbindelse med hylsen 304, vil det forstås at lavfriksjons abrasjonsmotstandsdyktige endeputer kan anvendes i forbindelse med hvilke som helst av hylseutformningene som er beskrevet her.

Endeputer 302 er en enkelt del som er integrert innstøpt i hylsen 304 under fremstillingsprosessen. Endeputene 302 stanses ut med foretrukket fasong som omfatter fordypninger 306, hvilket muliggjør at fluid kan passere fra innsiden av hylsen og overgangen til borerøret og over enden av overgangen mellom hylsen og kraven, for således å bidra til smøring og kjøling og å minske slitasje, slik som forklart ovenfor. Til bruk i forbindelse med en polyuretanhylse anbringes under fremstillingen den forhåndsformede lavfriksjons endeputen i bunnen av formen, og det indre buret (figur 13 og 14) anbringes i formen over endeputen. Buret kan hindre notasjonen av endeputen under støping eller den kan være mekanisk fastgjort til buret med nagler eller andre mekaniske komponenter som er vanlig kjent på området. Beskyttelsen 300 kan ha bare én lavfriksjons endepute 302 anbragt på hylsen 304 eller den kan en andre endepute som tilføyes under fremstillingsprosessen, hvilket fører til at en endepute befinner seg på hver ende av hylsen 304. Faktorer slik som fremstillingsomkostnin-ger, økonomisk levetid og anvendelse kan bestemme hvorvidt én eller to endeputer inngår i beskyttelsen 300.

Figur 18 illustrerer en annen utførelse av en beskyttelse 400 der flere segmenter av lavfriksjons, abrasjonsmotstandsdyktige endeputer 402 er anbragt på endene av hylsen 404. I denne utformningen, i stedet for å ha en enkelt integrert endepute, som vist i figur 17, er flere enkeltvise segmenter som sammen danner endeputene anbragt på bunnen av formen, og polyuretanet eller en annen plast helles rundt putene for å posisjonere disse i hylsene. For begge utførelsene vist i figur 17 og 18 er det foretrukne lavfriksjons, abrasjonsmotstandsdyktige endeputematerialet en polyetylen med ultrahøy molekylvekt med gjennomsnittlig 3,1-6 millioner molekylvekt-samsvarighet med ASTM 4020-81-standarder. Dette materialet er ikke abrasivt, har en lav friksjonskoeffisient mindre enn 0,2, er 600% mer abrasjonsmotstandsdyktig enn stål, har ingen innskjæringsfølsomhet eller kuldesprøhet 68,333 C- + 93,333C

(155 F - +200 F). Polyetylenet med ultrahøy molekylvekt er tilgjengelig under forskjellige varenavn, omfattende Ultra Fend fra UltraPoly Corporation.

Polyetylen med ultrahøy molekylvekt er tilgjengelig i forskjellige former og dimen-sjoner som kan benyttes for endeputene til hylsene. Materialet kan være tilgjengelig som ringer med passende diameter for hylsen, hvilket kan stanses for å omfatte fordypningene 306 i overflaten og bunnflaten som har overgang til buret. Bunnflaten kan omfatte flenser 308 for å danne midler for mekanisk fastgjøring til buret og polyuretanhylsen 304 som helles i. Alternativt kan endeputene for hver utførelse utstanses av plane materialplater. Som et eksempel er hylsen vist i figur 17 og 18 laget av polyuretan og har også lavfriksjons sideputer 310 og 410 som kan være laget av Rulon eller polyetylenmateriale med ultrahøy molekylvekt som benyttes for endeputene. Innsiden 312 og 412 kan omfatte en myk elastomerforing, som forklart i forbindelse med figur 16. Tilsvarende kan hvilke som helst av de øvrige trekk beskrevet her inngå i beskyttelsen, slik som hydroløftåpninger, kileløftekanaler eller flere buede flater rundt utsiden av hylsen. Hylsen kan være laget av gummi eller metall som innbefatter lavfriksjons-endeputene.

Selv om oppfinnelsen er forklart med forskjellige utførelser vil det forstås at den ikke er begrenset til disse, ettersom endringer og modifikasjoner kan gjøres innen det omfanget som angis i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Ikke-roterende borerørbeskyttelse til bruk ved brønnboring, og som omfatter en hylse (30, 90) dimensjonert for å anbringes rundt en borestreng (12), idet hylsen har en innside med flere spor (34, 92) for å danne en fluidopplagring mellom innsiden og borerøret, karakterisert vedat hylsen (30, 90) har en utside som omfatter flere utvendige buede flater (102) med en kontur for å øke kontaktarealet ved glidning, idet flatene er adskilt av kanaler (100) på utsiden, og en elastomerforing (226) på innsiden av hylsen.

2. Beskyttelse som angitt i krav 1, og hvor hylsen har i det minste én lavfriksjons endepute (302) anbrakt på enden av hylsen.

3. Beskyttelse som angitt i krav 2, og hvor endeputen omfatter flere segmenter (402) utformet i enden av hylsen.

4. Beskyttelse som angitt i krav 2, og hvor hylsen har en lavfriksjons endepute anbrakt på hver ende av hylsen.

5. Beskyttelse som angitt i krav 1, og hvor utsiden av hylsen har i det minste en slitepute (310, 410) med lav friksjonskoeffisient.

6. Beskyttelse som angitt i krav 4, og som omfatter et forsterkningsbur (38, 68) av metall innleiret i hylsen mellom utsiden og innsiden.

7. Beskyttelse som angitt i krav 6, og hvor endeputene er fastgjort til buret.

8. Beskyttelse som angitt i krav 5, og hvor sliteputene er fastgjort til et forsterkningsbur innleiret i hylsen.

9. Beskyttelse som angitt i krav 2, og hvor endeputen er laget av polyetylen.

10. Beskyttelse som angitt i krav 1, og hvor foringen omfatter flere strimler (226) anbrakt rundt innsiden av hylsen.

11. Beskyttelse som angitt i krav 1, og hvor hylsen har en ytre plastmantel i området 75-123 Rockwell R.