NO811334L - Apparat til aa detektere et fastkilingspunkt for en roerledning i et borehull - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for bruk

i borehull., og mer spesielt et apparat til å detektere et fastkilingspunkt for en rørledning i et borehull.

Når en rørledning, som for eksempel en borestreng, kiler

seg fast i et borehull, omfatter en konvensjonell fremgangsmåte til å bestemme dybden av fastkilingspunktet trinnene med påfø-ring på rørledningen av torsjons- og strekkspenninger fra overflaten og bestemmelse av til hvilken dybde disse deformasjonene blir overført. For å detektere disse deformasjonene blir det gjort bruk av et apparat som senkes ned i rørledningen ved enden av ert kabel og anbrakt ved påfølgende dybder.

Et konvensjonelt apparat til bestemmelse av fastkilings-punkter, for eksempel beskrevet i US-patent nr. 3 686 943, omfatter et hovedlegeme med en øvre del og en nedre del montert bevegelig i forhold til hverandre og øvre og nedre forankrings-organer montert henholdsvis på disse øvre og nedre delene for å holde hver av delene i hovedlegemet i ro i to i lengderetningen adskilte soner av rørledningen. Elektriske motorer som drives via kabelen, blir brukt til å bevege forankringsorganene vekk fra og mot hovedlegemet, og detekteringsanordninger er montert mellom delene til hovedlegemet for å detektere de relative bevegelser av delene når strengen deformeres elastisk av påkjenninger påført fra overflaten.

Kjente detekteringsanordninger er beskrevet i US-patent

nr. 4 105 071 og omfatter en første føler som ikke reagerer på torsjoner og en andre føler som ikke reagerer på strekk som på-føres- strengen. Slike detekteringsanordninger har den fordel at de skjelner de langsgående bevegelser fra rotasjonsbevegelsene.

I visse tilfeller er det faktisk ønskelig å bestemme om en tor-sjon eller vridning som påføres borerørene fra overflaten er blitt overført ned i hullet. ' Spesielt når man ønsker å skru av den frie delen av rørledningene, er det nødvendig å påføre en avskruingsvridning til en spesiell skjøt som er plassert under svakt strekk før avfyring av en eksplosiv ladning ved nivået for denne, skjøten. Denne operasjonen som er kjent som "back-off", er ofte i bruk. I retningsbrønnér som har en bøy eller knekk, bli<*>r den vridningen som påføres borerørene fra overflaten, dår-lig overført ned gjennom hullet, og det er vanlig praksis å strekke og frigjøre borerørene samtidig som vridningen påføres for å overvinne friksjonen langs borehullet. Detekteringsanordninger av den type som er beskrevet i ovennevnte US-patent, gjør det mulig å bestemme om vridningen er blitt overført ned

1 hullet. Dessverre har disse detekteringsanordningene som

omfatter følere med strekklapper montert på elastiske organer, en betydelig stivhet og det er nødvendig med store krefter for å deformere dem. Under disse forhold inntreffer det ofte at forankringen av apparatet ikke er tilstrekkelig kraftig til å overføre slike krefter og glidninger inne i rørledningene uten å deformere følerkomponentene til detekteringsanordningene.

Andre kjente detekteringsanordninger er beskrevet i det allerede nevnte US-patent nr. 3 686 943 og i US-patent nr.

2 530 309. Disse detekteringsanordningene omfatter spoler for

å detektere bredden av et gap mellom polstykker i en magnetkrets, idet denne bredden forandres av de langsgående og rotasjons-messige bevegelsene av delene i hovedlegemet. Disse detekteringsanordningene har den ulempe at de reagerer på både langsgående og vinkelmessige bevegelser. Før måletrinnet må også disse detekteringsanordningene tilbakestilles til en stilling hvor vinkelmessige bevegelser blir tillatt i bare én retning. Det blir foretrukket å måle vridninger som. blir påført strengen nede i hullet både med og mot urviseren.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning til å detektere fastkilingspunktet for borerør i et borehull omfattende et hovedlegeme med to deler som er montert bevegelige i forhold til hverandre med hensyn til langsgående

og vinkelmessige bevegelser, og første og andre anordninger for henholdsvis å detektere'de vinkelmessige og langsgående bevegelser av delene.

Den nevnte anordning for å detektere vinkelbevegelser omfatter: en første transformator med en primærvikling festet til den første delen av ' hovedlegemet og anordnet for å bli forsynt med periodisk strøm for å indusere et første signal i en sekundærvikling som er festet til den andre delen av hovedlegemet, idet en første avviklingene omfatter en spole med en radial akse perpendikulær til nevnte retning og hvor den andre viklingen omfatter to radiale spoler anbrakt på begge sider av den første viklingen slik at det første signalet reagerer på de vinkelmessige bevegelser av delene og ikke reagerer på de langs-

gående bevegelser av delene.

Spolene i sekundærviklingen er montert med sine akser parallelt og den første delen av hovedlegemet er montert for rotasjon i.begge retninger fra en midtre vinkelposisjon ved hvilken aksen til spolen i den første viklingen er perpendikulær til aksene til spolene i den andre viklingen.

Anordningen for å detektere langsgående bevegelser omfatter en andre transformator som har: en primærvikling festet til den første delen av hovedlegemet og anordnet for å bli forsynt med periodisk strøm for å indusere et andre signal i en sekundærvikling som er festet til den andre delen av hovedlegemet, idet den første viklingen omfatter en aksial spole med en akse parallell med nevnte langsgående retning og den andre viklingen omfatter to i avstand fra hverandre liggende aksiale spoler som er anordnet rundt respektive deler av den første viklingen slik at det andre signalet reagerer på langsgående bevegelser men ikke på vinkelbevegelser av delene i hovedlegemet.

En av delene i hovedlegemet danner fortrinnsvis en hylse, eller kappe inne i hvilken det er anordnet et kammer som inneholder transformatorene. Dette kammer er fyllt med olje og det er anordnet anordninger for å holde det indre trykket i kammeret likt med. trykket i borehullet, for eksempel ved hjelp av et flytende stempel.

Apparatet omfatter også elastiske anordninger for å motvirke vekten av den nedre delen og for å skyve den oppover slik at den så kan bevege seg nedover i forhold til den øvre delen etter forankring i rørledningen. Videre er det sørget for anordninger til å bringe den første delen av hovedlegemet hovedsakelig til nevnte midtre posisjon for den andre transformatoren slik at denne første delen kan dreie seg i forhold til den andre delen i den ene eller andre retning.

Karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil dess-uten fremgå bedre av den følgende beskrivelse av et ikke be-grensende eksempel under henvisning til de vedføyde tegninger der: Figur 1 er en skisse under drift av et deteksjonsapparat i henhold til oppfinnelsen for å finne fastkilingspunktet for en rørledning i et borehull;

Figur .2 er et langsgående snitt gjennom en del.av apparatet

nede i hullet på. figur 1;

Figur 3 er et perspektivriss av en detalj ved apparatet på

figur 2; og

Figur 4 er et skjema av den kretsen som brukes for å detektere signaler i apparatet i henhold til oppfinnelsen.

Det vises nå til Figur 1 hvor et apparat for deteksjon av et fastkilingspunkt omfatter et apparat 10 nede i hullet som er opphengt i en rørledning 11 ved enden av en kabel 12. Borerø-rene 11 som befinner seg i et borehull 13, er fastkilt i jord-formasjonene ved et punkt 14 hvis dybde skal bestemmes. Bore-rørene er ved jordoverflaten opphengt på kjent måte fra et bore-tårn (ikke vist) utstyrt med mekanismer som gjør det mulig å påføre strekk- og torsjonskrefter på'disse borerørene. Kabelen 12 har en eller, flere elektriske ledere forbundet til overflate-utstyr 15. Dette utstyret er anordnet til å levere en elektrisk forsyningsstrøm og elektriske styresignaler til apparatet nede i hullet og til å motta de signalene som kommer fra dette apparatet for å bearbeide dem, fremvise dem og registrere dem.

Apparatet 10 nede i hullet omfatter, generelt en elektronikk-seksjon 20, et øvre forankringssystem 21, en transduser 22 og et nedre forankringssystem 23. Elektronikkseksjonen 20 består av et tett hus som inneholder elektroniske kretser. Transduseren 22 er sammensatt av et hovedlegeme 25 med en øvre del 26 og en nedre del 27 som er montert bevegelig i forhold til hverandre med bevegelser som er begrenset både i langsgående retning og vinkelmessig. De øvre og nedre forankringssystemene 21 og 23 er festet henholdsvis til den øvre og den -nedre delen 26 og 27 av hovedlegemet for å holde disse i ro i to langsgående adskilte soner av borestrengen.

Hvert forankringssystem kan være av den type som er beskrevet i US-patent nr. 3 686 943 som er. nevnt tidligere, med leddforbundne armer som er anordnet for å bli beveget bort fra hovedlegemet slik at de kommer opp mot den indre veggen i bore-rørene. Disse armene, som kan være i et antall av tre, kan for eksempel være i inngrep.med en aksialt bevegbar styrestang som drives av en elektrisk motor som overfører sin bevegelse til staven via en endeløs skrue. Hvert forankringssystem omfatter en motor som styres på ønsket måte fra overflaten.

Ved bunnen av apparatet nede i hullet er det mulig å fes-

te et bæreorgan for en eksplosiv ladning anordnet for å motta

flere lengder av detonerende lunte for å oppnå en eksplosjon ved nivået for en valgt rørskjøt som befinner seg over fastkilingspunktet. På forhånd blir en oppskruende torsjonskraft påtrykket denne valgte skjøten, som er brakt under svakt strekk, fra overflaten, slik at eksplosjonen.bevirker en avskruing ved dette nivået. Hvis denne operasjonen faller heldig ut, kan en maksimal lengde av frie borerør trekkes opp av borehullet.

Transduseren 22 leverer signaler som er representative for de relative bevegelser mellom delene i hovedlegemet når bore-rørene blir elastisk deformert av strekk- eller torsjonspåkjen-ninger påført på overflaten. Etter disse påkjenningene indikerer transduseren 22 en bevegelse mellom delene av hovedlegemet bare hvis. apparatet nede i borehullet er forankret over det frie punktet 14. Ved å forankre apparatet 10 ved forskjellige dybder er det mulig å finne den dybden under hvilken et signal ikke lenger leveres, det vil si den dybde som svarer til fast-kilingsdybden for borerøret.

'Transduseren 22 er vist mer detaljert på figur 2. Den øv-re delen.26 av hovedlegemet er forlenget nedover av en spindel 30 som kan dreie seg og bevege seg i langsgående retning i en

hylse 31 som strekker seg oppover fra den nedre delen 27.

Som man vil se er de relative bevegelser begrenset både i langsgående retning og i dreieretningen. Den øvre delen 26 har gjenger 32 som gjør det mulig å feste den til det øvre forankringssystemet 21, og kontakter 33 som på isolerende måte er festet på hovedlegemet for.å tilveiebringe passende elektriske forbindelser med den øvre delen av apparatet som befinner seg nede i borehullet.

For å detektere de vinkelmessige bevegelsene mellom de to delene 26 og 27 omfatter transduseren en første transformator sammensatt av en primærvikling festet til spindelen 30 og en sekundærvikling festet på hylsen 31. Primærviklingen består av en spole 35 hvis akse er radial, dvs. perpendikulær til den langsgående retningen X-X'av apparatet (se også figur 3). Sekundærviklingen består av to spoler 36 og 37 hvis akser og-så er radielle.

Som det fremgår av det nedenstående, er de to spolene i sekundærviklingen koblet i serie, og når primærviklingen for- synes med vekselstrøm, er det signalet som induseres i sekundærviklingen representativt for den relative vinkelmessige posisjon mellom spindelen 30 og hylsen 31.

I den midtre vinkelposisjon, dvs. ved en lik avstand fra stoppeanordningene'som begrenser rotasjonen av spindelen 30 i hylsen 31, er aksen til spolen 35 på primærsiden perpendikulær til den felles aksen til de to spolene 36 og 37 på sekundærsiden. I denne midtposisjonen er det signalet som induseres i sekundærviklingen null. Spolene 35, .36 og 37 er tilstrekkelig lange i X-X'-retningen til at den begrensede langsgående bevegelse av spindelen 30 i forhold til hylsen 31 ikke modifiserer utgangssignalet fra vinkelbevegelses-transformatoren.

For å detektere de langsgående bevegelser mellom de to delene 26 og 27, omfatter transduseren 32 en andre transformator bestående av en primærvikling festet til spindelen 30 og en sekundærvikling festet til hylsen 31. Primærviklingen består av en aksial spole 40, dvs. hvis akse er parallell med X-X'-retningen, og sekundærviklingen består av to andre aksielle spoler 41.og 42 som er.slik at de motvirker hverandre. Spolen 40 er slik plassert på spindelen at den er sentrert midtveis mellom spolene 41 og 42 når hylsen 31 er i den øvre stilling i forhold til spindelen 30 for å levere et hovedsakelig nullsig-. nal i denne stillingen. Denne andre transformatoren som er symmetrisk omkring X-X<1->aksen, er ufølsom for de relative vinkelbevegelser mellom de to delene av hovedlegemet.

Den nedre ende av spindelen 30 har en flens 43 som bærer

en fjær 44 innspent mellom denne flensen og'en indre skulder på hylsen 31. Denne fjæren 44 er.anordnet for å påtrykke hylsen 31 en oppadrettet kraft som er litt større enn vekten av den nedre delen 27 av apparatet. Når forankringssystemene 21 og 23 er forankret i rørledningen,- er på denne måten den nedre delen av hovedlegemet i den øvre stilling i forhold til den øvre delen 26. Hvis rørledningen påføres en strekkraft som ved nivået for apparatet resulterer i en forlengelse mellom forank-ringssonene, så blir denne forlengelsen i sin helhet overført til delene 21 og 22 av hovedlegemet som, siden de befinner seg nær hverandre, fritt kan bevege seg vekk fra hverandre.

Den nedre delen 27 av hovedlegemet er ved bunnen avsluttet av en ende med mindre diameter på hvilken det er montert drei-bart en gjenget ring 47 som blir holdt på plass av et stoppe- organ 48. Denne enden har et hulrom i hvilket det er plassert en bæreanordning for kontakter 51 for.å bevirke passende elektriske forbindelser med det nedre forankringssystemet 23.

Rommet mellom spindelen 30 og hylsen 31 danner et tett kammer 52 som på.toppen er lukket av et ringformet stempel 53 som er glidbart montert på spindelen. Pakninger 54 og 55 tilveie-bringer tettning mellom stempelet og spindelen 30 og mellom stempelet og hylsen 31. Kammeret 52 er fyllt med hydraulisk væske, og trykkutjevningsstempelet 53 holder trykket på trykket til borehullsfluidene. På denne måten er ikke spindelen og hylsen utsatt for noen langsgående krefter som skyldes trykket til borehullsfluidene.

De forskjellige spolene er koblet til elektronikkseksjonen i apparatet ved hjelp av ledere, slik som 58 og 59, koblet til kontaktene 3 3.

Apparatet omfatter videre anordninger for å bringe spindelen 30 hovedsakelig til den midtre vinkelstillingen hvor aksen til primærspolen 35 er perpendikulær til den felles aksen til spolene 36 og 37. Disse anordningene omfatter et vindu 56 som er utskåret i den indre flaten av hylsen 31. Vinduet 56 har to sider parallelle med lengderetningen X-X', en. plan nedre flate og øvre skråflater som konvergerer oppover til et punkt loka-lisert midt mellom de to parallelle sidene. En føringstapp 57

i ett stykke med spindelen 30 kan bevege seg innenfor dette vinduet. Normalt blir derfor tappen 57 holdt mot den nedre flaten av vinduet av fjæren 44. De langsgående sidene av vinduet 56 begrenser den vinkelmessige bevegelse av spindelen i forhold til hylsen 31. For å bringe transformatoren som detekterer vinkelbevegelser, til midtstill ingen, blir det nedre forankringssystemet 23 forankret, og kabelen blir trukket oppover for å bringe føringstappen 57 til toppen av vinduet 56. Spindelen som kan ha.dreiet seg inntil den er opp mot sidene av vinduet, blir så brakt tilbake til den midtre vinkelstillingen av tappen 57 som glir langs en av de øvre skråflåtene av vinduet 56. Strekket i kabelen blir så frigjort, og under virkning av fjæren 44 kommer tappen 57 tilbake til bunnen av vinduet 56 mens den forblir i det vesentlige i lik avstand fra dets langsgående sider. Den nedre delen av hovedlegemet er da i den øvre stilling i forhold til den øvre delen. Vinkelbevegelsestrans.for-

matoren er i den midtre stillingen og spolen 40 i transformatoren for deteksjon av langsgående bevegelse er sentrert hovedsakelig på midtpunktet mellom spolene 41 og 42 i sekundærsiden. Apparatet er derfor klart til å måle forlengelsene av bore-rørene og deres vridninger i den ene eller andre retning.

På figur 4 er vist apparatets elektriske kretser som for det meste befinner seg i elektronikkseksjonen 20. En kraftfor-syningskrets 60 leverer en trekantet periodisk strøm ved en fre-kvens på 1000 Hz til primærspolene 35 og 40 som induserer rek-tangelspenninger i spolene på sekundærsidene. Sekundærspolene 36 og 37 i transformatoren som detekterer vinkelbevegelser, er

koblet i serie til inngangsklemmene på en differensialforsterker

61. Utgangssignalet fra forsterkeren 61 blir faserettet av en synkrondetektor 62 som har som referanse 1000 Hz-signalet fra

kraftforsyningen 60. Utgangssignalet fra synkrondetektoren 62 er en likespenn-ing V som er en lineær funksjon av vinkel-bevegelsen til spindelen 30 i hylsen 31. Dette signalet VRhvis fortegn indikerer rotasjonsretningen, blir over kabelen 12 over-ført til overflateutstyret 15 etter å ha blitt omformet om nød-vendig, ved hjelp av et passende overføringssystem.

Sekundærspolene 41 og 42 til transformatoren som detekterer langsgående bevegelse, er koblet 180° faseforskjøvet til klemmene på en differensialforsterker 63 hvis utgang er koblet til en synkrondetektor 64.- Detektorens 64 referanse blir levert av kraftforsyningen 60. Utgangssignalet V fra synkrondetektoren 64 er en likespenning som er proporsjonal med den langsgående bevegelse av spindelen 30 i forhold til hylsen 31. Dette signalet V Li blir overført til overflaten via kabelen på.samme måte som signalet VR.

Under drift blir apparatet satt sammen, som vist på figur

1 og senket ned inne i rørledningen 11 til den dybde ved hvilken det er ønsket å bestemme om borerørene er fastkilt. Ved den valgte dybde blir det nedre systemet 23 forankret og kabelen 12 blir strukket for å bringe den vinkeldetekterende transformatoren tilbake til midtstillingen. Det nedre forankringssystemet. blir så lukket og apparatet blir igjen forankret, først med det øvre forankringssysternet 21. Dette gjør det mulig å sikre at vekten av den øvre delen av apparatet og av kabelen ikke trykker sammen transduseren 22.

Torsjons- og strekkspenninger blir så påført rørledningen fra overflaten mens signalene fra de langsgående og vinkelmessige bevegelsene av transduseren fremvises og registreres. Hvis disse signalene indikerer at borerørene er frie ved den dybden apparatet befinner seg, blir de ovennevnte operasjoner på-begynt igjen ved andre dybder inntil man kan bestemme fastkilingspunktet 14 ved hvilket transduseren 22 ikke lenger indikerer bevegelser. Hvis man ønsker å skru av rørene over fastkilingspunktet, gjør transduseren 22 det mulig å detektere om en avskruende vridning er blitt overført til den ønskede dybden ved hjelp av den første transduseren som bare er følsom

for rotasjon.

Den nettopp beskrevne utførelsesform kan danne utgangspunkt for mange varianter. Primær- og sekundær-viklingene til hver transformator- kan ombyttes. Hylsen kan være i ett stykke med den øvre forankringsanordningen og spindelen med den nedre forankring sanordningen . De to spolene som er koblet 180° fase-forskjøvet, kan være festet til spindelen. Systemet for til-bakeføring til midtpunktet kan utføres på andre måter, osv. Disse variantene er opplagt mulige uten å avvike fra rammen

for oppfinnelsen.

Claims (8)

1. Apparat til å detektere et fastkilingspunkt for en rør-ledning i et borehull, karakterisert ved et . legeme som kan henge i en kabel og som har en langsgående retning og omfatter to deler montert bevegelig i forhold til hverandre med hensyn til langsgående og vinkelmessige begegelser, idet hver av delene er anordnet for å bli forankret inne i rør-ledningen ved hjelp av et styresignal fra overflaten, og første og andre anordninger for henholdsvis å detektere de relative vinkelmessige og langsgående bevegelser mellom delene når rørledningen blir deformert ved å påføre strekk- og torsjons-spenninger til den fra overflaten, hvilken anordning for å detektere vinkelmessige bevegelser omfatter: - en første transformator med en primærvikling festet til . . den første delen av hovedlegemet og anordnet for å bli forsynt med periodisk strøm for å indusere et første signal i en sekundærvikling som er festet til hovedlegemets andre del, idet en første av viklingene omfatter en spole med en radial akse som er perpendikulær til nevnte retning og den andre av . viklingene omfatter to radiale spoler anbrakt på hver sin side av den første viklingen, slik at det første signalet reagerer på de vinkelmessige bevegelser av delene og ikke på de langsgående bevegelser av delene.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for å detektere langsgående bevegelser omfatter en andre transformator med: - en.primærvikling festet til den første delen av hovedlegemet og anordnet for å bli forsynt med periodisk strøm for å indusere et andre signal i en sekunærvikling som er festet til den andre delen av hovedlegemet, idet en første av viklingene omfatter en aksial spole med en akse parallell med nevnte langsgående retning, og hvor den andre av viklingene omfatter to adskilte aksiale spoler som er anbrakt omkring respektive deler av den første viklingen slik at det andre signalet reagerer på langsgående bevegelser og ikke på vinkelmessige bevegelser av delene til hovedlegemet.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at de første viklingene er primærviklinger og de andre viklinger er sekunærviklinger i nevnte første og andre transformator.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at spolene i den andre viklingen i den første transformatoren er montert med sine akser parallelt og den første delen av hovedlegemet er montert bevegelig med en begrenset vinkel-bevegelse på hver side av en midtre vinkelstilling ved hvilken aksen til spolen i den første viklingen til den første transformatoren er perpendikulær til aksene til spolene i den andre viklingen.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved anordninger for å bringe den første delen av hovedlegemet til en vinkelstilling som hovedsakelig svarer til den midtre stillingen til den andre transformatoren.

6. Apparat ifølge noen av kravene 1 til 5, karakterisert ved at en av delene av hovedlegemet omfatter en hylse med en langsgående akse og i hvilken det er montert langsgående og rotasjonsmessig bevegelig i forhold til nevnte akse en spindel som strekker seg fra den andre delen.

7. Apparat ifølge krav 6,. karakterisert ved et kammer anordnet inne i hylsen og i hvilket transformatorene er plassert, hvilket kammer er fylt med en hydraulisk væske, .og anordninger for i det vesentlige å opprettholde samme trykk i kammeret som i borehullet.

8. Apparat ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved elastiske anordninger for å motvirke vekten av den nedre delen av hovedlegemet og for å skyve denne nedre delen oppover slik at den kan bevege seg nedover i forhold til den øvre delen av hovedlegemet etter forankring- i rø rledningen.