NO343982B1 - Justerbar svenke - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Oppfinnelsens område er svenker med justerbar diameter for utvidelse av rør, og mer bestemt som kan kollapse for å gå klar av en hindring som påtreffes.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Svenker brukes til å utvide rørdiametre nede i borehull. De kan ha faste koniske former, eller de kan justeres for å endre diameter nede i hullet. Svenkene som kan endre diameter er mer allsidige i det de kan utvide et gitt rør stegvis for å unngå overbelastning. De kan kollapses etter at utvidelsen er fullført for å forenkle fjerning.

Det må tas flere hensyn når det brukes justerbare svenker som involverer flere segmenter som står for utvidelsen. Gap mellom segmentene kan forårsake linjer med stresskonsentrasjon, som til slutt kan føre til en langsgående sprekk. I US publikasjonsnummer 2003/0155118 A1 beskrives en justerbar svenkeutforming som omfatter kileformede segmenter som forskyves i forhold til hverandre. Motstående kiler holdes fast mens de bevegelige segmentene tilføres kraft fra et hydraulisk stempel. Påført trykk beveger de bevegelige segmentene til innretting mot de stasjonære segmentene slik at deres høyeste punkter innrettes for å danne svenkens diameter. Segmentene er sinket sammen på en skråflate slik at når de beveges i forhold til hverandre mot innretting, så beveges de også radielt til en større radius. Et skrallesystem er innebygget for å holde på stillingen som er oppnådd som følge av det påførte hydrauliske trykket mot stempelet. Den følgende drøftingen av grunnkomponentene i denne justerbare svenken gir det generelle utgangspunktet for den foreliggende oppfinnelsen.

Ytterligere fleksibilitet kan oppnås ved å bruke fleksibel svenke 138. FIG 1 viser denne i perspektiv, og FIG 2a-2c viser hvordan den er installert over en fast svenke 134. Den justerbare svenken 138 omfatter en rekke alternerende øvre segmenter 140 og nedre segmenter 142. Segmentene 140 og 142 er montert for relativ, fortrinnsvis glidende, bevegelse. Hvert segment, for eksempel 140, er sinket i et nærliggende segment 142 på begge sider. Pasningen kan ha ulike tverrsnitt.

Imidlertid foretrekkes en L-form, hvor en side har en utragende L-form, og den motsatte siden av samme segment har en fordypet L-form, slik at alle segmentene 140 og 142 kan danne den påkrevde svenkestrukturen 360 grader omkring stamme 144. Åpningen 148 dannet av segmentene 140 og 142 (se FIG 1) passer omkring stammen 144.

Segmentene 140 har en vid topp 150 og smalner av mot en smal bunn 152 med et mellomliggende høyt område 154. Tilsvarende har de motsatt orienterte segmentene 142 en vid bunn 156 og smalner av mot en smal topp 158 med et mellomliggende høyt område 160. De høye områdene 154 og 160 er fortrinnsvis identiske, slik at de kan innrettes med hverandre som vist i FIG 3a. De høye områdene 154 og 160 kan også være linjer i stedet for bånd. Hvis båndområder brukes, kan de vær innrettet med eller skjeve i forhold til den langsgående aksen. Båndområdenes tverrsnitt kan være flate, avrundede, elliptiske eller annet. Den foretrukne utførelsesformen bruker båndområder som er innrettet med den longitudinale aksen og lett kurvet. Flatene som leder til og fra de høye områdene, som for eksempel 162 og 164, kan være i ett enkelt eller flere plan som skrår i forhold til den longitudinale aksen.

Segmentene 140 har et fortrinnsvis T-formet element 166 i inngrep med ring 168. Ring 168 er forbundet med stamme 144 ved gjenger 170. Ved innkjøring holder en skjærpinne 172 ring 168 til stamme 144. Nedre segmenter 142 fastholdes av T-formede elementer 174 i ring 176. Ring 176 er forspent oppover av stempel 178. Forspenningen kan gjøres på ulike måter, med en stabel tallerkenfjærer 180 vist som ett eksempel. Stempel 178 har pakninger 182 og 184 for å tillate trykk gjennom åpning 186 i stammen 144 å bevege stempelet 178 oppover og forhåndsspenne fjærene 180. En låsering 188 har tenner 190 for inngrep med tenner 192 på den faste svenken 134 når stempelet 178 blir drevet oppover. Gjenger 194 forbinder fast svenke 134 med stamme 144. Åpning 186 fører til hulrom 196 for å drive stempel 178 oppover. De høye områdene 154 og 160 strekker seg fortrinnsvis ikke like langt utover som det høye området 198 på den faste svenken 134 i innkjøringsposisjonen vist i FIG 2a-2c. Den faste svenken 134 kan ha samme variasjon av ytre overflatekonfigurasjon som beskrevet ovenfor for segmentene 140 og 142.

Virkemåten til den fleksible svenken 138 vil nå bli beskrevet. Svenken 134 kommer i kontakt med en hindring. Først kunne et forsøk på å pålegge vekt prøves for å se om svenken 134 kunne gå gjennom den skadde delen av foringen. Hvis dette ikke virker, påføres trykk fra overflaten. Hvis den faste svenken 134 går gjennom hindringen, kan den fleksible svenken deretter lande på hindiringen, utvides og drives igjennom. Trykk fra overflaten går inn i åpningen 186 og tvinger stempel 178 til å komprimere fjær 180 som vist i FIG 3b. Nedre segmenter 142 heves sammen med stempel 178 og ring 176 inntil ingen ytterligere bevegelse oppover i hullet er mulig. Dette kan defineres av kontakt mellom segmentene 140 og 142 med foring eller rørelement. Denne kontakten kan inntreffe ved full utvidelse vist i FIG 3b eller 4, eller den kan inntreffe før denne posisjonen oppnås. Posisjonen med full utvidelse er definert ved at høye områder 154 og 160 er innrettet med hverandre. Fjær 180 påfører en forspenning til de nedre segmentene 142 i retning oppover. Denne forspenningen låses inn av låsering 188 ettersom tenner 190 og 192 er i inngrep som følge av at stempel 178 beveges. Ved dette tidspunkt tvinger en kraft rettet nedover fra kraftforsterkingsverktøyet 66 svenken nedover. Friksjonskraften som virker på nedre segmenter 142 forsterker forspenningen fra fjær 180 når den fleksible svenken 138 drives nedover. Dette virker i retning av å holde den fleksible svenken ved sin maksimale diameter for 360 graders svenking av foringen eller rørelementet. De øvre segmentene påvirker ikke lasten på fjær 180 når den fleksible svenken 138 beveges opp eller ned i brønnen i posisjonen vist i FIG 3a.

Det beskrivelsen over fra den opprinnelige, alminnelige beskrivelsen ikke beskrev særlig detaljert, er hva som skjer når segmentene 140 og 142 er innrettet med hverandre og treffer en hindring som den faste konusformede svenken 134 allerede er gått klar. To ting kan hende. Hvis den justerbare svenken skal gå klar av hindringen, må den få mindre diameter ved å beveges tilbake fra posisjonen i figur 3a til posisjonen i figur 2a. Siden segmentene 142 må beveges nedover for å gjøre dette, trengs det opplagt en radiell reaksjonskraft som tvinger segmentene 140 og 142 fra hverandre for å oppnå en mindre diameter gjennom en resulterende langsgående relativ bevegelse. Den radielle kraften må imidlertid være stor nok til å opprette en longitudinal komponent som er større enn reaksjonskraften som følger av at den justerbare svenken trykkes mot hindringen. Med andre ord ligger de innrettede segmentene 140 og 142, som vist i fig 3a, an mot røret 10. Pil 12 representerer skyvkraften fra overflaten som generelt kommer fra et satt anker og en hydraulisk hammer (ikke vist). Andre måter å danne skyvkraften på kan brukes. Siden vinkelen til overflaten 14 er svært bratt, er den radielle komponenten til enhver reaksjonskraft 16 også svært liten sammenlignet med den vertikale komponenten til reaksjonskraften 18, som er lik skyvet fra overflaten (pil 12) som vist i figur 3a. Det er den radielle komponenten til reaksjonskraften 16 som er nødvendig for å gjøre diameteren av den justerbare svenken mindre slik at den kan passere hindringen i røret 10. Denne radielle kraftkomponenten driver kilene 140 og 142 fra posisjonen i figur 4 til posisjonen i figur 1 langs sine hellende not og fjær forbindelser. Segmentene 142 skyver essensielt den faste svenken 134 nedover i hullet for å redusere den justerbare svenkens diameter ved at posisjonen på figur 2a inntas. Hvis den radielle komponenten er utilstrekkelig til å overvinne motstanden mot relativ bevegelse mellom segmentene 140 og 142 under lasten som påtrykkes av å sitte fast mot røret 10, vil sammenstillingen ganske enkelt stoppe, og ikke gå igjennom hindringen.

Det den foreliggende oppfinnelsen forsøker å gjøre, er å forsterke den radielle kraften som fremtvinger kollaps av den justerbare svenken når den sitter fast i en hindring som den faste svenken 134 allerede har passert. Oppfinnelsen søker å omdirigere den longitudinale pådragskraften for å danne en ytterligere radiell komponent når den justerbare svenken sitter fast. En måte dette oppnås på er å endre lastvinklene på segmentenes innfestinger for å danne en ytterligere radiell lastkomponent når den justerbare svenken sitter fast i røret ved en hindring. Fagfolk på området vil forstå det fulle omfanget av oppfinnelsen bedre av patentkravene nedenfor. Den detaljerte beskrivelsen og tegningene illustrerer oppfinnelsens konsept ved å vise den foretrukne utførelsesformen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av det selvstendige krav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. En justerbar svenke kan forsterke en radiell kollapskraft når en hindring i et rørelement påtreffes for å muliggjøre radiell sammentrekning slik at svenken kan gå klar av hindringen. De bevegelige segmentene er utformet for å bøye seg elastisk ved høye laster, slik at det dannes en ytterligere radiell kraftkomponent som hjelper med å redusere den justerbare svenkens størrelse for passering av hindringen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 er et perspektivriss av en tidligere kjent, justerbar svenke i sin mindre dimensjon.

Figurene 2a-2c er snitt av den tidligere kjente justerbare svenken i posisjonen vist i figur 1.

Figurene 3a-3c er rissene på figurene 2a-2c, men hvor den justerbare svenken har maksimal dimensjon.

Figur 4 viser den tidligere kjente justerbare svenken med maksimal dimensjon. Figur 5 er et perspektivriss av den foreliggende oppfinnelsen ved normal drift. Figur 6 er som risset på figur 5, og viser hva som skjer når den justerbare svenken når en hindring.

Figur 7 viser et enkelt segment av den justerbare svenken ved normal drift. Figur 8 er som risset på figur 7 når en hindring i røret som skal utvides påtreffes.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMEN

Figur 5 viser kilesegmenter 20 og 22 orientert i samme retning med segment 24 motsatt vei. Utformingen av segmentene og hvordan de er koblet sammen er identisk med risset i figur 1, og den grunnleggende virkemåten til den justerbare svenken drøftet ovenfor vil ikke bli gjentatt. Det unike ved arrangementet vil nå bli gjennomgått.

Segmentene 20 og 22, og de andre tilsvarende plasserte segmentene som ikke vises, har fortrinnsvis en fleksibel flens 26 plassert i avstand fra basisflaten 28. Holder 30 har en indre fordypning 32 som holder en føringsflens 34 som er en del av segmentet 20 eller 22 eller de andre tilsvarende plasserte segmentene som ikke vises. Holder 30 har en lagerflate 36 som er i kontakt med flaten 38 på fleksibel flens 26. Lagerflaten 36 er del av en indre eller innad-orientert ring 40 som definerer sirkulær fordypning 32. Forbindelsesarrangementet for de motsatt orienterte segmentene er hovedsakelig det samme, med en indre eller innad-orientert ring 42 som har en lagerflate 44 for kontakt med flaten 46 på fleksibel flens 48 på segment 24 og de andre som er tilsvarende orientert og ikke vist.

Når segmentene som utgjør den justerbare svenken treffer en hindring, er kontaktflaten fortsatt på den bratte overflaten 50 som vist i figur 7. Når segmentene treffer hindringen ved overflaten 50, øker den påførte kraften fra holder 30. Dette danner en reaksjonskraft tilsvarende den som er vist i figur 6. Som før er den radielle komponenten 52 ganske liten sammenlignet med den longitudinale komponenten 54.

Som før i figur 6, er det den radiale komponenten som driver segmentene i den justerbare svenken til å gå til en mindre diameter ved å bevege dem relativt langs sine skrånende pasninger for essensielt å flytte frem den faste svenken 134 som allerede er klar av hindringen. Her er det også slik at hvis den genererte radiale komponenten var tilstrekkelig liten, så ville den justerbare svenkens segmenter ikke beveges i forhold til hverandre fordi den genererte kraften ikke ville være sterk nok til å flytte frem den faste svenken 134 for å muliggjøre separasjon av toppene 154 og 160. Den justerbare svenken ville simpelthen stoppe ved hindringen.

Den foreliggende oppfinnelsen retter seg mot denne situasjonen hvor lasten øker når en hindring påtreffes. Figur 8 viser at den innad-orienterte ring 40 er bøyd elastisk mot fordypning 32, og derved plasserer lagerflaten 36 på en skråflate hvor flaten 38 har samme vinkel på grunn av måten flatene kontakter hverandre på og måten hver av dem er støttet på. Nå vil en lastkraft levert gjennom den innadorienterte ring 40 og representert av pil 56 føre til en skjevforskyvning av kontaktaksen mellom lagerflaten 36 og flaten 38 med en vinkel a i figur 6. Som resultat av en slik skjevforskyvning mellom flatene, genereres en radiell kraftkomponent som vist ved pil 56. Denne radielle lasten er over og ovenfor den radielle lasten som genereres av segmentenes direkte kontakt med hindringen som illustrert i figur 6. Som et resultat av dette er det større mulighet for at den justerbare svenken passerer en hindring enn at den stoppes, på grunn av den ytterligere radielle kollapskraften som tilveiebringes. Ringen kan være svingbar for å kunne endre retning på kraften påført gjennom denne.

Fagfolk på området vil innse at begge ender kan få samme behandling for å danne en radiell kraftkomponent ved begge ender, selv om kun en ende er beskrevet. Mens dannelsen av den ytterligere radielle kraften er oppnådd med bøyelige lastflater, er andre måter å danne en radiell kraft på når en hindring treffes også innenfor omfanget av oppfinnelsen. I den foretrukne utførelsesformen dannes ikke den ytterligere radielle kraften før en hindring treffes, slik at ved normal drift for utvidelse tilsvarer den justerbare svenkens beskrevne virkemåte virkemåten i tidligere kjent teknikk. I den forstand dannes ikke en radiell kollapskraft ved normal drift når den ikke trengs. I stedet er det når en hindring påtreffes og den justerbare svenken trenger å bli mindre i diameter for å passere denne hindringen at bøyningen finner sted, og kollapskraften virker for å få den justerbare svenken forbi hindringen.

I tillegg er størrelsen av gapet 58 nær den fleksible flensen 26 dimensjonert slik at bøyningen fortsatt er i det elastiske området selv når flens 26 lukker gap 58.

Beskrivelsen ovenfor forklarer den foretrukne utførelsesformen, og mange modifikasjoner kan utføres av fagfolk på området uten å fravike fra oppfinnelsen, hvis omfang er definert av patentkravene nedenfor.

Claims (8)

P A T E N T K R A V

1. Justerbar svenke for bruk nede i hull, omfattende:

flere forbundne segmenter (20, 22, 24) konfigurert for relativ bevegelse mellom en større og en mindre radiell dimensjon om en longitudinal akse, og

en holder (30) som har en innad-orientert ring (40, 42) med en lagerflate (36, 44) konfigurert for kontakt med en flate (38, 46) på en fleksibel flens (26, 48) av et respektivt segment (20, 22, 24), hvor den innad-orienterte ringen (40, 42) definerer en sirkulær fordypning (32),

hvor den innad-orienterte ringen (40, 42) er konfigurert til å bøye seg elastisk mot den sirkulære fordypningen (32) under en forhåndsbestemt longitudinal kraft for derved å danne eller øke en radiell kraft på segmentene (20, 22, 24) for å påtvinge radiell sammentrekning når en hindring forekommer.

2. Justerbar svenke ifølge krav 1, hvor:

den innad-orienterte ringen (40, 42) er konfigurert til å påføre kraften på minst ett av segmentene (20, 22, 24) for å påtvinge bevegelse mot den mindre radielle dimensjon kun etter at en forhåndsbestemt last er påført gjennom den.

3. Justerbar svenke ifølge krav 1, hvor:

den innad-orienterte ringen (40, 42) er svingbar for å endre retning på kraft påført gjennom den.

4. Justerbar svenke ifølge krav 1, hvor:

bøyningen er i det elastiske området for den innad-orienterte ringen (40, 42).

5. Justerbar svenke ifølge krav 1, hvor:

den fleksible flate (38, 46) bøyes ved en forhåndsbestemt last fra den innadorienterte ringen (40, 42).

6. Justerbar svenke ifølge krav 5, hvor:

den fleksible flate (38, 46) bøyes innenfor sitt elastiske område.

7. Justerbar svenke ifølge krav 8, hvor:

utbøyning av den fleksible flate (38, 46) begrenses ved kontakt med segmentet (20, 22, 24) som støtter den.

8. Justerbar svenke ifølge ethvert av de foregående krav, hvor:

det er to innad-orienterte ringer (40, 42) der hver ring (40, 42) er forbundet med halvparten av segmentene (20, 22, 24), og der segmentene (20, 22, 24) er konfigurert til å beveges longitudinalt i forhold til hverandre ved relativ bevegelse mellom de innad-orienterte ringene (40, 42),

idet begge ringene (40, 42) er konfigurert til å påføre en kraft på alle segmentene (20, 22, 24) for å påtvinge bevegelse mot den mindre radielle dimensjon når en forhåndsbestemt last påføres gjennom den innad-orienterte ringene (40, 42).