NO801657L - Bor-frigjoeringsinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår frigjøringsinnretninger for bor av

den type som benyttes for å tilføre et sjokk for å frigjøre en bor, borrør eller verktøy som er festnet i et borehull..

En begrensning ved bestående frigjøringsinnretninger er

at de kun tilfører et enkelt mekanisk slag for å frigjøre den festnede bor eller annen del, mens en kombinasjon av vibrasjon ved en egnet naturlig frekvens og slag, i praksis kunne frigjøre de festnede komponenter mer effektivt og/eller mer rasjonelt.

En videre fordel som kunne oppnås ved bruk av vibrasjon ved frigjøring av festnede komponenter, er at ved reduksjon av det totale sjokk, muligheten til skade på delene som er festnet,

kan reduseres.

Bruk av vibrasjon ved konvensjonelle metoder for frigjørings-innretninger for bor, ville imidlertid være relativt upraktisk på grunnlag av de kompliserte mekaniske og/eller hydrauliske anordninger som er nødvendige på grunn av de generelt strenge - betingelser under hvilke frigjøringsanordninger vanligvis benyttes.

Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en frigjøringsinnretning for bor hvor en vibrerende kraft tilføres på en enkel og hensiktsmessig måte.

Konvensjonelle frigjøringsinnretninger for bor består vanligvis av flere konsentriske sylindre som er adskilt med et hydraulisk fluidum med minst to sylindre som beveger seg relativt til hverandre under drift av frigjøringsinnretningen med en passasjeanordning som inneholder hydraulisk fluidum og som strekker seg mellom disse, eventuelt slik at fluidet overføres fra et kammer hvis kapasitet reduseres på grunnlag av slaget og overføres gjennom en passasjeanordning som strekker seg mellom de to sylindre eller mellom to andre deler som kan være bevegelige relativt til hverandre eller ikke.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse har en frigjørings-innretning for bor et første legeme for mottak av et mekanisk slag og et annet legeme for overføring av en kraft som reaksjon på slaget, idet det annet legeme er glidbart i forhold til første legeme under bruk av frigjøringsinnretningen i en langsrettet retning parallelt med boringens retning, mellom en utstrukket stilling og en sammentrykket stilling, passasjeanordninger for opptak av elektroviskøst fluidum som strekker seg mellom de første og andre legemer og/eller fra et reduksjonskammer hvis kapasitet reduseres når legemene beveges mot den sammenpressede stilling, anordninger for utvikling av et elektrisk felt anordnet nær passasjeanordningene for utvikling av et elektrisk vekselstrømsfelt i det elektroviskøse fluidum som passerer gjennom passasjeanordningene under bruk av fri-gjøringsinnretningen, avfølingsanordninger anordnet for direkte eller indirekte å avføle minst ett slag mot det første legeme og relativ bevegelse mellom legemene fra den utstrukne stilling mot den sammentrykte stilling og styreanordninger anordnet for aktivering av anordningene for utvikling av et elektrisk felt som reaksjon på avfølingen av avfølingsanordningene slik at passasje av det elektroviskøse fluidum gjennom passasjeanordningene under sammentrekning, periodisk dempes slik at et slag mot det første legeme overføres av det annet legeme i det minste delvis i form av en vibrerende kraft.

Det vil enkelt forstås av fagfolk at konvensjonelle fri-gjøringsinnretninger for bor, enkelt og hurtig kan modifiseres i samsvar med den foreliggende oppfinnelse ved plassering av egnede anordninger for utvikling av et elektrisk felt ved en egnet passasje og anordning av elektroviskøst fluidum deri,

i tillegg til egnede anordninger for avføling og styring.

Konvensjonelle frigjøringsanordninger for bor er i praksis oppbygget av flere deler hvorav noen er relativt bevegelige, mens andre ikke er det. Passasjeanordningene for opptak av det elektroviskøse fluidum kan være anordnet mellom flere kombinasjoner av disse og kan ha ulike dimensjoner, de kan også være små eller ikke større enn klaringen som er nød-vendig for å danne et glidbart anlegg (videre omtale av be-tydningen av passasjens dimensjoner følger nedenfor). På denne måte kunne f.eks. vedkommende passasjeanordninger strekke seg mellom spindelen eller spindelholderen, hammeren og enten midtlegemet eller spindelen, stemplet og midtlegemet, stemplet og spindelen, eller spindelen og midtlegemet. Alternativt kan imidlertid en frigjøringsinnretning for bor ifølge oppfinnelsen omfatte en konvensjonell f.rig jøringsinnretning med ytterligere trekk anordnet ifølge denne oppfinnelse og anordnet i en separat enhet som er forbundet med en av den konvensjonelle fri-gjøringsinnretnings ender.

Det vil tydelig fremgå av det overfor anførte at det

med en frigjøringsinnretning for bor ifølge den foreliggende oppfinnelse, ikke er nødvendig å benytte kompliserte mekaniske eller hydrauliske anordninger for å frembringe en separat vibrerende kraft. I stedet overføres kraften fra det påførte slag selv, i det minste delvis, til en vibrerende kraft med forbruk av så lite som noen få milliampér vekselstrøm som enkelt kan tilføres fra en kraftkilde som kan være anordnet på stedet, dvs. i form av et batteri og en vekselretter eller en tilkoplet vekselstrømstilførsel.

Innretningen har også den fordel at variable frekvenser som er høyere enn de som er tilgjengelige ved konvensjonelle mekaniske eller hydrauliske anordninger, kan oppnås ved bruk av kjente elektroniske teknikker, slik at frigjøringsinnretningen enkelt kan innstilles til å operere ved frekvenser som er konstruksjonsmessig signifikante i henhold til størrelsen, massen etc. av boren og/eller andre tilhørende komponenter.

Ytterligere foretrukne trekk og fordéler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse på grunnlag av eksempelvis gitte foretrukne utførelser av oppfinnelsen i henhold til tegningene, hvor

fig. 1 viser et skjematisk vertikaldelsnitt av en side

av en første ringformet frigjøringsinnretning for bor ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et tilsvarende snitt gjennom en annen fri-gjør ing si nnr et ni ng,

fig. 3 viser et tilsvarende snitt gjennom en tredje fri-gjør ingsinnretning , og

fig. 4 viser et tilsvarende snitt gjennom en konvensjonell frigjøringsinnretning.

På tegningen er ens deler betegnet med samme henvisningstall. Fig. 1 viser en del av en første frigjøringsinnretning med et i det vesentlige sylindrisk første legeme 1 for opptak av et mekanisk slag (i det etterfølgende betegnet som en overføringshammer) og et i det vesentlige sylindrisk annet legeme 2 for overføring av en kraft på grunnlag av slaget og som også tjener som et hus. Overføringshammeren 1 er aksialt glidbar i huset 2, en ringformet passasje 3 strekker seg i lengde-retningen mellom disse fra et første ringformet kammer 4 til et reduksjonekammer 5. Husets 2 øvre ende har et ringformet deksel 6 med en pakning 7 i sin indre kant mellom dekslet og overføringshammeren 1 for tettende å lukke det ringformede kammers 4 øvre ende. Mot overføringshammerens 1 nedre ende er anordnet en ringformet utboring 8 som mottar en ende av en returtrykkfjær 9 som strekker seg gjennom reduksjonskammeret 5 mot anlegg med en anleggsflate 10 i huset 2 for å tvinge overføringshammeren 1 til anlegg med en stoppanordning 18 som er anordnet på dekslet 6, i en utstrukket stilling av de -første og andre legemer 1, 2.

En returpassasje 11 strekker seg fra utboringen 8 til det ringformede kammer 4 og forbinder det siste med reduksjonskammeret 5.

Ringfor nede elektroder 12 er anordnet til overføringshammeren 1 og huset 2 på begge sider av passasjen 3 og er forbundet med en tilførselsanordning 13 for vekselstrøm, for derved å danne anordninger for utvikling av et elektrisk felt. Om ønsket kan den ene eller den annen elektrode være fjernet, idet "selve overføringshammeren eller huset kan tjene som en elektrode.

Husets 2 nedre ende er forbundet 14 med den øvre ende av

en fastlåst borestreng 15 hvis boreretning er vist med pilen 16.

Under frigjøringsinnretningens drift tilføres et slag

til overføringshammerens 1 øvre ende 17 i boreretningen. Overføringshammeren 1 beveges aksialt i huset 2 ut av inngrep med dekslets stoppanordning 18 mot returfjærens 9 forspenningskraft, inntil overføringshammerens 1 nedre ende kommer til anlegg mot anleggsflaten 10 (eller inntil kraften fra slaget totalt er omformet til vibrasjonskrefter). Dette forårsaker en ekspansjon

av det ringformede rom 4 som delvis er fylt med elektroviskøst fluidum 19, hvoretter fluidet forflyttes gjennom den ringformede passasje 3 mellom elektrodene 10 fra reduksjonskammeret 5 som sam-menpresses tilsvarende. Når dette skjer, vil føleanordninger (ikke vist) som er anordnet for direkte eller indirekte å av-lese slaget mot overføringshammeren 1 eller strømningen av fluidet 19 gjennom den ringformede passasje 3, aktivere styringsanordninger (ikke vist) som igjen aktiverer tilførselsanord-ningen 13 for elektrisk kraft, slik at et vekselstrømsfelt opp-bygges i den ringformede passasje 3. Dette resulterer i en periodisk variasjon i det elektroviskøse fludiums 19 viskositet og en tilsvarende periodevis variasjon i den elektroviskøse skjærspenning som oppstår i den ringformede passasje 3. Da fluidet 19 er i stand til å strømme gjennom den ringformede passasje 3, vil intet betydelig fluidumtrykk oppstå ved be-vegelsen av overføringshammeren 1. Etter hvert slag, vil aktiveringen av tilførselsanordningen 19 for elektrisk kraft avbrytes for å tillate overføringshammeren 1 å vende tilbake til den stilling som er vist på tegningen med kontakt mot stopp-anordningon 18 under påvirkning av fjæren 9, dvs. den utstrukkede stilling av legemene 1, 2.

For å kunne muliggjøre forandringen av det indre volum

i det ringformede kammer 4 når overføringshammerens øvre ende 17 glir inn i huset 2, fyller ikke fluidet helt kammeret 4

idet det foreligger et rom 4a, som fortrinnsvis er fylt med gass, over fluidets nivå i kammeret 4. Fluidumnivåets stilling i den utstrukne stilling av legemene 1,2 er valgt slik at økningen av det indre volum som fremkommer i kammeret 4 under ekspansjon, opptas av rommet 4a uten betydelig trykkstigning i rommet 4a.

En annen utførelse av oppfinnelsen, vist på fig. 2, som

gir mer effektiv overføring av relativt store krefter enn fri-gjøringsinnretningen ifølge fig. 1, benytter en modifisert overføringshammer la som ikke har noen returpassasje 11 slik overf øringshammeren 1 i f r ig j øringsinnretningen på fig. 1 har..

De andre trekk ved frigjøringsinnretningen på fig. 2 er imidlertid tilsvarende de som er vist på fig. 1 og kjennetegnet med samme henvisningstall. Da det ikke foreligger noen returpassasje gjennom overføringshammeren la, må all fluidum passere gjennom den ringformede passasje 3, som nå danner en elektroviskøs ventil, når overføringshammeren la beveges mot anleggsflaten 10.

Når fluidumstrømmen begynner, vil den elektroviskøse skjærspenning som frembringes av den påførte vekselstrøm og virker over elektrodens 12 areal, være avbalansert mot trykk-påvirkning over elektrodestrømbanens fremre periferiske område. Er eksempelvis D elektrodediameteren, e gapets lengde, L elektrodens aksiale lengde, S£er den elektroviskøse skjærspenning som oppstår i hver skjærflate (dvs. hver koaksiale flate) og det utviklede trykk ved overføringshammerens nedre ende er P, vil P x De tt = 2SE x it DL og dette gir P = 2SEL/e.

Mens verdien av P er avhengig av kraftbalanseforholdene over den ringformede passasje 3, påføres trykket P over hele overføringshammerens la område og frembringer en relativt stor effektiv kraftforsterkning. Som ved utførelsen vist på fig. 1, utvikles den ønskede mekaniske vibrasjon ved aktivering a.v elektroden 12 med vekselstrøm ved en voltfrekvens, som enkelt kan endres for å passe forandrede betingelser under forsøk på

å frigjøre det festnede rør. Verdien av S^er en funksjon av den påførte spenning til elektrodene 12 og dermed er det mulig, ved å variere spenningen samt frekvensen, å styre det utviklede trykk og på denne måte også den gjenværende energi for å lede et slag mot anleggsflaten 10 eller for i det hele tatt å forhindre et slikt slag.

Med denne andre utførelse, treffer ikke nødvendigvis overføringshammeren la anleggsflaten 10 før krefter er tilført til de fastkilte komponenter. I virkeligheten kan hele den eksterne hammerenergi brukes opp ved det direkte slag eller en blanding av slag og bevegelse av overføringshammeren, uten at et slag mot anleggsflaten 10 i det hele tatt inntreffer.

Et fjærende toroideformet lukket legeme 20 er anordnet i en tilsvarende utformet utsparing 21 i den indre ende av utboringen 8 i overføringshammeren la. Det lukkede legeme er fylt med gass og holdes i utboringen av en perforert holde-anordning 22. Ved denne utførelse er hele det ringformede kammer 4 fylt med elektroviskøst fluidum, slik at der ikke er noe qassfvlt rom tilbake over fluidets nivå. Dette er aiort mulig ved at en senkning av det totale indre volum av kamrene 4,8 og den ringformede passasje 3 under bevegelse av elementene 1,2 inn i deres sammentrykkede stilling, kompenseres ved delvis kollaps av det lukkede legeme 20 som et resultat av det for-høyede fluidumtrykk som oppstår.

Når legemene 1,2 fritt tillates å returnere til deres utstrukkede stilling etter hvert hammerslag, ved avbrudd av energitilførselen til elektroden 12, vil det delvis sammentrykkede lukkede legeme 20 bistå fjæren 8 i å utvikle den returkraft som er nødvendig for å bevege overføringshammeren la på grunn av differansen mellom den resulterende gradvise senkning i fluidumtrykket i reduksjonskammeret 8 og i gasstrykket inne i det lukkede legeme 20. Det er til og med mulig fullt ut å erstatte fjæren 9 ved å anordne et lukket legeme 20 som inneholder gass ved et egnet høyt trykk, når legemene 1,2 er i deres utstrakte stilling slik at det lukkede legeme alene er i stand til å utvikle en returkraft av nødvendig styrke, etter hvert slag. Fig. 3 viser en tredje frigjøringsinnretning ifølge oppfinnelsen, som tilsvarende den som er vist på fig. 1, omfatter et gassfylt rom over fluidets nivå i det ringformede kammer 4, for å ta hensyn til forandringer i kammerets og passasjenes totale indre volum, som beskrevet ovenfor, og hvor den ringformede passasje 3 danner en elektroviskøs ventil som i ut-førelsen på fig. 2. Bortsett herfra er frigjøringsinnretningen på fig. 3 i det vesentlige tilsvarende den på fig. 1. Fig. 3 viser en modifisert overføringshammer lb som omfatter et indre kammer nær den lukkede ende av utboringen 8, hvis indre kammer fortrinnsvis er fylt med væske. En kanal 25 strekker seg fra den nedre ende av overføringshammeren lb på innsiden av utboringen 8 og i det vesentlige parallelt med det indre kammer 24. Et i det vesentlige sylindrisk fremspring 26 strekker seg oppad fra anleggsflaten 10 eller den nedre ende av huset 2 inn i kanalen 25, opptas glidbart i denne og ad-skiller væsken i det indre kammer 24 fra det elektroviskøse fluidum. Under drift av frigjøringsinnretningen, vil fremspringet 26 trenge lenger inn i kanalen 25 og eventuelt inn til det indre kammer 24, idet væsken der komprimeres. På denne måte danner fremspringet 26 og det væskefylte indre kammer 24 sammen en væskeformet fjær som kan utvirke en returkraft mot overføringshammeren lb når legemene lb,2 befinner seg i deres sammentrykkede stilling etter et slag, når overføringshammeren lb er beveget nedover, komprimerer fremspringet 26 væsken i det indre kammer 24 avhengig av væskens sammentrykningskoeffisient i henhold til det følgende forhold: 6p = 36v/v når 6p er det trykk som oppstår i det indre kammer 24, V er volumet av det indre kammer 24 og 6v er fremspringets 24 tverrsnittsareal multiplisert med den avstand overføringshammeren beveges mot og inn i det indre kammer 24. Som et resultat av dette, virker fire krefter på overføringshammeren lb på dette tidspunkt, nemlig kraften grunnet et slag i boreretningen, som vist med pilen 16, den elektroviskøse trykk-kraft som virker oppad over hele arealet av overføringshammerens lb nedre ende som er i kontakt med det elektroviskøse fluidum 19, kraften som utvikles ved kompresjon av fjæren 9 og væske- ■ trykkraften som utvikles av trykkdifferensialet 5p som hviler over et areal tilsvarende arealet av fremspringets 26 frie ende. Når en spenning tilføres, vil den elektroviskøse trykk-kraft være den dominerende. Både spiralfjæren 9 og væskefjæren søker å returnere overføringslegemene lb,2 til deres utstrukne stilling når overføringen av et slag er avsluttet, idet til-førsel av vekselstrøm avbrytes under returfasen.

Fig. 4 viser en konvensjonell frigjøringsinnretning som omfatter en første øvre konstruksjon 30, bestående av en spindel 31, en spindelring 32 og et spylerør 33. En andre nedre konstruksjon 34 ligger teleskopisk an rundt den nedre ende av den øvre konstruksjon 30 og en tredje konstruksjon 35 er anordnet mellom de øvre og nedre konstruksjoner 30,34.

Den andre nedre konstruksjon 34 utgjøres av et spindel-legeme 36, et midtlegeme 37 og et spylerørlegeme 38, hvis nedre ende 39 er forbundet med borestrengen (ikke vist) med gjenger. Den nedre konstruksjon 34 er forbundet med den øvre konstruk sjon 30 med forbindelsesanordninger (ikke vist) med kilespor-lager for å tillate relativ aksial bevegelse mellom konstruk-sjonene .

Den tredje konstruksjon 35 er en væsketrykk-konstruksjon som typisk omfatter et stempel 4 0 og en hammer 41 som holdes av en utløsermekanisme 42. Under bruk av frigjøringsinnretningen, tilføres et gradvis oppadrettet trykk mot den øvre konstruksjon 30 i pilens x retning, slik at trykket i væsken på forsiden av stemplet 40 stiger inntil utløsermekanismen 42 aktiveres og tillater hammeren 41 å slå mot den nedre konstruksjon 34 vibrerer den og borestrengen som er festet til den.

En slik frigjøringsinnretning kan enkelt modifiseres i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse på flere måter slik det allerede er beskrevet ovenfor, slik at slaget som virker mot den nedre konstruksjon 34 helt eller delvis overføres til vibrasjonskrefter.

Slik det er nevnt ovenfor, kan vekselstrømmens frekvens enkelt justeres til en naturlig frekvens for borestrengen og frigjøringsinnretningen. Vanligvis vil denne ligge i området 50-500 Hz.

Det er innforstått at forskjellige modifikasjoner kan gjøres av de ovenfor beskrevne utførelser uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme slik den er beskrevet i kravene. Så-ledes må ikke nødvendigvis frigjøringsinnretningen være hul med en gjennomløpende sentral passasje, idet kamrene og passasjene derved hensiktsmessig kan ha en annen form enn ringformen.

Claims (10)

1. En frigjøringsinnretning for bor, karakterisert ved at innretningen har et første legeme (1) for mottak av et mekanisk slag og et annet legeme (2) for overføring av en kraft som reaksjon på slaget, idet det annet legeme (2) er glidbart i forhold til det første (1) under bruk av frigjøringsinnretningen i en langsrettet retning parallelt med boringens (16) retning, mellom en utstrukket stilling og en sammentrykket stilling, passasjeanordning (3) for oppbevaring av elektro-viskøst fluidum og som strekker seg mellom første og annet legeme (1,2) og/eller fra et reduksjonskammer (5) hvis kapasitet er redusert når de nevnte legemer beveger seg mot den sammentrykkede stilling, anordninger (12,13) for utvikling av et elektrisk felt, anordnet nær passasjeanordningene (3) for utvikling av et elektrisk vekselstrømsfelt i det elektroviskøse fluidum (19) i de nevnte passasjeanordninger (3) under fri-gjøringsinnretningens bruk, føleanordninger anordnet for 'direkte eller indirekte å avfø le i det minste et slag mot det første legeme (1) og relativ bevegelse mellom de første og andre legemer (1,2) fra den utstrukne stilling mot den sammentrykkede stilling, og styringsanordninger anordnet for aktivering av anordningene for utvikling av et elektrisk felt som en reaksjon på avfølingen ved hjelp av føleanordningene, slik at passasjen av elektroviskøst fluidum (19) gjennom passasjeanordningen (3) under sammentrykning, periodisk begrenses idet et slag mot det første legeme overføres av det annet legeme (2) idet minste delvis i form av en vibrerende kraft.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter et første kammer (4) for oppbevaring av elektroviskøst fluidum (19), at reduksjonskammeret er anordnet mellom legemene (1,2) slik at reduksjonskammerets (5) volum er redusert når legemene (1,2) beveges fra den utstrakte stilling mot den sammentrykte stilling, og at passasjeanordningen (3) er en utligningspassasje som strekker seg fra reduksjonskammeret (5) til det første kammer (4) for henholdsvis passasje og mottak av fluidum (19) fra reduksjonskammeret (5) når volumet i det siste reduseres.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at de første og andre legemer (1,2) foreligger i form av konsentriske rørformede legemer med deres nærliggende over-flate utformet og anordnet slik at det derimellom dannes et ringformet reduksjonskammer (5) hvis dypde reduseres ved sammentrykning, og en ringformet reduksjonspassasje (3) som forbinder reduksjonskammeret (5) med et ringformet første kammer (4) med feltutviklingsanordninger (12,13) som omfatter motstående elektroder (12) i de første og andre legemer (1,2) på hver side av reduksjonspassasjen (3).

4. Innretning ifølge krav 1-3, karakterisert ved at anordningene (12,13) for utvikling av et elektrisk felt omfatter anordninger for utvikling av en vekselstrøm.

5. Innretning ifølge krav 1-4, karakterisert ved at en returfjær (9) er anordnet for å forenkle returen av de første og andre legemer (1,2) til den utstrakte stilling.

6. Innretning ifølge krav 2 eller 3-5, når disse er avhengige av krav 2, karakterisert ved at en akkumulator (20) for fluidum under trykk er anordnet i reduksjonskammeret (5) for å forenkle retur av de første og andre legemer (1,2) til den utstrakte stilling.

7. Innretning ifølge krav 2 eller 3-6, når disse er avhengige av krav 2, karakterisert ved at den omfatter en omløpsreturpassasje (11) mellom reduksjonskammeret (5) og det første kammer (4), og som styres av en ventil for derved å forhindre passasje av fluidum (19) under sammentrykning, mens den tillater retur av elektroviskøst fluidum (19) til reduksjonskammeret (5) under retur av de første og andre legemer (1,2) til den utstrukne stilling.

8. Innretning ifølge krav 1-7, karakterisert ved at den omfatter samvirkende flenser på de første og andre legemer for å begrense relativ bevegelse av legemene i den utstrukne stillingsretning slik at de første og andre legemer (1,2) under bruk av frigjøringsinnretningen i en borestreng, bæres av det øverste av de første og andre legemer (1,2) når innretningen senkes eller heves i et borehull.

9. Innretning ifølge krav 1-8, karakterisert ved at en kilesporforbindelse er anordnet mellom de første og andre legemer for å overføre rotasjonsbevegelse mellom disse.

10. Innretning ifølge krav 1-9, karakterisert ved at vekselstrømmen har en frekvens på fra 50-500 Hz.