SE526252C2 - Hydraulisk borrsträngsanordning - Google Patents

Description

526 252 2 ringformigt kolvorgan i huset anordnat att utföra en fram- och återgàende rörelse relativt huset och att driva ett verktyg, varvid det ringformiga kolvorganet har en drivyta för samverkan med en driwätska och borrsträngsanordningen ytterligare innefattar en förbklopplingsedning som sträcker sig inuti det ringformiga kolvorganet för att tillåta vätska att passera förbi drivytan och denna förbikoppling innefattar åtminstone två separata kanaler.

I detta arrangemang kan en av de förbikopplande kanalerna användas för att tillåta passage av exempelvis spolfluidum med relativt lågt tryck medan den andra kanalen samtidigt är tillgänglig som en tillförselledning för exempelvis ett trycksatt fluidum i form av en driwätska med relativt högt tryck. Således kan en eller flera av husets kanaler utelämnas och därigenom reduceras tväsektionsarean som upptas av huset. Utrymmet som då blir tillgängligt tillåter en ökning av den ringformiga kolvens drivyta på dess ytterkant, vilket ger högre effekt överförbar till den ringformiga kolven.

Särskilt eftersom den ringformiga kolvens drivyta ökas på dess yttre periferi blir ökningen i effektiv drivyta relativt hög jämfört med en ökning närmare centrum. Så även om en kanal från huset till förbikopplingskanalen som sträcker sig inuti den ringformiga kolven endast är möjlig genom att man offrar en del av kolvens drivyta vid dess centrum kommer drivytans aktiva yta fortfarande att öka I ett fördelaktigt utförande har det ringformiga kolvorganets ringformiga inneryta en eller fler urtagningar som är i kontinuerlig eller intermittent kommunikation med en eller flera av sagda åtminstone två separata kanaler. Sådan urtagning kan fungera som styrd port i samverkan med en eller flera av de separata kanalerna iförbikopplingen. Därvid uppnås att styrkanalerna kan inkluderas i förbikopplingen.

Som indikeras ovan kan en av de två separata kanalerna vara en tillförselkanal som har ett inlopp och ett utlopp, varvid inloppet är anslutet till en tryckvätskekälla. Därigenom kan tryckvätska förbikopplas drivytan och i stället användas på annat ställe. 526 252 3 I en föredragen utföringsform av uppfinningen som inkluderar en sådan tillförseikanal innefattar den hydrauliska borrstränganordningen vidare en styrkanal som ett inlopp och ett utlopp varvid en eller flera urtagningar I ringformiga kolvorganets ringformiga inre yta är anordnad att intermittent etablera fluidkommunikation mellan tillförselkanalutloppet och styrkanalinloppet i beroende av det ringformiga kolvorganets fram- och återgående rörelse. I detta utförande kommer det ringformiga kolvorganets rörelse att intermittent trycksätta styrkanalen vars modulerade tryck sedan kan användas som styrtryck för att intermittent trycksätta en area synkroniserat med det ringformiga kolvorganets rörelse.

Det är fördelaktigt att tillförselkanalen och styrkanalen utgörs av separata kanaler i förbikopplingen. Därmed kan kolvorganets drivyta passeras dubbelt för att ge tillgång till styrtryck på samma sida om kolvorganets drivyta som tillförselkanalsinloppet.

I en särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen är en av de åtminstone två kanalerna en tryckavlastningskanal som har ett inlopp i fluidkommunikation med en tryckkammare, och ett utlopp anslutbart till ett utloppsutrymme. l en föredragen utföringsform med en sådan tryckavlastningskanal är en av sagda en eller flera urtagningar i det ringformiga kolvorganets inneryta anordnad att intermittent etablera fluidkommunikation mellan tryckavlastningskanalsutloppet och utloppsutrymmet som vid drift kan hållas vid ett lägre tryck än tryckkammaren. Sådant utloppsutrymme kan vara iform av en spolkanal. l denna utföringsform är tryckkammaren intermittent tryckavlastad synkroniserat med kolvorganets fram- ch återgående rörelse.

Det föredrages att den hydrauliska borrsträngsanordningen innefattar både sagda styrkanal och sagda tryckavlastningskanal varigenom styrkanalinloppet är intermittenti fluidkommunkation med tillförselkanalutloppet och alternerande därmed tryckavlastningskanalutloppet är i fluidkommunikation med utloppsutrymmet. Härmed uppnås att tryckkammaren kan alternerande trycksättas och tryckavlastas i synkronisation med kolvens fram- och återgående rörelse. 526 252 4 l en särskilt fördelaktig utföringsform år tryckavlastningskanalen och styrkanalen kombinerade till en enda kanal. Detta är en attraktiv möjlighet till att förenkla en annars komplicerad strukur. l en utföringsform innefattar vidare borrsträngsanordningen ventilorgan för att styra tillförsel och avlopp av driwätskan till drivytan. l en sådan utföringsform kan styrkanalen och/eller tryckavlastningskanalen med fördel utnyttjas för att styra ventilorganet att inta en tillförselposition eller en avlastnlngsposition i beroende av kolvorganets fram- och återgående rörelse. Härvid uppnås att tillförsel och bortförsel av drivvätskan till och från kolvens drivyta styrs av ventilorganet som påverkas av det ringformiga kolvorganet så att driwätskan tillförs för interagering med drivytan när det ringformiga kolvelementet är i sitt bakre läge för att driva kolvelementet i en framåtrörelse och driwätskan kan bortföras för att tillåta kolvorganets bakåtrörelse.

En hydraulisk borrsträngsanordning enlighet med något av de ovan beskrivna utföringsfonnerna kan vara i form av en slående sänkborrmaskin. En sådan hydraulisk sänkborrmaskin kan innefatta en slagkolv och anslutningsorgan för att ansluta en borrkrona, varvid det ringformiga kolvorganet är anordnat att driva slagkolven i en fram- och återgående rörelse och slagkolven är anordnad att slå på borrkronan när denna är ansluten.

En särskilt attraktiv utföringsform av uppfinningen kan således definieras som en hydraulisk sänkborrmaskin innefattande ett hus, en borrkrona som är monterad i husets framände och har en genomgående spolkanal, en slagkolv som är i huset, har en genomgående axiell kanal och är anordnad att slå på borrkronan, organ för att koppla maskinen till en rörformig borrsträng, ett inlopp för att motta trycksatt drivmedium från borrsträngen ett rör som är fast i huset och sträcker sig med glidpassning in i bakre ände an den axiella kanalen i slagkolven, varvid slagkolvens bakre ringformiga ände bildar en första kolvyta i en första cylinderkammare för att driv kolven framåt, en andra ringformig kolvyta på slagkolven i en andra ringformig cylinderkammare för att driva slagkolven bakåt. 526 252 5 en ventil som är kopplad till sagda inlopp och har ett första operativt läge för att trycksätta sagda första cylinderkammare och ett andra läge för att dränera den första cylinderkammaren till röret för att därigenom driva slagkolven fram-och åter och tillhandahålla spolfluidum till borrkronan, en styrkanal med portorgan styrda av slagkolvens axiella läge för att påverka ventilen att skifta mellan sina två lägen, varvid slagkolven har första och andra ringformiga urtagningar i sin yta som är i glidpassning med röret, kanalorgan är anordnade att trycksätta sagda första urtagning, sagda styrkanal sträcker sig in i röret och har sagda portorgan anordnade att alternerande öppnas mot sagda första och andra urtagningar som svar på slagkolvens rörelse, och sagda andra urtagning är anordnad att vara i kommunikation med kanalen i slagkolven åtminstone när denna är i bakre lägen.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen ska närmare förklaras med hänvisning till en detaljerad utföringsform, som visas som exempel, och med hänvisning till ritningarna av vilka Figurerna 1a,1b,och 1c tillsammans utgör en längdsektion genom borrmaskinen, vilken är tagen längs linjen 1-1 i figurerna 3 och 4 varvid figur 1a visar borrmaskinens främre del, figur 1b mellandelen och figur 1c bakre delen.

Figur 2 motsvarar figur 1b men den visar vissa element i andra relativa positioner; Figur 3 är en tvärsektion tagen utmed linjen 3-3 i figur 1 b; och Figur 4 är en tvärsektion tagen utmed linjen 4-4 i figur 1b.

Beskrivning av den visade och föredragna utföringsformen Den hydrauliska sänkborrmaskinen visad i figurerna har ett maskinhus som innefattar ett maskinhusrör11,en bussning 12 fäst i rörets framände, exempelvis fastskruvad i röret, och ett bakstycke i form av en borrsträngsadapter 13, företrädesvis fäst till röret 11 genom att vara fastskruvad i det. 526 252 6 Främre bussningen12 fasthåller en borrkrona 15 som kan vara en konventionell sådan.

Borrkronan har ett huvud 16 och en nacke 17. Nacken har en splinekoppling 18 till bussningen 12 och en del 19 som är utan splines. En ring 20 är fastklämd mellan bussningen 12 och maskinröret 11 och den hindrar borrkronan från att falla ut. Ringen är axiellt delad för att kunna monteras. Således kan borrkronan röra sig axiellt mellan ett bakre ändläge i vilket den visas med huvudet stödjande mot bussningens 12 ände och ett främre läge i vilket bakdelen 21 av nackens splines vilar på ringen 20. Borrkronan 15 har en central spolkanal som leder från dess nacke 17 till kronans framände för tillförsel av spolfluidum.

Adaptern13 klämmer en rad av element mot mot en inåtriktad skuldra 22 i maskinhusrörets 11 framände. Denna rad av element innefattar ett ringformigt element 23 som bildar foder, ett bakre ringformigt styrelement 24, en distanshylsa 25, ett främre ringformigt styrelement 26, och en bussning 27. lnuti adaptern 13 finns en silhållare 30 med ett huvud 31 fastklämt mot fodret 23.

Huvudet 31 bildar stöd för ett set av tallriksfiädrar 32 som genom en ring 33 klämmer fast en hylsa 34 och ett rör 35 mot en inåtriktad skuldra 36 fodret 23. Huvudet 31 och fjädrarna har ett centralt hål och ett munstycke 37 är anordnat att tillåta ett flöde ut ur silhållaren. En sil eller filter 28 är monterad i silhållaren och vätska från borrsträngen kommer att strömma genom silen 28 och ut genom hål 29 i silhållaren 30. Röret 35 har ett flertal kanaler 40 med portar 41 och 42 och portar 43. Portarna 43 är öppna mot ett ringformigt utrymme 44. Röret har också ett flertal tillförselkanaler 46 som har inlopp och utlopp i form av portar 47och 48.

En slaqkolv 50 är en enda del som inkluderar en kolvdel och en hammardel och den är styrd i de på avstånd från varandra belägna styrelementen 24,26. Slagkolven har en longitudinell kanal 51 som har en vidgad bakre del 52. Slagkolvens bakre del sträcker sig glidande in i det ringformiga utrymmet mellan röret 35 och fodret 23 och dess bakre ändyta 53 befinner sig i en första cylindrisk kammare 54. En andra cylindrisk kammare 55 bildas mellan fodret 23, slagkolvens ytteryta, och en ringformig kolvyta 56 på slagkolvens huvud. De två styrelementen 24,26 har samma inre diameter för att styra 526 252 7 slagkolven så att utrymmet mellan dem kommer att ha konstant volym under kolvens rörelse. Slagkolvkanalens 51 vidgade del 52 glider mot rörets 35 ytteryta och ytan på denna del har en första ringformig urtagning 58 och en andr ringformig urtagning 59.

Slagkolvens framände har en del 60 med reducerad diameter så att en dämpkammare 61 bildas.

Ett ventilelement l form av en spolformad ventil 62 är glidbar l hylsan 34 och den är visad i sitt främre läge i figur 2 och i sitt bakre läge i figur 1b. Hylsan 34 utgör således cylinder för ventilen.

Ett flertal kanaler 63 leder från ett ringformigt utrymme 64 utanför silhållaren 30 till cylinderkammaren 55 och till en ringformig urtagning 65 som är öppen till porten 48. Det ringformiga utrymmet 64 sträcker sig vid 66 på utsidan om fodret 23 till portar 67 i hylsan 34. Således bildar adaptern 13 och utrymmet 64 ett inlopp för drivmedium från borrsträngen. Ett flertal kanaler 68 med portar 69 i hylsan 34 leder till cylinderkammaren 54.

Det spolformiga ventilelementet 62 är ihåligt och det har en rad hål 70 mellan sina inre och yttre ytor och dessa hål mynnar i en ringformig urtagning 71a för att göra ventilelementets funktion oberoende av dess vinkelläge. l sitt bakre lägen visat i figur 1b kopplar ventilen via sina hål 70 den första ringformiga cylinderkammaren 54 till ventilelementets inre och därigenom till spolkanalen som bildas av ventilens inre, röret 35, kolvens centrala kanal 51 och spolkanalen i borrkronan, röret 35,centrala kanalen 51 i kolven, och spolkanalen i borrkronan. I sitt främre läge i vilket det är visat i figur 2 kopplar i stället ventilen utrymmet 64 utanför silhållaren 30 till den första ringformiga kammaren 54 via en midja 71 i vetilelementet. Ventilelementets ytterdiameter framför midjan 71är något större än ytterdiametern bakom midjan så att en differential yta 72 bildas som är kontinuerligt utsatt för högtryck för att belasta ventilelementet framåt till läget i figur 2. Ventilelementet har också en ringformig styryta 73 som är större än styrytan 72, exempelvis dubbelt så stor, och denna styryta 72 är kopplad till det ringformiga utrymmet 44 som sträcker sig hela vägen till styrytan 72. Således bildar kanalerna 40 i röret 35 och det ringformiga utrymmet en styrkanal för att skifta ventilläge, 526 252 a När styrkanalen 40 trycksätts flyttar sig ventilen till sitt läge visat i figur lb och när styrkanalen 40 kopplas till lågtryck fungerar den som en avloppskanal så att ventilen flyttar sig till sitt läge visat i figur 2.

Såsom beskrivits bildar det centrala hålet i röret 35 och kanalerna 40 och 46 kanaler som förbikopplar kolvytan 53 och cylinderkammaren 54.

Styrelementen i form av styrbussningar 24,26 har samma diameter så att utrymmet mellan dem kommer att hålla samma volym när slagkolven rör sig lnga dynamiska tätningar blir då nödvändigavilket ökar livslängden Styrbussningarna 24,26 och slagkolven kan företrädesvis vara tillverkade i hårdmetall, dvs wolframkarbid eller motsvarande material, något som minimerar slitaget och ytterligare ökar livslängden Slagkolvens glidytor mot röret 35 är också viktiga för livslängden och röret ska företrädesvis också vara i hårdmetall. På samma sätt bör ventilelementet och dess hus 34 vara i hårdmetall.

Med användning av hårdmetall som beskrivits och med frånvaro av dynamiska tätningar blir det möjligt inte bara att använda vatten som drivmedel utan också att använda vatten eller andra vätskor som innehåller fasta ämnen i suspension. Det blir till och med möjligt att återanvända suspensionen efter att man avlägsnat borrkaxet trots att det finaste borrkaxet inte kan tas bort.

Värmeutvldgningen för hårdmetall är mycket mindre än för stål och tallriksfjädrarna 32 som klämmer fast hårdmetalldelarna säkerställer att inget gap uppstår mellan ståldelarna och hårdmetalldelarna om maskinen blir vann. Om maskinen används för prospekteringsborrning för gas kan temperaturerna bli mycket höga.

Munstycket 37 kan bytas ut och det väljs för att anpassa spolvätskeflödet till faktiskt behov. Munstycket kan till och med ersättas av en plugg när man inte behöver något tillskott av spolvätska.

Funktionsbeskrivning 526 252 9 Vid borrning är borrmaskinen i borrhålet i berg och borrsträngen roteras och applicerar en matningskraft på borrmaskinen så att borrkronan 15 trycks mot borrhålets botten, och en driwätska med högt tryck tillförs genom borrsträngen till adaptern, dvs till borrmaskinens inlopp. Slagkolven 50 drivs fram och åter och slår på borrkronenacken 17. I figurerna 1a och 1c visas slagkolven 50 i sitt slagläge. Innan slagkolven 50 nådde sitt slagläge i sitt arbetsslag öppnades porten 42 till den ringformiga urtagningen 58 som trycksattes från tillförselkanalen 46 så att kanalen 40,44 trycksattes och trycket på styrytan 73 flyttade ventilelementet 62 till dess läge visat i figur 1b så att ventilelementet 62 avlastar den första ringformiga cylinderkammaren 54 till spolkanalen som leder genom slagkolven. Således tvingar trycket i andra ringformiga cylinderkammaren 55 slagkolven 50 att röra sig bakåt i ett returslag. Under slagkolvens returslag öppnar styrkanalens 40,44 port 41 till urtagningen 59 för att drânera styrkanalen 40, och som resultat slår ventilelementet 62 över till sitt läge visat i figur 2 så att ventilelementets midja 71 kopplar cylinderkammaren 54 till högtryck och detta tryck på slagkolvens 50 bakre ändyta 53 retarderar slagkolven och får den att börja sitt arbetsslag. Sedan skiftar ventilen igen läge just innan slagkolven slår på borrkronan och startar sitt returslag och upprepar slagcykeln. Slagfrekvensen kan exempelvis vara mellan 50 och 100 Hz.

Claims (20)

526 252 10 Patentkrav

1. Hydraulisk borrsträngsanordning för användning i en borrsträng för borrning av borrhål I en markformation, innefattande ett hus och ett ringformigt kolvorgan i huset anordnat att utföra en fram- och återgående rörelse relativt huset och att driva ett verktyg, varvid det ringformiga kolvorganet har en drivyta för samverkan med en driwätska och borrsträngsanordningen ytterligare innefattar en förbikoppling som sträcker sig inuti det ringformiga kolvorganet för att tillåta vätska att passera förbi drivytan och denna förbikoppling innefattar åtminstone två separata kanaler.

2. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 1, varvid det ringformiga kolvorganets inre ringformiga yta har en urtagning anordnad i kontinuerlig eller intermittent fluidkommunikation med en med en eller flera av sagda åtminstone tvâ separata kanaler.

3. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 1 eller 2, varvid en av sagda åtminstone två kanaler separata kanaler är en tillförselkanal som har en tillopp anslutningsbart till en källa för trycksatt vätska och har ett utlopp.

4. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 3, som vidare innefattar en styrkanal som har en styrkanalinlopp och ett styrkanalutlopp, varvid sagda urtagning i sagda inre ringformiga yta är anordnad att intermittent etablera fluidkommunikation mellan tillförselkanalutloppet och styrkanalinloppet i beroende av kolvorganets fram- och återgående rörelse.

5. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 4, varvid sagda förbikoppling innefattar både tillförselkanalen och styrkanalen

6. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt något av föregående patentkrav, varvid en av de åtminstone två kanalerna är en tryckavlastningskanal som har ett inlopp i fluidkommunikation med en tryckkammare och har ett utlopp anslutningsbart till ett 526 252 11 utloppsutrymme.

7. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 6, varvid urtagningen i kolvorganets inre ringformiga yta är anordnad att intermittent etablera fluidkommunikation mellan tryckavlastningskanalens utlopp och ett utloppsutrymmet som i drift hålls vid lägre tryck än tryckkammaren.

8. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 7, varvid utloppsutrymmet är en spolkanal.

9. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 4 eller 5 eller något av kraven 6-8, varvid styrkanalinloppet är i intermittent fluidkommunikation med tillförselkanalutloppet och alternerande till detta är tryckavlastningskanalutloppet i fluidkommunikation med spolkanalen.

10. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 9, varvid tryckavlastningskanalen och styrkanalen är kombinerade till en enda kanal.

11. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt något av föregående patentkrav, varvid förbikopplingsledningen innefattar ett rör som är fast med huset och sträcker sig med glidpassning in i den ringformiga kolven och förbikopplar drivytan.

12. Hydraulisk borrsträngsanordning enligt patentkrav 11, varvid röret har ett inre rör inuti ett yttre rör och den ringformiga kolven är i glidpassning med yttre röret varvid en eller flera separata kanaler sträcker sig i ett ringformigt utrymme bildat mellan inre och yttre röret.

13. En anordning enligt patentkrav 1 i form av en slående sänkborrmaskin innefattande: ett hus (11, en borrkrona (15) som är monterad i husets framände och har en genomgående spolkanal, 526 252 12 en slagkolv (50) som är i huset, har en genomgående axiell kanal (51) och är anordnad att slå på borrkronan, organ (13) för att koppla maskinen till en rörformig borrsträng, ett inlopp (64) för att motta trycksatt drivmedium från borrsträngen ett rör som är fast i huset och sträcker sig med glidpassning in i bakre ände av den axiella kanalen (51) i slagkolven, varvid slagkolvens bakre ringformiga ände bildar en första kolvyta (53) i en första cylinderkammare (54) för att driva kolven framåt, en andra ringformig kolvyta (56) på slagkolven i en andra ringformig cylinderkammare (55) för att driva slagkolven bakåt, en ventil (62) som är kopplad till sagda inlopp (64) och har ett första operativt läge för att trycksätta sagda första cylinderkammare (54) och ett andra läge för att dränera den första cylinderkammaren till röret (35) för att därigenom driva slagkolven fram- och åter och tillhandahålla spolfluidum till borrkronan, en styrkanal (40) med portorgan (41 ,42) styrda av slagkolvens axiella läge för att påverka ventilen att skifta mellan sina två lägen, kännetecknad av att slagkolven (51) har första och andra ringformiga urtagningar (58 respektive 59) i sin yta som är i glidpassning med röret (35), kanalorgan (46) är anordnade att trycksätta sagda första urtagning (58), sagda styrkanal (40) sträcker sig in i röret (35) och har sagda portorgan (41,42) anordnade att alternerande öppnas mot sagda första och andra urtagningar (58,59) som svar på slagkolvens rörelse, och sagda andra urtagning (59) är anordnad att vara i kommunikation med kanalen (51) i slagkolven åtminstone när denna är i bakre lägen.

14. Maskin enligt patentkrav 13, kännetecknad av att sagda första kolvyta (53) har större area än andra kolvytan (56).

15. Maskin enligt patentkrav 13 eller 14 , kännetecknad av att sagda andra urtagning (59) är belägen framför sagda första urtagning (58). 526 252 13

16. Maskin enligt något av patentkraven 13-15, kännetecknad av att sagda andra cylinderkammare (55) är belägen på slagkolvens utsida.

17. Maskin enligt något av patentkraven 13-16, kännetecknad av att sagda ventil (62) är spolformig och koaxiell med sagda rör (35).

18. Maskin enligt patentkrav 17,kännetecknad av att sagda spolformiga ventil (62) är av hårdmetall och glider mot ett hårdmetallhus (34).

19. Maskin enligt något av patentkraven 13-18, kännetecknad av att slagkolven (50) är styrd itvå axiellt åtskilda styrbussningar (24,26) som har samma inre diameter så att utrymmet bildat mellan dem håller konstant volym när kolven rör sig.

20. Maskin enligt något av patentkraven 13-18, kännetecknad av att slagkolven (50) är i hårdmetall och styrd i två axiellt åtskilda hårdmetallbussningar (24,26)