NO801652L - Innretning til aa ta boreproever med turbindrevet bor og roersjakt - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse, som skyldes arbeider utført hos selskapet PORAFLEX og COMMISSARIAT A L<1>ENERGIE ATOMIQUE, angår en innretning til å ta boreprøver med turbin og rørsjakt.

Denne prøvetageranordning omfatter et rørformet legeme som er forsynt med en borkrone og er forbundet med en turbin via et organ til å fordele det hydrauliske fluidum som trer ut av turbinen, samt er omgitt av en medfølgende rørsjakt som er koaksial med det rørformede legeme.

Denne prøvetagerinnretning gjør det mulig å ta geologiske prøver i ustabilt eller løst jordsmonn, idet rørsjakten dekker veggene av den utborede brønn etter hvert som prøvetagerinn-retningen trenger ned, for å hindre at utrasning av veggene fører til at jord fra disse faller ned på bunnen av brønnen og forstyrrer de følgende uttak.

Et problem som gjenstår å løse ved en slik innretning, består i å gjøre det mulig å benytte en boreturbin til å drive et prøvetagerbor i rotasjon.

En boreturbin med høy rotasjonshastighet og velskikket

for drift av en borkrone til prøvetagning krever imidlertid for sterke fluidumstrømmer til å gjøre det mulig å ta ut prøver av jordsmonnet under gunstige forhold.

Problemet kan løses ved at man under turbinen anbringer

et organ til avgrening av en betydelig andel av den strøm som har passert turbinen, og denne andel ledes ut gjennom en eller flere radiale ledninger som munner ut ovenfor rørsjak-ten, samt stiger opp til markoverflaten gjennom det ringformede rom som foreligger mellom rørsjakten som inneholder prøvetager-boret, og brønnens vegg.

Med en slik turbindrevet prøvetagerinnretning kan det imidlertid være vanskelig å konstatere en tilstopning av prøve-tagerboret, f.eks. med løs jord. Således er det overtrykk som forårsakes av tilstopningen ved innretningens nedre del, ikke særlig merkbart ved overflaten, siden en betydelig del av strømmen avgrenes til det ringformede rom like nedenfor turbinen. Denne ulempe kan man ved innretningen ifølge oppfinnelsen unngå ved å benytte et organ til fordeling av det hydrauliske fluidum, omfattende en sylinder som har minst en sideåpning, og et rørformet stempel som er glidbart lagret i sylin deren og har en langsgående boring som rommer en aksial dyse og omfatter minst én sideåpning som kan stilles overfor den nevnte sideåpning i sylinderen, samtidig som en radial dyse opptas i en av sideåpningene i sylinderen og stempelet, samt videre omfattende elastiske anordninger til å bringe stempelet tilbake til en første stilling hvor dets sideåpning er fjernet fra sylinderens sideåpning, samtidig som disse elastiske anordninger er avpasset slik at trykkfallet i fluidet mellom de to sider av den aksiale dyse i tilfellet av tilstrekkelig strømning av det hydrauliske fluidum forskyver stempelet til en annen stilling, hvor dets sideåpning kommuniserer med sylinderens sideåpning.

En spesiell hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en innretning som gjør det mulig etter valg å forbinde prøvetager-borets rørformede legeme og dets rørsjakt for rotasjon i fellesskap for å ta ut en prøve, idet rørsjakten samtidig drives fremover, og å ta opp det rørformede legeme inneholdende prøve-holderøret, idet man levner rørsjakten på plass i brønnen,

for å trekke opp prøveholderøret ved en metode betegnet "med kabel".

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen hvormed det er mulig å oppnå de ovennevnte hensikter, er anskueliggjort på tegningen. Fig. 1 viser skjematisk en innretning til uttak av bore-prøver i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 2 viser den øvre del av rørsjakten i aksialt snitt. Fig. 2A viser tverrsnitt etter linjen A-A på fig. 2.

Fig. 3 anskueliggjør låseanordningen på rørsjakten.

Fig. 4 anskueliggjør i lengdesnitt sammenlåsningsanord-ningen og det oppblåsbare tetningsorgan. Fig. 4A viser tverrsnitt etter linjen A - A på fig. 4.

fig. 4B er et utsnitt av fig. 4 i større målestokk og viser tetningsanordningen.

fig. 5A og 5B viser aksialt snitt med fordelingsorganet for hydraulisk fluidum i to stillinger.

Fig. 6 viser en foretrukken utførelsesform for låseanordningen.

På tegningen, som viser en utførelsesform for prøvetager- innretningen ifølge oppfinnelsen, betegner 1 prøvetagerborets rørformede legeme, som nedentil er forsynt med en borkrone 2.

Et prøveholderør 3 rommes i det rørformede legeme 1

i dettes nedre del ovenfor borkronen 2. Dette prøveholderør omfatter på kjent måte organer 4 som forankrer det i det indre av det rørformede legeme 1, men kan utløses ved at man bringer en uttrekkstang (gjerne betegnet med det engelske uttrykk "overshot") i inngrep i toppåpningen av prøveholderøret 3,

som her er forsynt med motholdstunger. Uttrekksverktøyet kan senkes ned i det rørformede legeme 1 ved den nedre ende av en opphentingskabel.

Det rørformede legeme 1 har oventil et tilkoblingsparti

7 som er låst til en medfølgende rørsjakt 8. Et oppblåsbart tetningsorgan (såkalt "packer") 9 som omgir det rørformede legeme 1, skiller rommet nedenfor fra det rørformede rom mellom det rørformede legeme og rørsjakten 8.

Tilkoblingsdelen 7 er' via et fordelingsorgan 10 tilkoblet rotoren hos en turbin 11 som mates med hydraulisk fluidum fra jordoverflaten via et tilførselsrør 12.

Organet 10 tjener til å fordele hydraulisk fluidum som trer ut av turbinen, og er innskutt mellom denne og tilkoblingspartiet 7.

Dette organ 10, som vil bli beskrevet mer detaljert

i det følgende, omfatter minst en radial avgreningsdyse som leder hovedparten av strømmen bort, og denne avgrenede andel stiger opp til markoverflaten via det ringformede rom rundt turbinen 11 og tilførselsledningen 12, mens en aksial dyse via koblingspartiet 7 står i forbindelse med det indre av det rørformede legeme 1.

Rørsjakten 8 (som eventuelt kan dannes av flere seksjoner sammenføyet butt i butt) har nedentil en ringformet borkrone 13 til utboring av brønnen (borehullet). Den drives i rotasjon sammen med det rørformede legeme 1 og beveger seg fremover samtidig med dette takket være tilkoblingspartiet 7, som har anlegg på hodet 14 av rørsjakten 8. Tilkoblingen er av bajonet-type og gjør det mulig å trekke ut hele det system som består av det rørformede legeme 1 (inneholdende prøveholderøret 3), tilkoblingspartiet 8, organet 10 og turbinen 11, uten å løfte rørsjakten 8, som dermed forblir på plass for å holde på veggene av de omgivende ustabile geologiske formasjoner. 15 betegner et utvendig rør som er uavhengig av prøve-tager innretningen og er forsynt med en ringformet skoning

16 (disse deler inngår ikke i oppfinnelsen).

Fig. 2 viser en uformning av hodet 14 på rørsjakten

8 for bajonettformig låsing til tilkoblingspartiet 7, som til formålet er forsynt med knaster 17 (fig. 4 og 4A).

Hodet 14 har aksiale slisser eller riller 18 som vider seg ut i sitt øverste parti 19 for å lette innføring av knastene 17.

Sideutvidelser 20 av slissene kan oppta knastene 19

for å gjøre det mulig å låse sammen rørsjakten 8 og det rør-formede legeme 1 for rotasjon og forskyvning i felleskap (stilling av knastene 17 som vist ved 17' på fig. 3, hvor hver knast står i den respektive sideutvidelse 20 i aksialt anlegg mot en kant 20a av denne).

Ved dreining og aksial forskyvning av det rørformede system som dannes av tilførselsrøret 12, turbinen 11, organet 10 og tilkoblingspartiet 7, er det mulig å utløse dette, idet hver knast 17 da kommer i stilling 17" på fig. 3, hvor den opptas i et nedre leie 21.

Ut fra den sistnevnte stilling er det mulig å løfte

ut det nevnte rørformede system rett og slett ved trekk, mens rørsjakten 8 blir stående på plass i brønnen.

En liten konisitet a (f.eks. av størrelsesorden 10°)

er utformet i veggen 20b som forbinder slissene 18 med side-leiene 20, for å lette direkte overgang av knastene 17 fra leiene 21 til slissene 18 (idet et lite avvik av knastene 17 i forhold til vertikalen ikke kan unngås under deres forskyvning oppover).

Fig. 4 anskueliggjør skjematisk i lengdesnitt en utfø-relsesform for tilkoblingspartiet 7.

Dette parti dannes vesentlig av et rørformet element

som på omkretsen har tre knaster innbyrdes vinkelforskjøvet 120° om lengdeaksen av partiet 7. Disse knaster er tilpasset for å gripe inn i slissene 18 og leiene 20 og 21 i hodet 14

av rørsjakten 8 som omtalt ovenfor. Oventil er partiet 7 ved

7a påskrudd det hydrauliske avgreningsorgan 10 ved 7b ved dettes nedre ende på toppen av det rørformede legeme 1.

Fig. 4 viser likeledes tetningen (packer) 9, som utgjøres av en muffe av elastomer som omgir det rørformede legeme 1, som den er festet til ved 9a og 9b. Muffen vider seg ut under virkningen av det hydrauliske trykk i det indre av det rørfor-mede legeme 1, idet dette trykk overføres gjennom åpninger 22 i dettes vegg.

Den således utvidede pakning skaffer tetning mellom rørene 1 og 8, hvorved den strøm som via den aksiale dyse 29 på fluidumfordelingsorganet 10 ledes mot kronene 2 og 13, blir tvunget til å spyle og kjøle disse kroner og stige mot overflaten gjennom det ringformede rom mellom rørsjakten 8

og borehullet under medføring av løsrevet jordsmonn fremkommet ved utskjæringsvirkningen av kronene 2 og 13. I fravær av tetningsmuffen ville strømmen fra dysen 29 kunne stige opp igjen gjennom det ringformede rom mellom rørene 1 og 8 uten å spyle kronen 13, som dermed ville arbeide under dårlige betingelser.

5A viser lengdesnitt av fordelingsorganet 10 for hydraulisk fluidum, og det ses at dette organ er utformet med gjenger 23 og 24 for tilslutning til henholdsvis turbinen 11 og tilkoblingspartiet 7.

Organet 10 omfatter en sylinder 25 som har minst én sideåpning 26, og et ringformet stempel eller mantel 27 som er lagret glidbart i sylinderen 25. Stempelet 27 har en gjennomgående, langsgående åpning 28 som opptar en aksial dyse 29, og en sideåpning 30 som kan stille seg overfor åpningen 26 i sylinderen 25 ved forskyvning av stempelet 25 nedover på fig. 5a til stillingen på fig. 5B mot virkningen av en tilbakeføringsfjær 31.

En radial dyse 32 opptas i en av åpningene 26 eller

30 (åpningen 26 i det eksempel som er vist på fig. 5A og 5B).

Stillingen på fig. 5A er stempelets stabile hvilestil-ling. Når innretningen settes i drift, passerer således hele strømmen fra turbinen gjennom den aksiale dyse 29 og skaper et trykk som kraftig komprimerer fjæren 31.

Stempelet 27 blir dermed forskjøvet til stillingen på fig. 5B, hvor åpningene 26 og 30 korresponderer. I denne situa-sjon blir en betydelig andel av utgangsstrømmen fra turbinen avledet sidelengs og stiger opp til markoverflaten, idet den via de radiale dyser 32 trer ut i det ringformede rom mellom rørene 12 og 15.

Resten av strømmen trer ut gjennom den aksiale dyse

29 og fortsetter gjennom tilkoblingspartiet 7 mot det rørfor-mede legeme 1 med tilstrekkelig styrke (fastlagt ved forholdet mellom strømningsarealene i dysene 29 og 32) for spyling og kjøling av borkronene, men ikke sterkt nok til å vaske ut prøven ved dens nedre ende, særlig i løst jordsmonn.

Fjæren 31 er avpasset slik at der ved den nevnte andel av strømmen gjennom den aksiale dyse 29 under normal drift av boreoperasjonen virker en passende trykkdifferanse på stempelet 27 til å holde dette i stillingen på fig. 5B.

Om der inntrer tilstopning ved den nedre ende av prøve-tagerboret, vil stopp av strømmen gjennom den aksiale dyse 29 føre til at stempelet 27 stiger opp igjen til stillingen på fig. 5A. Avgreningen gjennom sideåpningene 30, 26 blir dermed avbrutt, slik at hele strømmen igjen blir rettet mot boreorganene og vil være tilstrekkelig til igjen å åpne boret eller i motsatt fall medføre et kraftig trykkstøt som forplan-ter seg til markoverflaten, hvor man da ville fastslå den unormale funksjon av boret, som så vil bli trukket opp dersom renspylingen ikke skulle inntre.

Virkemåte:

Når de forskjellige elementer av innretningen er sammen-føyet som vist på fig. 1, er kilene eller knastene 17 på tilkoblingspartiet 7 i inngrep i leiene 20 og i aksialt anlegg ved 20a (fig. 3). Start av turbinen 11 medfører samtidig rotasjon av det system som setter seg sammen av fordelingsorganet 10, tilkoblingspartiet 7 og det rørformede legeme 11, samt av rørsjakten 8 takket være bajonettforbindelsen.

Virkningen av en del av tyngden av turbinen 11 og røret 12 på det ringformede legeme 1 ved den konvensjonelle roterende form for boring fører til at kronen 2 trenger ned i terrenget og prøvesylinderen begynner å danne seg. Under denne fase roterer kronen 13 likeledes på bunnen. Men den er bare belas-tet med den egne vekt av rørsjakten 8 med fradrag av dennes friksjon på hullets vegger. Under denne reduserte belatning vil kronen 13 trenge langsommere ned enn kronen 2. Under disse forhold søker kilene 17 å forskyve seg mot underkanten av leiene 20, idet de går fra stilling 17' til stilling 17". Så snart de når denne sistnevnte stilling, vil en del av den vekt som virker på det rørformede legeme 1, via kilene 17 i anlegg mot kantene av leiene 21 virke på rørsjakten 8 og påskynde neddrivningen av kronen 13. Under disse forhold fortsetter kronene 2 og 13 under selvregulerende virkning sin samtidige neddrivning under bibehold sine respektive stillinger som vist på fig. 1 (kronen 13 følger kronen 2), noe som sikrer optimal funksjon av kronen 3 når det gjelder dannelse av prøvesylinderen.

Den normale metode når det gjelder opphenting av prøve-sylindrene, består i å bringe prøveholderøret 1 opp til overflaten mens rørsjakten 8 blir stående på plass på bunnen av brønnen.

Med sikte på dette gjør skiftning av turbinens dreieret-ning det mulig å frigjøre kilene 17 fra leiene 21 langs slissene 18 uten at de stiller seg i leiene 20.

Som antydet ovenfor lettes denne virkning ved en liten konisitet a av forbindelsesveien 20b mellom leiene 20 og slissene 18.

Når opphentingsmanøvren har bragt overdelen av det rørformede legeme 1 opp til overflaten, blir dette fastgjort på arbeidsplattformen, tilkoblingspartiet 7 skilles ved avskruing fra rørsjakten, og man kan så trekke ut prøvesylin-deren ved å trekke prøveholderøret 3 ut av det rørformede legeme 1 ved hjelp av et opphentingsredskap med kabel, som kan være av kjent type.

Det rørformede legeme 1 og rørsjakten 8 kan leilighets-vis tas opp igjen til overflaten for å forlenge rørsjakten 8 når dette blir nødvendig etter hvert som neddrivningen

skrider frem. Denne samtidige opphenting av rørene 1 og

8 oppnår man ved å trekke i røret 12 mens man fremdeles vedlikeholder det dreiemoment som utøves av turbinen. Denne kombinerte virkning bringer kilene 17 til stilling 17'. Rørsjakten 8 blir da tatt med ved inngrepet 17' på 20a.

I visse tilfeller kan der melde seg et problem når

man vil skru tilkoblingspartiet 7 på etter påny å ha ført systemet 1-3-7-10-11 ned i brønnen og bragt det rørformede legeme i inngrep med rørsjakten 8.

Således kan det hvis avsetninger skulle falle ned

eller trenge seg opp i det indre av rørsjakten 8 mens det rørformede legeme befinner seg ved overflaten, kunne hende at det ikke lenger blir mulig å føre det rørformede legeme langt nok ned igjen i rørsjakten 8 for å kunne la kilene 17 tre inn i leiene 20, og dermed nå frem til den ovenfor omtalte samtidige funksjon av kronene 2 og 13.

Denne ulempe foreligger ikke lenger ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen, hvor der benyttes hjelpe-låseorganer til å forbinde tilkoblingspartiet 7 og rørsjakten 8 innbyrdes for rotasjon. Slike organer vil bli anordnet på et høyere nivå enn leiene 20 på fig. 2.

Som anskueliggjort på fig. 6 kan de nevnte hjelpe-låseorganer utgjøres av et annet system av bajonettlåser som er plassert ovenfor hoved-sammenføyningsstedet og omfatter leier 33 som sitter rett ovenfor leiene 20 og gjør det mulig å forbinde tilkoblingspartiet 7 og rørsjakten 8 for rotasjon i fellesskap selv når det rørformede legeme 1 ikke er i stand til å trenge ned igjen til stillingen på fig. 1.

Rotasjonsdriftén og løsrivelsen av den nedre ende

av rørsjakten 8 gjør det da mulig å frigjøre avsetningene på dens nedre ende.

Det ekstra bajonettlåsesystem kan så utløses og prøve-holderøret 1 senkes til sin normale arbeidsstilling hvor knastene 17 på tilkoblingspartiet 7 griper inn i leiene 20.

Claims (4)

1 Anordning til uttak av boreprøver, omfattende et rørfor-met legeme (1) som er forsynt med en borkrone (2) for boring av prøver og rommes i en medfølgende rørsjakt (8) som er utstyrt med en brønnborkrone (13) og er tilkoblet en turbin (11) via et strømfordelingsorgan (10) som gjennom minst en sideåpning (26) avleder en del av den fluidumstrøm som har passert turbinen, mens resten av denne strøm mater det rørformede rørlegeme (1), samtidig som låseorganer (17,

20) til utløsbar sammenkobling gjør det mulig å bringe det rørformede legeme (1) og rørsjakten (8) i fast innbyrdes forbindelse, karakterisert ved at fordelingsorganet (10) omfatter anordninger (28, 31) til automatisk å stanse avgangen av fluidum gjennom den nevnte sideåpning i tilfellet av tilstopning av det rørformede legeme (1) med jordsmonn ved bunnen, at de nevnte låseorganer (17, 20) er av bajonetttype og holder fordelingsorganets sideåpning (26) på et nivå hvor der skjer avgang av fluidum ovenfor rørsjakten (8), samt at et ringformet tetningsorgan (9) kombinert med fordelingsorganet (10) er anbragt mellom det rørformede legeme (1) og rørsjakten (8), slik at det fluidum som trer ut av det rørformede legeme (1) ved den nedre ende av anordningen, strømmer ut av prøvetager-borkronen (2) til brønnborkronen (13).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det nevnte ringformede tetningsorgan (9) er utvidbart (åpning 22, fig. 4, 4B) under virkningen av det hydrauliske trykk i det indre av det rørformede legeme (1) •

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at bajonettlåseorganene omfatter organer som er fordelt (fig. 6) på to nivåer av den øvre del av rørsjakten (8), og hvorav det ene (20) sikrer låsning av det rørformede legeme (1) i dets normale arbeidsstilling i det indre av rørsjakten (8) og det annet (33), som ligger ovenfor det første, gjør det mulig å skaffe rotasjonsforbin- deise mellom rørsjakten (8) og det rørformede legeme (1) når løsrevet jordsmonn hindrer det sistnevnte i å nå ned til sin normale arbeidsstilling i rørsjakten (8).

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at fordelingsorganet (10) for hydraulisk fluidum omfatter en sylinder (25) som har minst en sideåpning (26) , og et rørformet stempel (27) som kan gli i sylinderen (25) og har en gjennomgående, langsgående åpning (28) som opptar en aksial dyse (29) og har minst en sideåpning (30) som kan korrespondere med sylinderens (25) sideåpning (26), at en radial dyse (32) opptas i en av sideåpningene (26, 30) i sylinderen (25) og stempelet (27), at fordelingsorganet (10) er forsynt med en elastisk tilbakeføringsinnretning (31) for stempelet (27) til en første stilling hvor stempelets (27) sideåpning (30) er fjernet fra sylinderens (25) sideåpning (26), og at den nevnte elastiske innretning (33) er avpasset slik at trykkdifferansen i dette fluidum mellom den ene og den annen side av den aksiale dyse (29) ved en tilstrekkelig sterk strøm av det hydrauliske fluidum forskyver stempelet (27) til en annen stilling (fig. 5B), hvor stempelets sideåpning (30) kommuniserer med sylinderens sideåpning (26) .