NO850347L - Stoetdemper for borestreng - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår teleskopiske støtdempere for bruk

i borestrenger festet til borkroner for rotasjonsutboring av borehull i jordformasjoner, og særlig støtdempere som er i stand til å arbeide effektivt såvel når den påhvilende boretyngde overstiger borefluidtrykket i støtdemperen, som når borefluidtrykket overstiger den påhvilende borevekt og virker til å forlenge eller utvide støtdemperen.

US patentsøknad nr. 879 237 viser en borestreng-støtdemper som innbefatter to adskilte fjærenheter, hvorav den ene sammentrykkes som følge av boretyngden som overføres gjennom støtdemperen til borkronen, hvilken overvinner løfte-kraften som utøves av det gjennom støtdemperen strømmende borefluid. Den andre fjærenhet sammentrykkes når boretyngden som overføres gjennom støtdemperen ikke er tilstrekkelig til å overvinne løftekraften fra fluidtrykket som strømmer gjennom støtdemperen. Denne støtdemper har den fordel at den virker tilfredsstillende såvel når den påvirkes av lav som av høy boretyngde. Imidlertid virker fjærenhetene bare én om gangen, idet den andre fjærenhet er ubelastet. Derved senkes fjærenhe-tenes levetid, hvilket medfører utskifting av fjærer og andre deler og fordyrer boreoperasjonen og boreutstyret.

Ved foreliggende oppfinnelse har den teleskopiske støtdemper indre og ytre rørelementer som er innbyrdes forskyvbart kileforbundet for overføring av dreiemoment til borkronen. Den innbefatter én eneste fjærenhet som sammentrykkes i én retning når høye borebelastninger eller -tyngder overføres gjennom støtdemperen. Og sammentrykkes i motsatt retning når borefluidtrykket er tilstrekkelig høyt til at det utøver en løftekraft som forlenger det øvre rørelement i forhold til det nedre rør-element. Fjærenheten er følgelig i sammentrykket tilstand under alle boreforhold og utøver således en trykkraft på støtdem- peren som er i stand til å dempe vibrasjoner og støt som borestrengen utsettes for under boreoperasjonen.

Som følge av at støtdemperen omfatter bare én enkelt fjærenhet får støtdemperen en enklere konstruksjon og kortere lengde, samtidig som kostnadene for fremstilling og vedlikehold av støtdemperen blir mindre og dens levetid for-lenges. Dessuten vil den omstendighet at fjærenheten er kon-tinuerlig belastet under de forskjellige forhold som opptrer

i borehullet under boreoperasjonen, medføre at fjærenheten får vesentlig lenger levetid med hensyn til utmattning enn fjærenheter som belastes under visse boreforhold og som ikke belastes under andre forhold.

Foreliggende oppfinnelse innebærer mange andre trekk og fordeler som vil fremgå klarere ved betraktning av en mulig utføringsform av oppfinnelsen. Denne utføringsform er vist på tegningen og skal i det følgende beskrives i detalj for å illustrere de generelle prinsipper ved oppfinnelsen, men det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til den beskrevne utføringsform. Fig. la, lb, lc, ld og le danner sammen et kvart lengdesnitt gjennom en støtdemperanordning ifølge oppfinnelsen, idet fig. lb, lc, ld og le er nedre forlengelser av henholdsvis fig. la, lb, lc og ld, Fig. 2 er et tverrsnitt langs linjen 2-2 på fig. lb, Fig. 3 er et tverrsnitt langs linjen 3-3 på fig. lc, Fig. 4 er et utsnitt som motsvarer fig. lc og ld, og som viser støtdemperens fjærenhet sammentrykket i nedadret-ning, og Fig. 5 er et riss lik fig. 4 som viser fjærenheten sammentrykket i oppadretning. Figurene på tegningen illustrerer en støtdemper 10 som er innrettet til å innkoples i en borerørstreng sammen med vektrør 11 og en borkrone (ikke vist) som benyttes ved rotasjonsutboring av et borehull i jordformasjoner. Støtdemperen innbefatter en indre hoveddel eller dor 12 som er teleskopisk anordnet i et ytterhus 13. Som vist er en øvre del 14 av doren 12 utformet med et innvendig gjenget muffeparti 15 som står i inngrep med gjengetappen 16 på et tilstøtende vektrør 11 i borestrengen, idet den nedre ende av øvre dordel er sammenskrudd med øvre ende av en mellomliggende dordel 17, hvis nedre

ende er sammenskrudd med øvre ende av en nedre dordel 18. Ytterhuset innbefatter en øvre husdel 19 til hvilken er festet en tetningshylse 20, f.eks. ved hjelp av en sveis 21, idet tetningshylsen bærer en passende tetningsring 22 som er innrettet til å utgjøre én forskyvbar tetning mot omkretsen til den øvre dordel 14. Hylsen bærer også en passende, elastomerisk skrapering 23 som ligger an mot omkretsen til den indre dordel 14 som tvinges mot denne omkretsen ved hjelp av en sam-mentrekkbar ring 24 . Mellom skraperingen 23 og tetningsringen 22 er anordnet en passende lagerring 25 omgitt av O-ring 26.

I den øvre husdel 19 under tetningshylsen 20 er anordnet en foring 27 som ligger forskyvbart an mot omkretsflaten til den indre dordel 14, idet foringen hviler på en oppadvendt brystning 28 i øvre husdel og virker til å holde den indre dordel 14 i riktig forskyvbar stilling i forhold til ytterhuset 13. Nedre ende av øvre husdel 19 er fastskrudd til øvre ende av en mellomliggende husdel 29 hvis nedre ende er fastskrudd til øvre ende av en annen mellomliggende husdel 30 hvis nedre ende er fastskrudd til øvre ende av en nedre husdel 31 med en gjengetapp 32 i inngrep med et innvendig gjenget muffeparti 33 som kan være del av et vektrør eller annet rør 34 til hvilket borkronen (ikke vist) er festet. Delen 34 kan være øvre ende av en fluidmotor (ikke vist), hvis nedre ende er festet til en borkrone.

Den indre dordel 12 og huset 13 kan beveges aksielt i forhold til hverandre mellom en sammentrukket tilstand og en utvidet eller forlenget tilstand. I tillegg kan et dreiemoment overføres mellom den indre dordel og ytterhuset ved hjelp av en forskyvbar kileforbindelse 36. Som vist har den indre dordel 14 langsgående utvendige spor 37 som opptar kiler 38 som er anordnet i motstående innvendige spor 39 i den mellomliggende husdel 29, idet noen vesentlig langsgående bevegelse av kilene hindres ved kilenes anlegg mot nedre ende 4 0 av øvre husdel 19 samt ved en oppadvendt brystning 41 i mellomliggende husdel. 29. Det skal bemerkes at de utvendige kilespor 37 i øvre dordel har større lengde enn kilene 38 slik at delen 12 kan beveges aksielt i begge retninger inne i og i forhold til huset samtidig som dreiemoment kan overføres fra borestrengen 11 og den indre dordel 12 til ytterhuset 13, samt fra ytterhuset til borkronen eller til det tilkoplede nedre vektrør 34.

Under utboringen av borehullet vil borkronen gi opphav til vibrasjoner som støtdemperen skal oppta for å hindre at slike vibrasjoner eller støt skader støtdemperen og deler av borestrengen. Som vist er en fjærenhet 50 anordnet i et ringformet kammer 51 mellom den mellomliggende dordel 17 og den nedre mellomliggende husdel 30, idet fjærenheten på figu-ren er vist i form av en stabel koniske fjærskiver eller tal-lerkenfjærer 52. Øvre ende av fjærskivene ligger an mot en øvre ring 53 som er tilpasset for anlegg mot nedre ende av en foring eller fjærstopper 54 som er anordnet i den mellomliggende husdel mellom en brystning 55 på den øvre hus-mellomdel og en brystning 56 på den nedre hus-mellomdel 30. Den øvre trykkring 53 ligger også an mot en oppadvendt brystning 57 på dor-mellomdelen 17. Nedre ende av tallerkenfjærstabelen 50 ligger an mot en nedre trykkring 60 hvis nedre ende ligger an mot en oppadvendt nedre fjærstopper eller brystning 61 på nedre hus-mellomdel 30, og ved øvre ende 62 av dor-innerdelens 12 nedre del 18.

Ved det ovenfor beskrevne arrangement kan doren 12 beveges nedover i forhold til huset 13 slik at fjærenheten 50 sammentrykkes mellom den øvre trykkbrystning 57 på doren og den nedre fjærstopper 61 i huset. Doren 12 kan også beveges oppover i huset 13 slik at fjærstabelen sammentrykkes mellom nedre trykkbrystning 62 og nedre ende av foringen eller fjærstopperen 54. Fjærenheten 50 blir således trykkbelastet både når doren beveger seg nedover i forhold til huset og når den beveger seg oppover i forhold til huset, som vist i henholdsvis fig. 4 og 5.

Under boreoperasjonen pumpes boreslam eller annet borefluid ned gjennom borestrengen 11, støtdemperen og rørele-mentet 34 og den underliggende borkrone i den hensikt å spyle borekaks fra boreområdet i borehullet og opp gjennom ringrommet rundt borestrengen til toppen av borehullet. For å sikre fri relativ bevegelse mellom støtdemperens teleskopdeler, er der mellom huset og doren anordnet et smøremiddelkammer 51 som er forlenget idet det strekker seg fra et ringformet trykkut-ligningsstempel 70 som omslutter nedre parti av nedre dordel 18 og glir mot innerveggen 71 i nedre husdel 31. Dette stem-pel bærer passende indre tetningsringer 72 som ligger an mot omkretsen til dordelen 18, samt ytre tetningsringer 73 som ligger an mot innerveggen i nedre husdel. Smøremiddelkammeret 51 strekker seg fra stemplet 70 oppover mellom dordelen 18 og husdelen 31, gjennom fjærkammeret 51, og gjennom apparatets drivkileforbindelse 36, og langs foringen 27, og ender ved tetningsringen 22 i tetningshylsen 20. I øvre hus-mellomdel er anordnet en lagerring 75 som ligger an mot omkretsflaten til øvre dordel 14. For å muliggjøre gjennomstrømning av smøremiddel er imidlertid langsgående innvendige spor 76 utformet i lagerringen, som vist i fig. 3.

Trykkutligningsstemplet 70 virker til å overføre trykket i borefluidet som pumpes gjennom apparatet til smøremid-let i kammeret 51 som fullstendig fyller kammeret mellom ut-ligningsstemplet og tetningsringen 22. Stemplets bevegelse nedover i forhold til nedre dordel 18 begrenses ved anlegg mot øvre ende av en anslagsring 77 som er innesluttet mellom en brystning 78 i nedre dordel og en splittring 79 montert i ett spor 80 i nedre dordel og på hvilken anslagsringen 77 hviler.

Smøremidlet kan anbringes i det langstrakte smørekam-mer 51 via en passende åpning 81 i nedre ende av fjærkammeret, idet smøremidlet stiger i kammeret til en øvre åpning 82 i øvre husdel hvorved luft kan unnslippe fra kammeret. Støtdemperen kan fylles når den er anbragt i en tilnærmet horisontal, men noe oppadskrånende stilling, hvorved hele kammeret 51 kan fylles fullstendig med olje, praktisk talt uten gjenværende luft i kammeret, hvoretter nedre åpning 21 lukkes ved hjelp av en passende gjengeplugg 83 og øvre åpning 82 lukkes av en passende gjengeplugg 84.

Under utførelse av boreoperasjonen pumpes borefluidet gjennom borestrengen og støtdemperen, ut gjennom dysene eller åpningene (ikke vist) i borkronen, og stiger deretter opp rundt apparatet og borestrengen til toppen av brønnen. Dysene utgjør innsnevringer som hindrer fri fluidstrømning og derved skaper en trykkforskjell i apparatet. Trykkforskjellen i apparatet kan f.eks. være fra ca. 20 kp/cm 2 til 50 kp/cm 2. Denne trykkforskjell virker på endeflaten P (fig. la) til doren 12 slik at denne sammen med den overliggende'borestreng 11 påvirkes av en oppadrettet kraft. Ved boring på grunt vann, eller ved ut-videlse av borehullet, er boretyngden som kan tillates å virke på bor- eller rømmerkronen forholdsvis lav. Følgelig vil den indre dor 12 beveges oppover i huset og derved hindre nedad-rettede krefter fra å overføres fra den indre dor 12 gjennom fjærenheten 50 til den nedre fjærstopper eller brystning 61 i det ytre element, dvs. en tilstand som vist i fig. 5. Den nødvendige kraft for å trykke borkroneskjærene mot formasjonen frembringes da av fluidtrykket som virker over tverrarealet S til den nedre husdel 31 og til den nedenforliggende borkrone (bortsett fra det forholdsvis ubetydelige areal gjennom borkrone-dysene eller -åpningene). Til tross for den omstendighet at der ikke overføres noen nedadrettet kraft fra den indre dor 12 gjennom fjærstabelen 50 under de aktuelle forhold, er fjærskivestabelen likevel trykkbelastet, idet den sammentrykkes mellom den oppadvendte brystning 62 i nedre dordel 18 og nedre ende av fjærstopperen 54 i den ytre husdel 30. Vibrasjoner som følge av borkronens omdreining i borehullet blir derved absorbert og dempet av den sammentrykte fjærenhet.

Skulle på den annen side boretyngden som på grunn av borestrengens vekt virker på borkronen bli større enn den oppad-rettede kraft på grunn av fluidtrykket på den indre dor, vil fjærenheten 50 sammentrykkes mellom øvre brystning 57 i det indre element og den nedre fjærstopper 61 på det ytre element (fig. 4). Den totale kraft som virker på borkronen skriver seg fra tyngden av borestrengen 11 samt den hydrauliske kraft på grunn av borefluidet i støtdemperen som virker i nedadretnin-gen på husdelen 31 og den underliggende borkrone. Ved den sist beskrevne tilstand vil fjærenheten være trykkbelastet og derved tilveiebringe et apparat som er i stand til å dempe og oppta borkronevibrasjoner og andre støtbelastninger som oppstår i borehullet.

Selv om der ovenfor er beskrevet boring av borehullet ved omdreining av borestrengen 11, støtdemperen 10 og borkronen, kan støtdemperen også tilkoples øvre ende av en fluidmotor 34 som benyttes for omdreining av en borkrone uten omdreining av den overliggende borestreng 11 og støtdemper. I et slikt til-felle vil nedre ende 3 2 av støtdemperen være tilkoplet øvre ende av fluidmotoren 34 hvis drivaksel (ikke vist) vil være tilkoplet borkronen. Ved denne kombinasjon vil de samme trykk-forhold opptre i støtdemperen. Når vekten som hviler på borkronen er forholdsvis lav, vil fluidtrykket tilveiebringe det nød-vendige borkronetrykk mot bunnen av borehullet (fig. 5), idet den indre dor 12 er hydraulisk løftet i tilstrekkelig grad til å sammentrykke fjærenheten 50 mellom nedre trykkbrystning 61 i doren og nedre ende av foringen eller fjærstopperen 54 som er montert i huset. Når boretyngden er større enn løftekraften på grunn av fluidtrykket (fig. 4), vil boretyngden bevirke at den indre dor 12 beveges nedover i forhold til huset 13 slik at fjærenheten 50 sammentrykkes mellom brystningen 57 i den øvre dordel og fjærstopperen 61 i nedre husdel.

Claims (5)

1. Støtdemper for brønn-borestrenger, omfattende en teleskopisk sammenskyvbar konstruksjon (10) som innbefatter et ytre rørformet element (13), et indre rø rformet element (12) anordnet innvendig i det ytre element (13), hvilke elementer har organer (15, 32) for tilkopling av konstruksjonen (10) i en borestreng, hvorved borefluid kan ledes gjennom borestrengen og det indre og ytre rørelement (12, 13), organer (37, 38) for overfø-ring av dreiemoment mellom rørelementene (12, 13) mens disse beveges aksielt i forhold til hverandre, karakterisert ved at den omfatter en enkelt fjærinnretning (50) mellom det ytre og indre rørelement (13, 12), at det ytre og indre rørelement (13, 12) begge har i lengderetningen innbyrdes adskilte øvre og nedre brystninger (henholdsvis 54, 61 og 57, 62) ved motsatte ender av fjærinnretningen (50), idet den øvre brystning (57) på det ene rørelement (12) og den nedre brystning (69) på det andre rørelement (13) samtidig står i inngrep med fjærinnretningen (50) og setter denne under spenning ved aksiell sammenskyvning av rørelementene (12, 13), idet den øvre brystning (54) på det andre rørelement (13) og den nedre brystning (62) på det ene rørelement (12) samtidig står i inngrep med fjærinnretningen (50) og setter denne under spenning når rør-elementene (12, 13) forskyves utad i forhold til hverandre, idet det indre element strekker seg oppad forbi øvre ende av det ytre element og har sitt nedre endepunkt inne i det ytre element, organer (22, 23, 24) over fjærinnretningen og øvre ansatser som danner en tetning mellom den ytre omkrets av det indre element og det ytre elementets innervegg, en trykkutlignings-stempel-innretning (70) under fjærinnretningen og nedre ansatser som forskyvbart danner tettende inngrep (72) med en ytre omkrets på det indre element og innerveggen (71) i det ytre element, og organer (81) for ledning av et smørefluid inn i det ringformete rom (51) mellom det indre og ytre element og som strekker seg fra nevnte første tetningsinnretning til stempelinnretningen.

2. Stø tdemper ifølge krav 1, karakterisert ved at tetningsinnretningen er beliggende over organene (37, 38) for overføring av dreiemoment.

3. Støtdemper ifølge krav 2, karakterisert ved at fjærinnretningen (50) omfatter en enhet av innbyrdes anlig-gende koniske deler (52).

4. Støtdemper ifølge krav 3, karakterisert ved at organene (37, 38) for overføring av dreiemoment er beliggende i ringrommet (51).

5. Støtdemper ifølge krav 4, karakterisert ved at det indre og ytre element (12, 13) har tverrflater som reage-rer på trykket i borefluidet som strømmer gjennom elementene som søker å skyve elementene ut fra hverandre.