NO791605L - Borkrone. - Google Patents

Description

Borkrone

Foreliggende-^oppfinnelse angår generelt jordboring og mer spesielt en rotasjons-borkrone med et forbedret lagersystem. Foreliggende oppfinnelse er spesielt beregnet for bruk i forbindelse med rotasjons-borkroner av den type som omfatter tre koniske skjærevalser eller -ruller, i det følgende kalt trerullskrone. Oppfinnelsens anvendelse er imidlertid ikke begren-set til slike borkroner, og lagersystemet ifølge foreliggende oppfinnelse kan benyttes i andre borkroner hvor det er behov for et forbedret lagersystem.

En trerullskrone er beregnet på å tilkoples som det nederste element i en rotasjons-borstreng. Under borstrengens omdreining nedbrytes formasjonene slik at det dannes et borehull. Trerullskronen innbefatter tre individuelle armer som strekker seg vinkelmessig nedover fra borkronens hoveddel. Den nedre ende av hver arm er utformet som en lagertapp. En konisk skjærerull er montert på hver lagertapp og innrettet for omdreining på denne. Skjærerullene er på ytterflaten utstyrt med skjærorganer som virker til å nedbryte formasjonene under omdreining av borkronen.

En rotasjons-borkrone må kunne arbeide under meget strenge miljømessige forhold og borkronens størrelse og utformning begrenses av operasjonsbetingelsene. Samtidig krever de økonomis-ke forhold ved petroleumsfremstilling lenger levetid og bedre ytelse for borkronen. I forbindelse med forsøkene på å fremskaffe bedre borkroner er det blitt utviklet nye og forbedrede materialer for skjærerullenes skjærorganer, slik at skjærerullene har fått lenger effektiv levetid. Dette har ført til at lagersystemene er det som vanligvis først svikter under boreoperasjonen. Følge-lig foreligger det et behov for forbedrete lagersystemer som kan vare i hele borkronens levetid.

I US-patentskrift nr. 3 746 405 er vist et smøre- og tetningssystem for en brønn-borkrone. Et tapplager-smøreorgan og en tetning som samvirker med dette virker til å opprettholde smø-ring under hele den effektive levetid til skjærerullen i en borkrone, slik at fremmed materiale hindres fra å trenge inn i borkronen fra borefluidene og de omgivende jordformasjoner. Det benyttes en lagertapp med rett sylinderform,karakterisert veddan-nelsen av en strategisk plassert utsparing eller utsparinger uten at borkronens lastbærende evne svekkes, idet enheten holdes i ar-beidstilstand ved hjelp av et enkelt element kombinert med smøre-organet og skjærerullen sikres korrekt aksiell stilling.

I US-paténtskrift nr. 3 890 018 er vist en borkrone med et avstrykerpute-smørésystem. Et system er anordnet for sirku-lering av smøremiddel-inn i det belastede kontaktområde mellom lagertappen og den roterende skjærerull i en borkrone. Skjærerullen er montert for omdreining om lagertappen. Skjærerullen innbefatter en innvendig overflate. Minst ett hulrom for en avstrykerpute er beliggende i skjærerullens innvendige overflate. En avstrykerpute er plassert i nevnte hulrom og et fjærelement er plassert under avstrykerputen. Under skjærerullens rotasjon presser avstryker puten smøremiddel inn i belastningsområdet mellom lagertappen og skjærerullens innvendige overflate.

US-patentskrift nr. 4 061 376 viser skjærorganene til

en borkrone. En skjærevalse er opplagret på en fast lagertapp hvor radialbelastningen opptas av et sylindrisk tapplager. Et spor strekker seg rundt omkretsen til den faste lagertapps frik-sjonsparti. Sporet er fylt med et lagermetall langs en bue på nedre lastbærende del av tappen. Det øvrige ufylte parti av sporet er via en smøremiddel-tilførselskanal i sporkronens hoveddel forbundet med et trykk-kompensert fettreservoar i hoveddelen for tilførsel av smøremiddel til tapplageret.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en trefulls-borkrone med et forbedret lagersystem innbefattende et rom for smøre-middel. Minst én lagertapp strekker seg ut fra borkronens arm. En skjærerull er dreibart montert på lagertappen. Minsket klaring er anordnet mellom skjærerullen og lagertappen, hvilket innebærer at belastningen fordeles over et større område. Lagertappens lastbærende overflate er belagt med hardmetall før maskinering. Lagertappens ubelastede parti har større klaring for å bidra til smøremidlets fordeling. Lagertappens ubelastede parti innbefatter en eksentrisk maskinert friksjon. Ovennevnte samt andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå

av følgende beskrivelse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen.

Fig. 1 viser en arm på en borkrone som er konstruert i samsvar

med foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et snitt gjennom lagertappen og en del av skjærerullen til borkronen vist på fig..1.

På fig. 1 angir henvisningstallet 10 generelt en tre-rullsrotasjons-borkrone med avtettet lager. Borkronen 10 innbefatter en hoveddel eller borkronekropp 11 innbefattende et øvre gjengeparti 12. Ved hjelp av gjengepartiet 12 kan borkronen til-

v

koples nedre ende av en borestreng (ikke vist). Tre vesentlig identiske armer strekker seg nedover fra borkronekroppen 11, idet bare den ene armen 13\er vist i fig. 1. Nedre ende av hver arm er forsynt med en utstikkende akseltapp omfattende et lagerparti, og detaljene ved dette :lagerparti vil bli omtalt i det følgende.

Tre koniske skjæreruller er dreibart plassert på de tre respekti-ve akseltapper som stikker ut fra armene. Skjærerullen 14 er vist i fig. 1. Hver skjærerull omfatter på sin ytre overflate skjærorganer som er innrettet til å nedbryte formasjoner under borkronens 10 omdreining og nedadføring. Skjærorganene er vist i form av wolframkarbidinnsatser 15. Det skal imidlertid forstås at andre skjærorganer så som ståltenner kan benyttes som skjærorganer på skjærerullene.

Borkronen 10 innbefatter en midtre kanal som strekker seg langs kroppens 11 midtakse, gjennom hvilken kanal borefluid kan innføres fra øvre del av den umiddelbart ovenfor beliggende borestreng (ikke vist) og strømmer nedover gjennom stråledyser forbi skjærerullene. Under drift er borkronen 10 tilkoplet som nederste element i en borestreng (ikke vist) og senkes ned i brønn-hullet inntil skjærerullene støter mot bunnen i brønnhullet. Ved anlegg mot bunnen i brønnhullet settes borestrengen i omdreining, hvorunder borkronen 10 dreier med. Borefluid presses ned gjennom borestrengens innvendige kanal ved hjelp av slampumper på overfla-ten. Borefluidet fortsetter gjennom borkronens 10 midtkanal, gjennom dysene forbi skjærerullenes skjærorganer til bunnen av brønnhullet, deretter opp i ringrommet mellom borestrengen og veggen i brønnhullet, medbringende borekutt og fragmenter fra boreoperasjonen.

Borkronens lagersystem må sikre fri omdreining av skjærerullene under de ugunstige boreforhold. Det forbedrede, lagersystem ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en borkrone med lang levetid og som kan tåle de forhold man støter på under boring av en dyp brønn. Det langstrakte nedre parti av armen 13 utgjør akseltappen 18 som omfatter et lagerparti og den dreibare skjærerull 14 er montert på lagerpartiet. Minsket klaring er anordnet mellom skjærerullen og akseltappen, hvilket gjør det mulig å fordele belastningen over et større område. Dette sprer belastningen fra en linjekontakt til en bredere flate for minsket enhetbelastning, hvilket medfører mindre slitasje på lagertappen. Lastfordelingen minsker den varme som utvikles i lageret og minsker nedbrytnin av fett som kan være årsak til ekstreme trykk i lageret og føre til skader. Den minskede klaring mellom lagertapp og skjærerull vil, ha en støtopptagende eller -dempende virk-ning mellom de overflater som er i berøring med hverandre under de sterke vertikale vibrasjoner som opptrer ved boringen. Lågere av kjent type fører til 'eksentrisk bevegelse mellom lagertapp og skjærerull, hvilket medfører sterk sammenklemning av de av gummi bestående O-ringer i belastningsområdet og minsket, kanskje utilstrekkelig sammenklemming i lagertappens ubelastede område. Foreliggende oppfinnelse bevirker at lagertappens midtlinje og skjærerullens midtlinje sammenfaller og gir en jevnere fordelt sammenklemning av O-ringtetningen. Det ubelastede parti av akseltappen innbefatter en eksentrisk maskinert friksjon. Det ubelastede parti av akseltappen får derved en større klaring som letter smøremid-lets fordeling.

En rekke lagerkuler (ikke vist) anordnet mellom kule-banene 16 og 17, sikrer at den dreibare skjærerull 14 er dreibart fastlåst på akseltappen 18. Den dreibare skjærerull 14 plasseres på akseltappen 18 og lagerkulene innføres^ gjennom en boring i armen 13. Etter at lagerkulene er bragt på plass, innføres en plugg i boringen og fastsveises i denne. En bøyelig tegning 9 danner en tetning mellom skjærerullen 14 og akseltappen 18 for å hindre smøremiddeltap eller forurensning av smøremidlet fra materialer i brønnhullet. Det ytre parti av akseltappen 18 innbefatter en utsparing på akseltappens 18 belastningsside.. Denne utsparing er fylt med et lagermateriale av hardmetall. Akseltappens 18 ytterparti samvirker med det ytre lagerflateparti .20 på skjærerullens 14 innside.

Et tetningsproblem ved tidligere kjente borkroner angår klaringen mellom lagertappen og skjærerullen. Når borkronen er under belastning på bunnen av borehullet med lagertappens undersi-de i berøring med skjærerullen, er hele klaringen beliggende på lagerets ubelastede side. Dette innebærer øket sammentrykning av O-ringen i det belastede område og mindre sammentrykning av O-ringen i det ubelastede område. Foreliggende oppfinnelse fører til at skjærevalsen løper konsentrisk og utligner trykket på O-ringen. Den nedre, lastbærende flate på lagertappen bringes til å løpe konsentrisk med skjærerullens tetningsglandflate (sylindrisk) hvilket fører til utlignet., trykk på O-ringtetningen både ved lagerets øvre, ubelastede område og ved det belastede område.

På fig. 2 er vist et tverrsnitt av akseltappen 18. Utsparingen 21 er utskåret i akseltappens 18 lagerparti. Lager-materialet 19 er innført i utsparingen 21 og maskinert i.flukt med lagerflaten på akseltappens belastningsside. Et rom 24 for smøremiddel er utformet på akseltappens 18 øvre ubelastede side. Midtaksen 22 til akseltappens 18 belastningsside og midtaksen 23 til akseltappens 18 ubelastede side er innbyrdes forskjøvet. La-gerpartiets belastningsside motsvarer nøyaktig formen på skjærerullens lagerparti og gir større lastbærende kontaktflate hvilket fø-rer til lenger levetid for lageret. Minsket klaring mellom skjærerullen 14 og lagertappen 18 rundt nedre halvdel av lagertappen 18 understøtter lagertappen over en flate som er tilnærmet lik lagertappens 18 prosjekterte diameterflate. Den nødvendige klaring mellom de to elementer oppnås ved forskjøvet sliping eller maskinering av lagertappens 18 øvre halvdel. Dette sprer belastningen fra linjekontakt til en bredere flate for å minske enhetsbelastningen, hvilket medfører minsket slitasje på lagertappen. Denne spredning eller fordeling av belastningen vil minske varmeutviklingen i lageret og minske nedbryting av smørefett som kan være årsak til ekstreme trykk i tidligere kjente lågere. Den minskede klaring mellom lagertapp og skjærerull vil gi en støtabsorberende eller -dempende effekt mellom de flater som er i berøring med hverandre under de sterke vertikale vibrasjoner som opptrer ved boring.

Etter at de konstruksjonsmessige detaljer ved borkronen 10 ifølge foreliggende oppfinnelse nå er beskrevet, skal konstruk-sjonen av borkronen 10 nå omtales i sammenheng med fig. 1. og 2. Utsparingen 21 er utformet i akseltappens 18 lagerparti. Lager materiale 19 er innført i utsparingen 21. Lagermåterialet 19 slipes eller maskineres i flukt med lagerflaten på lagertappens belastningsside. Slipingen eller maskineringen av lagertappens belastede side og ubelastede side utføres om henholdsvis aksene 22 og 23. Dette gir en radius for lagertappens belastningssi-

de og en radius R2for lagertappens ubelastede side. Radiene R^ og. R2 kan være like, men det skal bemerkes at aksene 22 og 23

til radiene henholdsvis R^ og R- er innbyrdes forskjøvet. Den innbyrdes avstand er tilnærmet 0,127 mm,hvilket gir en klaring på 0,026 til 0,178 mm i rommet 24. Akseltappens 18 midtakse er beliggende ved aksen 22..- Ovenstående gir minsket klaring mellom skjærerullen og lagerta<p>pens belastningsflate, hvilket muliggjør fordeling av belastningen over en større flate. Klaringen på belast-ningssiden er tilnærmet 0,026 mm. Lagertappens ubelastede parti er gitt større klaring for å lette smøremidlets fordeling og for å gi nødvendig klaring for å hindre fastskjæring mellom lagertapp og skjærerull.

Foreliggende oppfinnelse forbedrer tetningseffekten til O-ringtetningen 9. Tidligere kjente lågere får lagertapp og skjærerull til å løpe eksentrisk, hvilket medfører for sterk sammenpressing av gummi-O-ringen i det belastede område samt minsket, muligvis utilstrekkelig sammenpressing i lagertappens belastede område. Ved' foreliggende oppfinnelse faller lagerta<p>pens 18 midtlinje og skjærerullens 14 midtlinje sammen, og gir jevnere fordelt sammenpresning av O-ringtetningen. O-ringtetningens levetid og ytelse vil bli forlenget på grunn av den forbedrede jevne belastning.

Claims (3)

1. Borkrone, karakterisert ved en borkronekropp (11), minst én akseltapp (18) som strekker seg fra borkronekroppen og omfatter en midtakse (22), en konisk skjærerull (14) som er dreibart montert-, på akseltappen, en belastet flate (19) på akseltappen vesentlig konsentrisk med nevnte midtakse, en ubelas-tet flate på akseltappen.eksentrisk med midtaksen, og en mellom lagertappen og skjærerullen plassert O-ring (9) som blir vesentlig jevnt sammenpresset under drift av borkronen.

2. Borkrone ifølge kravl, karakterisert ved at skjærerullen er dreibart montert på akseltappen med minsket klaring mellom den lastbærende flate og skjærerullen og øket klaring mellom den ubelastede flate og skjærerullen.

3. Borkrone ifølge krav 2, karakterisert ved en utsparing i belastningsflaten og et lagermateriale (19) ifylt utsparingen.