NO802801L - Stoetabsorberende innretning for borestreng - Google Patents

Abstract

I J. Sjokkabsorberende innretning beregnet for tilkobling til en borestreng, for å overføre den aksiale borekraft og det dreiemoment som trengs for å rotere borkronen ved den nedre ende av borestrengen. Innretningen omfatter et langstrakt hus (12) og en spindel (14) inne i huset, i lengderetningen av dette. Det indre av huset og spindelen har innbyrdes samvirkende elementer (24, 26), for å overfore aksialkreftene og dreiemomentene. Elementene danner klaringsrom (28, 30), mellom seg, slik at spindelen (14) har stor frihet til å bevege seg i forhold til huset (12), både i aksial- og dreiebevegelse. En masse av elastisk deformerbart material er anordnet i mellomrommet mellom de samvirkende elementer.(24, 26), slik:at ved sjokkpåvirkninger på borestrengen deformeres massen og flyter, slik at den opptar og reduserer sjokkene og vibrasjonene som overføres mellom spindelen (14) og huset (12).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en sjokkabsorberende innretning for tilkobling til en borestreng. Ved boring er det vanlig å benytte et vektrørparti over borkronen, slik at borerøret rager oppover fra vektrørpartiet. Vektrørpartiet gir den nødvendige belastning rett over borkronen, slik at det utøver den nødvendige trykkraft mot borkronen, mens røret holdes under strekk. Hele strengen og borkronen roteres av et drivverk ved overflaten, slik at konusene i borkronen pulveriserer fjellet eller andre formasjoner i bunnen. Borevæske pumpes nedover gjennom borestrengen og ut av åpningene..i borkronen, og returnerer deretter til overflaten gjennom borehullet, for å kjøle borkronen og å bringe det utborede material til overflaten.

Arbeidet som den roterende borkrone utfører når den beveger seg gjennom fjell cl. formasjoner utsetter borestrengen for sjokk og vibrasjoner. Disse sjokk og vibrasjoner har en tendens til å medføre kortere brukstid for tennene og lagrene, og til å forårsake utmattningsbrudd i borerør-gjengene, særlig i de gjengede forbindelser mellom det relativt bøyelige borerør og det stive vektrør. Sjokkene som overføres gjennom borestrengen til drivinnretningen ved overflaten har en tendens til å medføre ekstra slitasje på drivinnretningen.

Som et forsøk på å redusere de store sjokk og vibrasjoner har det'.tidligere blitt utviklet flere s j okkabsorbereride innretninger. Imidlertid angår de fleste av vibrasjons-demperne og de absorberende innretninger som anvendes bare denoene del av problemet, og utgjør derfor i de fleste tilfeller ikke noen gunstig løsning. For å komme frem til en tilfredsstillende innretning for sjokkabsorbering er det nødvendig først å. komme frem til hvordan disse sjokk og vibrasjoner oppstår.

Den primære årsak til sjokk fra bunnen av borestrengen er

et resultat av hvordan fjellet og borkronen påvirker hverandre. Avhengig av boredybden/ som direkte bestemmer det hydrostatiske trykk, og av typen av fjell, er fjellet enten sprøtt, seigt eller en mellomting. Det er funnet at på relativt små dybder (1500 - 2100 m) og når fjellet er sprøtt, skjer utboringen i f-jel-let-primært ved knusing eller slag-virkning. De krefter som virker på borkronen kan inndeles i en aksial vektor som representerer de aksiale sjokk og en radial vektor som representerer torsjonssjokk. Under boring i sprøtt fjell oppstår en økende motstand før fjellet brister, og etter bruddet frigjøres denrenergi som er lagret i den relativt fleksible borestreng, og det oppstår sjokk. Ved boring på store dyp i fjell som er seigt eller en mellomting mellom sprøtt og seigt, skjer en skrapevirkning (skjær-ing) , og ettersom det ikke, eller bare i liten grad, oppstår noe brudd i fjellet, oppstår ikke sjokk av denne grunn. På grunn av det faktum at det kreves større dreiemoment under dypboring bevirker imidlertid selv små forstyrrelser fra andre kilder likeså betydelige sjokk. Som et resultat av målinger gjort direkte på borkronen er det vist at aksiale sjokk og torsjonssjokk oppstår hovedsakelig samtidig, og at torsjonssjokkene har en tendens til å være fremtredende.

Selve borestrengen utsettes for store friksjonskrefter på grunn av avbøyning i hullet og forskjellige formasjoner og tilstander i hullet. Ettersom borerøret, på samme måte som med hvilken som helst lang stang som torsjonsbelastes, kan vri seg, er det i stand til å akkumulere store mengder energi. Vridningen av borestrengen har en tendens til å akkumuleres fordi den kontinuerlige aksialbelastning holder strengen under konstant spenning, og sjokk som bevirker ytterligere vridning har en tendens til å lagres i borestrengen, idet den lagrede vridning av borestrengen eventuelt fører til å gjøre borestrengen litt kortere. Når den lagrede energi frigjøres ved at borestrengen vrir seg i motsatt retning, oppstår aksiale sjokk. Forbindelsen mellom borerøret og vektrøret er særlig utsatt for ekstreme, lokale spenninger, ettersom all eller det meste av den frigjorte energi absorberes på dette sted. Jo lengre borestrengen er, jo mer følsom er den for torsjonssjokk.

I tillegg til de ovenfor nevnte kilder til sjokkbelastninger skal det påpekes at når en lang borestreng utsettes for spenninger kan selv mindre krefter som virker med bestemte^frekvenser indusere svingninger. Noen av disse kildervtil svingninger utgjøres av drivmotoren, som gir variasjoner i dreiemomentet, den hydrauliske pumpe som bevirker trykksving-ninger mellom slampumpen og den hydrostatiske slamsøyle på grunn av vannstøteffekten, og konusenerpå borkronen, som også har en tendens til å indusere svingninger. Med så

mange svingningskilder kan det utvikles spesielle over-svingninger som har en tendens til å øke de allerede eksisterende problemer.

Eksisterende innretninger for vibrasjons- eller sjokkabsorbering er vanligvis enten knyttet til absorbering av torsjonsbelastninger eller aksiale belastninger. Innretningene tar ikke hensyn til det nære forhold mellom torsjonsbelastninger og aksiale belastninger som oppstår under boring. I mange tilfeller er de kjente innretninger slik konstruert at når de utsettes for store sjokk mister de sin evne til å absorbere ytterligare sjokk, dvs. at de ettergivende elementer kommer til en endestilling og blir uvirksomme. De fleste av de tidligere kjente innretninger som er i bruk er begrenset med hensyn til belastning, idet de kan oppta inntil omtrent 50000 kp. På grunn av konstruksjonen måtte et forsøk på

å øke evnene til å tåle belastninger medføre en økning av innretningens tverrsnittsareal, men dette er imidlertid vanligvis umulig, på grunn av de begrensninger som gis av bore-hulldiameteren og behovet for en indre kanal i innretningen, for å muliggjøre strømmen av boreslam. Et annet problem med de fleste^kjente innretninger er at de omfatter et stort

antall innbyrdes bevegelige deler, som kan bli alvorlig skadet dersom boreslammet kommer inn i det indre av innretningen. Det trengs kostbare tetningsanordninger, og disse medfører vesentlige vedlikeholds problemer.

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å komme frem

til en sjokkabsorberende innretning som er i stand til å oppta sjbkkbelastninger som er meget store. Et videre formål er å komme frem til en innretning av denne type som er i stand til å oppta både torsjonssjokk og aksiale sjokk, idetf.innretningen videre er i stand til å skille de aksiale sjokk fra torsjonssjokkehe og å dempe disse hver for seg.

Et videre formål ved oppfinnelsen er å komme frem til en meget enkel og effektiv innretning for sjokkabsorbering, med et relativt lite antall deler, og som kan fremstilles med relativt lave omkostninger.

Det er et vidére formål å komme frem til en sjokkabsorberende innretning med en slik konstruksjon at den kan oppta større belastninger jo lenger den er.

Det er et videre formål å komme frem til en innretning av nevnte type, i hvilken det ikke er noen fare for at bore-s-låm kommer inn i og ødelegger de innvendige deler, hvorved det ettersyn og de reparasjoner som blir nødvendige reduseres i høy grad. I henhold til et aspekt av oppfinnelsen er det således kommet frem til en sjokkabsorberende innretning for tilkobling til en borestreng, hvilken innretning er i stand til å overføre de aksiale borekrefter og torsjonskreftene som kreves for å dreie borkronen ved den nedre ende av borestrengen. Innretningen omfatter et langstrakt hus og en spindel som rager i lengderetningen av huset. Det indre av huset og spindelen har innbyrdes samvirkende . elementer for overføring av aksiale krefter og dreiemomenter. De innbyrdes samvirkendé elementer har vesentlige klaringsrom mellorru.;seg, slik at spindelen har en stor grad av frihet til å bevege seg aksialt og i dreiebevegelse i forhold til huset. En masse av ettergivende, deformerbart material er anordnet i klaringsrommet mellom de innbyrdes samvirkende" - elementer, slik at under påvirkning av sjokkbelastninger på borestrengen deformeres massen og flyter, slik at den opptar og reduserer sjokkene og vibrasjonene som overføres mellom spindelen og huset.

Fortrinnsvis omfatter de innbyrdes samvirkende elementer gjengelignende elementer, idet elementene på spindelen har aksial avstand i begge retninger fra elementene på huset,

for å danne klaringsrommene som massen av det deformerbare material er anbragt i .

De skruelinjeformede elementer kan omfatte et sammenhengende element på spindelen og et sammenhengende element inne i huset.

Fortrinnsvis er stigningen til de skruelinjede elementer

den samme, og konstant i hele lengden av elementene.

Hvert av de skruelinjeformede elementer har et bunnparti

og et topparti, og toppartiet til et av elementene, er i henhold til en foretrukket utførelsesform, i radial avstand fra bunnpartiet til det.,annet element, for å danne en kanal for flytebevegelsen til det deformerbare material som befinner seg i et av klaringsrommene, og som under trykkpåvirkning tvinges over i et nabo-klaringsrom som••' kommuniserer med det første klaringsrom.

Et par sjokkabsorberende innretninger kan anordnes etter hverandre i en borestreng, idet den ene har en masse av hardere material,(dvs. høyere fjærkonstant) enn den annen masse, for å minske muligheten for resonansvibrasjoner og for å utvide bruksområdet til innretningen fra små til meget store belastninger.

Massen av ettergivende, deformerbart material omfatter fortrinnsvis gummi, f.eks. polyuretangummi.

I henhold til en utførelsesform har de gjengelignende elementer en relativt stor stigningsvinkel. Denne type sjokkabsorberende innretning er beregnet for å anbringes i et midtre parti av borestrengen.

Alternativt kan elementene ha en stigningsvinkel som er relativt liten, og en slik innretning er beregnet for å anbringes ved den nedre ende av borestrengen.

De innbyrdes samvirkende elementer er fortrinnsvis slik anordnet at i tilfelle av fullstendig sammenbrudd i massen av deformerbart material.er elementene i stand til å komme: i kontakt med hverandre. Dette gjør det mulig å overføre torsjonskrefter og aksiale krefter gjennom elementene, for å muliggjøre at én borkrone nederst på borestrengen som innretningen er tilkoblet kan roteres, slik at fortsatt boring kan utføres, eller at alternativt borkronene kan løftes ut av hullet.

Oppfinnelsen skal... i det føtgende forklares nærmere ved hjelp av foretrukne utførelsesformer, vist på de vedføyde tegninger. Fig. 1 er et diagram som viser det innbyrdes forhold mellom borkronetrykket, dreiemomentet og vinkelhastigheten. Fig. 2a og 2b viser lengdesnitt gjennom en utførelsesform av en innretning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom et parti av spindelen, og illustrerer de skruelinjeformede elementer. Fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom et parti av huset, og viser utformingen av de skruelinjeformede elementer. Fig. 5a og 5b viser lengdesnitt gjennom den ene side av partier av en innretning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 6 viser et parti av den spindel som er vist ved ut-førelsesformen vist i fig. 5a og 5b. Fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom et parti av det hus som inngår i utførelsesformen vist i fig. 5a og 5b, og illustrerer de skruelinjeformede elementer. Fig. 8-14 viser skjematisk partier av innretningen, og illustrerer virkemåten til denne under forskjellige forhold. Fig. 1 trenger liten forklaring, idet diagrammene viser forholdet mellom dreiemoment, aksialkraft og vinkelhastighet slik disse virkelig opptrer i en borkrone. Det vil sees at økningene og. minskningene av dreiemomentet hovedsakelig samsvarer med økningene og-jminskningene av den aksiale belastning, og at vinkelhastigheten til borkronen, med unntak av noenofå uregelmessigheter, varierer hovedsakelig motsatt av dreiemomentet.

Fig. 2a, 2b, 3 og 4 viser en sjokkabsorberende innretning 10

i henhold tiloen utførelsesform av oppfinnelsen. Innretningen omfatter et langstrakt hus 12 og en spindel 14 som rager i lengderetningen av huset, inne i dette. Den øvre ende av spindelen 14 er utstyrt med et vanlig, gjenget tapparti 16, for å muliggjøre at spindelen kan skrus inn i enden av et parti av et borerør,mens denrnédre ende av huset er utstyrt med et vanlig, innvendig gjenget hylseparti 18, for tilkobling enten til den øvre ende av et parti av et annet borerør, eller alternativt til en vanlig borkrone.

Inne i spindelen 14 er en langsgående, aksial, gjennom-gående boring 20 som samvirker med en boring 22 i nærheten av det nedre parti av huset, for at boreslam skal kunne passere gjennom.

Det vil sees at det midtre parti av spindelen er utstyrt med et gjengelignende element 24 som er anordnet for å samvirke med et lignende, gjengelignende element 26 utformet på en indre vegg av det midtre parti av huset 12. Det vil ses. at det er store klaringsrom 28 og 30 mellom elementene 24 og 26, slik at spindelen 14 har en stor grad av frihet til å bevege seg aksialt og i dreiebevegelse i forhold til huset 12. En masse 32 av ettergivende, deformerbart material er anordnet i klaringsrommene 28 og 30 mellom de innbyrdes samvirkende elementer 24 og 26. Når sjokkbelastninger påvirker borestrengen, vil denne masse 32 deformeres og flyte, og opptar og minsker størrelsen til sjokkbelast-ningenerisom overføres mellom ispindelen og huset„og demper de medfølgende vibrasjoner.

Som det fremgår av tegningene er elementene 24 og 26 kontinuerlige., og stigningen til elementet 24 tilsvarer stigningen til elementet 26, idet denne stigning er konstant i hele lengden av elementene.

Det vil særlig legges merke til at toppartiene 34 av elementene 24 befinner seg i radial avstand fra bunnpartiene 36 til elementene 26, slik at det er dannet kanaler 38 som gjør at det deformerbare material som befinner seg i en av klaringsrommene 28, 30 kan flyte, og under påvirkning av spenninger strømme over til et nabo-klaringsrom som er i kommunikasjon med det førstnevnte. Strømmens retning er vist med pilen X, og det vil forstås at retningen til strømmen avhenger av retningen til de aksiale sjokk og torsjonssjokkene som påføres innretningen 10.

Materialet i massen 32 er fortrinnsvis polyuretangummi.

Foirdi polyuretangummi hovedsakelig er inkompresibel, er détiunødvendig at de ovenfor nevnte strømmningskanaler er anordnet for å muliggjøre at spindelen 14 kan bevege seg både aksialt og i dreiebevegelse i forhold til huset 12. Massen av polyuretangummi har fortrinnsvis en hardhet

målt med durometer på omtrent 83 til omtrent 94. Ved boring på relativt store dyp og med store belastninger fore-trekkes en gummi med en hardhet på omtrent 94 eller noe større, mens ved mindre belastninger er det ønskelig med en mindre hardhet, i området 83, for å gi innretningen den ønskede fjærkonstant.

Toppartiene 40 til elementene 26 i huset befinner seg relativt nær inntil bunnpartiene 42 for elementene på spindelen 14. Formålet med dette er å stabilisere spindelen 14 og å minske de spenninger i denne som kan meføre utbøyning av spindelen 14 ved de store aksialbelastninger som vanligvis opptrer.

Den nedre ende av spindelen 14 er utstyrt med flere innbyrdes adskilte ©-ringer 44, som hindrer inntrengning av slam eller andre uønskede materialer i rommet mellom spindelen og huset, mens den øvre ende av spindelen «omfatter lignende O-ringer for det samme formål. Hovedtetningen er imidlertid gummimassen,som hindrer strøm av slam gjennom de skruelignende elementer.

Den indre overflate av huset 12 er i nærheten av den øvre ende utstyrt med et grunt ringformet spor 50, som samvirker med et ringformet spor 52 anordnet i spindelen 14. Sporet 52 har en vesentlig utstrekning i aksial retning, for å muliggjøre en vesentlig aksial bevegelse av spindelen i forhold til huset. Anbragt i rommet som avgrenses av sporene 50 og 52 er flere stålkuler 54 som under normale forhold muliggjør den ønskede grad av frihet til dreiebevegelse og aksialbevegelse mellom spindelen og huset. Under ekstreme forhold, slik som ved fullstendig sammenbrudd av masse-materialet 32, samvirker imidlertid disse stålkuler 54

med sporene 50, 52, for å hindre at spindelen 14 skrus ut av huset 12. Kulene 54 anbringes'i rommet som avgrenses av sporene 50, 52 ved hjelp av et innløpshull anordnet radialt i forhold til det utvendige av huset 12, og lukket ved hjelp av en gjenget plugg (ikke vist).

I den følgende tabell er angitt relevante dimensjoner for

en sjokkabsorberende innretning i henhold til den utførelses-form som er vist i fig. 2-4. Det vil forstås at dimen-sjonene som er angitt i tabell 1 bare er eksempler på dimensjoner, og at oppfinnelsen..ikke på noen måte er begrenset til de angitte dimensjoner.

Masse-material polyuretangummi, Durometerhardhet omtrent 83 til 94.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. 5a, 5b, 6 og 7, Hovedsakelig har denne utførelsesform av oppfinnelsen den samme generelle oppbygning som utførelses-formen vist i fig. 2-4, og det er derfor ikke nødvendig med noen detaljert beskrivelse av denne annen utførelses-form. Like henvisningstall er anvendt for de deler av den annen utførelsesform som tilsvarer delene i den første ut-førelsesform, med unntak av at bokstaven a er tilføyd til hvert henvisningstall.

I den følgende tabell er angitt typiske dimensjoner for de gjengelignende elementer i utførelsesformen vist i fig.

5 - 7. Som tidliger nevnt er disse dimensjoner bare ment som en veiledning, og ikke som noen begrensning.

Det vil sees at gjengestigningen ved utførelsesformen i

fig. 5 - 7 er meget større enn gjengestigningen i utførelses-formen vist i fig. 2-5, og dette medfører at stignings-vinkelen ved den annen utførelsesform er tilsvarende større. Den første utførelsesform vist i fig. 2 - 4 er sælig egnet til bruk i en posisjon i en borestreng like over borkronen, mens utførelesesformen vist i fig. 5 - 7 er beregnet til å anbringes i en midlere posisjon i borestrengen, slik at det er en relativt storL lengde av borestrengen under den sjokkabsorberende innretning, og en tilsvarende stor masse.

Den relativt lille stigningsvinkel for de gjengelignende elementer ved den første utførelsesform gjør at innretningen har stor følsomhet og evne til å reagere på torsjonssjokk. Dersom imidlertid utførelsesformen\ brukes i et midlere parti

av borestrengen, kan et stort torsjonssjokk indusere en meget stor aksial aksellerasjon oppover, dersom rotasjonen til borkronen retarderer, tilstrekkelig til å forårsake brudd ved enden av spindelen. Med den relativt store stigningsvinkel ved utførelsesformen vist i fig. 5-7 opptrer ikke ekstremt store aksiale aksellerasjoner oppover når rotasjonen av borkronen retarderer, og det er derfor ikke sannsynlig at det oppstår brudd selv når en meget stor masse av borestrengen befinner seg under den sjokkabsorberende innretning.

Det vil forstås at for begge de beskrevne utførelsesformer

er innretningen som helhet relativt enkel og har meget få aktive deler. Etter at spindelen og huset er montert sammen, sprøytes polyuretangummien inn i klaringsrommene 28, 30 mellom de gjengelignende elementer, gjennom et passende hull anordnet i huset (ikke vist)', hvilket hull deretter lukkes ved hjelp av en passende plugg. Den flytende polyuretangummi tillates deretter å herde, og derved danner den en relativt sterk sammenføyning med de flater på spindelen og huset som den kommer i kontakt med. Et passende grunnings-stoff, velkjent for fagfolk, kan påføres flatene på spindelen og huset før monteringen. Videre kan de aktuelle flater på elementene på spindelen og huset behandles, f.eks. ved blåsning eller spyling med passende midler, for å rugjøre flatene noe, for derved å oppnå bedre sammenføyning mellom polyuretangummien og de gjengelignende elementer. Det vil imidlertid forsfeås at innretningen vil virke uten i særlig grad å være avhengig av styrken i sammenføyningen mellom polyuretangummien og de aktuelle flater. Innretningen vil fortsette å virke effektivt også selv om sammenføyningen mellom elementflåtene og gummiene er brutt. Det "skal også nevnes åt dersom gummien svikter under bruk kommer de gjenge-

lignende elementer 24 og 26 bare tett inntil hverandre,

slik at aksiale krefter og dreiemomenter kan overføres mellom spindelen og huset, for å muligjøre fortsatt boring, eller alternativt å muliggjøre at borkronen kan løftes ut av hullet. Ved sammebrudd i gummimaterialet i massen er det dessuten relativt enkelt å brenne det gamle gummi-materål ut av innretningen, hvoretter innretningen demon-teres og rengjøres, og deretter monteres på nytt, idet det innsprøytes ny gummi.

Under visse forhold kan det være fordelaktig å benytte

to sjokkabsorberende innretninger etter hverandre. Det kari f.eks. benyttes to sjokkabsorberende innretninger i henhold til utførelsesformen i fig. 2-4, idet den ene anordnes direkte over den ,annen, og idet den eneste for-skjell .; mellom de to innretninger at dentene inneholder f.eks. en relativt myk polyuretangummi som masse, med durometerhardhet i området 8 3,mens den annen inneholder polyuretangummi som er vesentlig hardere, f.eks. med durometerhardhet i området 94. Dette arrangement er meget nyttig for å minske eller eliminere resonansvibrasjoner,

på grunn av forskjellene i fjærkonstanter til de to innretninger. Videre vil den ene innretning dempe mindre sjokk og vibrasjoner på grunn av den relativt myke masse, mens den annen innretning, i tilfelle av store sjokkbelastinger som er tilstrekkelige til å forårsake at den første innretning går til anslag,effektivt virker til å absorbere og dempe de store sjokkbelastinger og tilhørende vibrasjoener. Det samme arrangement kan benyttes for utførelesformen vist

i fig. 5-7, idet en slik utførelsesform benyttes på et midtre sted i borestrengen, slik som beskrevet tidligere.

I det ovenstående er gitt en enkel forklaring av de for-

hold som kan oppstå ved boring etter olje og gass som skaper behov for en eller annen form for innretning for å absorbere aksiale.;sjokk og torsjonssjokk. Hensikten med den følgende

beskrivelse er å forklare virkemåten til innretningen.

For å forenkle forklaringen er ikke problemet belyst med matematiske detaljer, men bare de mest innlysende og relevante forhold er omtalt. Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til noen bestemt teori med hensyn til virkemåte.

a) Generell konstruksjon vist i ubelastet tilstand.

Fig. 8 viser skjematisk et parti av en sjokkabsorberende

innretning, med huset 12 vist med strekpunktlinjer og et parti av spindelen 14 vist med heltrukne linjer. Bare et parti av det aktive gjengeelement 26 er vist, og klaringsrommene 28 og 30 på begge sider av elementet er begrenset av strekpunktlinjer. Disse rommene forutsettes naturligvis å være fylt med polyuretangummi (ikke vist), og ved denne analyse antas at det ikke er noen sammenføyning mellom gummien og metallet (fordi en slik sammenføyning i alle tilfeller er upålitelig), og ved den følgende analyse tas det derfor ikke hensyn til eventuel&é strekkrefter.

Fig. 8 viser plan 1, 2, 3 og 4, idet avstanden mellom plan 1 og 2 i ubelastet tilstand er gitt ved uttrykket d(l-2)Q og avstanden mellom plan 3 og 4 i ubelastet tilstand er gitt ved uttrykket d(3-4)Q. Ved den følgende analyse antas at det gjengeformede element 26 er høyregjenget, og at alle aksialbelastninger påkjenner huset 12, idet torsjonsbelast-ningene påvirker huset i retning mot høyre.

b) Bare aksialebelastning på huset.

Av fig. 9a vil fremgå at en aksialbelastning G påvirker

huset 12. Gummien, i: klaringsrommet 28 er under kompresjon, slik at noe av gummien har strømmet rundt og inn i klaringsrommet 30. Gummien i klaringsrommet 30 vil i virkeligheten være under en viss grad av strekk, men som nevnt ovenfor trengs ikke dette å tas med i betraktningen ved denne analyse. Fig. 9b, som er et diagram for forholdet mellom de-formasjon og belastning, viser en kurve som representerer deformasjonen e av polyuretangummien under påvirkning av

en belastning G. Vinkelen 3, som representerer helnings-vinkelen til det nederste parti av kurven, tilsvarer den effektive fjærkonstant C til gummimaterialet. Av fig. 9a vil fremgå at de følgende forhold gjelder:

Det vil derfor ses at når aksialbelastningen G alene virker, komprimeres rommet 28 mellom plan 1 og 2, og gummien flyter (fordi den hovedsakelig er inkompresibel)

inn i det forstørredeorom 30 mellom plan 3 og 4. Gummien i rommet mellom plan 1 og 2 er under en spenning som er en funksjon av f jærkonstanten C>, "deformasjonen og aksialbelastningen G. For hver aksialbelastning G er det derfor en gummideformasj on e_, som samsvarer med en tilhørende avstand d(l-2)_.

G

Likevket er oppnådd når spenningen e^ i gummien multiplisert med aksialprojeksjonen av arealet til det gjengeformede element 26 som er i kontakti .med gummien tilsvarer "aksialbelastningen G.

c) Torsjonsbelastning som virker alene.

Fig. 10a og 10b viser en torsjonsbelastning T som påvirker

huset 12. Fig. 10b er et diagram som viser deformasjonen eT til gummien når den påvirkes av torsjonsbelastningen T.

Når det bare virker torsjonsbelastning T, komprimeres gummien i klaringsrommet 30 mellom, plan 3 og 4, og gummien flyter følgelig til klaringsrommet 28 mellom plan 1 og 2. Således er gummien mellom plan 3 og 4 under en spenning som er en funksjon av gummiens fjærkonstant C, dreiemomentet T og deformasjonen.. eT« Likevekt er oppnådd når spenningen i gummien multiplisert med arealet til det gjengeformede element som er i kontakt med gummien i et radialLplan tilsvarer dreie- kraften T, og det følgende forhold gjelder:

d) Forholdet mellomaaksialbelastning og dreiemoment.

Når borkronen roterer er det nødvendige dreiemoment for å

drive borkronen en funksjon av aksialbelastningen. Følge-lig vil en økning av aksialbelastningen medføre at det nødvendige dreiemoment for å drive borkronen; øker.

Ettersom dreiemomentet overføres gjennom en lang og relativt fleksibel borestreng som allerede er delvis påkjent av vridning, vil borestrengen måtte utsettes for ytterligere vridning for å kunne overføre et øket dreiemoment til borkronen. Dersom dette skjer raskt, vil et aksialsjokk bevirke torsjonssjokk.

Når borestrengen oppsamler energi på grunn av vridningen av den lange streng, og når borkronen av en eller annen grunn momentant kommer ut av kontakt med bunnen i hullet, vil,

som nevnte tidligere, hele borestrengen vri seg i motsatt retning og forlenges, og det oppstår et aksialsjokk. Det er således helt klart at aksialsjokk bevirker torsjonssjokk og torsjonssjokk bevirker aksialsjokk. Det er også klart at den. akkumulerte energi som skyldes torsjonssjokk vil bevirke et "akkumulert" aksialsjokk når energien frigjøres.

Det vil fremgå av den følgende beskrivelse at de to former for sjokk separeres og dempes separat, og at akkumuleringen av dreiemoment i borestrengen minskes i liiøy grad. e) Torsjonsbelastning og aksialbelastning som virker under normale boreforhold.

Som vist i fig. 11, er det etablert og opprettholdt deform-asjoner d(l-2) og d(3-4)_' ,og disse er en funksjon av

o 1 GT

G (T er en funksgon av G), gummiens fjærkonstant C og stignings-vinkelen a. ■

f) Aksialsjokk under boring.

Første trinn

Fig. 12 viser en situasjon der det virker et dréiemoment T og en grunnleggende aksialbelastning G. Under påvirkning

av aksialsjokket aksellererer huset 12 (på grunn av det økede dreiemoment ved overføring av aksialsjokk til torsjonssjokk som skyldes virkningen av stigningsv-inkelen : a) til over den normale vinkelhastighet. Samtidig retarderer spindelen 14 fra sin normale vinkelhastighet etter den første dempning på grunn av strømmen av gummi: fra mellomrommet mellom plan 1 og 2 og inn i området mellom;'plan 3 og 4. Samtidig øker spenningen i gummien mellom plan

1 og 2, en dreiekraft (som er bestemt av vinkelen a eller en radialprojeksjdn av arealet til det gjengeformede ele-

ment 26 som er i kontakt med gummien) virker på huset 12,

og denne kraft gir det ekstra dreiemoment som trengs ved borkronen på grunn av den økede aksiale belastning (sjokk).

Derfor trengs det ikke å overføre noe ekstra dreiemoment gjennom borestrengen, og det behøver ikke å frembringes noen ekstra vridning av borestrengen, og dette betyr at det ikke skjer noen akkumulering av energi på grunn av vridningen av borestrengen. Det kane derfor sies at energien på grunn av aksialsjokket omvandles til energi som virker i den ønskede dreieretning når det er nødvendig for å etterkomme behovet for øket dreiemoment ved borkronen på

grunn av den økede aksialbelastning.

Annet trinn

Som vist i fig. 13, vil huset 12 etter aksellerasjonen

virker på spindelen 14 og gummiencmellom plan 3 og 4 komprimeres. Huset 12 sakker til normal vinkelhastighet, mens

spindelen 14 aksellerer til normal vinkelhastighet.

Mens huset 12 sakker og spindelen 14 aksellerer til normal vinkelhastighet, overføres til slutt aksialsjokket som ble omvandlet til torsjonsbevegelse av huset 12 som torsjonc til spindelen 14 og borkronen. Når hastigheten til huset 12 og hastigheten til spindelen 14 errlike, er prosessen med dempningen av aksialsjokket avsluttet.

Av den ovenstående beskrivelse vil fremgå at aksialsjokket har blitt omvandlet til det nødvendige, ekstra dreie-momeént (på grunn av den økede aksialbelastning som skyldes aksialsjokket), og at det ikke har skjedd noen akkumulering av vridningen i den lange borestreng. g) Torsjonssjokk under boring ( med aksialbelastning og grunnleggende dreiemoment).

I fig. 14 forutsettes det at et torsjonssjokk er tilført huset 12. På grunn av virkningen til det gjengelignende element 26, komprimeres gummien mellom planene 3 og 4 og settes under spenning, og denne spenning multiplisert med arealet til det gjengelignende element som er i kontakt med gummien i et aksialplan bevirker en løftekraft L.

Når denne virkning oppstår retarderer spindelen 14 fra sin normale vinkelhastighet. Løftekraften L hever spindelen 14 og borkronen. Det er helt klart at dette minsker be-lastningen på borkronen og minsker det nødvendige dreiemoment. Denne virkning eliminerer : torsjonssjokket helt fra begynnelsen.

Det vil naturligvis forstås at ingen mekanisk innretning er et hundre prosent effektiv, og derfor kan inncetningen beskrevet ovenfor ikkéofjerne eller absorbere alle sjokk og vibrasjoner fra systemet. Det er imidlertid påvist at innretningen beskrevet ovenfor minsker en vesentlig del av problemet. Det fremgår også av den ovenstående forklaring at ved å øke antallet gjengelignende elementer 26 vil evnen til innretningen når det gjelder å omvandle og absorbere sjokk kunne økes i ønsket grad.

Claims (11)

1. Sjokkabsorberende innretning for tilkobling i en borestreng, beregnet for overføring av de aksiale belastninger og dreiemomenter som er nødvendige for å rotere en borkrone nederst på borestrengen, k a r a k t e ri±.) s ert ved at innretningen omfatter a) et langstrakt hus, b) en spindel som rager i lengderetningen av huset, inne i dette, c) idet det indre av huset og spindelen har innbyrdes samvirkende elementer for å over-føre aksialkrefter og dreiemomenter, d) og idet-elementene har vesentlige klaringsrom mellom seg, slik at spindelen har en vesentlig grad av frihet til aksialbevegelse og dreiebevegelse i forhold til huset, e) og at en masse av ettergivende, deformerbart material er anordnet i klaringsrommene mellom elementene, slik at under påvirkning av sjokkbelastninger på borestrengen deformeres _.< massen og flyter for å oppta og minske sjokk-belastningen som overføres mellom-spindelen og huset.

2. Innretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at elementene utgjør gjengelignende elementer, idet elementene på spindelen er i aksialavstand i begge retninger fra elementene på huset, for å danne de nevnte klaringsrom, i hvilke massen av deformerbart material er anbragt.

3. Innretning som angitt i krav 2, karakterisert ved at elementene utgjør et kontinuerlig element på spindelen og et kontinuerlig element inne i huset.

4. Innretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at stigningen for elementene er like og konstant i hele lengden.

5. Innretning som angitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at hvert element omfatter et bunnparti og et topparti, idet toppartiet til et av elementene er i radial avstand fra bunnpartiet til det annet element, for å danne en kanal for strøm av det deformerbare material som befinner seg i et av klaringsrommene, og som under påvirkning av trykk tvinges til et nabo-klaringsrom som er i kommunikasjon med det førstnevnte.

6. Anvendelse av et par sjokkabsorberende innretninger som angitt i hvilket som helst av kravene 1-3, idet den ene innretningen har en masse av hardedei' material og med høyere effektiv fjærkonstant enn massen i den annen innretning, for å minske muligheten for resonansvibrasjoner og å gjøre det mulig å absorbere sjokk innen ét stort om-råde .

7. Innretning som angitt i hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, karakter i..,s ert ved at massen av deformerbart material utgjøres av gummi.

8. Innretning som angitt i krav 2, 3 eller 4, k a r a k t e ru" >s ert ved at de gjengelignende elementer har en stigningsvinkel som er relativt stor, idet;..innretningen er beregnet for å anbringes i et midtre parti av en borestreng.

9. Innretning somoangitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at elementene har en stigningsvinkel som er relativt liten, idet innretningen er beregnet for å anbringes i nærheten av den nedre ende av en borestreng.

10. Anvendelse av en innretning som angitt i krav 1,

2 eller 3, i kombinasjon med en borestreng, idet et ende-parti av spindelen rager ut fra en ende av huset og er tilkoblet et parti av borestrengen, og den motsatte ende av huset er tilkoblet enten til et annet parti av borestrengen eller til en borkrone.

11. Innretning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved . åt de samvirkende elementer er slik anordnet at de ved eventuelt fullstendig sammenbrudd i massen av deformerbart material er innrettet til å komme i kontakt med hverandre, for å muliggjøre over-føring av dreiemomenter og aksialkrefter, slik at borkronen nederst på en borestreng som innretningen er tilkoblet enten kan roteres for fortsatt boring eller kan løftes opp av hullet.