NO792750L - Hydraulisk loesriververktoey. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt grunnboring

og mer bestemt et roterende, hydraulisk skakeverktøy.

Under boring av en olje- eller gassbrønn eller liknende, oppstår situasjoner hvor en komponent i borestrengen setter seg fast. Det er selvsagt nødvendig å løsgjøre denne komponent i borestrengen for å kunne fortsette boreoperasjonen. Et roterende skakeverktøy plasseres i borestrengen for å gjøre det mulig å ut-sette borestrengen for slag eller støt samt løsne og frigjøre det fastkjørte parti av borestrengen. Et roterende skakeverktøy mon-teres f.eks. i "fiske"-strenger for å muliggjøre kraftige oppadrettede slag mot en fastkjørt "fisk" slik at den skakes løs fra . sin fastkjørte stilling. Roterende skakeverktøy innkoples i borestrenger under testing, kjerneboring og vaskeoperasjoner for å virke som sikkerhetsanordninger og for å tilveiebringe et system ved hjelp av hvilket borestrengen kan løsnes ifall den skulle sette seg fast.

Roterende skakeverktøy innbefatter forskjellige typer tilbakeholdings- eller sperremekanismer som kan holde skakeverk-tøyets teleskopiske elementer i lukket stilling inntil det er bygget opp tilstrekkelig oppadrettet trekkraft til å utløse sperremekanismen slik at de teleskopiske elementer hurtig kan beveges til uttrukket stilling. Den oppadrettede kraft strekker borerøret. Når sperremekanismen utløses vil sjokket som forplan-tes oppover i borestrengen når denne vender tilbake til sin nor-male lengde, forårsake et kraftig støt i borestrengen.

Hydrauliske skakeverktøy benytter et hydraulisk arbeidsfluid og -ventilsystem for å frembringe utløservirkningen. Støte-verktøyet innbefatter et tetningssystem med øvre og nedre tet-ningsenheter med arbeidsfluid mellom dem, og et utmatingssystem som muliggjør sakte utmating av hydraulikk-arbeidsfluid. Forut for foreliggende oppfinnelse kunne utmatingshastigheten ikke end res. I foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en regulerbar naleventil i skakeverktøyets hylseventilenhet et system hvorved brukeren selv kan regulere operasjonstiden ved hjelp av strømningskontroll. Denne regulering kan utføres utvendig.

I US patent nr. 2 989 132 er vist en hydraulisk olje-brønnskaker. En ringformet flytende tetning er anordnet i hy-draulikkammeret. Ved hjelp av væskekanaler kan arbeidsvæsken strømme sakte forbi stemplet.

I US patent nr. 3 004 616 er vist en hydraulisk brønn-skaker. Et ventilelement bæres av doren slik at man først får en begrenset fluidstrøm og deretter en hurtig strøm idet skakeren strekkes ut. I.US patent nr. 3 349 858 er vist et hydraulisk skake- apparat som har en begrenset strømningsbane fra sitt kammer med regulatororganer for konstant strømning. Væskeforskyvningen i skakemekanismens ytre eller sylindriske del fra den ene side av stemplet til den andre, skjer med kontrollert hastighet og uten behov for trange toleranser mellom apparatdelene. Væsken i selve brønnboringen kan benyttes i apparatet.

I US patent nr. 3 716 109 er vist en roterende skaker for bruk i brønnhull når et verktøy som er festet til skakeren sitter så fast at det ikke kan løses ved normalt strekk i bore-, strengen. Rotasjonsskakeren har et ytre hus og en indre dor med hensiktsmessige mellomliggende tetninger som avgrenser et ringformet arbeidskammer. En hammer er festet til doren og en ambolt er festet til huset. Arbeidsfluidet i arbeidskammeret.opp-viser lave viskositetsendringer med høye temperaturendringer. I kammeret er anordnet et stempel og en ventilkombinasjon som er slik innrettet at når borestrengen er sterkt strekkbelastet tvin-ges fluid i meget små mengder gjennom ventilkombinasjonen. Dette er faktisk en gjensidig utstrekning av doren og huset som fortsetter inntil stemplet og ventilkombinasjonen kommer i anlegg mot en ringformet hylse i kammeret. Hylsen beveges med stemplet og ventilkombinasjonen idet fluid tillates å strømme ut bak disse, hvorved hammeren og ambolten kan komme i skakekontakt. Anordnin-ger finnes for gjeninnstilling av skakeren slik at den kan arbeide kontinuerlig over lang tid.

I US patent nr. 3 880 248 er vist en ventilhylse for bruk i forbindelse med hydrauliske skakeverktøy for oljeboring. Ventilhylsen er forsynt med én eller flere radielle boringer ved hylsens seteende. Boringen forbinder forbiføringskanalene mellom hylsen og doren med den ringformede utmatingskanal mellom hylsen og løpets ventiltilpasningsseksjon. På denne måte over-føres høyt trykk fra forbiføringskanalen til ringkanalen for å minske utadbøyning av ventilhylsens bakre ende. Dette fører til mindre slitasje på ventilhylsen og forbedret ytelse av denne del av verktøyet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et hydraulisk skakeverktøy innbefattende organer for utvendig regulering av strømningshastigheten gjennom hylseventilsperren. Skakeverktøyet innbefatter en ytterdel og en innerdel som er teleskopisk anordnet. Rifleorganer mellom ytterdelen og innerdelen overfører dreiemoment. Et hammer- og amboltsystem frembringer skakevirkning ved aktivisering av verktøyet. En øvre tetning og en nedre tetning danner fluidtetninger mellom ytterdelen og innerdelen.

Et arbeidsfluid holdes i et arbeidsfluidkammer mellom den øvre

og nedre tetning. En sperreinnretning utløser skakevirkningen. Sperreinnretningen innbefatter en hylseventil med en innvendig nåleventil for endring av arbeidsfluidets strømningshastighet.

En utvendig åpning muliggjør innføring av en tang eller et verk--tøy for regulering av nåleventilen. Ovennevnte samt andre formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen. Figur 1 er et lengderiss som viser en utføringsform av et skakeverktøy ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et riss i større målestokk av et parti av skakeverktøyet vist i figur 1. Figur 3 og 4 illustrerer omdreiningen av glidehylsen. Figur 5 illustrerer regulering av den innvendige nåleventil.

På figur 1 er vist et hydraulisk skakeverktøy som generelt er betegnet med henvisningstallet 10. Skakeverktøyet 10 er et slagverktøy innrettet til å plasseres mellom nedre del av borestrengen (ikke vist) og øvre del av borestrengen (ikke vist) som er forbundet med boreutstyret ved overflaten. Skakeverktøyet 10 er av den type verktøy som vanligvis kalles en hydraulisk skaker.

Den hydrauliske skaker 10 omfatter en indre (øvre) dor

11 og en ytre (nedre) dor 27 som er teleskopisk innpasset i hverandre. Innerdoren 11 omfatter egentlig to sylindriske, hule seksjoner, nemlig muffe- og rifleseksjonen 28 og stempel- og spylerørseksjonen 29. Muffekoplingen 30 er utformet med innvendige gjenger for tilkopling til utvendige gjenger på tapp-enden til ovennevnte b.orestrengkomponent. Yttermantelen 27 omfatter egentlig fire seksjoner, nemlig rifleseksjonen 31, tetningsseksjonen 32, stempelseksjonen 33 og tappseksjonen 34.

Ri flesystemet til skakeren 10 omfatter et riflesystem 14 med radielt innadrettede rifler på den innvendige omkrets til ytterdorens rifleseksjpn 31 som kan danne inngrep med radielt utadrettede rifler på den utvendige omkrets til innerdorens muffe- og rifleseksjon 28. Ri flesystemet 14 virker til å overføre dreiemoment og frembringer teleskopbevegelse mellom innerdoren 11 og ytterdoren 27. Skakevirkning oppstår ved anslag mellom hammeren 16 og ambolten 15 når skakeren ekspanderer, og ved anslag mellom hammeren 17 og ambolten 18 når skakeren 10 sammentrekkes. Lågere 13 og 19 letter dorenes 11 og 27 aksialbevegelse. Avskra-pere 12 og 26 motvirker inntrengning av fremmedmateriale i skake-rens 10 bevegelige deler.

Et ringformet, hydraulisk arbeidsfluidkammer 21 er anordnet mellom den indre (øvre) dor 11 og den ytre (nedre) dor 27. Tetninger 20 danner fluidtetning som lukker øvre parti av hydrau-likkammeret 21. Det nedre parti av arbeidsfluidkammeret 21 er avtettet med en tetningsenhet 24. av stempeltypen. Den nedre' tetningsenhet 24 omfatter en flytende, ringformet kompenserings-tetning mellom yttermantelen 27 og stempelspylerøret 25 og inner-mantelens 11 spylerørseksjon 29. Tetningsenheten 24 kan forskyves aksielt langs arbeidskammerområdet 21 for å kompensere for volum-endringer som oppstår ved dorenes 11 og 27 teleskopbevegelse..

En ringformet, forskyvbar hylseventil-sperreinnretning er anordnet i hydraulikk-arbeidskammeret 21. Hylseventilenheten 22 er montert for begrenset langsgående bevegelse i kammeret 21 og danner en tetning mellom sylinderflatene til inner- og ytterdoren 11 og 27.. Et ringformet nedre anslagelement 23 er anordnet meliom hylseventilenheten 22 i arbeidskammeret 21. Hylseventilenheten 22 virker som en sperre- eller tilbakeholdings-mekanisme som sørger for kontrollert strømning av hydraulikk-fluid fra det overliggende kammerparti til det underliggende kammerparti når innermantelen 11 trekkes oppover i forhold til yttermantelen 27 ved strekk i borestrengen. Hylseventilsystemet skai beskrives nærmere i det følgende. En utløserseksjon 9 i fluidkammeret 21 er beliggende over hylseventilenheten 22. Når hylseventilenheten 22 beveger seg nær kammerets 21 utløsersek-sjon 9 minskes veggfriksjonen. Arbeids fluidet som fremdeles er sammentrykket i kammeret 21 vil strømme ut rundt hylseventilenheten 22 og bak hylseventilenheten 22, hvorved arbeidsfluidmot-standen drastisk reduseres og den oppadvirkende belastning på innerdoren 11 tillates å bringe hammeren 16 og ambolten 15 i skakende anslag, mot hverandre.

Hylseventilenheten 22 er vist i større målestokk på fig..2. Hylseventileneheten 22 innbefatter et ringformet hylse-ventillegeme 35 plassert mellom innermantelen 11 og yttermantelen 2-7. Det nedre ringformede anslagelement 23 er beliggende nedenfor hylseventilen 22 i arbeidskammeret 21. Skakeverktøyet anvender en trekkraft for trykkbelastning av arbeidsfluidet foran ventillegemet 35 som deretter utløses for å frembringe et skake-støt. Under ansettingen av trekkraften på ventillegemet 35 ledes arbeidsfluidet gjennom en dyseåpning eller strupekanal (ikke vist i figur 2) i ventillegemet 35. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en utvendig mulighet til å endre strømningshastigheten gjennom strupekanalen og øke eller minske strømmen gjennom hylse--ventilenheten 22, hvorved man får mulighet til å regulere varigheten av den tid som er nødvendig for å oppnå den ønskede trekkraft. Strømningsreguleringen utføres ved å regulere en nåleventil for øking eller minsking av strømningen.

Ventillegemet 35 flyter aksielt i kammeret 21 og kan fritt dreie om doren 11. Et hull 38 strekker seg gjennom sideveggen til yttermantelen 27. Et indekseringsverktøy (ikke vist i figur 2) vil bli innført gjennom hullet 38 for omdreining av ventillegemet 35. Omdreining av ventillegemet 35 bringer nåleventilen nær hullet 38 for å muliggjøre regulering. En rekke utfreste spor 36 er utformet på hylselegemets 35 utvendige overflate. Indekseringsverktøyet stikkes inn i et av sporene og på-virkes med en kraft som gir et dreiemoment for omdreining av

■ ventillegemet. Stengepluggen 37 er innskrudd i hullet 38 for å avtette fluidkammeret under drift.

På figur 3 er stengepluggen fjernet og en adkomstplugg 39 innskrues i hullet 38. Adkomstpluggen 39 beskytter gjengene i hullet 38. Adkomstpluggen 39 innbefatter hullet 40 for indek-seringsverktøyet . Etter at ventillegemet 35 er dreiet til ønsket stilling fjernes pluggen 39 og stengepluggen innsettes igjen i

hullet 38 .

På figur 4 er vist et snitt langs linjen 4-4 på fig.

3. Et indekseringsverktøy 41 er innstukket gjennom hullet 40

i adkomstpluggen 39 for omdreining av ventillegemet 35. Omdreining av ventillegemet 35 gjør det mulig å plassere ventilkana-len som inneholder nåleventilen nær hullet 40. Rekken av utfreste spor 36 på ventillegemets 35 utvendige overflate gjør det mulig å omdreie ventillegemet. Indekseringsverktøyet 41 innstik-kes i et av sporene 36 og en momentarm benyttes for omdreining av hylseventillegemet 35.

På figur 5 som er et riss lik det som er vist i figur 3, er hylseventillegemet 35 dreiet inntil strupekanalen 42 og nåleventilen 43 er innrettet på linje med hullet 40 i sideveggen til skakeverktøyet. Skakeverktøyet benytter en trekkraft for å sette arbeidsfluidet foran ventillegemet 35 under trykk, hvoretter trekkraften utløses for å frembringe et skakeslag. Under anset-ting av trekkraften mot ventillegemet 35 ledes arbeidsfluidet gjennom strupekanalen 42 i ventillegemet 35. Foreliggende opp-. finnelse tilveiebringer en utvendig adgang til å endre strøm-ningshastigheten gjennom strupekanalen og øke eller minske strøm-ningen gjennom hylseventilenheten 22, hvorved man kan regulere varigheten av den tid som er nødvendig for å oppnå den ønskede trekkraft. Strømningsreguleringen oppnås ved å endre stillingen til nåleventilelementet for øket eller minsket strømning.

En Allen-skrunøkkel 44 innføres gjennom hullet 40 til inngrep med nåleventilelementet i nåleventilen 43. Omdreining av skrunøkkelen beveger nåleventilelementet radielt i ventillegemet 35 på grunn av gjengeforbindelsen mellom nåleventilelementet og ventillegemet 35.

Etter at konstruksjonen til en utføringsform av et skakeverktøy 10 ifølge foreliggende oppfinnelse er beskrevet, skal virkemåten til skakeverktøyet 10 i det følgende beskrives i forbindelse med figur 1-5. En nedre borestrengseksjon eller borehullverktøy er festet til enden av nedre dor 27 ved gjenge-tappen. Muffekoplingen på den øvre dor 11 er festet til en borestreng. Arbeidsfluid fyller arbeidskammeret 21. Skakeverktøyet 10 og borestrengen senkes ned i borehullet og borehulloperasjonene fortsetter. Dersom en seksjon av den nedre borestreng eller

-verktøy fastkiles i borehullet, kan en skakevirkning frembringes ved hjelp av skakeverktøy 10 i et forsøk på å løsrive det fast-

kilte parti.

En har funnet at et forbedret skakeverktøy kan til-veiebringes ved å muliggjøre regulering av varigheten av tidsforsinkelsen som forårsakes av skakeverktøyets sperreinnretning. Den trekkraft som bygges opp ved hjelp av tilbakeholdings- eller ' sperresystemet i skakeverktøyet.må være regulerbar fordi forskjellige krefter er nødvendige avhengig av borehullforholdene. Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å regulere skakeverktøyet på en enkel og hurtig måte. Det er ikke nødvendig å demontere verk-tøyet med derpå følgende smøring, for å regulere hylseventilen. Foreliggende oppfinnelse gir også verktøyoperatøren muligheten til å velge forskjellige skakekrefter og operasjonstider, slik at man ikke er tvunget til å arbeide med en konstant skakekraft.

I et grunt borehull er regulering av særlig betydning, idet det'gir operatøren mulighet til å oppnå strekk i borestrengen forut for skakingen, slik at for tidlig utløsing av skakevirkningen forhindres.

Foreliggende oppfinnelse gjør det'mulig å regulere strømningshastigheten gjennom hylseventilkanalen. Utvendige ad-komstorganer er anordnet for å dreie ventillegemet 35 for å øke eller minske strømningen gjennom strupekanalen 42, hvilket inne-■ bærer regulering av varigheten av den tid som er nødvendig for å oppnå den ønskede trekkraft. Strømningsreguleringen oppnås ved omdreining av gjengeelementet 4 3 som rager inn i strupekanalen 42 for øking eller minsking av strømningsarealet gjennom strupekanalen. Dette system eliminerer feil i hylseventillegemets stilling og tilveiebringer en nøyaktig justerbar strupeventil.

Skakeverktøyet 10 er innledningsvis i helt sammentrukket tilstand; En aksialkraft ansettes mot innerdoren 11 gjennom borestrengen. Dette setter arbeids fluidet under trykk. Det indre trykk i arbeids fluidet kan bare avlastes gjennom hylseventilenheten 22. En liten del av arbeidsfluidet vil strømme gjennom hylseventilenheten 22 inn i den del av arbeidskammeret 21 som er mellom hylseventileneheten 22 og tetningsenheten 24. Hylseventilenheten 22 vil stige med meget liten hastighet i arbeidskammeret 21. Når hylseventileneheten 22 kommer nær kammerets 21 utløser-seksjon 9, reduseres veggfriksjonen. Arbeidsfluidet som fremdeles står under trykk i kammeret 21 vil strømme rundt hylseventilenheten 22 og derved drastisk redusere motstanden i arbeidsfluidet og tillate den oppadrettede kraft å bringe hammeren 16 og ambolten 15 i skakende anslag mot hverandre. Skakingseffekten overføres gjennom yttermantelen 27 til det fastkjørte parti som derved kan løsne. Den regulerbare strupekanal gir et middel til å regulere operasjonstiden etter brukerens valg ved å kontrol-lere strømning gjennom strupekanalen 42. Fullstendig demonte-ring av verktøyet for endring av strømningshastigheten blir der-, ved eliminert.

Virkemåten til verktøyet 10 er slik at det gir adkomst til reguleringsanordningen fra verktøyets utside. Pluggen 37 fjernes fra utsiden slik at hylseventilslissen 36 frilegges. Verktøyet 41 benyttes så for i samvirkning med sporene 36. å dreie hylseveritilen 22 inntil hylseventilens reguleringsåpning kommer på linje med adkomståpningen 38. Nåleventilen 4 3 (i hylseventilen) dreies rundt. Omdreining av nåleventilen 43 vil enten øke eller minske strømningsarealet i hylseventilen. Ettersom strømningshastigheten gjennom hylseventilen hovedsakelig er en funksjon av arealet, innebærer dette at den nødvendige tid for å frembringe et skak endres. Nåleventilen vil tillate en viss strømning proporsjonal med graden av omdreining fra en indeks-stilling.

Skakeverktøyet 10 bringes tilbake til utgangssti Iling ganske enkelt ved å la tyngden av den overliggende borestreng virke på skakeverktøyet 10. Arbeidsfluid strømmer inn i det parti av arbeidskammeret 21 som befinner seg over hylseventilenheten 22. Hylseventillegemet 35 beveges oppover til anslaget 45. Derved vil kanalen 42 virke som et stort forbistrømningshull gjennom hylseventillegemet 35 slik at arbeidsfluid hurtig kan strømme i motsatt retning for. å spenne skakeverktøyet pånytt.

Når skakeverktøyet 10 igjen er i helt sammentrukket tilstand er det klart til å levere et nytt støt ved behov.

Claims (4)

1. Hydraulisk skakeverktøy omfattende en ytre del og en indre del teleskopisk innpasset i hverandre med mellomliggende rifleorganer for overføring av dreiemoment, en ambolt- og hammerinnretning for frembringelse av en skakeeffekt, en første tetningsinnretning mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, en annen tetningsinnretning mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, et arbeidsfluidkammer beliggende mellom innerdelen og ytterdelen og beliggende mellom den første og andre tetningsinnretning og et arbeidsfluid opptatt i arbeidsfluidkammeret, karakterisert ved en hylseventilinnretning (35) i arbeidsfluidkammeret (22) for kontrol-strømning av arbeidsfluidet, hvilken hylseventilinnretning innbefatter en regulerbar strupekanalinnretning.

2. Hydraulisk skakeverktøy omfattende en ytre del og en indre del teleskopisk innpasset i hverandre med mellomliggende rifleorganer for overføring av dreiemoment, en ambolt- og hammerinnretning for frembringelse av en skakeeffekt, en første tetningsinnretning mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, en annen tetningsinnretning mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, et arbeidsfluidkammer beliggende mellom innerdelen og ytterdelen og mellom den første og andre tetningsinnretning og et arbéidsfluid opptatt i arbeidsfluidkammeret, karakterisert ved en hylseventil-sperreinnretning i arbeidsfluidkammeret for tidsforsinkelse av den kontrollerte arbeidsfluidstrømning, hvilken hylseventil-sperreinnretning innbefatter organer for regulering av varigheten av tidsforsinkelsen av den kontrollerte arbeids fluidstrømning.

3. Hydraulisk skakeverktøy, karakterisert ved at det omfatter en ytterdor med en ende som kan tilkoples en borestrengkomponent, en innerdor som' strekker seg inn i ytterdoren og har en ende som kan tilkoples en annen borestrengkomponent, hvilke dorer har en riflet forbindelse som muliggjør ikke-roterende resiprokerende bevegelse mellom dorene, organer som danner et vesentlig lukket ringformet arbeidsfluidkammer mellom dorene for opptak av en arbéidsfluid, et hylseventilelement i j kammeret skyvbart montert mellom inner-og ytterdoren, hvilket hylseventilelement har en gjennomgående strupekanal og en reguler bar ventilinnretning i strupekanalen.

4. Hydraulisk skakeverktøy, karakterisert ved at det omfatter en ytterdel og en innerdel, idet ytterdelen bg innerdelen er teleskopisk anordnet, rifleorganer mellom ytterdelen og innerdelen for overføring av dreiemoment, en ambolt-og hammerinnretning for frembringelse av en skakeeffekt, første tetningsorganer mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, andre tetningsorganer mellom ytterdelen og innerdelen for å danne en fluidtetning, et arbeidsfluidkammer mellom innerdelen og ytterdelen og mellom det første og andre tetnings-organ, et arbéidsfluid opptatt i arbeidsfluidkammeret, og en hylseventilinnretning i arbeidsfluidkammeret for kontrollert strømning av arbeidsfluidet, hvilken hylseventilinnretning innbefatter en strupekanal samt organer for kontrollert strømning av arbeidsfluidet gjennom strupekanalen.