NO822911L - Frigjoeringsanordning. - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår en aksellerator for frigjør-ings innretninger . Akselleratoren (11) omfatter et langstrakt rørformet verktylegeme (12) med en indre skulder (17), og en langstrakt spindel (13) som er montert aksialt glidbart i verktylegemet (12) og har en utad vendende skulder (18). Flere koniske skivefjærer (29) er anordnet på innsiden av verktøylege-met (12) omkring spindelen (13) og mellom skuldrene (17, 18).

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt oppfisk-ingsinnretninger for bruk i en borebrønn for å frigjøre fastklemte gjenstander. Især angår den foreliggende oppfinnelse en aksellerator for bruk med en frigjøringsinnretning med et aktivt arbeidsslag mellom en innstilt stilling og en slag-stilling og en sperre som kan påvirkes av en kraft fra fri-gjøringsinnretningen og som holder frigjøringsinnretningen i den innstilte stilling inntil en på forhånd fastlagt strekk-kraft påføres.

Under boring og ferdigstilling av dype boringer som eksempelvis ved boringer for produksjon av petroleumprodukter vil enkelte ganger gjenstander som eksempelvis borerør, rør, brønnverktøy og andre innretninger fastklemmes i borebrønnen og kan ikke fjernes ved å tilføre vanlige oppadrettede kref-ter. I slike tilfeller er det nødvendig å tilføre sterke fri-gjøringskrefter til den fastklemte gjenstand for å kunne fri-gjøre denne med etterfølgende fjerning fra borebrønnen. Det har vært utviklet innretninger for å påføre slike frigjørings-krefter og disse er kjent som frigjøringsinnretninger.

Frigjøringsinnretningene omfatter generelt et legeme som er festet til'den fastklemte gjenstand og en spindel som er glidbart montert i legemet og er festet til overflaten via rør eller wirer. Legemet har en ambolt og spindelen har en hammer. Der foreligger anordninger for løsbart å forbinde spindelen og legemet for å holde ambolten og hammeren adskilt fra hverandre, idet størrelsen av denne avstand er kjent som frigjøringsinnretningens arbeidsslag. De løsbare sammenkob-lingsanordninger er innrettet til å frigjøres når strekket mot frigjøringsinnretningen overskrider et bestemt nivå. Når sammenkoblingsanordningen frigjøres kan hammeren fritt beveges oppad for å slå mot ambolten.

For at spindelen skal kunne bevege seg oppad etter frigjøring av sammenkoblingsanordningen, må der.være lagret tilbakevirkende energi i rørets eller wirens streng som er forbundet mellom overflaten og spindelen. Typisk er den lagrede tilbakevirkende energi fordelt over systemet og omfatter strekk av røret, strekk i wiren i løfteanordningen og noe kompresjon av tårnet.

Der foreligger flere begrensninger ved frigjørings-innretningenes effektivitet. Eksempelvis vil friksjonen av røret eller wiren i avbøyde eller knekkede hull mot hullets vegg redusere hastigheten med hvilken den lagrede strekkenergi overføres til frigjøringsinnretningen etter frigjøring av sammenkoblingsanordningen, noe som reduserer frigjøringskreftene. Ved mindre dybde vil der også kun foreligge en liten rørlengde eller wirelengde hvor den oppadrettede energi kan lagres. Således vil frigjøringsanordningenes effektivitet ved mindre dybder være begrenset.

I et forsøk på å øke frigjøringsinnretningenes effektivitet har det vært utviklet flere innretninger som til dels har vært kjent som akselleratorer, frigjøringsforsterkere eller forsterkere. Slike innretningers primære funksjon er å lagre oppadrettet energi i innretningen som innsettes i strengen umiddelbart over frigjøringsanordningene og borekra-vene eller lodd-stengene,heller enn i røret eller wiren. En slik innretning fremstilles av Bowen Tools Inc. og er vist i 1976-77 Composite Catalog, side 734 og mer detaljert i Bowen Tools Inc. Technical Manual nr 4019. Bowen-akselleratoren lagrer energi ved kompresjon av et komprimerbartfluidum. En annen slik innretning fremstilles av Johnston og er omtalt i 1976-77 Composite Catalog.,. side 8624. Johnston-innretningen lagrer energi ved kompresjon av en gass.

Der foreligger flere mangler ved innretningene både fra Johnston og Bowen. Dersom en tetning i en av disse skulle svikte vil innretningen ikke virke. Videre utvikler begge innretninger høye trykk under bruk og utsettes for mekaniske feil når de brukes ved eller nær overflaten. I tillegg vil fjærkraften som utvikles mot frigjøringsinnretningen øke med temperaturene på grunn av gass- eller fluidumladningen i de kjente innretninger. Da temperaturforholdene i brønnboringer forandres vil således også den kraft som utvikles av innretningen endres.

Det er således et mål for den foreliggende oppfinnelse å overbygge manglene ved innretninger ifølge kjent teknikk.

Generelt imøtegås de foregående og andre mål ved fri-gjøringsakselleratoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse som omfatter et rørformet verktøy og en langstrakt spin del som er aksialt glidbart montert i verktøyet. Verktøyets legeme har en indre skulder og spindelen har en utad rettet skulderflate som sammen danner.et indre fjærkammer mellom spindelen og legemet. Flere koniske skivefjærer er stablet omkring spindelen i fjærkammeret. Der foreligger anordninger for å holde trykket i fjærkammeret ved i det vesentlige samme nivå som trykket på utsiden av verktøyets legeme under bruken av f rigjøringsakselleratoren.'

Fjærskivene velges slik at de har en sammensatt fjærkonstant slik at komprimeringen av alle skivefjærene over en lengde som er større enn frigjøringsinnretningens arbeidsslag som benyttes for frigjøringsakselleratoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse, utvikler en kraft som er mindre enn den kraft som kreves for å frigjøre frigjøringsinnretningens sammenkoblingsanordning. Sagt på en annen måte velges skivefjærene slik at akselleratoren under bruk vil strekke seg mere ut enn frigjøringsinnretningens arbeidsslag slik at generelt sett hele bevegelsen under arbeidsslaget tilføres av akselleratoren.

Ved et aspekt av oppfinnelsen omfatter de mange skivefjærer et første sett med en komprimeringslengde som minst er så lang som frigjøringsanordningens arbeidsslag og en total fjærkonstant som er slik at den kraft som utvikles over kompri-meringslengden er større enn.kraften som kreves for å frigjøre frigjøringsinnretningen, og et andre sett med skivefjærer med en total fjærkonstant som er større enn det første setts.

På tegningen viser figur 1 skjematisk et snitt av akselleratoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse i kombinasjon med borekraver og en frigjøringsinnretning umiddelbart før frigjøring.av frigjøringsinnretningens sperremekanisme, figur 2 viser skjematisk et riss tilsvarende figur 1 hvor fri-gjøringsinnretningen er vist etter frigjøring av sperren, men før slagpåvirkningen, figur 3 viser skjematisk et riss tilsvarende figur 1 og 2 med frigjøringsinnretningen i slagstil-ling, figur 4a viser et lengdesnitt av den øvre ende av fri-gjøringsakselleratoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse og figur 4b viser et lengdesnitt av den nedre ende av frigjøringsakselleratoren ifølge den foreliggende oppfinnelse.

På figur 1-3 er frigjøringsakselleratoren i henhold til den foreliggende oppfinnelse generelt betegnet med 11. Akselleratoren 11 omfatter et rørformet legeme 12 og en rør-formet spindel 13 som er aksialt glidbart montert i legemet 12. Spindelen 13 har ved sin øvre ende en verktøykobling 14 som er innrettet til forbindelse med borerør eller annen an-ordning for verktøyfestet. Den nedre ende av verktøylegemet 12 er utformet for å danne en verktøykobling 15 som er innrettet til forbindelse med vektanordninger, eksempelvis borekraver 16 eller loddstenger.

Frigjøringsakselleratoren 11 er innrettet for bruk med en frigjøringsinnretning generelt betegnet med 20 for begrenset oppadrettet slag. Frigjøringsinnretningen 20 er for-trinnsvis en mekanisk innretning av typen omtalt .i US 4 333 542, imidlertid kan frigjøringsakselleratoren 11 benyttes sammen med andre innretninger med begrenset oppadgående slag, eksempelvis frigjøringsinnretninger med olje.

Innretningen 20 omfatter et langstrakt legeme 21 og en langstrakt aktiveringsspindel 22. Legemet 21 er utformet for å danne en indre ambolt 23 og en aktiveringsspindel 22 er utformet for å danne en hammer 24. Innretningen 20 omfatter en sperre 25 som danner en løsbar forbindelse mellom frigjør-ingslegemet 21 og aktiveringsspindelen 22. Når legemet 21 og spindelen 22 er sammenlåst, vil bolten 23 og hammeren 24 være adskilt fra hverandre med en avstand S, som vist på figur 1. Avstanden S betegnes som frigjøringsinnretningens arbeidsslag. Sperrens 25 kobling er løsbar når det aksiale strekk mellom frigjøringslegemet 21 og aktiveringsspindelen 22 overskider et bestemt nivå. Fjæranordninger 26 er anordnet for innstilling av det spenningsnivå hvor sperren 25 skal frigjøres.

Aktiveringsspindelen 22 i innretningen 2 0 omfatter ved sin øvre ende en verktøykobling 27 som er innrettet til forbindelse med borekraven 16.Frigjøringslegemet 21 omfatter ved sin nedre ende en verktøykobling 28 som er innrettet til forbindelse med et oppfiskingsverktøy, dersom .frigjøringsinn-retningen 20 benyttes som en oppfiskingsinnretning, eller med borekraver dersom innretningen 20 benyttes som en borefrigjør-ingsinnretning.

Frigjøringsakselleratorens 11 legeme er utformet for

å danne en indre skulder 17 og spindelen 13 er utformet for å danne en motstående skulder 18. Skuldrene 17 og 18 samvirker for å danne et fjærkammer 19 som inneholder en stabel med koniske skivefjærer 29. Skivefjærene 29 presser skuldrene 17 og 18 fra hverandre.

Frigjøringsinnretningen 20 på figur 1 er vist umiddelbart før frigjøring av sperren 25. Fjæranordningene 26 i innretningen 20 er sammenpresset for å frembringe en kraft som er noe mindre enn sperrens innstilte kraft. Skivefjærene 29

i frigjøringsakselleratoren 11 sammenpresses ved at skuldrene 17 og 18 beveges mot hverandre. Skivefjærenes 29 kompresjon lagrer energi som ved frigjøring av sperren 25 overføres til borekragene 16-og frigjøringsinnretningen 20. Skivefjærene 29 er utvalgt og innrettet til å ha en total fjærkonstant som er slik at frigjøringsakselleratorens 11 forlengelse ved lad-ning er større.enn arbeidsslaget 6 i frigjøringsinnretningen 20.

Figur 2 viser frigjøringsinnretningen 20 i et øyeblikk etter frigjøring av sperren 25. Når sperren 25.frigjøres kan frigjøringslegemet 21 og aktiveringsspindelen 22 fritt bevege seg aksialt i forhold til hverandre for således å til-late hammeren 24 å bevege seg mot ambolten 23. Den kraft som forårsakes ved bevegelsen av hammeren 24 mot ambolten 23 frem-bringes av frigjøringsakselleratoren 11. Den lagrede energi i skivefjærene 29 overføres til borekragene 16 og aktiveringsspindelen 22. Etter frigjøring av sperren 25 aksellererer aktiveringsspindelen 22, borekragene 16 og akselleratorens verktøylegeme 12 som er i det vesentlige fast sammenkoblet, hurtig oppad som i en enhet og den potensielle energi som er lagret i fjærene 29 omformes til kinetisk energi.

Frigjøringsinnretningen 20 er på figur 3.vist i det øyeblikk hammeren 24 slår mot ambolten 23.. Slaget mellom hammeren 24 og ambolten 23 forårsaker bevegelsen av borekragene 16 og akselleratorens verktøylegeme 12 til et plutselig stopp som i sin tur overfører en betydelig impuls via den nedre verk-tøykobling 28 til den fastklemte gjenstand. Som vist på figur 3 foreligger frigjøringsakselleratoren 11 fremdeles, i en noe forlenget stilling og skivefjærene 29 er fremdeles noe kompri- mert. Således vil alltid før slaget frigjøringsakselleratoren 11 gi aksellerasjon til borekragene 16 og aktiveringsspindelen 22.

Figur 4a og 4b viser den foretrukne utførelse av fri-gjøringsakselleratoren 11.. Akselleratorverktøyets legeme 12 omfatter et øvre legeme 3 0 som er sammengjenget med et øvre midtre legeme .35.. Det øvre midtre legeme 35 er igjen sammen-gj enget med et nedre midtre legeme 40. Det nedre midtre legeme 40 er sammenskrudd med et nedre legeme som omfatter verktøy-koblingen 15.. Det øvre legeme 30, det øvre midtre legeme 35, det nedre midtre legeme 40 og det nedre legeme .35 danner på denne måte et enhetslegeme og egnede doble O-ringstetninger, eksempelvis tetningene 31 og 36 ved den gjengede indre kobling mellom det øvre legeme 30 og det øvre midtre legeme 35 er anordnet ved alle de gjengede indre koblinger mellom legemets 12 partier for således å gjøre legemet 12 fluidumtett.

Akselleratorens spindel 13 omfatter et øvre parti 50 som omfatter øvre verktøykobling og et nedre parti 60. Det øvre spindelparti 50 og det nedre spindelparti 6 0 er sammengjenget ved hjelp av en kobling 62. Egnede tetninger, eksempelvis tetningen 63, anordnet for å tette sammenkoblingene mellom det øvre spindelparti 50 og det nedre spindelparti 60 med koblingen 6 2 for således å gjøre enhetsspindelen 13 fluidumtett.

Legemets 12 skulder 17 er utformet ved den nedre ende av det øvre midtre legeme 35 og en fjærbelastet ring 37 er anordnet mellom det nedre midtre legeme og det nedre spindelparti 60. Den nedre skulder 18 er dannet av en justerings-mutter 61 som går i inngrep med et langstrakt gjenget parti 64 på det nedre spindelparti 60. En låsemutter 65 er anordnet for låsing av justeringsmutteren 61 i stilling og for å hindre aksial bevegelse av denne. Fjærkammeret 19 omfatter således det ringformede rom mellom det nedre spindelparti 60 og det nedre midtre legeme 40 som er aksialt forbundet ved.hjelp av den fjærpåvirkede ring 37 ved en ende og av justeringsmutteren 61 ved den annen.

Skivefjærene 29 omfatter et første sett 29a med relativt stive skivefjærer og et annet sett 29b med relativt mindre stive skivefjærer. De respektive antall.og stivheter i skivefjærene i settene 29a og 29b er valgt i henhold til karakteris- tika for frigjøringsinnretningens arbeidsslag og frigjørings-belastningen for sperren, ved hvilke akselleratoren 11 benyttes. Især.velges skivefjærene.i det annet sett 29b slik at det har en total fjærkonstant og lengde slik.at sammentryk-ningen av det annet sett 29 over. en avstand som.er lik frigjør-ingsinnretningens arbeidsslag, frembringer en kraft som er mindre enn frigjøringsbelastningen for sperren .i frigjørings-innretningen. Sagt på en "annen måte tillater lengden og den totale fjærkonstant i det annet sett 29b at forlengelsen av spindelen 13 i forhold til akselleratorens verktøylegeme 12 under bruk er større enn frigjøringsinnretningens arbeidsslag.

Det annet sett 29b er utformet for å ha en større total fjærkonstant enn det første sett 29a. Skivefjærene 29 gir således akselleratoren 11. en progressiv fjærkarakteristikk med en første forlengelsesdel av akselleratoren 11 (sammentryk-king av skivefjærene 29) over en lengde som er lik innretningens arbeidsslag, ved hjelp av det annet sett 29b og frembringer en kraft som er. mindre enn den kraft som kreves for å fri-gjøre frigjøringsinnretningen. En andre forlengelsesdel av akselleratoren 11 oppstår ved hjelp av sammenpressing av det annet sett 29b over en relativt liten avstand for å frembringe en kraft som er nødvendig til å frigjøre frigjøringsinnret-ningen.

Den progressive fjærkarakteristikk.i henhold til den foreliggende oppfinnelse er især hensiktsmessig ved situasjoner hvor det er satt bonus på lengden og hvor frigjøringsinn-retningen kan innstilles over et stort område frigjøringskref-ter. I slike situasjoner velges det annet sett 29b slik at akselleratorens 11 forlengelse over en lengde tilsvarende fri-gjøringsinnretningens arbeidsslag, frembringer en kraft som er mindre enn den minste innstilling for frigjøring. Det første sett 29a velges slik at relativt liten ytterligere forlengelse av akselleratoren 11 frembringer tilstrekkelig til-leggskraft til å frigjøre frigjøringsinnretningen ved den største innstilling. Således tillater den progressive fjærkarakteristikk av akselleratoren 11 at skivefjærenes 29 lengde minimeres mens det på samme tid sikres at akselleratorens 11 forlengelse alltid overstiger innretningens arbeidsslag. For en mer omfattende diskusjon av skivefjærer henvises til "Precision (Belville) Dise Springs Engineering Handbook", ut-gitt av Key Belvilles Inc.,- R.D. No. 2, Box 191C, Leechburg, Pennsylvania 15656. Ulike utforminger av.skivefjærene 29 kan tillempes ved endring av justeringsmutterens 61 stilling på

det gjengede parti 64.

Avstanden mellom akselleratorens verktøylegeme 12 og akselleratorens spindel 13, med fjærkammeret 19 er fortrinns-vis fylt med en smøreolje." Et sett med øvre spindeltetninger, omfattende en tetning 51, er anordnet for'å danne en glidende tetning mellom det øvre legeme 30 og det øvre spindelparti 50 for å adskille smøreoljen'fra akselleratorens .11 ytre omgiv-else. Der foreligger også på begge av tetningen 51 et par med beskyttelsesringer, omfattende beskyttelsesringen 52. Den andre ende av akselleratoren 11 er tettet ved hjelp, av et fritt stempel 66 som er glidbart montert mellom det nedre spindelparti 60 og det nedre legeme 45 i' et reservoir 67. Det frie stempel 66 ligger tettende an mot både det nedre spindelparti 60 og det nedre legeme 45 ved hjelp av et sett med tetninger og beskyttelsesringer, omfatter tetningen 68 og beskyttelsesringen 69. Det frie stempel 66 kan fritt beveges for å oppta volumforandringer . i smøreoljen under akselleratorens 11 bruk. Det frie stempel 66.balanserer også ut trykket på begge sider for således å holde trykket i smøreoljen mellom akselleratorens verktøylegeme 12 og spindelen 13 samt fjærkammeret 19, på et nivå som i det vesentlige er lik omgivelsestrykket. Da akselleratoren 11 arbeider ved et trykkbalansert forhold, vil svikt av en eller alle tetninger ikke påvirke akselleratorens 11 bruk. Svikt i tetningen kan kun forårsake forurensning eller tap av smøreolje, men vil ikke nedsette verktøyets yteevne. Påfyll-ingsplugger 54 og 55 er anordnet for å fylle smøreolje i akselleratoren 11. Ved spesielle utførelser kan tetningene og smøre-oljen unngås slik at fjærkammeret 19 kan stå i direkte forbindelse med borebrønnen.

For at dreiemoment skal kunne overføres over akselleratoren 11, kan det øvre legeme 30 og det øvre spindelparti 50 ha samvirkende spor 57 og 58. Sporene gjør det mulig å benytte akselleratoren 11 med borefrigjøringsinnretninger.

Av det foregående vil det fremgå at denne oppfinnelse er godt innrettet til å tilfredsstille alle mål. og ønsker som er nevnt foran sammen med andre fordeler.som klart fremgår som innretningens egenskaper.

Det er underforstått at spesielle.trekk og kombinasjoner er nyttige og kan utnyttes i sammenheng med andre trekk og kombinasjoner. Dette er forventet og ligger.innenfor kra-venes ramme.

Da mange mulige utførelser kan utvikles av.oppfinnelsen uten å skille seg fra dennes ramme er det underforstått at alle trekk som.her er beskrevet og:vist på tegningene skal forstås som illustrasjoner og ikke som begrensninger.

Claims (15)

1. Aksellerator for bruk med en frigjøringsinnretning som virker på grunnlag av frigjør-ingsinnretningens arbeidsslag' og kraft, karakterisert ved at den har et langstrakt rørformet verktøy-legeme med en innad rettet skulderflate, en langstrakt spindel som er montert aksialt glidbart i legemet med en utad rettet skulder som er.aksialt festet til denne, idet skuldrene danner et indre fjærkammer mellom spindelen og legemet, og flere koniske skivefjærer anordnet i fjærkammeret omkring spindelen mellom skuldrene.

2. Aksellerator.ifø lge krav 1, karakterisert ved at skivefjærene omfatter et første .sett _skivefjærer med en kompresjonslengde som er minst så lang som frigjørings-innretningens arbeidsslag og en total fjærkonstant som er slik at den kraft som utvikles over kompresjonslengden er mindre enn den kraft som kreves til å frigjøre frigjøringsinnretningen.

3. Aksellerator ifølge krav 2, karakterisert ved at skivefjærene omfatter et andre sett med skivefjærer som har en total fjærkonstant som en større . enn.. den . totale fjærkonstant-i det første sett.

4. Aksellerator ifølge krav 3, karakterisert ved at den totale fjærkonstant i det annet sett er slik at en kraft som er større enn den kraft som*kreves for å aktivere frigjøringsinnretningen utvikles over en kompresjonslengde av det annet sett som er mindre enn frigjøringsinnretningens slag.

5. Aksellerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den har anordninger for å opprettholde i det vesentlige likt trykk på innsiden av fjærkammeret og på utsiden av verktøylegemet.

6. Aksellerator ifølge krav 5, karakterisert ved at anordningene for å opprettholde trykket omfatter et stempel som er anordnet glidbart tettende omkring spindelen og i verktøylegemet.

7. Aksellerator ifølge krav 1, karakterisert < ved at den har et i det vesentlige inkompressibelt fluidum som fyller kammeret, og anordninger for kompensasjon for volumforandringer av kammeret og for utbalansering av trykket i det j fluidum sem fyller kammeret og trykket på utsiden av verktøy- legemet under akselleratorens bruk.

8. Aksellerator ifølge krav 7, karakterisert ved at anordningen for kompensasjon og avbalansering omfatter lukkeanordninger som er anordnet bevegelig mellom spindelen og verktøylegemet.

9. Aksellerator ifølge krav 8, karakterisert ved at lukkelegemet omfatter et stempel som er anordnet bevegelig mellom spindelen og verktøylegemet og omfatter anordninger for å danne en tetning både mot spindelen og mot verk-tøylegemet.

10. Aksellerator ifølge krav 1, karakterisert ve d at den omfatter anordninger for å overføre dreiemoment mellom spindelen og verktøylegemet.

11. Aksellerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter anordninger for å:forandre avstanden mellom skuldrene for å tillempes ulike lengder av settene med skivefjærene.

12. Aksellerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den har anordninger for glidbar tetning mellom verk-tøylegemet og spindelen i aksialt motsatte ender av fjærkammeret, og at inkompressibelt fluidum fyller rommet mellom tet-ningsanordningen på innsiden av verktøylegemet og på utsiden av spindelen.

13. Aksellerator ifølge krav 12, karakterisert ved . at den omfatter anordninger for å opprettholde trykket i det inkompressible fluidum i det vesentlige konstant under akselleratorens bruk.

14. Aksellerator ifølge krav 12, karakterisert ved at den har anordninger for avbalansering av trykket i fluidet med trykket på utsiden av tetningsanordnin-gen.

15. Aksellerator ifølge krav 14, k a r a k t e r: i - sert ved at anordningen for trykkavbalansering omfatter stempelanordninger med én ende som vender mot fluidet og den annen ende som vender mot trykket på utsiden av tetningene.