SE539208C2 - Borrverktyg innefattande en anordning för reduktion av pulsationer i smörjmedelstrycket inuti en rullborrkrona - Google Patents

Abstract

Ett borrverktyg inbegriper en borrkronkropp, åtminstone en lageraxel, vilkensträcker sig från borrkronkroppen och en rulle, vilken år monterad för vridning pålageraxeln. En yttre lageryta av lageraxeln inbegriper en icke-lastzon. Ett första spåroch ett andra spår år utbildat i den yttre lagerytan vid icke-lastzonen. De första ochandra spåren år både periferiskt förskjutna i förhållande till varandra och axielltförskjutna i förhållande till varandra. En eller flera av spåren inbegriper en öppningför alstrande av en fluid förbindelse till en intern smörjmedelskanal inuti dennalageraxel. Den perifera och axiella förskjutningen av de första och andra spårendefinierar en mångfald av dåmpningszoner, vilka verkar för att begrånsautbredningen av en tryckpuls på grund av rullpumpning mot ett tåtningssystem för borrverktyget.

Description

BORRVERKTYG INNEFATTANDE EN ANORDNING FÖR REDUKTION AVPULSATIONER I SMÖRIMEDELSTRYCKET INUTI EN RULLBORRKRONA TEKNIsKT OMRÅDE Föreliggande uppfinning hänför sig allmänt sett till borrverktyg med bergborrkrona och avser mer specifikt rullborrverktyg och de smörj- och tryckkompensationssystem som används inuti sädana rullborrverktyg.

BAKGRUND En rullborrkrona utgör ett allmänt använt skärverktyg som används i olje-, gas- ochgruvfält för att bryta genom jordformationer och utforma borrhäl för brunnar. Vihänvisar till figur 1, vilken illustrerar en tvärsnittsvy av ett avsnitt av en typiskrullborrkrona. Figur 1 illustrerar specifikt det avsnitt som innefattar en enhet medhuvud och rulle hos borrkronan. Den allmänna konfigurationen och driften för en sädan borrkrona är välkända för fackmannen.

Borrkronans huvud 10 inbegriper en sig nedät och inät sträckande lageraxel 12. Enskärrulle (skärkon) 14 är vridbart monterad pä lageraxeln 12. Lagersystemet förenheten med huvud och rulle som används i rullborrkronor för att vridbartunderstödja rullen (konen) 14 pä lageraxeln 12 använder typiskt antingen rullarsom det lastbärande elementet (ett rullagersystem) eller en axeltapp som detlastbärande elementet (ett glidlagersystem). Figur 1 illustrerar specifikt ettglidlagerimplementering, inbegripande ett lagersystem som definieras av ett förstacylindriskt glidlager 16 (ocksä betecknat huvudglidlagret). Rullen 14 hälls axiellt pälageraxeln 12 och stöds vidare för vridning av en uppsättning kullager 18 somtillhandahälls inuti en ringformig lagerbana 20. Lagersystemet för enheten medhuvud och rulle inbegriper vidare ett andra cylindriskt glidlager 22, ett förstaradiellt glid- (tryck-) lager 24 och ett andra radiellt glid- (tryck-) lager 26.

Lagersystemet för enheten med huvud och rulle hos borrkronan är smort och tätat.Den interstitiella volym inuti lagersystemet som definieras mellan rullen 14 ochlageraxeln 12 är fylld med ett smörjmedel (typiskt fett). Detta smörjmedeltillhandahålls den interstitiella volymen genom en serie av smörjmedelskanaler 28.En tryckkompensator 30, vanligtvis inbegripande ett elastmembran, är kopplad ifluid förbindelse med serien av smörjmedelskanaler 28. Smörjmedlet kvarhälls inutilagersystemet medelst ett tätningssystem 32 som tillhandahålls mellan basen förrullen 14 och basen för lageraxeln 12. Konfigurationen och driften av smörj- och tätningssystemen inuti rullborrkronor är välkända för fackmannen.

Ett kroppsavsnitt 34 hos borrkronan, frän vilket enheten med huvud och rullehänger, inbegriper ett övre gängat avsnitt som utbildar en skarvanslutning förverktyg, vilken underlättar anslutning av borrkronan till en borrsträng (visas ej, men förstäs väl av fackmannen).

Figur 2 illustrerar en tvärsnittsvy av borrkronan som visas i figur 1 och fokuserar päett avsnitt av lagersystemet mer i detalj. I synnerhet fokuserar figur 2 specifikt päomrädet för det första cylindriska glidlagret (huvudglidlagret) 16. Det förstacylindriska glidlagret 16 definieras av en yttre cylindrisk yta 40 pä lageraxeln 12och en inre cylindrisk yta 42 av en bussning 44, vilken har presspassats in i rullen14. Denna bussning 44 utgör en ringformig konstruktion, typiskt framställd avberylliumkoppar, även om användningen av andra material är känd inom rädandeteknik. I ett rullagersystem interagerar den yttre cylindriska ytan 40 pä lageraxeln12 med rullager, vilka kvarhälls exempelvis i en ringformig rullagerbana inuti rullen 14.

Figur 2 visar vidare, att kullagren 18 sitter i den ringformiga lagerbanan 20 somdefinieras vid ett gränssnitt mellan lageraxeln 12 och rullen 14. Kullagren 18 tillförslagerbanan 20 genom en kulöppning 46, varvid denna öppning 46 stängs av enkulplugg 48. Kulpluggen 48 är utformad, sä att den definierar ett avsnitt avsmörjmedelskanalerna 28 inuti kulöppningen 46. Kullagersystemet som visas föreligger typiskt även i implementeringar av lagersystem som använder rullager.

Som diskuterats ovan kvarhälls Smörjmedel inuti lagersystemet medelst ett tätningssystem 32. Tätningssystemet 32 innefattar i en grundläggandekonfiguration ett tätningselement 50 av O-ringstyp, vilket är positionerat i entätningspackbox 52 mellan skärrullen 14 och lageraxeln 12 för att kvarhällasmörjmedel och utestänga extern smuts. Ett tätningsnav med cylindrisk yta 54tillhandahålls vid basen för lageraxeln 12. I den illustrerade konfigurationen ärdenna yta av tätningsnavet 54 radiellt förskjuten utät (exempelvis med tjocklekenför bussningen 44) frän den yttre cylindriska ytan 40 för det första glidlagret 16. Dettorde inses, att tätningsnavet 54, om sä önskas, ej behöver uppvisa nägonförskjutning med avseende pä huvudglidlagret 16 yta 40. Den ringformigatätningspackboxen 52 är utbildad i basen för rullen 14. Packboxen 52 ochtätningsnavet 54 ligger i linje med varandra när skärrullen 14 är vridbartpositionerad pä lageraxeln 12. O-ringstätningselementet 50 komprimeras mellanytan (ytorna) av packboxen 52 och tätningsnavet 54 och verkar för att kvarhällasmörjmedel inuti lagersystemet. Detta tätningselement 50 förhindrar ocksä att material i brunnsborrhälet (säsom borrslam och smuts) tar sig in i lagersystemet.

Med tiden har bergborrkronbranschen gätt frän ett standardnitrilmaterial förtätningselementet 50 till en höggradigt mättad nitrilelast för ökad stabilitet vadgäller egenskaper (värmebeständighet, kemisk motståndskraft). Användningen avett tätningssystem 32 i lager för bergborrkronor har dramatiskt ökatlagerlivslängden under de senaste femtio ären. ]u längre tid tätningssystemet 32verkar för att kvarhälla smörjmedel inuti den interstitiella volymen och utestängaförorening frän lagersystemet, desto längre blir livslängden för lagret ochborrkronan.

Tätningssystemet 32 utgör säledes en kritisk komponent i bergborrkronan. Äter hänvisande till figur 1, definieras det andra cylindriska glidlagret 22 ilagersystemet av en yttre cylindrisk yta 60 pä lageraxeln 12 och en inre cylindriskyta 62 pä rullen 14. Den yttre cylindriska ytan 60 är radiellt förskjuten inät frän den yttre cylindriska ytan 40 (figur 2). Det första radiella glidlagret 24 i lagersystemet definieras mellan de första och andra cylindriska glidlagren 16 och 22 av en förstaradiell yta 64 på lageraxeln 12 och en andra radiell yta 66 på rullen 14. Det andraradiella glidlagret 26 i lagersystemet år beläget intill det andra cylindriska glidlagret22 vid rotationsaxeln för rullen och definieras av en tredje radiell yta 68 på lageraxeln 12 och en fjårde radiell yta 70 på rullen 14.

Smörjmedlet tillhandahålls i den interstitiella volym som definieras mellan ytorna40 och 42 för det första cylindriska glidlagret 16, ytorna 60 och 62 för det andracylindriska glidlagret 22, ytorna 64 och 64 för det första radiella glidlagret 24 ochytorna 68 och 70 för det andra radiella glidlagret 26. Tåtningssystemet 32 medtåtningselementet 50 av O-ringstyp, vilket år positionerat i tåtningspackboxen 52,verkar för att kvarhålla smörjmedlet inuti smörjsystemet och specifikt mellan de motstående radiella och cylindriska ytorna av lagersystemet.

Under borrkronans drift oscillerar den roterande rullen 14 långs huvudet pååtminstone ett axiellt vis. Denna rörelse åberopas allmånt inom rådande teknik somen ”rullpump” ('cone pump'). Rullpumpning utgör en inneboende rörelse somhårrör från den externa kraft som pålåggs rullen av berget under borrningen. Denoscillerande frekvensen för denna rullpumpsrörelse med avseende på huvudet årrelaterad till borrkronans varvtal. Storleken av den oscillerande rullpumpsrörelsenår relaterad till det tillverkningsspel som tillhandahålls inuti lagersystemet (merspecifikt tillverkningsspelet mellan ytorna 40 och 42 för det första cylindriskaglidlagret 16, ytorna 60 och 62 för det andra cylindriska glidlagret 22, ytorna 64 och64 för det första radiella glidlagret 24 och ytorna 68 och 70 för det andra radiellaglidlagret 26). Storleken påverkas ytterligare av den geometri och de toleranser somår associerade med fasthållningssystemet för rullen (exempelvis kulans lagerbana).Då rullpumpsrörelsen intråffar föråndras den interstitiella volym som definierasmellan de föregående cylindriska och radiella ytorna i lagersystemet. Dennaföråndring i volym pressar ihop smörjmedlet som tillhandahålls inuti deninterstitiella volymen. Föråndringen i interstitiell volym och hoppressningen avsmörjmedelsfettet leder till ett alstrande av en smörjmedelstryckpuls. Under en mycket kort tidsperiod flödar fett, som svar på denna tryckpuls, långs en första bana mellan lagersystemet och tryckkompensatorn 30 genom serien avsmörjmedelskanaler 28. Tryckkompensatorn 30 är utformad för att avlasta ellerdämpa tryckpulsen genom att kompensera för förändringar i volym genom desselastmembran. Dock är det känt inom rädande teknik att tryckpulsen, oaktatnärvaron och aktiveringen av tryckkompensatorn 30, även kan bli märkbar vidtätningssystemet 32 pä grund av närvaron av en separat andra bana för flödet avfett som svarar pä denna tryckpuls, mellan de motstäende radiella och cylindriska ytorna av lagersystemet och tätningssystemet 32.

Flödet av fett längs denna andra bana som svar pä tryckpulsen är känt för att varaskadligt för tätningsfunktionen och kan även reducera tätningens livslängd.Exempelvis kan över- och undertryckspulser pä grund av rullpumpsrörelseföranleda en rörelse för tätningselementet 50 inuti tätningspackboxen. Ett gnagandepä och en nötning av tätningselementet 50 kan föranledas av denna rörelse.Dessutom kan en övertryckspuls pä grund av rullpumpsrörelse eventuellt föranledasmörjmedelsfett att läcka ut förbi tätningssystemet 32. En undertryckspuls pä grundav rullpumpsrörelse kan eventuellt dra material frän brunnsborrhälet (säsom borrslam och smuts) förbi tätningssystemet 32 och in i lagersystemet.

Vi hänvisar nu till figur 3, vilken visar ett tvärsnitt av lageraxeln 12, i huvudsak vidplatsen för det första glidlagret 16, taget längs den streckade linjen 80 frän figur 2.Som är känt för fackmannen, inbegriper det första glidlagret 16 för lagersystemet enlastzon (uppvisande en bägvinkel av omkring 120°-180°), vilken uppbär rullens 14last och en icke-lastzon (uppvisande en bägvinkel av omkring 180°-240°). Den yttreytan 40 av lageraxeln 12 vid lastzonen är typiskt härdsvetsad (detta visas ej explicit,men är känt för fackmannen). En av smörjmedelskanalerna 28 för smörjsystemetavslutas vid den yttre cylindriska ytan 40 av lageraxeln 12 i omrädet för icke-lastzonen. Avslutningen av smörjmedelskanalen 28 pä den yttre ytan 40 avlageraxeln 12 tillhandahälls typiskt av ett periferiskt positionerat spär 90 som ärfräst eller maskinbearbetat i den yttre ytan 40. Detta spär 90 inbegriper en öppning 92 för att tillhandahälla en fluid förbindelse in i smörjmedelskanalen 28.

Vi hänvisar nu till figur 4, vilken visar en sidovy av lageraxeln 12 och fokuserar på icke-lastzonen. Det periferiskt positionerade spåret 90 avslutarsmörjmedelskanalen 28 vid den yttre ytan 40 för det första glidlagret 16 förlagersystemet som använder öppning 92. Den axiella bredden 94 för spåret 90överbryggar den största delen av, men inte hela den axiella bredden 96 för, ytan 40för det första glidlagret 16 i lagersystemet. Exempelvis år den axiella bredden 94typiskt lika med den axiella bredden 96 minus en konstant (såsom två gånger enbråkdel av 2,54 cm, exempelvis 2*1/81,28 cm eller 2*3/162,56 cm. På detta sått ården axiella bredden 94 typiskt större ån 80-90 % av den axiella bredden 96. Spåret90 år typiskt axiellt centrerat med avseende på ytan 40 och tillhandahåller två likastora dåmpningszoner 100. På grund av de relativa bredderna 94 och 96 företerdåmpningszonerna 100 ett minimalt mått av den yttre ytan 40 för det förstaglidlagret 16, vilket år belåget axiellt intill spåret 90 och år nårvarande långs denbana som visas av pil 98. Detta minimala mått av den yttre ytan 40 år otillråckligtför att begrånsa flödet av fett och passagen av en tryckpuls mellan lagersystemet(vid ytorna 60, 64 och 68) och tåtningssystemet 32 (vid ytan 54) långs bana 98. Merspecifikt tillhandahåller detta minimala mått av yta 40 långs banan för pil 98 endasttvå relativt korta (i en axiell riktning) dåmpningszoner 100 som kan bistå idåmpningen av flödet av fett långs banan för pil 98 som hårrör från den axiellapassagen av tryckpulsen. I denna konfiguration kan tryckpulsen fårdas långs ytan40 och nå tåtningssystemet 32 (vid ytan 54) innan den dåmpas avtryckkompensatorn 30. Som diskuterats ovan kan denna tryckpuls eventuellt haskadliga effekter på tåtningssystemet 32 och i synnerhet tåtningselementet 50. Detfinns i enlighet med detta inom rådande teknik ett behov av att reducera ellereliminera tryckpulsationen på grund av rullpumpning från att verka på tåtningssystemet 32.

SAMMANFATTNING Ett borrverktyg inbegriper en borrkronkropp, åtminstone en lageraxel, vilkenstråcker sig från borrkronkroppen och en rulle, vilken år monterad för vridning på lageraxeln. En yttre lageryta av lageraxeln inbegriper en icke-lastzon. Ett första spår och ett andra spår är utbildat i den yttre lagerytan vid icke-lastzonen. Det förstaspåret är periferiskt förskjutet i förhållande till det andra spåret. Den yttre lagerytanav lageraxeln utgör en cylindrisk yta, vilken är axiellt belägen mellan en källa till entryckpuls på grund av rullpumpning och ett tätningssystem för rullen ochlageraxeln. De första och andra spåren är positionerade i icke-lastzonen för denyttre lagerytan, så att var och en definierar en första dämpningszon och en andradämpningszon, varvid de första och andra dämpningszonerna axiellt begränsarutbredningen av tryckpulsen på grund av rullpumpningen mot tätningssystemet. Deförsta och andra spåren är axiellt förskjutna i förhållande till varandra.I enutföringsform tillhandahålls öppningar i de första och andra spåren för en fluid förbindelse till en intern smörjkanal för verktyget.

Den perifera förskjutningen av de första och andra spåren tillhandahåller en periferdämpningszon för att begränsa utbredningen av en tryckpuls på grund av rullpumpning från en tryckkälla mot ett tätningssystem för borrverktyget.

Den axiella förskjutningen av de första och andra spåren tillhandahåller enmångfald av axiella dämpningszoner för att begränsa utbredningen av en tryckpulspå grund av rullpumpning från en tryckkälla mot ett tätningssystem för borrverktyget.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 1 illustrerar en tvärsnittsvy av ett avsnitt av en typisk rullborrkrona; Figur 2 illustrerar en tvärsnittsvy av den typiska rullborrkronan som visas i figur 1och fokuserar på lagersystemet mer i detalj; Figur 3 illustrerar ett tvärsnitt av lageraxeln, taget vid platsen för den streckadelinjen i figur 2; Figur 4 illustrerar en sidovy av lageraxeln från figur 2; Figur 5 illustrerar en tvärsnittsvy av en rullborrkrona och fokuserar på enutföringsform av ett lagersystem mer i detalj; Figur 6 illustrerar ett tvärsnitt av lageraxeln, taget vid platsen för den streckade linjen i figur 5; och Figur 7 illustrerar en sidovy av lageraxeln frän figur 5.

DETALIERAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Figur 5 illustrerar en tvärsnittsvy av en rullborrkrona och fokuserar pä enutföringsform av föreliggande uppfinning för bekämpande av pulsationer ismörjmedelstrycket med sitt ursprung vid lagersystemet. Figur 5 är specifiktinriktad mot omrädet för det cylindriska glidlagret (huvudglidlager) 116. Detcylindriska glidlagret 116 definieras av en yttre cylindrisk yta 140 pä en lageraxel112 och en inre cylindrisk yta 142 av en bussning 144, vilken har presspassats in ien rulle 114 som monterats för att vrida sig omkring lageraxeln 112. Bussningen144 utgör en ringformig konstruktion, typiskt framställd av berylliumkoppar, ävenom användningen av andra material är känd inom rädande teknik. I ettrullagersystem interagerar den yttre cylindriska ytan 140 pä lageraxeln 112 med rullager, vilka kvarhälls exempelvis i en ringformig rullagerbana inuti rullen 114.

Lagersystemet inbegriper vidare kullager 118, vilka sitter i en ringformig lagerbana120 som definieras vid gränssnittet mellan lageraxeln 112 och rullen 114. Kullagren118 tillförs lagerbanan 120 genom en kulöppning 146, varvid denna öppning 146stängs av en kulplugg 148. Kulpluggen 148 är utformad, sä att den definierar ettavsnitt av en smörjmedelskanal 128. Kullagersystemet som visas föreligger typiskt även i implementeringar av lagersystem som använder rullager.

Smörjmedel tillhandahälls i den interstitiella volymen mellan ytorna 140 och 142för det cylindriska glidlagret 116 säväl som i den ringformiga lagerbanan 120 ochövriga motstäende cylindriska och radiella lagerytor (som diskuterats ovan) mellanrullen 114 och axeln 112. Smörjmedlet kvarhälls inuti lagersystemet medelst etttätningssystem 132. Tätningssystemet 132 innefattar i en grundläggandekonfiguration ett tätningselement 150 av O-ringstyp, vilket är positionerat i entätningspackbox 152 mellan skärrullen 114 och lageraxeln 112 för att kvarhälla smörjmedel och utestänga extern smuts. Ett tätningsnav med cylindrisk yta 154 tillhandahålls vid basen för lageraxeln 112. I den illustrerade konfigurationen årdenna yta av tåtningsnavet 154 radiellt förskjuten utåt (exempelvis med tjocklekenför bussningen 144) från den yttre cylindriska ytan 140 för det första glidlagret 116.Det torde inses, att tåtningsnavet, om så önskas, ej behöver uppvisa någonförskjutning med avseende på huvudglidlagrets yta 40. Den ringformigatåtningspackboxen 152 år utbildad i basen för rullen 114. Packboxen 152 ochtåtningsnavet 154 ligger i linje med varandra når skårrullen 114 år vridbartpositionerad på lageraxeln 112. O-ringståtningselementet 150 komprimeras mellanytan (ytorna) av packboxen 152 och tåtningsnavet 154 och verkar för att kvarhållasmörjmedel inuti lagersystemet. Detta tåtningselement 150 förhindrar också att material (borrslam och smuts) i brunnsborrhålet tar sig in i lagersystemet.

Vi hånvisar nu till figur 6, vilken visar ett tvårsnitt av lageraxeln 112, i huvudsak vidplatsen för glidlagret 116 och taget långs den streckade linjen 180 från figur 5.Glidlagret 116 för lagersystemet inbegriper en lastzon (uppvisande en bågvinkel avomkring 120°-180°), vilken uppbår rullens last 114 och en icke-lastzon (uppvisandeen bågvinkel av omkring 180°-240°). Den yttre ytan av lageraxeln 112 vid lastzonenår typiskt hårdsvetsad (ej explicit kånt, men inses av fackmannen). Ätminstone enav smörjmedelskanalerna 128 för smörjsystemet avslutas vid den yttre ytan 140 avlageraxeln 112 i området för icke-lastzonen (i denna utföringsform visas två sådanaavslutningar, men det torde inses, att tre eller flera avslutningar kantillhandahållas). Varje avslutning för smörjmedelskanalen 128 på den yttre ytan 140av lageraxeln 112 tillhandahålls vid ett periferiskt positionerat spår 190 som år fråst eller maskinbearbetat i den yttre ytan 140 av lageraxeln 112. Detta spår 190 inbegriper en öppning 192 in i smörjmedelskanalen 128.

Figur 6 visar specifikt nårvaron av två spår 190 som år utbildade i den yttre ytan140 av lageraxeln 112. Det torde inses, att tre eller flera spår 190 kantillhandahållas. De inbegripna spåren 190 år periferiskt förskjutna i förhållande tillvarandra (med en bågvinkel av mellan omkring 45-120°). Även om båda spåren 190visas inbegripa öppningar 192 in i smörjmedelskanalen 128, torde det inses, att detta ej erfordras. Ett spår 190 utan någon öppning 192 in i smörjmedelskanalen 128 skulle i stället kunna tillhandahållas. Faktiskt behöver ingetdera av de tvåspåren 190 från figur 6 uppvisa någon öppning 192 mot smörjmedelskanalen 128 sålånge som någon annan mekanism tillhandahålls för såkerstållande av leverans av smörjmedel till glidlagret 116.

Vid en jåmförelse mellan spåren 190 med öppningarna 192 i figur 6 och spåret 90med öppningen 92 i figur 3, torde det inses, att öppningarna 192 i figur 6 in ismörjmedelskanalen 128 uppvisar en mindre diameter ån öppningen 92 i figur 3.De mindre öppningarna 192 tjånar till att begrånsa flödet av smörjmedelsfett genom öppningarna 192. Även om två spår 190 visas i figur 6, torde det inses, att mer ån två periferiskt förskjutna spår 190 kan tillhandahållas.

Den perifera långden 208 för varje spår 190 kan exempelvis stråcka sig över enbågvinkel av mellan omkring 10-300, och mer företrådesvis stråcka sig över enbågvinkel av mellan omkring 15-20°.

Vi hånvisar nu till figur 7, vilken visar en sidovy av lageraxeln 112 och fokuserar påicke-lastzonen. Varje periferiskt positionerat spår 190 avslutar smörjmedelskanalen128 vid glidlagret 116 för lagersystemet som anvånder en öppning 192. De tvåspåren 190 år periferiskt förskjutna i förhållande till varandra. Den axiella bredden194 för varje spår 190 år kortare ån den axiella bredden 94 för spåret 90 i figur 4. Ien föredragen utföringsform utgör den axiella bredden 194 för varje spår 190 ejmer ån 70 % av den axiella bredden 196 för glidlagret 116 för lagersystemet. I enföredragen implementering utgör en kvot mellan den perifera långden 208 och den axiella bredden 194 för varje spår 190 mellan omkring 2 till 1 och omkring 4 till 1.

Som diskuterats ovan uppvisar öppningarna 192 i figur 6 in i smörjmedelskanalen128 en mindre diameter ån öppningen 92 i figur 3. En reduktion av dimensionernaför öppningen 192 (i jåmförelse med öppningen 92) begrånsar flödet av fett genomöppningen 192 och bistår således i dåmpningen av tryckpulsen och fettflödet som år associerade med förekomster av rullpumpning. I en föredragen utföringsform utgör 11 tvärsnittsomrädet av öppningen 192 mindre än 150 % av det ringformigaflödesomrädet för lagret i närheten av spåret 190 mellan ytorna 140 och 142.Matematiskt kan detta uttryckas som följer:D z k*((4/Tt)*(C*L))^0,5varvid: D=diametern för öppningen 192; k utgör en konstant, exempelvis större än 1säsom 1,5; C=det diametrala spelet för lagret; och L=bäglängden för späret 190 (se referens 208 i figurerna 6 och 7).

Alternativt kan detta matematiskt uttryckas som följer: D2 s k*((D1 + C)^2-D1^2)^0,5varvid: D2=diametern för öppningen 192; k utgör en konstant, exempelvis enbräkdel mindre än 1 säsom 0,9; D1=diametern för axeln vid ytan 140 och C=det diametrala spelet för lagret.

Under det att en reduktion av diametern för öppningen 192 utgör ett föredragetalternativ, är ett annat alternativ att införa en strypningskonstruktion (säsom enstrypningsplatta eller konstriktor) i en öppning med större dimension säsomöppningen 92 som visas i figur 3, varvid denna strypningskonstruktion effektivt tillhandahäller en sammandragen öppning pä det sätt som beskrivs ovan. Även om Figur 7 visar, att varje spär 190 inbegriper en öppning 192 motsmörjmedelskanalen 128, torde det inses, att endast ett av spären 190 kan uppvisaen öppning 192, varvid det andra späret 190 innefattar ett blint omräde som ärutbildat pä lagerytan 140. Ytterligare torde det inses, att ingetdera av de periferisktförskjutna spären 190 behöver uppvisa en öppning 92 mot smörjmedelskanalen128, förutsatt att nägon annan mekanism existerar för säkerställande av leverans av smörjmedel till glidlagret 116.

I en föredragen utföringsform är varje öppning 192 axiellt förskjuten till en positionnärmare en kant av ytan 140 för glidlagret 116. Med andra ord är öppningarna 192ej axiellt centrerade pä ytan 140 för glidlagret 116. Exempelvis visas den vänstra öppningen 192 i figur 7 ha en axiell förskjutning till en position närmare en övre 12 kant 210 av ytan 140 för glidlagret 116, under det att den högra öppningen 192 ifigur 7 visas ha en axiell förskjutning till en position närmare en undre kant 212 avytan 140 för glidlagret 116. I en föredragen implementering år öppningarna 192axiellt förskjutna i motsatta riktningar, såsom visas i figur 7. Det torde dock inses,att båda öppningar 192 kan vara axiellt förskjutna mot en och samma kant (210 eller 212) av ytan 140.

Att axiellt förskjuta öppningarna 192 på det sått som beskrivs och tillhandahållandeav de relativa bredderna 194 och 196, ökar (i jåmförelse med figur 4) måttet av denyttre ytan 140 för det första glidlagret 116 som axiellt ligger intill spåret 190 och årnårvarande långs banorna som visas av pilarna 198. Det ökade måttet av den yttreytan 140 begrånsar båttre flödet av fett och passagen av en tryckpuls mellanlagersystemet (vid ytorna 160, 164 och 168) och tåtningssystemet 132 (vid ytan154). Som ett resultat av den axiella förskjutningen tillhandahåller det ökade måttetav ytan 140 vid varje pil 198 (i en axiell riktning) en relativt kortare dåmpningszon200 på en sida av spåret 190 och en relativt långre dåmpningszon 202 på den andrasidan av spåret 190. Denna konfiguration med långre dåmpningszoner 202tillhandahåller förbåttrad prestanda jåmfört med konfigurationen från figur 4 itermer av en dåmpning av flödet av fett på grund av den axiella passagen avtryckpulsen. Den ytterligare dåmpning som hårrör från nårvaron av de relativtlångre dåmpningszonerna 202 bistår ytterligare i skyddet av tåtningssystemet 132(vid ytan 154) från tryckpulsen och stöder dåmpningsfunktionen förtryckkompensatorn 30 (se figur 1). I en föredragen implementering utgör kvotenmellan den axiella bredden för den relativt långre dåmpningszonen 202 och denaxiella bredden för den relativt kortare dåmpningszonen 200 mellan omkring 3 till 1och omkring 6 till 1. Det år föredraget, att den axiella förskjutningen av spåren 190bör bevara åtminstone ett litet mått av perifer axiell överlappning 216 mellanspåren, i synnerhet i fall, då ett av spåren utgör ett blint spår utan någon öppning 192 (men det torde åven inses, att ingen axiell överlappning 206 eventuellt behöver vara nödvåndig i vissa implementeringar).

Den perifera förskjutningen av de två spåren 190 långs med de relativa bredderna 13 194 och 196 och den axiella förskjutningen av spåren 190 tillhandahåller vidare enytterligare dåmpningszon 204, vilken år periferiskt belägen mellan de två spåren190. Graden av perifer förskjutning väljs på ett sådant sått, att den periferatryckdåmpningen mellan spåren år ungefårligen lika med den axiellatryckdåmpningen mellan ett spår och en ytterligare ånde av lagret. Med andra ordvåljs den perifera förskjutningen av spåren 190 så, att det år ungefårligen lika svårtför tryckpulsen för fett att fårdas mellan ånden i lagersystemet och spåret långsbanan för pil 198 som det år för tryckpulsen för fett att fårdas mellan spår långsbanan för pil 206. På detta sått år båda möjliga fårdbanor för fettet på grund avtryck i huvudsak lika dåmpade.

Då rullpumpsrörelsen intråffar pressas smörjmedlet som tillhandahålls ilagersystemet med den interstitiella volymen (med axelns 116 ytor 140, 160, 164och 168) ihop. Detta leder till ett alstrande av en tryckpuls. Som svar på tryckpulsenflödar smörjmedelsfett genom serien av smörjmedelskanaler 28 mellanlagersystemet och tryckkompensatorn 30 (se figur 1). Tryckkompensatorn 30 årutformad för att dåmpa eller avlasta tryckpulsen genom att kompensera förföråndringar i volym genom dess elastmembran. De banor som tillhandahålls avpilarna 198 och 206 år dock åven tillgångliga för fettflöde som svar på tryckpulsen.Dåmpningszonerna 200, 202 och 204 tillhandahålls för att begrånsa flödet av fettlångs dessa banor och således reducera eller eliminera tryckpulsationen på grund av rullpumpning från att verka på tåtningssystemet 132. Även om figurerna 5-7 specifikt illustrerar anvåndningen av ett glidlagersystem,torde det inses, att spåren 190 (med eller utan öppningar 192) som ett alternativ kan anvåndas i förbindelse med ett rullagersystem.

Vidare torde det, åven om figurerna 5-7 specifikt illustrerar tillhandahållandet avspår 190 (med eller utan öppningar 192) i förbindelse med huvudlagret ilagersystemet (vare sig glid- eller rull-), inses att spåren 190 (med eller utanöppningar 192) alternativt kan tillhandahållas i förbindelse med vilken som helst låmplig lageryta av axel 116 (inbegripande, men ej begrånsat till, ytorna 140, 160, 14 164 och 168) i antingen en glidlager- eller rullagerimplementering. Även om den förklarats i sammanhanget ett borrverktyg som utformats primärt föranvändning i en borrningstillämpning vid ett oljefält, torde det inses, attbeskrivningen ej är begränsad till denna och att lagersystemet som beskrivs kananvändas i vilket som helst rullborrverktyg (borrverktyg med roterande kon),inbegripande verktyg som används i tillämpningar, vilka ej rör oljefält. Specifikt kanborrverktyget vara konfigurerat för användning med vilken som helst lämpligborrfluid, inbegripande luft, dimma, skum eller vätska (vatten-, slam- elleroljebaserad), eller vilken som helst kombination av de föregäende. Vidare är, ävenom de beskrivs i sammanhanget en lösning pä de problem som är associerade medrullpumpning och pulsationer i smörjmedelstrycket i tätade ochtryckkompenserade system, de lösningar som beskrivs häri är lika tillämpliga pärullborrkronor (borrkronor med roterande kon), vilka är smorda men ej inbegriper ett tryckkompensator- och membransystem. Även om föredragna utföringsformer av förfarandet och anordningen enligtföreliggande uppfinning har illustrerats i de ätföljande ritningarna och beskrivits iden föregäende detaljerade beskrivningen, torde det inses, att uppfinningen ej ärbegränsad till de avslöjade utföringsformerna, utan är kapabel till mängtaligaomarrangemang, modifikationer och substitutioner utan att avvika fränuppfinningens andemening säsom den anges och definieras av de följande patentkraven.

Claims (21)

:

1. Borrverktyg, innefattande: en borrkronkropp (34): åtminstone en lageraxel (112), vilken sträcker sig från borrkronkroppen (34): en rulle (114), vilken år monterad för vridning på lageraxeln (112); ett första spår (190) som år utbildat i en icke-lastzon för en yttre lageryta (140) avlageraxeln (112); och ett andra spår (190) som år utbildat i icke-lastzonen för samma yttre lageryta (140)av lageraxeln (112); varvid det första spåret (190) år periferiskt förskjutet i förhållande till det andraspåret (190), varvid den yttre lagerytan (140) av lageraxeln (112) utgör encylindrisk yta, vilken år axiellt belägen mellan en kålla till en tryckpuls på grund avrullpumpning och ett tåtningssystem (132) för rullen (114) och lageraxeln (112),varvid de första och andra spåren (190) år positionerade i icke-lastzonen för denyttre lagerytan (140), så att var och en definierar en första dåmpningszon (200) ochen andra dåmpningszon (202), varvid de första och andra dåmpningszonerna (200,202) axiellt begrånsar utbredningen av tryckpulsen på grund av rullpumpningenmot tåtningssystemet (132), kånnetecknat av att de första och andra spåren (190) år axiellt förskjutna i förhållande till varandra.

2. Borrverktyg enligt krav 1, varvid lageraxeln (112) vidare inbegriper enintern smörjkanal (128) och ytterligare inbegriper en första öppning (192) inuti detförsta spåret (190), varvid den första öppningen (192) tillhandahåller en fluid förbindelse mellan det första spåret (190) och den interna smörjkanalen (128).

3. Borrverktyg enligt krav 2, varvid den första öppningen (192) uppvisar endiameter D som satisfierar följande ekvation: D ß k*((4/Tt)*(C*L))^0,5; varvid: kutgör en konstant större ån ett; C=det diametrala spelet för lagret; och L=båglångden för det första spåret (190). 16

4. Borrverktyg enligt krav 2, varvid den första öppningen (192) uppvisar endiameter D2 som satisfierar följande ekvation: D2 s k*((D1 + C)^2-D1^2)^0,5;varvid: k utgör en konstant mindre än ett; D1=den yttre ytans (140) diameter för axeln (112); och C=det diametrala spelet för lagret.

5. Borrverktyg enligt krav 2, varvid den första öppningen (192) uppvisar etttvärsnittsomräde, vilket utgör mindre än 150 % av ett ringformigt flödesomrädelängs den yttre lagerytan (140) av lageraxeln (112) i en omgivning av det första späret (190).

6. Borrverktyg enligt krav 2, ytterligare innefattande en andra öppning (192)inuti det andra späret (190), varvid den andra öppningen (192) tillhandahäller en fluid förbindelse mellan det andra späret (190) och den interna smörjkanalen (128).

7. Borrverktyg enligt krav 1, varvid den perifera förskjutningen av det förstaspäret (190) frän det andra späret (190) definierar en ytterligare dämpningszon(204) som sträcker sig periferiskt längs den yttre lagerytan (140) av lageraxeln(112) mellan det första späret (190) och det andra späret (190).

8. Borrverktyg enligt krav 7, varvid den ytterligare dämpningszonen (204)mellan det första späret (190) och det andra späret (190) tillhandahäller en periferdämpningslängd, vilken är ungefärligen lika med en axiell dämpningsbredd somtillhandahälls mellan antingen det första späret (190) eller det andra späret (190) och en ytterligare ände av den yttre lagerytan (140) av lageraxeln (112).

9. Borrverktyg enligt krav 1, varvid den yttre cylindriska ytan (140) utgör enhuvudglidlageryta.

10. Borrverktyg enligt krav 1, varvid lageraxeln (112) stöder ett glidlager (116).

11. Borrverktyg enligt krav 1, varvid den yttre lagerytan (140) av lageraxeln(112) axiellt definieras mellan en första kant (210) och en andra kant (212), och 17 varvid det första spåret (190) är axiellt förskjutet och beläget närmare den förstakanten (210) av den yttre lagerytan (140) än det andra späret (190) och det andra späret (190) är beläget närmare den andra kanten (212) än det första späret (190).

12. Borrverktyg enligt krav 11, varvid den första dämpningszonen (200) längsden yttre lagerytan (140) av lageraxeln (112) sträcker sig axiellt mellan den förstakanten (210) och det första späret (190) och mellan den andra kanten (212) och detandra späret (190) och den andra dämpningszonen (202) längs den yttre lagerytan(140) av lageraxeln (112) sträcker sig axiellt mellan det första späret (190) och denandra kanten (212) och mellan den första kanten (210) och det andra späret (190).

13. Borrverktyg enligt krav 1, varvid vart och ett av de första och andra spären(190) uppvisar en axiell bredd (194), och varvid den axiella bredden (194) för vartoch ett av de första och andra spären (190) ej utgör mer än 70 % av en axiell bredd(196) för den yttre lagerytan (140) av lageraxeln (112) mellan de första och andrakanterna (210, 212).

14. Borrverktyg enligt krav 1, vart och ett av de första och andra spären (190)uppvisar en axiell bredd (194) och en perifer längd (208), och varvid en kvot mellanden perifera längden (208) och den axiella bredden (194) för vart och ett av de första och andra spären (190) utgör mellan omkring 2 till 1 och omkring 4 till 1.

15. Borrverktyg enligt krav 12, varvid en första axiell bredd hos den förstadämpningszonen (200) skiljer sig frän en andra axiell bredd hos den andra dämpningszonen (2 02).

16. Borrverktyg enligt krav 15, varvid en kvot mellan den första axiella bredden och den andra axiella bredden utgör mellan omkring 3 till 1 och omkring 6 till 1.

17. Borrverktyg enligt krav 7, varvid de första, andra och ytterligaredämpningszonerna (200, 202, 204) axiellt begränsar utbredningen av tryckpulsen pä grund av rullpumpningen mot tätningssystemet (132). 18

18. Borrverktyg enligt krav 2, varvid den första öppningen (192) tillhandahåller utbredning av tryckpulsen på grund av rullpumpningen.

19. Borrverktyg enligt krav 1, varvid tätningssystemet (132) innefattar enringformig tätningspackbox (152) och ett tätningselement (150) som är mottagen iden ringformiga tätningspackboxen (152).

20. Borrverktyg enligt krav 19, varvid tätningselementet (150) är av O-ringstyp.

21. Borrverktyg enligt krav 1, varvid de första och andra spåren (190) har en perifer axiell överlappning (216).