NO342667B1

NO342667B1 - Toppdrevet rotasjonsapparat for boring av et borehull, og fremgangsmåte ved bruk av apparatet

Info

Publication number: NO342667B1
Application number: NO20090510A
Authority: NO
Inventors: James Edward Lynch
Original assignee: Nat Oilwell Varco Lp
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2018-06-25
Also published as: CN101512099B; NO20090510L; CA2659602C; WO2008050150A1; US7419012B2; CN101512099A; US20080099221A1; GB2454380B; GB0901170D0; GB2454380A; CA2659602A1

Abstract

Et toppdrevet rotasjonsapparat for boring av et borehull, hvilket toppdrevet rotasjonsapparat omfatter et hovedlegeme (17), et motorapparat (14), en hovedaksel (110) og et element (24, 26) som henger ned fra hovedakselen (110), kjennetegnet ved at nevnte hovedaksel (110) omfatter momentoverføringsapparat(116,126) for overføring av dreiemoment mellom nevnte hovedaksel (110) og nevnte element (24, 26) og et separat belastningsoverføringsapparat (116, 142) for overføring av belastning mellom nevnte hovedaksel (110) og nevnte element(24, 26).

Description

TOPPDREVET ROTASJONSAPPARAT FOR BORING AV ET BOREHULL, OG FREMGANGS-MÅTE VED BRUK AV APPARATET

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et toppdrevet rotasjonsapparat for boring av et borehull og særlig, men ikke utelukkende, boring av olje- og gassbrønner, og en fremgangsmåte for overføring av dreiemoment fra en hovedaksel i et toppdrevet rotasjonsapparat ved bruk av apparatet.

Ved boring av et borehull ved oppbygging av en olje- eller gassbrønn, er en borekrone anordnet i enden av en borestreng, hvilken roteres for å bore borehullet gjennom en formasjon. En borevæske kjent som "boreslam" pumpes gjennom borestrengen til borekronen for å smøre borekronen. Boreslammet brukes også til å føre borkaksen produsert av borekronen og andre faststoffer til overflaten gjennom et ringrom dannet mellom borestrengen og borehullet. Boreslammets densitet reguleres nøye for å hindre at borehullet faller sammen, og for å sikre at boring utføres optimalt. Boreslammets densitet påvirker borekronens inntrengningsrate. Ved at boreslammets densitet justeres, endres inntrengningsraten med den mulige skade at borehullet klapper sammen. Boreslammet inneholder kostbare, syntetiske, oljebaserte smøremidler, og det er derfor vanlig å gjenvinne og bruke om igjen det brukte boreslam, men dette krever at faststoffene fjernes fra boreslammet.

Et toppdrevet rotasjonsapparat for boring av borehuller, som f.eks. olje- og gassbrønner, er én av to vanlige typer apparater for boring av borehuller, hvor den andre er et rotasjonsbordapparat. Et toppdrevet rotasjonsapparat omfatter generelt et hovedlegeme som huser en motor som skal rotere en drivaksel som har et overgangsstykke som kan koples til et enkelt rør, en lengde eller streng av rør. Rørene kan være hvilke som helst av: borerør, fôringsrør, forlengningsrør, høykvalitetsrør (premium pipes) eller hvilket som helst annet slikt rør som brukes ved oppbygging, vedlikehold og reparasjon av borehuller som f.eks. olje- og gassbrønner. Et toppdrevet rotasjonsapparat er vanligvis anordnet på en i det vesentlige vertikal bane på et boretårn på en rigg. Det toppdrevne rotasjonsapparat heves og fires ned på banen med en line over en kronblokk på en løpeblokk forbundet med det toppdrevne rotasjonsapparat. Linen spoles inn og slippes ut ved bruk av en vinsj som er alminnelig kjent som et heisespill. Det toppdrevne rotasjonsapparat kan således brukes til å kjøre rør inn og ut i borehullet; dreie borestrengen for å underlette boring av borehullet; og dreie ett enkelt rør eller en lengde av rør i forhold til en streng av rør som er opphengt i borehullet, for via gjenger å kople til eller fra rør i en streng av rør i borestrengen for å forlenge eller forkorte strengen av rør. En rørklave henger vanligvis etter lenker som er festet til det toppdrevne rotasjonsapparat for å underlette håndtering av rør og innretting etter overgangsstykket for til- og frakopling til/fra dette. Et toppdrevet rotasjonsapparat kan også brukes sammen med en passiv eller aktiv holdeklave (spider) og/eller rotasjonstenger for å underlette tilkopling og frakopling av rør til/fra strengen av rør.

Kjent teknikk beskriver en mangfoldighet av toppdrevne rotasjonsapparater; for eksempel, og ikke for begrensning, viser følgende amerikanske patenter eksempler på toppdrevne rotasjonsapparater og komponenter i disse: 4,458,768; 4,807,890;

4,984,641; 5,433,279; 6,276,450; 4,813,493; 6,705,405; 4,800,968; 4,878,546; 4,872,577; 4,753,300; 6,007,105; 6,536,520; 6,679,333; og 6,923,254.

Drivakselen eller "stammen" (stem) er via gjenger tilkoplet forskjellige gjenstander, for eksempel et slamsparerapparat (mud saver apparatus) eller en øvre innvendig utblåsningssikring. Feil håndtering eller enorme belastninger kan skade gjengene i enden av drivstammen eller drivakselen. Slik skade kan resultere i personskader, kostbar stillstandstid for riggen, og dyr utskifting eller reparasjon av drivstammen.

I visse systemer ifølge kjent teknikk er en vanlig festemetode for tilkopling av borerør til drivakselen, stammen, kraftsvivelen eller den vanlige svivel en gjenget kopling med en skulder. Gjengers natur er slik at belastningen ved gjengenes rot er høy, og ofte er gjengene vanskelige å inspisere med hensyn til sprekker. Etter som borebelastninger øker (for eksempel på grunn av at søket etter olje har gått dypere og dypere ned i jorden), øker også belastningene på gjengene i rørkoplingen. På grunn av boreriggers natur, herunder borerigger som borer mens de flyter til havs, foreligger det av og til en dynamisk skjevstilling mellom drivakselen og borerøret, hvilken induserer et moment i den gjengede forbindelse i tillegg til trykket, boremomentet, og oppebæringen av borerørssammenstillingen. Siden drivakselen roterer på skjevstillingstidspunktet, er det sjanse for at det bygger seg opp utmattingsskade. Denne vil, dersom den er tilstrekkelig alvorlig, resultere i innledningen til og forplantningen av et utmattingsbrudd. Dette kan føre til svikt i rørkoplingen. En svikt i delen oppstår når et utmattingsbrudd har forplantet seg til utsiden av akselen. Når det oppstår en svikt, blir riggen stanset for å reparere den del som har sviktet. Dette representerer tapt inntekt på grunn av produksjonsforsinkelser og tapte fakturerbare kontraktørtimer.

Borevæske blir ofte ledet gjennom en borestamme som krever en tetning eller tetninger mellom borestammen og en gjenstand (for eksempel en øvre innvendig utblåsningssikring) som borestammen er koplet til.

Fra publikasjonen US 4,981,180 er det kjent en toppdrevet boremaskin hvor motoren for å rotere borestrengen er gjenget forbundet med et borerør av drivaggregatet. En lås eliminerer behovet for overtrekking og forhindrer løsgjøring av drivmonteringsleddet når motoren brukes for å bryte forbindelsen mellom drivsammenstillingen og borerøret.

Fra publikasjonen GB 2,354,300 er det kjent en delt koplingsanordning til bruk ved sammenkoplingen av tilkoplingsenden av et kveilrør og tilkoplingsenden av et verktøy. Koplingsanordningen omfatter for dette formål to sammenføybare og låsbare hoveddeler som er utformet for å kunne skrues sammen med henholdsvis kveilrørsenden og verktøyet når hoveddelene befinner seg i atskilte stillinger.

Fra publikasjonen US 2004/216924 er det kjent en fremgangsmåte og et apparat til å holde og rotere et rør og en streng av rør, slik som fôringsrør, for å skru sammen og bore med rørene. Apparatet innbefatter generelt et spyd og et fastspenningshode som begge er festet til et toppdrevet rotasjonssystem. Spydet og fastspenningshodet kan bringes i inngrep med hverandre for derimellom å overføre dreiemoment fra toppdrevet.

Fra publikasjonen US 4,844,181 er det kjent en borestreng som roteres av et toppdrevsystem og innbefatter en såkalt floating sub som forbinder den øvre ende derav med borerøret, og en borekrone ved den nedre ende derav. Borkronen er koblet til den nedre enden av borerøret ved hjelp av en støtdemper. Floating sub-en hindrer vibrasjonsenergi fra borestrengen fra å skade toppdrevet, mens støtdemperen forhindrer vibrasjonsenergi i å skade borkronen og omvendt.

Det er behov for en mer robust tilkopling til drivakselen eller stammen i et toppdrevet rotasjonsapparat, svivelen eller kraftsvivelen, én som er mindre følsom overfor utmatting og enklere å inspisere. Det er behov for en effektiv konstruksjon for avtetting av et grensesjikt mellom en drivstamme og en gjenstand som den er koplet til. Det er behov for en effektiv konstruksjon for overføring av dreiemoment fra en drivstamme til gjenstander nedenfor denne.

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et toppdrevet rotasjonsapparat til boring av et borehull, hvor det toppdrevne rotasjonsapparat omfatter et hovedlegeme, et motorapparat, en hovedaksel og et element som henger direkte ned fra hovedakselen, kjennetegnet ved at hovedakselen omfatter et momentoverføringsapparat til overføring av dreiemoment mellom hovedakselen og elementet, og et separat belastningsoverføringsapparat til overføring av belastning mellom hovedakselen og elementet.

Belastningsoverføringsapparatet bærer fortrinnsvis vekten av gjenstander som er tilkoplet nedenfor akselen eller stammen, herunder, men ikke begrenset til, vekten av en borestreng.

Momentoverføringsapparatet omfatter fortrinnsvis i det minste ett kilespor på hovedakselen og i det minste ett kilespor på elementet. Momentoverføringsapparatet omfatter fordelaktig en flerhet av kilespor på hovedakselen og en flerhet av kilespor på elementet. Flerheten av kilespor er fortrinnsvis en serie av rygger og daler som fordelaktig er anordnet perpendikulært på vridnings- eller momentoverføringsretningen. Kilesporene er fortrinnsvis plassert på den nedre ende av hovedakselen og på den øvre ende av elementet.

Belastningsoverføringsapparatet omfatter fordelaktig en utsparing i hovedakselen, idet elementet omfatter et hovedlegeme, i det minste én tann og et hus, hvor huset selektivt holder den i det minste ene tann tilbake i utsparingen. Det finnes fortrinnsvis én utsparing for den i det minste ene tann. Det finnes fordelaktig én utsparing for en flerhet av tenner. Utsparingen er fortrinnsvis et ringformet spor. Utsparingen kan ha en avfaset nedre kant som fortrinnsvis motsvarer tannens profil.

Huset er fortrinnsvis et belastningsringhus. Belastningsringhuset omfatter fordelaktig gjenger, og hovedlegemet omfatter gjenger, slik at belastningsringhuset kan gjengekoples bevegelig på hovedlegemet. Belastningsringhuset kan fortrinnsvis skrus av fra hovedlegemet.

Den i det minste ene tann er fordelaktig anordnet på en belastningsring. Tannen er fortrinnsvis i ett stykke med belastningsringen, for eksempel maskinert i det samme materialstykke. Den i det minste ene tann er fortrinnsvis anordnet på minst ett av i det minste to segmenter, hvilke segmenter danner en belastningsring. Det brukes fortrinnsvis to 180 graders segmenter eller tre 120 graders segmenter, selv om hvilket som helst antall segmenter kan brukes, til utforming av en belastningsring. Den i det minste ene tann omfatter fordelaktig i det minste én skrådd kant. Den skrådde kant befinner seg fortrinnsvis på den nedre kant. Huset omfatter fortrinnsvis et øvre parti som befinner seg ovenfor den i det minste ene tann, og et hylseparti for å overføre belastning til hovedlegemet, hvor hylsepartiet holder den i det minste ene tann tilbake i utsparingen.

Belastningsoverføringsapparatet omfatter fordelaktig et fremspring på hovedakselen, idet elementet omfatter et hovedlegeme, i det minste én utsparing og et hus, hvor huset selektivt holder utsparingen tilbake over fremspringet. Huset er fortrinnsvis et belastningsringhus. Belastningsringhuset omfatter fordelaktig gjenger, og hovedlegemet omfatter gjenger, slik at belastningsringhuset kan gjengekoples bevegelig på hovedlegemet. Belastningsringhuset kan fortrinnsvis skrus av fra hovedlegemet. Den i det minste ene utsparing er fordelaktig anordnet i en belastningsring. Utsparingen er fortrinnsvis i ett stykke med belastningsringen, for eksempel frest ut i det samme materialstykke. Den i det minste ene utsparing er fordelaktig anordnet i minst ett av i det minste to segmenter, hvilke segmenter danner en belastningsring. Det brukes fortrinnsvis to 180 graders segmenter eller tre 120 graders segmenter, selv om hvilket som helst antall segmenter kan brukes, til utforming av en belastningsring. Huset omfatter fortrinnsvis et øvre parti som befinner seg ovenfor belastningsringen, og et hylseparti for å overføre belastning til hovedlegemet, hvor hylsepartiet holder utsparingen i belastningsringen over den i det minste ene tann. Den i det minste ene utsparing omfatter fortrinnsvis i det minste én skrådd kant. Den skrådde kant befinner seg fortrinnsvis på den nedre kant.

Huset omfatter fordelaktig skrunøkkelprofilflater, hvilke letter tiltrekking av gjengene mellom huset og elementet og fortrinnsvis gjør det lettere å oppnå korrekt koplingsmoment.

Det er fortrinnsvis anordnet en tetning mellom hovedakselen og elementet. Elementet omfatter fordelaktig en utsparing, og tetningen er plassert i utsparingen. Hovedakselen har fordelaktig en gjennomgående boring for å tillate boreslam å passere igjennom. Elementet har fordelaktig en gjennomgående boring for å tillate boreslam å passere igjennom. Tetningen avtetter mellom hovedakselen og elementet slik at boreslam kan strømme gjennom den gjennomgående boring mens den hindrer lekkasje av boreslam mellom dem. Tetningen er fortrinnsvis anordnet i elementets endeflate, slik at tetningen i bruk ligger an mot hovedakselens endeflate. Elementets gjennomgående boring er fortrinnsvis av større innvendige diameter enn hovedakselens gjennomgående boring.

Elementet er eller omfatter fordelaktig i det minste én av: en utblåsningssikring; en innvendig utblåsningssikring (en IBOP); et slamsparerapparat; en skjevstillingskopling; en borestreng; en fôringsrørstreng; en belastningsmåleanordning; et fleksibelt overgangsstykke; og et slitasjestykke.

Hovedakselen er fordelaktig én av en borestamme; og en hulaksel. Den nedre ende av hovedakselen er fortrinnsvis ikke gjenget.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for overføring av dreiemoment fra en hovedaksel i et toppdrevet rotasjonsapparat og til et element ved bruk av apparatet ifølge oppfinnelsen som angitt over, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene å rotere hovedakselen, hvorpå dreiemoment blir overført til elementet.

I ett spesielt aspekt er det toppdrevne rotasjonsapparats hovedaksel forbundet med en drivstamme, og det er denne stamme som er ikke-gjenget forbundet med en annen gjenstand. I visse aspekter er denne andre gjenstand en øvre innvendig utblåsningssikring som er ikke-gjenget forbundet med stammen.

Gjengeskade oppstår, dersom den oppstår, i gjengene i belastningsringhuset som relativt enkelt fjernes og byttes ut med mye mindre kostnad sammenlignet med fjerning av akselen eller stammen og utskifting eller reparasjon av akselen eller stammen.

I visse aspekter tillater en andre koplingssammenstilling i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse som holdes i reserve, omgående utskifting av en koplingssammenstilling på stedet og reduserer derved, på grunn av rask utskifting, kostnadene til riggstillstandstid. Den opprinnelige koplingssammenstilling kan deretter rengjøres og inspiseres i et bekvemt tempo (repareres om nødvendig), og settes til side for neste ombytting på feltet når først den konstruksjonsmessige helhet er bekreftet.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver i det minste i visse aspekter et drivsystem for borehullsoperasjoner, hvilket drivsystem har: et hovedlegeme; et motorapparat; en hovedaksel som strekker seg fra hovedlegemet og kan roteres av motoren, hvilken hovedaksel har en øvre ende og en nedre ende; og en gjenstand, hvor gjenstanden befinner seg i tilstøting til hovedakselens nedre ende og er ikke-gjenget koplet til hovedakselen.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver, i det minste i visse aspekter, et toppdrevet rotasjonsapparat (f.eks. toppdrevet rotasjonsapparat eller kraftsvivel) for borehullsoperasjoner.

I visse aspekter, når den er montert, holdes en drivstamme som er forbundet med en gjenstand som befinner seg nedenfor (for eksempel en innvendig utblåsningssikring), i en slik tilstand at en tetning (eller tetninger) som avtetter grensesjiktet mellom stamme og gjenstand, holdes i tettende kontakt. På grunn av den vekt som en borestamme vil bære, er denne forspenning tilveiebrakt for eksempel gjennom en gjenget forbindelse mellom et belastningsringhus og en innvendig utblåsningssikring. I visse aspekter er, for å opprettholde tetning, en forspenningskraft større enn summen av den maksimale vertikale belastning som skal påføres stammen, og den skillekraft som skyldes trykket av fluid som skal strømme gjennom stammen og vil tvinge stammen bort fra en gjenstand, for eksempel en innvendig utblåsningssikring. I ett aspekt blir en skrunøkkel brukt for å opprette inngrep med tappfremspringene (skrunøkkelprofilflatene) på belastningsringhuset og holde dette stasjonært mens drivstammen roteres av drivmotor(er) for å trekke til forbindelsen til den nødvendige forspenning. Valgfritt brukes bolter og motsvarende huller på de to apparater for å påføre forspenningen, eller det brukes en hydraulisk vedder og sikringskile(r) settes inn for å holde de to apparater sammen under forspenningen.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver også en forbindelse mellom to rørelementer, hvor forbindelsen omfatter et momentoverføringsapparat for overføring av dreiemoment mellom de to rørelementer, og et separat belastningsoverføringsapparat for overføring av belastning mellom de to elementer.

For bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse vil det nå via eksempel bli vist til de ledsagende tegninger, hvor:

Fig. 1 er et skjematisk oppriss av et toppdrevet rotasjonsapparat i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse i bruk;

Fig. 2A er et sideriss i tverrsnitt av en del av det toppdrevne rotasjonsapparat vist på fig. 1, innbefattende en stamme, et belastningsringhus, en belastningsring og et element;

Fig. 2B er et eksplodert oppriss av delene vist på fig. 2A;

Fig. 3A er et sideriss av stammen vist på fig. 2A;

Fig. 3B er et planriss av stammen vist på fig. 3A, sett ovenfra;

Fig. 3C er et planriss av stammen på fig. 3A, sett nedenfra;

Fig. 3D er et perspektivisk oppriss av stammen vist på fig. 3A, sett nedenfra; Fig. 4A er et sideriss av en del av belastningsringen vist på fig. 2A;

Fig. 4B er et planriss av en del av belastningsringen vist på fig. 4A, sett ovenfra;

Fig. 4C er et planriss av en del av belastningsringen på fig. 4A, sett nedenfra;

Fig. 4D er et perspektivisk oppriss av en del av belastningsringen på fig. 4A, sett ovenfra;

Fig. 5A er et sideriss av belastningsringhuset vist på fig. 2A;

Fig. 5B er et planriss av belastningsringhuset vist på fig. 5A, sett ovenfra;

Fig. 6A er et sideriss av elementet vist på fig. 2A;

Fig. 6B er et planriss av elementet vist på fig. 6A, sett ovenfra;

Fig. 6C er et planriss av elementet vist på fig. 6A, sett nedenfra;

Fig. 6D er et perspektivisk oppriss av elementet vist på fig. 6A, sett nedenfra;

Fig. 7 er et sideriss i tverrsnitt av en kopling i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse; og

Fig. 8 er et sideriss i tverrsnitt av en kopling i overensstemmelse med den foreliggende opprinnelse.

Fig. 1 illustrerer et toppdrevet rotasjonssystem 10 i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse som konstruksjonsmessig bæres av et boretårn 11. Systemet 10 har en flerhet av komponenter som innbefatter: et toppdrevet rotasjonsapparat 14 (vist skjematisk), en hovedaksel 16, et hus 17, en borestreng 19 og en borekrone 20. Komponentene er samlet opphengt i en løpeblokk 12. En vaier (ikke vist) løper rundt løpeblokken 12 og opp i en kronblokk (ikke vist) som er fastgjort i et punkt nær toppen av boretårnet 11. Vaieren (ikke vist) er deretter viklet rundt et heiseverk (ikke vist). Aktivering av heiseverket (ikke vist) spoler vaieren (ikke vist) inn og ut for å heve og senke løpeblokken 22 og følgelig det toppdrevne rotasjonsapparat 14 opphengt i denne. Det toppdrevne rotasjonsapparat føres på skinner 22 forbundet med boretårnet 11 for å styre den vertikale bevegelse av komponentene. Motstand mot dreiemoment generert gjennom operasjoner med det toppdrevne rotasjonsapparat eller dettes komponenter (for eksempel under boring) blir overført gjennom en bevegelig styrevogn eller annet bæreelement (ikke vist) til boretårnet 11.

Hovedakselen 16 strekker seg gjennom motorhuset 17 og er koplet til gjenstander nedenfor akselen ("stamme" eller "aksel" – "stamme" kan innbefatte stammer og aksler). Akselen 16 er ikke-gjenget koplet til en øvre ende av en IBOP-sammenstilling 24 som er den første i en serie gjenstander og/eller rørelementer som samlet omtales som borestrengen 19. En motsatt ende av borestrengen 19 er gjengeforbundet med en borekrone 20.

Under drift roterer et motorapparat 15 (vist skjematisk) som er innekapslet i huset 17, hovedakselen 16 som i sin tur roterer borestrengen 19 og borekronen 20. Rotasjon av borekronen 20 frembringer en jordboring 21. Fluid pumpet inn i det toppdrevne rotasjonsapparat passerer gjennom hovedakselen 16, borestammen 18, borestrengen 19, borekronen 20 og strømmer inn i bunnen av jordboringen 21. Borkaks fjernet av borekronen 20 blir ryddet bort fra bunnen av jordboringen 20 idet pumpet fluid passerer ut av jordboringen 21 og opp gjennom et ringrom dannet av den ytre flate av borekronen 20 og boringens 21 vegger. En typisk rørklave 29 er opphengt i det toppdrevne rotasjonsapparat.

En mangfoldighet av gjenstander kan være koplet til og nedenfor hovedakselen 16; for eksempel, og ikke som begrensning, gjenstandene som er vist skjematisk som gjenstander 24 og 26, som i visse aspekter, og ikke som begrensning, kan være en øvre innvendig utblåsningssikring 24 og en nedre innvendig utblåsningssikring 26. I andre systemer i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse er gjenstanden 24 et slamsparerapparat, en belastningsmåleanordning, et fleksibelt overgangsstykke, eller et slitasjestykke.

En koplingssammenstilling 40 (hvilken som helst i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse) kopler ikke-gjenget gjenstanden 24 til hovedakselen 16. Akselen 16 kan være en borestamme eller en hulaksel.

Fig. 2A til 6D illustrerer et system 100 i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse for ikke-gjenget tilkopling av en borestamme (drevet av en motor i, for eksempel, et toppdrevet rotasjonsapparat) til en annen gjenstand, for eksempel et slamsparersystem eller en øvre innvendig utblåsningssikring.

Systemet 100 har en borestamme 110 som er ikke-gjenget koplet til en øvre innvendig utblåsningssikring 120 med en koplingssammenstilling 130 som har en belastningsring 140 og et belastningsringhus 150. Belastningsringen 140 innbefatter i ett aspekt to halvdeler 140a, 140b.

Borestammen 110, som kan være av hvilken som helst egnet lengde, har en nedre ende 112, ovenfor hvilken det finnes en utsparing 114 langs omkretsen. En serie kilespor 116 som er plassert med innbyrdes avstand, rager ut fra den nedre ende 112 av borestammen 110. En fluidstrømningsboring 118 strekker seg fra øverst til nederst i borestammen 110.

Den øvre innvendige utblåsningssikring 120 har en øvre ende 122 med gjenger 124 og en serie kilespor 126 plassert med innbyrdes avstand, hvilke går i inngrep med kilesporene 116 på borestammen 110 for å overføre dreiemoment fra borestammen 110 til den øvre innvendige utblåsningssikring 120. En fluidstrømningsboring 128 strekker seg fra øverst til nederst i den øvre innvendige utblåsningssikring 120 og står i fluidforbindelse med boringen 118. En tetning 127 i en utsparing 129 avtetter grensesjiktet mellom den øvre innvendige utblåsningssikring og borestammen. Utsparingen 129 er en utsparing som vender oppover, og tetningen 127 ligger an mot en nedre horisontal endeflate (som den ses på fig. 2A) på borestammen 110. Tetningen 127 hindrer lekkasje av fluid som strømmer gjennom den øvre innvendige utblåsningssikring og gjennom borestammen. Utsparingen kan selvsagt befinne seg på enden av drivstammen og tetningen kan rage nedover for tettende å gå i kontakt med en gjenstand koplet til drivstammen.

Belastningsringen 140 har et fremspring 142 som rager innover fra et legeme 144 i belastningsringen 140. Belastningsringfremspringet 142 (hvorav det befinner seg en halvdel på hver belastningsringhalvdel 140a, 140b) rager inn i borestammens 110 utsparing 114.

Fremspringet 142 blir holdt i utsparingen 114 av belastningsringhuset 150 som har innvendige gjenger 152 for å gå i gjenget inngrep med gjengene 124 på den øvre innvendige utblåsningssikring 120 for å kople belastningsringhuset 150 til den øvre innvendige utblåsningssikring 120 og for å holde belastningsringen 140 på plass. Belastninger nedenfor borestammen 110 blir overført til belastningsringhuset 150, derfra til belastningsringen 140 og fra belastningsringen 140 til borestammen 110, og passerer således utenom en nedre del av borestammen 110. En boring 158 strekker seg gjennom belastningsringhuset 150 for å gi plass til borestammen 110. Skrunøkkelprofilflater 152 rager ut fra huset 150.

Fig. 7 viser et system 200 i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse (likt systemet 100) som innbefatter en drevet aksel, en toppdrevet-rotasjonsapparatstamme 210, som har en nedre ende 212 med et spor 214 som har en sporvegg 215, en øvre skrådd kant 216, og en nedre skrådd kant 218. Den nedre skrådde kant 218 har en radius som er relativt større enn en typisk radius til gjenger på visse gjengede stammer i toppdrevne rotasjonsapparater ifølge kjent teknikk. Denne nedre skrådde kant 218 kan tåle spenninger som er høyere enn dem som en typisk gjenget toppdrevet-rotasjonsapparat-stamme kan tåle.

En belastningsring 220 har et fremspring 222 som er dimensjonert, konfigurert og plassert for koplende opptak i sporet 214.

Et hus 230 omslutter belastningsringen 220 og har en nedre ende 232 med innvendige gjenger 234. Skrunøkkelprofilflater 236 rager ut fra huset 230.

Huset 230 er gjengekoplet til en gjenstand (hvilken som helst beskrevet i dette skrift) nedenunder huset 230. Som vist er gjenstanden en øvre innvendig utblåsningssikring 240 (vist delvis) med en øvre ende 242 med utvendige gjenger 244 som går i gjengeinngrep med gjengene 234 på huset 230.

Systemets 200 generelle konfigurasjon resulterer i en relativ økning i styrke sammenlignet med en typisk kopling med gjenget stamme. Spenning i stammen blir redusert f.eks. på grunn av den nedre skrådde kants 218 store radius. Gjengene på huset 230 og på gjenstanden nedenfor dette (for eksempel IBOP-en 240) lar seg enkelt inspisere, og huset 230 og ringen 220 er relativt lette å ta av og sett på igjen.

Fig. 8 illustrerer et system 100a i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse likt systemet 100 på fig. 2A (like henvisningstall angir like deler).

Systemet 200 har en borestamme 110a (drevet av en motor i f.eks. et toppdrevet rotasjonsapparat) som er ikke-gjenget koplet til en øvre innvendig utblåsningssikring 120 med en koplingssammenstilling 130a som har en belastningsring 140a og et belastningsringhus 150. Belastningsringen 140a innbefatter i ett aspekt to halvdeler (for eksempel like halvdelene 140a, 140b, men med et fremspring som beskrevet nedenfor).

Borestammen 110a, som kan være av hvilken som helst egnet lengde, har en nedre ende 112. En serie kilespor 116 som er plassert med innbyrdes avstand, rager ut fra borestammens 110a nedre ende 112. En fluidstrømningsboring 118 strekker seg fra øverst til nederst i borestammen 110a.

Belastningsringen 140a har en utsparing 142a. Et omkretsfremspring 110b på borestammen 110a rager inn i utsparingen 142a. Valgfritt kan det i stedet for et fullstendig omkretsfremspring 110b brukes ett, to eller flere belastningselementfremspring av tilstrekkelig størrelse og masse plassert med innbyrdes avstand; og/eller med fremspring plassert med innbyrdes avstand i stedet for en ring er det tilveiebrakt bare en motsvarende belastningselementutsparing (eller –utsparinger).

Fremspringet 110b blir holdt i utsparingen 142a av belastningsringhuset 150 som har innvendige gjenger for å gå i gjengeinngrep med gjengene 124 på den øvre innvendige utblåsningssikring 120 for å kople belastningsringhuset 150 til den øvre innvendige utblåsningssikring 120 og for å holde belastningsringen 140 på plass.

Belastninger nedenfor borestammen 110a blir overført til belastningsringhuset 150, derfra til belastningsringen 140a og fra belastningsringen 140a til borestammen 110a og passerer således utenom en nedre del av borestammen 110a. En boring 158 strekker seg gjennom belastningsringhuset 150 for å gi plass til borestammen 110. Skrunøkkelprofilflater 152 rager ut fra huset 150. Fig. 8 er ikke i korrekt målestokk.

Belastningsringhusets 150 innvendige diameter (og samlede masse) kan økes etter behov for styrke, med en tilsvarende økning i belastningsringstørrelse.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i det minste i visse utførelsesformer et drivsystem for borehullsoperasjoner, hvilket drivsystem innbefatter: et hovedlegeme; et motorapparat; en hovedaksel som strekker seg fra hovedlegemet og kan roteres av motoren, hvilken hovedaksel har en øvre ende og en nedre ende; og en gjenstand, hvilken gjenstand befinner seg i tilstøting til hovedakselens nedre ende og er ikke-gjenget koplet til hovedakselen. Et slikt system kan ha én eller noen, i hvilken som helst kombinasjon, av følgende: en koplingssammenstilling for ikke-gjenget tilkopling av hovedakselen til gjenstanden, idet koplingssammenstillingen har en belastningsring med et fremspring som rager ut innvendig i denne, et belastningsringhus, hovedakselen har en omløpende utsparing som motsvarer belastningsringens fremspring, fremspringet er anbrakt inne i utsparingen, og belastningsringhuset kan koples til en gjenstand nedenfor hovedakselen, og belastningsringhuset befinner seg i tilstøting til og omslutter belastningsringen for å holde belastningsringen på plass med hensyn til hovedakselen; at drivsystemet er et toppdrevet rotasjonsapparat, og hovedakselen er en drivstamme i det toppdrevne rotasjonsapparat; at hovedakselen har en ytre flate, utsparingen har en innervegg, en nedre skrådd kant strekker seg fra innerveggen til hovedakselens ytre flate, og den nedre skrådde kant er plassert slik at den bærer gjenstanden og ytterligere ting koplet til gjenstanden; at gjenstanden innbefatter en borestreng; at belastningsringhuset har en serie skrunøkkelprofilflater plassert med innbyrdes avstand for å underlette rotering av belastningsringhuset; at belastningsringhuset har en nedre ende med innvendige gjenger for gjengeinngrep med utvendige gjenger på gjenstanden; at belastningsringen utgjøres av en flerhet av i det minste to segmenter som kan monteres rundt og i kontakt med hovedakselen; en serie momentoverførende kilespor plassert med innbyrdes avstand på den nedre ende av hovedakselen for inngrep med en serie motsvarende kilespor på en innside av gjenstanden; at belastningsringhuset har en nedre ende med innvendige gjenger for å gå i gjengeinngrep med utvendige gjenger på gjenstanden; at belastningsringen utgjøres av en flerhet av i det minste to segmenter som kan monteres rundt og i kontakt med hovedakselen; en serie momentoverførende kilespor plassert med innbyrdes avstand på den nedre ende av hovedakselen for å gå i inngrep med en serie motsvarende kilespor på en innside av gjenstanden; at den nedre ende av hovedakselen ikke er gjenget; og/eller at hovedakselen har en lengdeakse og en nedre flate i den nedre ende, hvor den nedre flate er normal på hovedakselens lengdeakse, den ene av hovedakselen og gjenstanden har en tetningsutsparing og en endetetning delvis plassert i tetningsutsparingen, og endetetningen skal avtette et grensesjikt mellom hovedakselen og gjenstanden.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i det minste i noen, men ikke nødvendigvis i alle, utførelsesformer et toppdrevet rotasjonsapparat for borehullsoperasjoner, hvilket toppdrevet rotasjonsapparat har: et hovedlegeme; et motorapparat; en hovedaksel som strekker seg fra hovedlegemet og kan roteres av motoren, idet hovedakselen har en øvre ende og en nedre ende; en gjenstand, hvilken gjenstand er ikke-gjenget koplet til hovedakselen, og gjenstanden har en ende med utvendige gjenger; en koplingssammenstilling for ikke-gjenget å kople hovedakselen til gjenstanden; og en serie momentoverførende kilespor plassert med innbyrdes avstand på den nedre ende av hovedakselen for å gå i inngrep med en serie motsvarende kilespor på gjenstanden.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i det minste i noen utførelsesformer en fremgangsmåte for tilkopling av en drivaksel i et drivsystem for borehullsoperasjoner til en gjenstand, hvilken fremgangsmåte innbefatter: anbringelse av et drivsystems drivaksel over en gjenstand, hvor drivsystemet omfatter et hovedlegeme, et motorapparat, en hovedaksel som strekker seg fra hovedlegemet og kan roteres av motoren, hvilken hovedaksel har en øvre ende og en nedre ende, og en gjenstand, hvilken gjenstand kan forbindes ikke-gjenget med hovedakselen; og ikke-gjenget tilkopling av drivakselen til gjenstanden. Et slikt system kan ha én eller noen, i hvilken som helst mulig kombinasjon, av følgende: at drivsystemet er et toppdrevet rotasjonsapparat og drivakselen er en toppdrevet-rotasjonsapparat-stamme; at drivsystemet innbefatter en koplingssammenstilling for ikke-gjenget tilkopling av hovedakselen til gjenstanden, idet koplingssammenstillingen har en belastningsring med et fremspring som rager ut innvendig i belastningsringen, et belastningsringhus, hvor hovedakselen har en omløpende utsparing som motsvarer belastningsringens fremspring, fremspringet er anbrakt inne i utsparingen, belastningsringhuset kan gjengekoples til en gjenstand nedenfor drivakselen og i tilstøting til belastningsringen for å holde belastningsringen på plass med hensyn til drivakselen, hvor fremgangsmåten videre innbefatter å føre den nedre ende av drivakselen inn i gjenstanden, plassere belastningsringen rundt drivakselen med fremspringet i utsparingen, plassere belastningsringhuset over belastningsringen, og kople belastningsringhuset til gjenstanden; at hovedakselen har en serie momentoverførende kilespor plassert med innbyrdes avstand på den nedre ende av hovedakselen, og gjenstanden har en motsvarende serie kilespor på en innside, hvor fremgangsmåten videre innbefatter å overføre dreiemoment fra hovedakselen gjennom serien av momentoverførende kilespor på den nedre ende av hovedakselen, gjennom den motsvarende serie kilespor på en innside av gjenstanden og til gjenstanden; at drivakselen har en lengdeakse og gjennomgående akselfluidboring for gjennomstrømning av fluid gjennom drivakselen, gjenstanden har en gjennomgående gjenstandsfluidboring for gjennomstrømning av fluid gjennom gjenstanden, akselfluidboringen står i fluidforbindelse med gjenstandsfluidboringen, drivakselen har en nedre flate i den nedre ende, hvor den nedre flate er normal på drivakselens lengdeakse, gjenstanden har en tetningsutsparing og en endetetning delvis plassert i tetningsutsparingen, idet endetetningen går tettende i kontakt med hovedakselens nedre flate, drivakselens nedre ende danner grensesjikt mot gjenstanden ved et aksel-gjenstand-grensesjikt, hvor fremgangsmåten videre innbefatter å hindre lekkasje av fluid forbi aksel-gjenstand-grensesjiktet med tetningen; og/eller opprettholde en forspenning på drivakselen og gjenstanden for å holde tetningen i tettende kontakt med drivakselen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i det minste i visse utførelsesformer en toppdrevet-rotasjonsapparat-aksel som er nyttig i borehullsoperasjoner, hvilken toppdrevet-rotasjonsapparat-aksel har: et legeme som har en bunn, en topp, en utside, og en gjennomgående fluidstrømningsboring fra øverst til nederst; en belastningsutsparing i legemets utside; og at belastningsutsparingen er innrettet til opptak av et belastningselement som kan festes løsbart i belastningsutsparingen.

Claims

Pa ten tkra v

1. Toppdrevet rotasjonsapparat for boring av et borehull, hvilket toppdrevet rotasjonsapparat omfatter et hovedlegeme (17), et motorapparat (14), en hovedaksel (110) og et element (24, 26) som henger direkte ned fra hovedakselen (110), k a r a k t e r i s e r t v e d at nevnte hovedaksel (110) omfatter et momentoverføringsapparat (116, 126) for overføring av dreiemoment mellom nevnte hovedaksel (110) og nevnte element (24, 26), og et separat belastningsoverføringsapparat (114, 142) for overføring av belastning mellom nevnte hovedaksel (110) og nevnte element (24, 26).

2. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 1, hvor nevnte momentoverføringsapparat (116, 126) omfatter i det minste ett kilespor (116) på nevnte hovedaksel (110) og i det minste ett kilespor (126) på nevnte element (24, 26).

3. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 1, hvor nevnte momentoverføringsapparat (116, 126) omfatter en flerhet av kilespor (116) på nevnte hovedaksel (110) og en flerhet av kilespor på nevnte element (126).

4. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 1, 2 eller 3, hvor nevnte belastningsoverføringsapparat (130, 140) omfatter en utsparing (114) i nevnte hovedaksel (110), og at nevnte element omfatter et hovedlegeme (120), i det minste én tann (142) og et hus (130), hvor huset (130) selektivt holder tilbake nevnte i det minste ene tann (142) i nevnte utsparing (114).

5. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 4, hvor nevnte hus (130) er et belastningsringhus.

6. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 5, hvor nevnte belastningsringhus (130) omfatter gjenger (124) og nevnte legeme (120) omfatter gjenger, slik at belastningsringhuset (130) kan gjengekoples bevegelig på hovedlegemet (120).

7. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 4, 5 eller 6, hvor nevnte i det minste ene tann (142) er anordnet på en belastningsring (140).

8. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 4, 5 eller 6, hvor nevnte i det minste ene tann (142) er anordnet på minst ett av i det minste to segmenter, hvilke segmenter danner en belastningsring (140).

9. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 4 til 8, hvor den i det minste ene tann (114) omfatter i det minste én skrådd kant (218).

10. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 4 til 9, hvor huset (130) omfatter et øvre parti plassert ovenfor den i det minste ene tann (142) og et hylseparti for å overføre belastning til hovedlegemet (120), hvor nevnte hylseparti holder nevnte i det minste ene tann (142) tilbake i nevnte utsparing (114).

11. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 1, 2 eller 3, hvor nevnte belastningsoverføringsapparat (130, 140a) omfatter et fremspring (110b) på nevnte hovedaksel (110a), og at nevnte element (24, 26) omfatter et hovedlegeme (120), i det minste én utsparing (142a) og et hus (130), hvor huset (130) selektivt holder nevnte utsparing (142a) over nevnte fremspring (110b).

12. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 11, hvor nevnte hus (130) er et belastningsringhus.

13. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 12, hvor nevnte belastningsringhus (130) omfatter gjenger (124) og nevnte hovedlegeme (120) omfatter gjenger, slik at belastningsringhuset (130) kan gjengekoples bevegelig på hovedlegemet (120).

14. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 11, 12 eller 13, hvor nevnte i det minste ene utsparing (142a) er anordnet i en belastningsring (140a).

15. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 11, 12 eller 13, hvor nevnte i det minste ene utsparing (142a) er anordnet i minst ett av i det minste to segmenter, hvilke segmenter danner en belastningsring (140a).

16. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 14 til 15, hvor huset (130) omfatter et øvre parti som befinner seg ovenfor belastningsringen (140a), og et hylseparti for å overføre belastning til hovedlegemet (120), hvor nevnte hylseparti holder nevnte utsparing (142a) i nevnte belastningsring (140a) over nevnte i det minste ene tann (110b).

17. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 11 til 16, hvor den i det minste ene utsparing (142a) omfatter i det minste én skrådd kant.

18. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst av kravene 4 til 17, hvor nevnte hus omfatter skrunøkkelprofilflater (152).

19. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor en tetning (127) er anordnet mellom nevnte hovedaksel (110) og nevnte element (24, 26).

20. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i krav 19, hvor nevnte element (24, 26) omfatter en utsparing (129) og nevnte tetning (127) er plassert i nevnte utsparing (129).

21. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor nevnte hovedaksel (110) har en gjennomgående boring for å tillate gjennomføring av boreslam.

22. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor nevnte element (24, 26) har en gjennomgående boring for å tillate gjennomføring av boreslam.

23. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor nevnte element (24, 25) omfatter i det minste én av: en utblåsningssikring; en innvendig utblåsningssikring (en IBOP); et slamsparerapparat; en skjevstillingskopling; en borestreng; en fôringsrørstreng; en belastningsmåleanordning; et fleksibelt overgangsstykke; og et slitasjestykke.

24. Toppdrevet apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor nevnte hovedaksel (110) er én av en borestamme; og en hulaksel.

25. Toppdrevet rotasjonsapparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, hvor den nedre ende av hovedakselen (110) ikke er gjenget.

26. Fremgangsmåte for overføring av dreiemoment fra en hovedaksel i et toppdrevet rotasjonsapparat ved bruk av apparatet som angitt i et hvilket som helst foregående krav, og til et element, k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter trinnene å rotere hovedakselen, hvorpå dreiemoment blir overført til elementet.