NO171322B - Trykkforsterker - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en forbedret konstruksjon av trykkforsterker eller trykkomformer for montering ovenfor borkronen ved den nedre ende av et borerør for dypboring, særlig etter olje og gass, og for frembringelse av et for-høyet væsketrykk under utnyttelse av energi i en boreslam-strøm ned gjennom borerøret.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe forbed-ringer i en trykkf orsterker av den art som er gjenstand for norsk utlegningsskrift nr. 169.088, hvor det har vist seg mulig å finne mer fordelaktige løsninger i visse viktige deler av konstruksjonen.

Det er tidligere kjent forskjellige forslag til slik utnyttelse av boreslamstrømmen, spesielt for å oppnå en forsterket eller mer effektiv boreoperasjon. Et eksempel på slik kjent teknikk er å finne i internasjonal patentsøknad PCT/EP82/00147. Dette eksempel gjelder anvendelse av slag-effekt frembragt med boreslamstrømmen som energikilde, for å forsterke borevirkningen.

Av særlig interesse for foreliggende oppfinnelse er anvendelse av en eller flere høytrykkstråler til å utøve en skjærevirkning i en omgivende bergart. Dette er også i og for seg tidligere kjent, blant annet fra US-patent 3.112.800, som beskriver en metode med bruk av en trykkomformer-anordning for frembringelse av det nødvendige høye trykk. Oppfinnelsen er imidlertid rettet mot en ny konstruksjon av en trykkforsterker for frembringelse av det nødven-dige høye væsketrykk.

Norsk utlegningsskrift 169.088 omhandler en trykkforsterker som omfatter en drivinnretning til å drives av bore-slamstrømmen og til å bevege en ventil som styrer et stempel til resiproserende bevegelse med et trykkslag og et returslag, hvilket stempel på den ene side (lavtrykkside) har en stor stempelflate som under trykkslaget påvirkes av boreslamtrykket i borerøret, og på den andre siden har en første, motsatt stempelflate som gjennom en kanal både under trykkslaget og returslaget er forbundet med ringrommet utenfor borerøret, og en annen, motsatt og liten stempelflate som under trykkslaget frembringer et forhøyet trykk i en mindre del (høytrykkside) av boreslamstrømmen, idet en kanal med en enveis ventil forbinder høytrykksiden med en høytrykkskanal som leder frem mot borkronen.

Det problem som foreliggende oppfinnelse spesielt er rettet mot, har sammenheng med at boreslam under det nevnte returslag fores inn i trykkforsterkeren fra boreslamstrømmen utenfor borerøret. Denne boreslamstrøm inneholder partikler og fragmenter fra boreoperasjonen, og vil kunne ha en uheldig virkning på de bevegelige deler av trykkforsterkeren, særlig stempel, sylinderflater osv.

Ved en trykkforsterker i henhold til norsk utlegningsskrift 169.088 som angitt foran, innebærer således foreliggende oppfinnelse i første rekke den løsning at i det minste en utløpskanal forbinder lavtrykksiden med rommet foran den første motsatte stempelflate.

Med denne løsning vil de aktuelle rom og volumer bli fylt og holdt rene av borevæske ovenfra som er fri for partikler, slik at forurenset boreslam fra ringrommet utenfor borerøret ikke kan trenge inn og skape problemer.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: fig. l tilsvarer fig. 7 i norsk utlegningsskrift 169.088

og viser for oversiktens skyld en gruppe av fire trykkomformer-enheter med omgivende borerør eller

borestreng og foringsrør skjematisk inntegnet,

fig. 2 viser i aksielt snitt vesentlige deler av en trykk-omf ormer basert på konstruksjoner ifølge oppfinnelsen, med et ventilorgan i stilling tilsvarende

omformerens trykkslag,

fig. 3 viser et snitt i likhet med fig. 2, men med ventilorganet i stilling for innledning av returslaget,

og

fig. 4 viser et tverrsnitt etter linjen IV-IV på fig. 3,

det vil si med ventilorganet i en stilling tilsvarende returslaget.

Fig. 1 viser et arrangement i henhold til norsk utlegningsskrift 169.088 med fire trykkforsterker- eller trykk-omf ormer-enheter 41, 42, 43 og 44 som er sammenkoblet i lengderetningen ende mot ende, idet et toppstykke 3 er montert på enheten 41, mens et bunnstykke 5 er montert på enheten 44. For omformerenheten 41 er det indikert rørstusser 37A og 37B som tjener til å forbinde denne med ringrommet mellom borerøret 1 og foringsrøret 51, hvor det under drift går en oppadrettet boreslamstrøm 50. Tilsvarende går det en nedadrettet strøm 19 av borevæske innenfor borerøret eller - strengen l. Videre vises en drivaksel 21 som er rotasjons-messig koblet til de øvrige enheters drivaksel, henholdsvis 21A, 21B og 21C.

Toppstykket 3 bærer et drivorgan i form av en turbin 20 innrettet til å drives av boreslamstrømmen, idet en tann-hjulsutveksling overfører kraften fra turbinakselen til de sammenstilte drivaksler for rotasjon av disse i fellesskap og dermed den tilsiktede styring av omformerenhetenes ventil-organer. Disse kan med fordel være faseforskjøvet, dvs. innbyrdes vinkelforskjøvet, slik at trykkslagene og dermed høytrykkstøtene fra hver av enhetene til den felles samlekanal, jevner seg ut til en mer konstant høytrykkstrøm enn det som en enkelt trykkomformer vil gi. En samlekanal for høytrykkstrømmen føres ved 46 over i bunnstykket 5 som har et sentralt utløp for videreføring til området ved borkronen (ikke vist).

Det forannevnte problem, som oppfinnelsen tar sikte på å løse, kan i tilknytning til virkemåten av omformergruppen på fig. 1, forklares nærmere som følger:

Borevæske 19 som kommer ovenfra ned gjennom borestrengen 1 og ledes inn på oversiden av stempelet 6 (i trykkomformeren 41) , har gått gjennom filter og pumpe på boredekket i en borerigg f.eks. til havs. Denne delen av borevæsken er derfor meget ren og fri for partikler. Derimot vil den borevæske (slam) 50 som har gått gjennom borkronen og er på vei oppover på utsiden av borestrengen 1, bringe med seg alle fragmenter fra boringen og er derfor full av partikler i alle størrelser.

Borevæske fra overflaten med et overtrykk på f.eks. 3 00 bar føres inn på oversiden av stempelet 6 for å utføre et trykk- eller arbeidsslag, og under dette arbeidsslag ønskes minst mulig motstand på undersiden av stempelet. Derfor er det anordnet rørforbindelser eller -kanaler 37A og 37B osv. ut til ringrommet mellom borestreng 1 og foringsrør 51, hvor den oppadgående bores lams trøm 50 går med et overtrykk på f.eks. 2 0 bar.

Rommet på undersiden av stempelet 6 fylles hver gang gjennom rørforbindelsene 37A og 37B når stempelet 6 går oppover, slik at boreslam fra utsiden av borestrengen 1 inneholdende partikler fra boringen, vil komme inn i rommet og skape problemer som nevnt.

Mens trykkomformer-enhetene på fig. 1 er forutsatt å ha en konstruksjon i prinsippet som beskrevet i forannevnte norske patentsøknad, viser tegningenes figurer 2, 3 og 4 en ny konstruksjon av trykkomformer-modulen, som gjør det mulig å unngå de beskrevne problemer.

I likhet med den tidligere foreslåtte konstruksjon, omfatter den som er vist på fig. 2, 3 og 4 et stort sett sylindrisk hus 10 innrettet til å oppta stempelet 6. Dette har tre virksomme stempelflater, nemlig en øvre forholdsvis stor stempelflate 11, en første motsatt stempelflate 13 og en annen motsatt og forholdsvis liten stempelflate 12 ved den nedre ende av stempelorganet 6. Dette er innrettet til å kunne beveges fritt aksielt under påvirkning av varierende boreslamtrykk på de respektive stempelflater.

Rommet eller volumet 31 foran stempelflaten 11 kan betegnes lavtrykksrom, mens volumet 32 foran stempelflaten 12 tilsvarende kan betegnes høytrykksrom. Dette siste er gjennom en enveis ventil 15 forbundet med en samlekanal 16 for den resulterende boreslamstrøm med forhøyet trykk. To andre enveis ventiler (ikke vist) slipper inn boreslam til høy-trykksrommet 32 fra hovedstrømmen av boreslam innenfor det omgivende borerør. Kanalen 16 er gjennomgående i hele lengderetningen av huset 10 med sikte på sammenkobling av flere slike trykkomformerenheter til en gruppe, som f.eks. vist i prinsippet på fig. 1.

Snittene på fig. 2 og 3 er på hver sin side av senter-linjen (øvre del) innbyrdes forskjøvet med 90° (jfr. fig. 4) . Således er det vist en innløpskanal 34 (fig. 2) og en utløps-kanal 35 (fig. 3) for rommet 31 over stempelet 6, idet et ventilorgan 27 er innrettet til å styre henholdsvis innløp og utløp. Ventilorganet 27 har for dette formål en diametralt gjennomgående passasje 27B med en sentral nedadrettet åpning 27C som i denne utførelse er vist med sirkulært tverrsnitt (fig. 4). Ventilorganet 27 er anordnet dreibart og er forsynt med en tannkrans 27A for dreiebevegelsen. Denne bevegelse besørges ved hjelp av en (ikke vist) tannhjulsoverføring fra drivakselen 21.

Med utgangspunkt i en stilling hvor stempelet 6 befinner seg i øvre stilling og ventilorganet 27 slipper inn borevæske på oversiden av stempelet gjennom innløpskanalene 34, vil stempelet 6 bli presset nedover. Dermed vil væske som befinner seg i rommet 33 foran stempelflaten 13 på undersiden av stempelet 6, strømme ut gjennom forbindelsene 37A og 37B til ringrommet mellom borestrengen 1 og foringsrøret. Stempelet 6 blir drevet ned til sin bunnstilling som vist på fig. 2.

For å bevirke et returslag av stempelet omstilles ventilen 27 til den stilling som er vist på fig. 3, hvor det er åpnet for utstrømning gjennom utløpskanalene 35 og en fortsettelse av disse i form av to overføringskanaler 35A som går i aksiell retning gjennom sylinderveggen 10 ned til rommet 33 på undersiden av stempelet 6 og den tilstøtende rørforbindelse 37B som kommuniserer med den oppadgående boreslamstrøm utenfor borestrengen. Ren borevæske fra oversiden av stempelet 6 vil bli presset ut gjennom overførings-kanalene 35A og vil etterhvert fylle rommet 33 når dette utvider seg ved den oppadgående stémpelbevegelse. Dermed hindres boreslam fra ringrommet i å trenge inn gjennom rør-forbindelsen 37B og forurense eller skade innvendige deler av trykkomformeren, såsom det bevegelige stempel 6 med tilhørende sylinderforing, og den nedadgående forlengelse av stempelorganet med den nedre stempelflate 12 samt pakninger 14.

Som det best fremgår av fig. 4 er det anordnet to diametralt motsatte innløp 34-34 og to diametralt motsatte utløp 35-35 med 90° vinkelforskyvning mellom innløp og utløp. Dreining av ventilorganet 27 omfattende passasjen 27B med en vinkel på (i prinsippet) 90° vil følgelig omstyre fra trykkslag til returslag og omvendt i trykkomformeren.

Claims (4)

1. Trykkforsterker for montering ovenfor borkronen ved den nedre ende av et borerør for dypboring, særlig etter olje og gass, og for frembringelse av et forhøyet væsketrykk under utnyttelse av energi i en boreslamstrøm ned gjennom bore-røret, med sikte på en forsterket borevirkning, fortrinnsvis ved hjelp av en eller flere høytrykkstråler egnet til å ha skjærevirkning i en omgivende bergart, omfattende en inn-retning (2) til å drives av boreslamstrømmen og til å bevege en ventil (27) som styrer et stempel (6) til resiproserende bevegelse med et trykkslag og et returslag, hvilket stempel på den ene side (lavtrykkside 31) har en stor stempelflate (11) som under trykkslaget påvirkes av boreslamtrykket i borerøret, og på den andre siden har en første motsatt stempelflate (13) som gjennom en kanal (37A,37B) både under trykkslaget og returslaget er forbundet med ringrommet (50) utenfor borerøret, og en annen motsatt og liten stempelflate (12) som under trykkslaget frembringer et forhøyet trykk i en mindre del (høytrykkside 32) av boreslamstrømmen, idet en kanal med en enveis ventil (15) forbinder høytrykksiden med en høytrykkskanal (16) som leder frem mot borkronen, karakterisert ved at i det minste en utløps-kanal (35,35A) forbinder lavtrykksiden (31) med rommet (33) foran den første motsatte stempelflate (13).

2. Trykkforsterker ifølge krav l, karakterisert ved at utløpskanalen (35) fra lavtrykksiden (31) går over i en overføringskanal (35A) som er anordnet i en sylindervegg (10) for stempelet (6) frem til rommet (33) foran den første motsatte stempelflate (13).

3. Trykkforsterker ifølge krav 2, karakterisert ved at kanalen(e) (37A, 37B) fra rommet (33) foran den første motsatte stempelflate (13) til ringrommet (50) utenfor borerøret (1), er anordnet i det vesentlige radielt ut fra den nedre ende av overførings-kanalen (35A).

4. Trykkforsterker ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det er anordnet to diametralt motstående utløpskanaler (35-35) med hver sin tilhørende overføringskanal (35A-35A). (Fig. 4).