NO341849B1 - Trekkeverktøy benyttet i et borehull og/eller rørledning og en drivmodul for et trekkeverktøy - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et glattkabels- og/eller fiberoptisk kabeltrekkende borehull og/eller rørlednings trekkeverktøy med en drivmodul (64) med en hoveddel (1) og en hengslet drivarm (2). Et drivhjul (6) med et girsystem er opplagret i drivarmen. Et girsystem et i drivhjulet (6) omfatter et eksentrisk og innvendig fortannings- girsystem med et fast indre drev og et bevegelig ytre drev. Det bevegelige ytre drevet utgjør drivhjulet (6) til trekkeverktøyet. En elektrisk motor (8) for sørger for drift av drivhjulet (6) via girsystem et. Videre beskrives en drivmodul for et slikt trekkeverktøy.

Description

Denne oppfinnelsen angår et trekkeverktøy og en drivmodul til et trekkeverktøy som benyttes for å trekke seg selv og annet utstyr inn i borehull og rørledninger.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

I borehull og rørledninger er det oftest lange lengder i vertikal og horisontal retning. For flere av brønnene er det behov for å installere fiberoptisk kabel for å få sanntids målinger av blant annet strømning, trykk og temperatur. En fiberoptisk kabel i seg selv er svært tynn og svak. Det blir derfor benyttet flere typer belegg for å beskytte den fiberoptiske kabelen som metall, Kevlar eller karbonstang. Alle disse kablene har til felles at de er svært lette og noe bøyelige, som gir utfordringer når de skal installeres i horisontale brønner.

På grunn av at en fiberoptisk kabel kun er en signalkabel må trekkeverktøyet være batterioperert. Det er derfor vesentlig at trekkeverktøyet har så høy virkningsgrad og er så lett som mulig for å begrense nødvendig strømforbruk. Det er i dag ingen trekkeverktøy som er bygget spesielt for disse applikasjonene.

I tillegg til fiberoptiske kabler er det også et behov for et trekkeverktøy for lette brønnintervensjoner ved bruk av glatt kabel. På samme måte som med en fiberoptisk kabel har man de samme utfordringer når det kommer til å kunne føre en glatt kabel inn i horisontale brønner. På grunn av den glatte kabelen sin begrensede stivhet klarer man ikke dytte den særlig langt inn i horisontale brønner.

Dersom man skal kunne benytte lette brønnintervensjoner i form av glatt kabel i horisontale brønner har man behov for et batterioperert trekkeverktøy.

Brønner der man har behov for å kjøre lette brønnintervensjoner har liten innerdiameter og innehar nippelprofiler helt ned mot 40 mm. Det er derfor nødvendig å lage trekkeverktøyet så lite at det kan passere de minste nippelprofiler. For å gjøre dette mulig er det her anvendt kjente girings løsninger på en ny måte. Diameteren på brønnen kan være større enn summen av trekkeverktøyets diameter og diameteren på kabelen trekkeverktøyet skal trekke.

Det finnes flere varianter av trekkeverktøy eller brønntraktorer på markedet. En kjent løsning omfatter en elektrisk motor som driver en hydraulisk pumpe som igjen driver en hydraulisk motor i drivhjulet. Et slikt system er teknisk komplekst og har er lav virkningsgrad. Andre varianter som finnes benytter en elektrisk motor som overfører rotasjonen direkte via et vinkelgir og videre til hjulet enten via kjede/reimdrift eller rette gir. Ved slike systemer har man en utfordring med at giringsforholdet ikke er høyt nok til å benytte en høyeffektiv børsteløs permanentmagnet motor som har et relativt høyt turtall. Det er kjent å benytte et planetgir i selve drivhjulet hvor det bevegelige ytre drevet utgjør drivhjulet til trekkeverktøyet for å redusere turtallet mellom motoren og drivhjulet. Det en begrensning på hvor lite man kan lage et planetgir siden slike gir omfatter flere deler inni hverandre som alle skal tåle påført dreiemoment. I tillegg er giringsforholdet man kan oppnå relativt lavt.

Fra WO2014/081305 fremgår det et trekkeverktøy eller brønntraktor med en drivmodul for et borehull . Brønntraktoren omfatter et drivmodulhus og en hydraulisk aktuert og dreibart innfestet drivarm med et drivhjul.

Fra EP2505765 fremgår det en nedihulls drivenhet for innførig I en brønn.

Drivenheten omfatter et drivenhethus, en hydraulisk motor og et et hydraulisk motorhus. En hjulsammenstilling omfatter en stasjonær del og en roterende del og et planetgirsystem.

SAMMENDRAG AV OPPFINNELSEN

Med den foreliggende oppfinnelsen oppnås et robust og effektivt girsystem med høyere girutveksling enn hva eksisterende systemer gir. Motorer med mindre diameter har generelt et høyere turtall og det er derfor ønskelig med en høyere girutveksling mellom motor og drivhjul. Ved denne oppfinnelsen oppnår man en høyere girutveksling i en mer kompakt utførelse, og man tilveiebringer dermed en høyere girutveksling mellom motor og drivhjul.

Dersom man sammenligner med en planetgirløsning av samme størrelse vil denne oppfinnelsen gi et giringsforhold som er 5-10 ganger høyere innenfor samme dimensjoner.

Et annet formål med oppfinnelsen er at man kan lage et trekkeverktøy som er mindre i diameter enn de trekkeverktøyene som eksisterer på markedet i dag. Med den foreliggende oppfinnelsen oppnås en liten, lettvekts, driv enhet med høy ytelses som fortrinnsvis blir drevet av batterier.

Den foreliggende oppfinnelsen beskriver en glattkabels- og/eller fiberoptisk kabel trekkende borehull og/eller rørledning trekkeverktøy med en drivmodul med en hoveddel. En drivarm er hengslet til hoveddelen idet drivarmen har et drivhjul med et girsystem. Girsystemet i drivhjulet omfatter et eksentrisk og innvendig fortannings-girsystem med et fast indre drev og et bevegelig ytre drev. Det bevegelige ytre drevet innehar den innvendige fortanning og utgjør drivhjulet til trekkeverktøyet. En elektrisk motor for drift av drivhjulet via girsystemet er plassert i den hengslede drivarmen.

En glatt kabel kan i denne sammenheng også være en elektrisk kabel.

Med den foreliggende oppfinnelsen kan man benytte en børsteløs motor med høy virkningsgrad, høyt omdreiningstall, lavt dreiemoment, god slitestyrke, god motstand mot fuktproblemer, mulighet for drift i en væske, og som ikke taper effekt og virkningsgrad over tid. Dette muliggjøres ved at det benyttes et girsystemet i drivhjulet med et eksentrisk og innvendig fortannings-girsystem i form av et hypocycloid gir eller et cyclogir med et omsetningsforhold og et utgående dreiemoment som er vesentlig større enn det som er mulig å få til med et planetgir av samme dimensjon.

Trekkeverktøyet kan videre omfattende en kabelovergang, en batterimodul med ett eller flere batterier for drift av den elektriske motoren, en elektronikkmodul og minst to drivmoduler.

Trekkeverktøyet kan videre omfattende fire drivmoduler og en nesekobling.

Den elektriske motoren kan omfatte en rotor med et anker med en utgående aksel og en pinjong innfestet i den utgående akselen.

Den elektriske motoren kan være en børsteløs motor med en lengdeakse vinkelrett på en omdreiningsakse for drivhjulet, og trekkeverktøyet kan videre omfatter en regulator for den børsteløse motoren.

En elektrisk aktuator kan være tilveiebrakt mellom hoveddelen og den hengslede drivarmen hvorved den hengslede drivarmen er tilpasset for å innta en første innslått stilling i drivmodulen og en andre aktivert stilling mot en borehulls- eller rørledningsvegg.

Trekkeverktøyet kan ha en utvendig diameter mindre enn 40 mm.

Utvekslingsforholdet mellom den elektriske motoren og drivhjulet kan være høyere enn 1:50, og kan være mellom 1:50 og 1:200 eller høyere slik at man kan oppnå en veldig lav giring.

Det eksentriske innvendig fortannings-girsystemet kan være et cyclogir.

Det eksentriske innvendig fortannings-girsystemet kan være et hypocycloidgir.

Videre omfatter oppfinnelsen en drivmodul til et trekkeverktøy for et borehull eller en rørledning med en hoveddel og en drivarm hengslet til hoveddelen idet drivarmen har et drivhjul med et girsystem. Girsystemet i drivhjulet omfatter et eksentrisk og innvendig fortannings-girsystem med et fast indre drev og et bevegelig ytre drev med den innvendige fortanningen. Det bevegelige ytre drevet utgjør drivhjulet til trekkeverktøyet. En elektrisk motor driver drivhjulet via girsystemet.

Den elektriske motoren kan omfatte en rotor med et anker med en utgående aksel og en pinjong innfestet i den utgående akselen.

Den elektriske motoren kan være en børsteløs motor med en lengdeakse vinkelrett på en omdreiningsakse for drivhjulet, idet trekkeverktøyet videre omfatter en regulator for den børsteløse motoren.

Drivmodulens utvekslingsforhold mellom den elektriske motoren og drivhjulet kan være høyere enn 1:50.

Drivmodulens eksentriske innvendig fortannings-girsystem kan være et cyclogir.

Drivmodulens eksentriske innvendig fortannings-girsystem kan være et hypocycloidgir.

Denne oppfinnelsen omfatter et trekkeverktøy med en vippearm, et gir arrangement og et hjul, hvor et eksentrisk og innvendig fortannings-girsystem er ment å beskrive et cyclo-gir eller et hypocyclo-gir med et fast indre drev og et bevegelig ytre drev, hvor det ytre drevet utgjør drivhjulet i trekkeverktøyet. Eksentrisk og innvendig fortannings-girsystem er ikke ment å beskrive sentriske girsystemer slike som planetgirsystemer.

En drivmodul for et brønnhull bestående av en hoveddel bestående av en drivarm bestående av et drivhjul drevet av en motor via et gir arrangement. Selve drivarmen kan vippes ut fra hoveddel ved hjelp av elektrisk motor eller hydraulisk stempelfunksjon. Vippearm prinsippet er ikke beskrevet i denne oppfinnelsen.

Gir arrangementet mellom motor og hjul består av et vinkelgir, rette gir og til selve hjulet.

Et trekkeverktøy omfatter minst en drivarm.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURER

Fig. 1 viser i perspektiv en utførelse av en drivmodul av en trekkeenhet i henhold til denne oppfinnelsen;

Fig. 2 viser drivarmen i perspektiv;

Fig. 3 viser driv mekanismen i drivarmen;

Fig. 4 viser drivhjulet;

Fig. 5 viser drivhjul med cyclogir i snitt visning;

Fig. 6 viser hjulet med cyclogir med alle deler i eksplodert visning;

Fig. 7 viser hjulet med cyclogir med alle deler i eksplodert visning;

Fig. 8 viser drivhjul med hypocycloid-gir i snitt visning;

Fig. 9 viser hjulet med hypocycloid-gir med alle deler i eksplodert visning;

Fig. 10 viser hjulet med hypocycloid-gir med alle deler i eksplodert visning;

Fig. 11 viser en utførelse av et trekkeverktøy med to drivmoduler og to sentraliseringsmoduler; og

Fig. 12 viser en utførelse av et trekkeverktøy med 4 drivmoduler.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere ved bruk av et cyclogir med henvisning til figurene:

Fig. 1 viser i perspektiv en utførelse av en trekke enhet i henhold til denne oppfinnelsen. Trekke enheten omfatter en hoveddel 1 som er holder for en komplett drivarm 2. Komplett drivarm 2 er koblet til hoveddel 1 via et hengselledd 3 hvor komplett drivarm 2 kan vippes ut via.

Fig. 2 viser komplett drivarm 2 som omfatter en armkropp 4, hengslehull 5, drivmekanismen fra fig.3, et komplett drivhjul 6 og et lokk 7.

Fig. 3 viser drivmekanismen som omfatter en motor 8, et vinkelgir som omfatter en pinjong 9, festet til motorens drivaksling, og et kronhjul 10 som er opplagret i armkroppen 4 (vist i fig.2) via et lager 11. Pinjongen 9 er opplagret via lager 12 i armkroppen 4 (vist i fig.2). Kronhjulet 10 er forbundet til et rett tannhjul 13 som er koblet til et rett tannhjul 14 som igjen er koblet til et rett tannhjul 15 som er en del av komplett drivhjul 6.

Motoren 8 roterer pinjongen 9 som overfører rotasjon til kronhjul 10 som via rett tannhjul 13 overfører rotasjon til rett tannhjul 14 som overfører rotasjon til rett tannhjul 15 som overfører rotasjon til komplett drivhjul 6.

Tannhjul 14 er opplagret via lager 16 opplagret i en aksling 17 som festet i armkropp 4 (vist i fig 2). Rett tannhjul 15 omfatter en konsentrisk akslingdel 49 og er opplagret via et lager 19 i armkroppen 4 (vist i fig 2).

Komplett drivhjul 6 omfatter en statisk del 20 som er festet til armkropp 4 (vist i fig. 2) via festeskruer 21.

Fig. 4 og 5 viser komplett drivhjul 6 som omfatter et rett tannhjul 15 som omfatter en konsentrisk akslingdel 22, en konsentrisk akslingdel 23, konsentrisk akslingdel 49 og eksentrisk akslingdel 24. Konsentrisk akslingdel 22 er opplagret via lager 25 til statisk del 20. Konsentrisk akslingdel 23 er opplagret via lager 26 til statisk del 20. Eksentrisk akslingdel 24 roterer via lager 27 som beveger tannhjul 28 sin senterakse om senteraksen til konsentrisk akslingdel 22 og 23. Senteraksen til tannhjul 28 og eksentrisk akslingdel 24 roterer om senteraksen til konsentrisk aksling 22 og 23. Tannhjul 28 er forhindret i å rotere om sin egen senterakse av eksentriske rullepinner 29 som er kobler mellom tannhjul 28 og statisk del 20. Tannhjul 28 har utvendig fortanning 30 som er mindre i antall i forhold til innvendig fortanning 31 til ytre drivhjul 32. Ytre drivhjul 32 er opplagret via lager 33 til statisk del 20 og koblet sammen via festedel 34.

Når tannhjul 28 beveges eksentrisk ved at dens senterakse roterer rundt senteraksen til konsentrisk aksling 22 og 23 vil tannhjul 28 tvinge ytre hjul 32 rundt via fortanning 30 mot fortanning 31. Giringsforholdet mellom tannhjul 28 og ytre drivhjul 32 er forskjellen i antall tenner på henholdsvis 30 og 31. Dersom f.eks. antall tenner på tannhjul 30 er 49stk og antall tenner på 31 er 50stk blir girings forholdet (50-49)/50 = 1:50.

Tannhjul 15 er opplagret via lager 19 i armkropp 4 (ref. fig.2). Statisk del 20 er festet til armkropp 4 (vist i fig.2) via festeskruer 21 (vist i fig.3) i gjengehull 54.

Fig. 6 og 7 viser eksplodert visning av komplett drivhjul 6. Tannhjul 15 omfatter tannkrans 57, konsentrisk akslingdel 49, konsentrisk akslingdel 22, konsentrisk akslingdel 23 og eksentrisk akslingdel 24. Lager 19 blir montert på akslingdel 49 og mot armkropp 4 (vist i fig.2). Lager 25 blir montert på konsentrisk akslingdel 22 og i husbane 50. Lager 26 blir montert på konsentrisk akslingdel 23 og i husbane 58. Lager 27 blir montert på eksentrisk akslingdel 24 og i husbane 56. Lager 33 monteres på lagerbane 57 og lagerbane 55 monteres over lager 33. Eksentriske rullepinner 29 omfatter en konsentrisk akslingdel 51 og en eksentrisk akslingdel 52 hvor konsentrisk akslingdel 51 monteres i rulle hus 59 og eksentrisk akslingdel 52 monteres i rulle hus 53. Statisk del 20 monteres i armkropp 4 (vist i fig.2) via festeskruer 21 (vist i fig.3) i gjengehull 54. Tannhjul 28 omfatter rulle hus 53, husbane 56 og ytre tannkrans 30 som går mot innvendig tannkrans 31. Ytre drivhjul 32 omfatter en innvendig fortanning 31 og innvendig gjenge 69. Utvendig gjenge 66 blir montert i innvendig gjenge 69 og holder dermed delene ytre drivhjul 32, tannhjul 28, eksentriske rullepinner 29, statisk del 20 og festedel 34 sammen via lager 33.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan det benyttes et hypocycloid-gir.

I denne utførelsen er fig.1, 2, 3 og 4 lik som forklart i eksemplet over ved bruk at et cyclogir. I denne utførelsen blir fig.5, 6 og 7 erstattet med henholdsvis fig.8, 9 og 10.

Fig. 8 viser komplett drivhjul 67 som omfatter et rett tannhjul 42 som omfatter en konsentrisk akslingdel 68 og en eksentrisk akslingdel 44. Konsentrisk akslingdel 68 er opplagret via lager 41 til statisk del 38. Eksentrisk akslingdel 44 roterer via lager 40 som beveger dobbel cycloidskive 39 sin senterakse om senteraksen til konsentrisk akslingdel 68. Dobbel cycloidskive 39 har en cycloid fortanning 46 (også vist på fig.9 og 10) og en cycloid fortanning 47 (også vist på fig.9 og 10). Cycloid fortanning 46 beveger seg i eksentriske sirkler mot innvendig cycloid fortanning 45 (også vist på fig.9 og 10) i statisk del 38. Cycloid fortanning 47 beveger seg i konsentriske sirkler mot innvendig fortanning 48 (også vist på fig.9 og 10) i ytre drivhjul 37.

Forskjellen i antall tenner på cycloid fortanning 46 mot innvendig cycloid fortanning 45 gir et giringsforhold slik at dobbel cycloidskive 39 roterer i forhold til senteraksen til konsentrisk akslingdel 68. Er f.eks. antall tenner på cycloid fortanning 46 på 7 tenner og på innvendig cycloid fortanning 45 er antall tenner på 8 blir giringsforholdet mellom statisk del 38 og dobbel cycloidskive 391:7.

På samme måte utgjør forskjellen i antall tenner mellom cycloid fortanning 47 og innvending fortanning 48 et ekstra steg med giring for rotasjonen av ytre drivhjul 37.

Drivhjul 37 er koblet til statisk del 38 via et aksial lager 33 som er innfestet mellom vinkel lagerbane del 35 og vinkel lager bane 36 som skrues fast i ytre drivhjul 37.

Rett tannhjul 42 er opplagret i armkropp 4 (vist i fig.2) via lager 43.

Fig. 9 og 10 viser eksplodert visning av komplett drivhjul 67. Tannhjul 42 omfatter en konsentrisk akslingdel 70, rett fortanning 71, konsentrisk akslingdel 68 og en eksentrisk akslingdel 44. Konsentrisk akslingdel 70 blir opplagret i armkropp 4 (vist i fig.2) via lager 43. Lager 41 monteres på konsentrisk akslingdel 68 og i hus 73. Lager 72 monteres på eksentrisk akslingdel 44 og i hus 74. Dobbel cycloidskive 39 monteres i statisk del 38 slik at ytre cycloid fortanning 46 går mot indre cycloid fortanning 45. Motsatt monteres ytre cycloid fortanning 47 mot indre cycloid fortanning 48 som er omfattet av ytre drivhjul 37. Aksial lager 33 monteres på lagerbane 75. Vinkel-lagerbanedel 35 monteres i innvendig hus 76. Lagerbane 36 monters utvendig på aksial lager 33 og i innvendig hus 76.

Fig. 11 og 12 viser to trekkeverktøy med henholdsvis to og fire drivmoduler 64 i henhold til oppfinnelsen. Drivmodulene kan omfatte festeelementer i hver ende for innfesting av en lik drivmodul eller en annen enhet. Festeelementene kan omfatte bajonettfatning eller gjengede elementer. Hver drivmodul kan omfatte en innfesting av hann type i en ende og av hunntype i den andre enden, idet innfestingen av hanntype er tilpasset for sammenpassende innfesting i innfestingen av hunntype.

Innfestingen kan også omfatte elementer eller koblinger for overføring av energi til drift og signaler.

Fig. 11 viser et batteridrevet trekkeverktøy som omfatter en kabelovergang 60, en batterimodul 61, en elektronikkmodul 62, to sentraliseringsmoduler 63, to drivmoduler 64 og en nesekobling 65.

Fig. 12 viser et batteridrevet trekkeverktøy som omfatter en kabelovergang 60, en batterimodul 61, en elektronikkmodul 62, fire drivmoduler 64 og en nesekobling 65.