NO881446L - Topp-drivmontasje med aksialt beveglig aksel. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en aksialt bevegelig aksel for en topp-drivanordning av den type som beveges langs en mast for en jordboremaskin, for å fastholde og dreie en brønnrørs-treng.

Et økende antall jordboremaskiner er utstyrt med topp-drivanordninger. Slike jordboremaskiner innbefatter generelt en mast for styring av topp-drivanordningen under bevegelse langs boreaksen. Typisk er topp-drivanordningen opphengt ved hjelp av kabler og utstyrt med en innretning, såsom en elektrisk eller en hydraulisk motor, for dreiing av en hulaksel som fastholder og dreier en brønnrørstreng. En slik topp-drivanordning er kjent fra US-patentskrift 4.314.611. I denne forbindelse er uttrykket "brønnrør" i sin videste betydning ment å omfatte hele rekken av rørformede elementer, innbefattende borstreng, foringsrør o.l., som anvendes ved jordboring og lignende aktiviteter.

Under håndtering av rørdeler må hulakselen eller en over-gangshylse som er fastskrudd til akselen, sammenpasses med muffeendeskjøten på en brønnrørseksjon. Hulakselen eller overgangshylsen nedføres på muffeendeskjøten hvoretter det, mens hulakselen dreies av topp-drivanordningen, opprettes en gjengeforbindelse med brønnrøret. Hvis topp-drivanordningen ikke er nøyaktig plassert, kan brønnrørets muffeendeskjøt beskadiges under påvirkning av overdrevent store krefter som overføres av drivanordningen til muffeendeskjøten.

For å avhjelpe dette problem har det i noen tid vært vanlig å montere en teleskopisk sammenskyvbar gjengebeskytterhylse

mellom hulakselen og brønnrørets øvre skjøt. Gjengebeskytterhylsen kan sammenskyves teleskopisk over en forutbestemt bevegelsesstrekning under påvirkning av trykkrefter. Gjengebeskytterhylsen vil begrense de krefter som kan overføres av topp-drivanordningen til brønnrøret, ihvertfall til beskyttelseshylsens bevegelsesstrekning er utnyttet.

Selv om konvensjonelle gjengebeskytterhylser kan brukes for å beskytte brønnrørgjengene mot beskadigelse, har de den ulempe at de kan svikte katastrofalt i tilfelle av en utblåsning. Hvis boreslammet stiger i borehullet under en brønnborings- eller

-foringsprosess, kan det overføres store trykk til gjengebeskyt-

terhylsens pakninger. Et eventuelt pakningsbrudd kan bevirke at gjengebeskytterhylsen svikter katastrofalt.

Formålet ved oppfinnelsen er å frembringe en forbedret topp-drivanordning som i utstrakt grad vil avhjelpe ovennevnte ulemper, ved at selve hulakselen opplagres for aksialbevegelse i topp-drivanordningen.

Ifølge oppfinnelsen er en topp-drivanordning av den type som omfatter en lastbom, midler for styring av lastbommen langs en mast for en jordboremaskin og en mekanisme for dreiing av en utgangsdel som understøttes på lastbommen, forsynt med en rørformet hulaksel med en midtkanal i flukt med en akse. Hulakselen tjener for fastholding av en brønnrørstreng og er dreibart opplagret på lastbommen på slik måte at akselen kan beveges langs aksen tilstrekkelig langt til å fungere som gjengebeskyttelse for brønnrørene under håndtering av disse. Gjennom riller står utgangsdelen i drivende forbindelse med hulakselen, slik at dreiemekanismen kan holde hulakselen i rotasjon over hele akselens bevegelsesstrekning langs boreaksen.

Som fremhevet detaljert i forbindelse med den foretrukne utførelsesform som er beskrevet i det etterfølgende, vil det ved anvendelse av den aksialt bevegelige hulaksel ifølge oppfinnelsen oppnås flere viktige fordeler. For det første vil akselen fungere som gjengebeskytter for brønnrør under håndtering av disse. Dersom topp-drivanordningen under senking utøver overdrevent store krefter mot et brønnrør, vil hulakselen beveges oppad i drivanordningen. Rørgjengene vil på denne måte beskyttes mot den fulle tyngde av topp-drivanordningen. Ved den foretrukne versjon som er beskrevet i det etterfølgende, er en øvre utblåsningssikrings-ventil innmontert i den øvre ende av hulakselen, for å beveges aksialt sammen med akselen, og en nedre utblåsningssikrings-ventil er innskrudd i rørstrengen under hulakselen, for å beveges aksialt sammen med denne. Derved unngås bruk av glidbare eller dreibare pakninger mellom hver av utblåsningssikrings-ventilene og rørstrengen. Muligheten for katastrofal svikt ved en pakning er følgelig helt utelukket. Videre vil anbringelsen av en utblåsningssikrings-ventil ved den øvre ende av hulakselen, ovenfor lastbommen, forenkle fjernstyringen av utblåsningssikrings-ventilen. Versjonen som er beskrevet i det etterfølgende, innbefatter en ventilstyreanordning som muliggjør ventilstenging ved fjernbetjening, helt enkelt ved riktig innstilling av styreanordningen.

Som det fremgår av det nedenstående, vil det oppnås ytterligere fordeler ved at topp-drivanordningen får en adskillig mer kompakt totallengde. Dette medfører en minsket masthøyde og en generell reduksjon i boremaskinens størrelse, pris og tyngde.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et sideriss av en topp-drivanordning av en for tiden foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 2 viser et snitt langs linjen 2-2 i figur 1.

Figur 3 viser et snitt langs linjen 3-3 i figur 2.

Figur 4 viser et snitt langs linjen 4-4 i figur 2.

Figur 5 viser et snitt, langs linjen 5-5 i figur 1, som illustrerer den øvre utblåsningssikrings-ventil med tilhørende styreanordning. Figur 6 viser et fremre enderiss langs linjen 6-6 i figur 5.

Figur 7 viser et sideriss langs linjen 7-7 i figur 6.

Figur 8 viser et snitt av den øvre utblåsningssikrings-ventil og den dreibare tetningsanordning ved utførelsesformen ifølge figur 1. Figur 9 viser et snitt av en alternativ versjon av tetningsanordningen ifølge figur 8.

Det er i figur 1 vist et delsideriss av en jordboremaskin 10. Jordboremaskinen 10 innbefatter en mast 12 med et par motsatt beliggende styreskinner 16. Ved hjelp av et heisespill (ikke vist) reguleres posisjonen av en kabel 14 for heving og senking av en topp-drivanordning 20. Denne drivanordning 20 er forsynt med en lastbom 22 som styres langs masten 12 med styre-ruller 26 i anlegg mot skinnene 16. Gjennom et sett blokkskiver 24 er topp-drivanordningen 20 opphengt i kabelen 14.

Topp-drivanordningen 20 er utstyrt med to motorer 28 som i dette tilfelle består av shuntviklede likestrøms-elektromotorer. Motorene 28 driver en hastighetsreduksjonstransmisjon 30. Gjennom en slamtilførselsrørledning 32 fremføres boreslam til drivanordningen 20, og drivanordningen 20 fastholder en streng av brønnrør, f.eks. en borstreng 34. På vanlig måte er den øvre ende av borstrengen 34 forbundet gjennom gjenger med et utblåsningssikrings-overgangsrør 36 som igjen er forbundet med topp-drivanordningen 20.

De ovennevnte detaljer ved boremaskinen 10 er konvensjonelle og inngår ikke i oppfinnelsen. Topp-drivanordningen som er beskrevet i US-patentskrift 4.314.611, innbefatter således flesteparten av de ovenstående særtrekk. Ytterligere detaljer ved den foretrukne topp-drivanordning er beskrevet i US-patent-søknad serienr. (saksdokument nr. 2119/96) og serienr. (saksdokument nr. 2119/94). Topp-drivanordningen 20 er beskrevet utelukkende for å definere området for oppfinnelsen, og vil derfor ikke bli nærmere beskrevet.

I overensstemmelse med den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter topp-drivanordningen 20 en rørformet hulaksel 40 (figur 1 og 4). Akselen 40 avgrenser en midtkanal 42 som strekker seg fra den øvre til den nedre ende av akselen. Kanalen 42 er sentrert om en akse 44 som danner boreaksen for topp-drivanordningen 20. Et sett nedre gjenger 46 som er anordnet på underenden av hulakselen 40, kan gjennom overgangs-rørdelen 36 forbindes med borstrengen 34, for fastholding av denne. Hulakselen 40 er videre forsynt med et ytre, ringformet skulderparti 48, et sett ytre riller 50 og et sett øvre gjenger 52, slik det fremgår av figur 4 og 7.

Ved denne utførelsesform er en sylindrisk lagerskål 60 fast forbundet med lastbommen 22 og tjener for dreibar opplagring av en opptakerhylse 62 i lastbommen 22 (figur 4). Opptakerhylsen 62 er rørformet med et indre, ringformet skulderparti 64. Tre lagre 66, 68 og 70 styrer dreiebevegelsen av opptakerhylsen 62 i forhold til lagerskålen 60. Det nedre lager 70 tjener for radialinnretting. Midtlageret 68 er et trykklager, og det øvre lager 66 tjener både for radialinnretting øverst og som en forbelastning for trykklageret 68. En trykkforbelastnings-mutter 74 er gjennom gjenger forbundet med lagerskålen 60, for å overføre en forbelastning til lagrene 66 og 68.

Som vist i figur 4, er hulakselen 40 innmontert i opptakerhylsen 62 med sitt ytre skulderparti 48 i anlegg mot opptakerhyl-sens indre skulderparti 64. En akseldemperfjær 78 ligger an mot oversiden av det ytre skulderparti 48, og fastholdes i stilling ved hjelp av en fjærholder 76 som er fastskrudd til opptakerhylsen 62. Gjennom en øvre oljeledning 80 innføres smøreolje i sonen mellom lagerskålen 60 og opptakerhylsen 62, og olje avledes til en pumpe og et filter gjennom en nedre oljeledning 82. Pakninger 72 tilbakeholder smøreoljen i sonen mellom lagerskålen 60 og opptakerhylsen 62.

Det er et viktig trekk ifølge figur 4 at hulakselen 40 er montert for begrenset bevegelse langs retningen for aksen 44. Ved sammenpressing av fjæren 78 kan akselen 40 beveges oppad, som vist i figur 4, mot slamtilførselsledningen 32. Akselen 40 må ha en slaglengde som er tilstrekkelig for effektiv beskyttelse av gjengene i borstrengen 34. Hulakselens 40 slaglengde i forhold til opptakerhylsen 62 er i dette tilfelle over 125 mm. Fjæren må være dimensjonert for demping av hulakselens 40 bevegelse i opptakerhylsen 62, og kan f.eks. utøve en fjæringskraft av 22 kg/cm.

Som vist i figur 4, er transmisjonen 30 fastgjort, med en klemring 106 som er fastboltet i stilling, i den øvre ende av lagerskålen 60. Figur 2 og 3 viser to riss av tannhjulene i transmisjonen 30. Som det fremgår av figur 2, er topp-drivanordningen utstyrt med to elektromotorer 28, hver for seg med et motordrev 90. Et hovedtannhjul 92 er dreibart opplagret om midtaksen for hulakselen 40, og det er anordnet to sett av skifterdrev 94 og reduksjonsgir 96 og 98. Under drift ved lav hastighet, som vist til venstre i figur 3, senkes skifterdrevene 94 slik at motordrevene 90 bringes i inngrep med det store reduksjonsgir 96. Hvert av de store reduksjonsgir 96 er fastkilt til det respektive, lille reduksjonsgir 98 som i sin tur står i inngrep med hovedtannhjulet 92. For drift ved høy hastighet forskyves skifterdrevene 94, slik at motordrevene 90 bringes direkte i inngrep med hovedtannhjulet 92, som vist til høyre i figur 3.

Som tydeligst vist i figur 2 og 4, er hovedgiret 92 forsynt med en rekke av innvendige tenner som er tilpasset for inngrep med yttertenner 102 på en drivhylse 100. Drivhylsen 100 er utstyrt med indre riller 104 i tilpasning til ytre riller 50 på hulakselen 40. De ytre riller 50 er slik dimensjonert at drivhylsen 100 holder hovedgiret 92 i drivende inngrep med hulakselen 40 over akselens totale bevegelsesstrekning i forhold til opptakerhylsen 62. Ved alternative versjoner kan drivhylsen 100 være utelatt og hovedgiret kan stå i direkte inngrep med rillene på hulakselen 40.

Som det tydeligst fremgår av figur 5-8, er en øvre utblåsningssikrings-ventil 110 innmontert i den øvre ende av hulakselen 40. Ventilen 110 kan eksempelvis være i form av en konvensjonell kuleventil. Ventilen 110 tjener for åpning eller for lukking av midtkanalen 42 og ventilstillingen reguleres med en hendel 112. I modifiserte utførelsesformer kan den øvre utblåsningssikrings-ventilen være gjenget til den øvre ende av hulakselen 40, for å beveges aksialt sammen med akselen.

Det er anordnet midler for fjernbetjening av den øvre ventilen 110. Som vist i figur 5-7, er håndtaket 112 på ventilen 110 forbundet med en støter 113 som er anbragt direkte over en styrering 114. Ringen er i sin tur opplagret for aksialbevegelse i en ramme 115 som er montert mellom to hydrauliske sylindre 116. Sylindrene 116 beveger rammen 115 mellom en nedre posisjon som vist med heltrukne linjer i figur 6 og 7, og en øvre posisjon som vist med brutte linjer i figur 6 og 7. I den nedre posisjon vil ventilen 110 befinne seg i åpen stilling mens den i den øvre posisjon stenger midtkanalen 42. Under boring er rammen 115

normalt plassert i den nedre posisjon. Ved risiko for en utblåsning benyttes sylindrene 116 for heving av rammen 115,

hvorved hendelen 112 flyttes for lukking av ventilen 110.

Denne utførelsesform omfatter videre en nedre utblåsningssikrings-ventil 118 som er montert under hulakselen 40 for aksial- og rotasjonsbevegelse sammen med akselen 40. Den nedre utblåsningssikrings-ventil 118 kan, eksempelvis gjennom gjenger, være direkte forbundet med hulakselen 40, som vist i figur 1. Ventilen 118 kan eksempelvis være i form av en konvensjonell avstengningsventil som leveres av OMSCO.

Det er et viktig trekk at såvel den øvre som den nedre utblåsningssikrings-ventil henholdsvis 110 og 118 roterer og beveges aksialt sammen med hulakselen 40. Det behøves derfor ingen glidbare eller dreibare pakninger mellom noen av utblåsningssikrings-ventilene 110 og 118 og borstrengen 34.

Den øvre ende av hulakselen 40 er gjenget til en spylerør-ledning 121 som i sin tur er sammenkoplet med slamledningen 32 ved hjelp av en tetningsanordning 120 (figur 8). Tetningsanordningen 120 innbefatter pakningselementer 122 som vil muliggjøre såvel dreiebevegelse som aksialbevegelse av spyleledningen 121 i forhold til slamledningen 32. Tetningsanordningen 120 kan på denne måte oppta aksialbevegelse av hulakselen 40.

Slamtetningsanordningen 120 som i ethvert tilfelle er nødvendig for opptakelse av akselens 40 dreiebevegelse, kan også lett tilpasses for opptakelse av akselens 40 aksialbevegelse. Derved reduseres det totale antall tetningsanordninger.

I en alternativ versjon (figur 9) er den øvre ende av den øvre utblåsningssikrings-ventil 110forbundet med en slamtilfør-selsledning 32' ved hjelp av en slamtetningsanordning 120'. Denne slamtetningsanordning 120' kan være av den vanlige type som bare tillater dreiebevegelse mellom slamtilførselsledningen 32' og den øvre ende av hulakselen 40. Dersom en slik konvensjonell slamtetningsanordning blir brukt, bør slamtilførselsledningen 32' fortrinnsvis være av den fleksible typen, for å oppta aksialbevegelse av hulakselen 40.

Av det foregående vil det fremgå at det ved anvendelse av den foretrukne utførelsesform som er beskrevet i det ovenstående, vil oppnås viktige fordeler under drift. Særlig vil den aksialt bevegelige hulaksel 40 forhindre overføring av overdrevent store belastninger til brønnrøret, når topp-drivanordningen 20 senkes for opprettelse av gjengeforbindelse med en brønnrørseksjon. I nødvendig utstrekning kan hulakselen 40 fritt beveges oppad i forhold til opptakerhylsen 62, lagerskålen 60 og lastbommen 22. På grunn av hulakselens 40 relativt lille masse og fjærens 78 relativt lave fjæringskonstant, kan overdrevne belastninger på brønnrøret stort sett elimineres.

Denne fordel oppnås samtidig med utmerket beskyttelse mot utblåsninger. Det påpekes særlig at det ikke finnes glidbare eller dreibare tetningsanordninger mellom noen av utblåsningssikrings-ventilene 110 og 118 og borstrengen 34. Det er derfor ingen tetningsanordninger som kan svikte i tilfelle av en utblåsning. Endelig vil plasseringen av den øvre utblåsningssikrings-ventil 110, som tidligere nevnt, muliggjøre anvendelse av systemet som er beskrevet i det ovenstående, for opprettelse av automatisk kontroll over ventilen 110. Alle disse fordeler vil oppnås ved en topp-drivanordning av redusert totallengde. Denne kompakthet minsker totalhøyden av masten og følgelig størrelsen og tyngden av boremaskinen.

Det er åpenbart at den foretrukne utførelsesform som er beskrevet i det ovenstående, kan endres og modifiseres på mange måter. Den aksialt bevegelige hulaksel ifølge oppfinnelsen kan eksempelvis tilpasses for anvendelse ved lastbommer, transmisjon-er, motorer o.l. av mange ulike typer. Det er ikke av vesentlig betydning i alle tilfeller at utblåsningssikrings-ventilene innstalleres på hulakselen som beskrevet i det ovenstående, dersom det ikke er nødvendig med beskyttelse mot en utblåsning. Videre kan de beskrevne konstruksjons- og utformingsdetaljer lett tilpasses for spesielle anvendelser. Av den grunn er ovenstående, detaljerte beskrivelse å betrakte som illustrerende og ikke begrensende, idet oppfinnelsens ramme er fullstendig definert i de etterfølgende krav.

Claims (12)

1. Topp-drivanordning av den art som omfatter en lastbom, midler for styring av lastbommen langs en mast for en jordboremaskin, og en innretning for dreiing av en utgangsdel som er opplagret på lastbommen, karakterisert ved : en rørformet hulaksel med en midtkanal i flukt med en akse, midler for sammenkopling av en brønnrørstreng med hulakselen , en innretning for dreibar opplagring av hulakselen på lastbommen, slik at akselen kan beveges langs aksen tilstrekkelig langt til å beskytte brønnrørgjengene under håndtering av rørstrengen, og riller for opprettelse av drivende forbindelse mellom utgangsdelen og hulakselen, slik at dreieinnretningen vil holde hulakselen i rotasjon under dens bevegelse langs aksen.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at midlene for tilkopling av brønnrørstrengen omfatter et sett gjenger på et underendeparti av hulakselen.

3. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved en innretning for tvinging av hulakselen nedad i forhold til lastbommen.

4. Anordning i samsvar med krav 3, karakterisert ved at nevnte innretning består av en skruefjær som omslutter hulakselen og virker mot denne.

5. Topp-drivanordning av den art som omfatter en lastbom, midler for styring av lastbommen langs en mast for en jordboremaskin, og en innretning for dreiing av en utgangsdel som er opplagret på lastbommen, karakterisert ved : en rørformet hulaksel med et ytre, ringformet skulderparti, et øvre sett av riller, en gjennomgående kanal langs en akse og et nedre sett av gjenger for sammenkopling av en brønnrørstreng med hulakselen, en opptakerhylse som er dimensjonert for opptakelse av hulakselen og utstyrt med en aksel-støtteflate som er tilpasset hulakselens skulderparti, for understøttelse av hulakselen mot nedadgående bevegelse langs aksen, en fjær som er innkoplet mellom opptakerhylsen og hulakselen, for å tvinge akselens skulderparti mot aksel-støtteflaten og samtidig tillate oppadgående bevegelse av hulakselen langs aksen tilstrekkelig langt til å beskytte brønnrørgjengene under håndtering av rørstrengen, en innretning for opplagring av opptakerhylsen, for dreiebevegelse i lastbommen, og en innretning for opprettelse av drivende forbindelse mellom det øvre sett av riller og utgangsdelen, slik at dreieinnretningen vil holde hulakselen i rotasjon under dens bevegelse langs aksen.

6. Anordning i samsvar med krav 5, karakterisert ved at innretningen for opprettelse av drivende forbindelse omfatter en drivhylse med et ytre sett av tenner som er tilpasset for inngrep med utgangsdelen, og et indre sett av riller som er tilpasset for å forbindes med det øvre sett av riller på hulakselen.

7. Anordning i samsvar med krav 1 og 5, karakterisert ved en utblåsningssikrings-ventil som er innmontert i den øvre ende av hulakselen, for selektiv lukking og åpning av midtkanalen, og som er forbundet med hulakselen, for aksial- og rotasjonsbevegelse i forening med akselen og brønnrørstrengen.

8. Topp-drivanordning av den art som omfatter en lastbom, midler for styring av lastbommen langs en mast for en jordboremaskin, og en innretning for dreiing av en utgangsdel som er opplagret på lastbommen, karakterisert ved : en lagerskål som er fast forbundet med lastbommen, en opptakerhylse med et indre skulderparti, et antall lagre som er montert mellom lagerskålen og opptakerhylsen, for dreibar opplagring av opptakerhylsen i lagerskålen, en røraksel som er opplagret for bevegelse langs en akse i opptakerhylsen og som er forsynt med et ytre skulderparti som kan forbindes med og understøttes av opptakerhyIsens indre skulderparti, et sett nedre gjenger for fastholding av en brønnrør-streng, en midtkanal i flukt med aksen og et ytre sett av riller, og som kan beveges langs aksen tilstrekkelig langt til å beskytte brønnrørgj engene under håndtering av rørstrengen, hvor det ytre sett av riller er utformet i tilpasning til utgangsdelen, for overføring av dreiekraft fra utgangsdelen til rørakselen mens denne gjennomfører sin totale aksialbevegelse, en skruefjær som omslutter rørakselen, for å tvinge denne nedad i forhold til opptakerhylsen, og en øvre utblåsningssikrings-ventil som er innmontert direkte i den øvre ende av hulakselen, for selektiv stenging og åpning av midtkanalen, og som er forbundet med hulakselen for aksial-og rotasjonsbevegelse sammen med denne.

9. Anordning i samsvar med krav 7 og 8, karakterisert ved en ytterligere utblåsningssikrings-ventil som ved gjenger er fastgjort under hulakselens nedre ende, for selektiv lukking og åpning av midtkanalen, og som er montert for aksial- og rotasjonsbevegelse sammen med akselen og med brønnrørstrengen.

10. Anordning i samsvar med krav 7 og 8, karakterisert ved at den omfatter en hendel som er forbundet med ventilen, for åpning og lukking av denne, og en hendelstyrer som kan forflyttes sammen med lastbommen og som er bevegelig mellom en første posisjon, ute av kontakt med håntaket, og en andre posisjon hvori den har flyttet håndtaket, for lukking av ventilen.

11. Anordning i samsvar med krav 1, 5 og 8, karakterisert ved at den omfatter en boreslam-tilførselsledning, midler for sammenkopling av boreslamledningen med det øvre endeparti av hulakselen, og en innretning som inngår i koplingsmidlene, for opprettelse av en tetning for opptakelse av hulakselens rotasjons- og aksialbevegelse i forhold til boreslamtilførselsledningen.

12. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at hendelstyreren omfatter en ring som ligger an mot hendelen, en ramme somm er forbundet med ringen, for understøttelse av denne, og to hydrauliske sylindre som hver for seg er forbundet med ringen for å bevege denne mellom den første og den andre posisjon.