NO325972B1

NO325972B1 - Device for hammer hammer valve for use in coiled drilling

Info

Publication number: NO325972B1
Application number: NO20053130A
Authority: NO
Inventors: Per Olav Haughom
Original assignee: Hav Technology As
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2008-08-25
Also published as: WO2007001187A1; NO20053130D0; NO20053130L

Abstract

Hydraulisk hammer er bygget opp omkring en indre sylindrisk strengdel (1) og en ytre sylindrisk mantel bestående av sylindriske seksjoner (4,6 og 8) forbundet med adaptere (5 og 7). Slaghammeren drives av væsketrykk som tilveiebringes ved at inngående væskestrøm (10) strupes over en dyse (32). Væsketrykket ledes gjennom hullene (26 , 27) og påvirker ventildelen (2)5 slik at fjærene (12 og 29) komprimeres og bygger opp kraft inntil ventildelen (17) med ventilflatene (19) går til anslag mot ventilflaten (15). I denne posisjonen lukkes volumet (36) inne og trykket stiger slik at trykkdifferansen som påvirker ventildelen (25) reduseres og trykkraften overvinnes av fjærkraften i fjæren (29). Ventildelen (25) akselererer nå hurtigere enn ventildelene (23 og 17) på grunn av at fjæren, (29) forbundet med ventildelen (25), er kraftigere en fjæren (12) som er forbundet med ventildelene (23 og 17) gjennom strengdelen (1) og låseringene (16 og 22). Som følge av hurtigere akselerasjon på ventildel (25) holdes ventilflatene åpne helt til anslag mot ansatsen (34). I denne posisjonen lukkes ventilflatene (24) og sekvensen gjentas. Frekvensen på slagene styres av tilført væskemengde og trykk.Hydraulic hammer is constructed around an inner cylindrical strand (1) and an outer cylindrical sheath consisting of cylindrical sections (4.6 and 8) connected to adapters (5 and 7). The impact hammer is driven by fluid pressure provided by the incoming fluid flow (10) being throttled over a nozzle (32). The fluid pressure is passed through the holes (26, 27) and affects the valve member (2) 5 so that the springs (12 and 29) are compressed and build up until the valve member (17) with the valve faces (19) proceeds against the valve surface (15). In this position, the volume (36) is closed in and the pressure rises so that the pressure difference affecting the valve member (25) is reduced and the compressive force is overcome by the spring force in the spring (29). The valve member (25) now accelerates faster than the valve members (23 and 17) because the spring (29) connected to the valve member (25) is more powerful than the spring (12) connected to the valve members (23 and 17) through the string member (23). 1) and locking rings (16 and 22). As a result of faster acceleration on the valve part (25), the valve faces are kept fully open until the impact against the shoulder (34). In this position, the valve faces (24) close and the sequence is repeated. The frequency of the blows is controlled by the amount of fluid and pressure applied.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører en utførelse ved en slaghammer, spesielt av det slaget som fortrinnsvis benyttes i forbindelse med boring og vedlikeholdsoperasjoner i olje-og gassbrønner. This invention relates to an embodiment of a percussive hammer, especially of the type that is preferably used in connection with drilling and maintenance operations in oil and gas wells.

Med dagens teknikk bores olje- og gassbrønner i alt vesentlig med roterende borestreng og borekrone montert i bunnen av borestrengen. I noen tilfeller benyttes kontinuerlig borestreng (kveilrør) kveilet opp på rull. Kveilrøret kjøres ned og trekkes fra borehullet med en injektor. I bunnen av kveilrøret sitter ofte en væskemotor som roterer borekronen ved hjelp av boreslam som pumpes ned gjennom kveilrøret. Signalkabel for retningskontroll og styring føres ofte ned gjennom senterhullet i kveilrøret. With today's technology, oil and gas wells are essentially drilled with a rotating drill string and drill bit mounted at the bottom of the drill string. In some cases, continuous drill string (coiled pipe) coiled up on a roll is used. The coiled pipe is driven down and pulled from the borehole with an injector. At the bottom of the coiled pipe is often a fluid motor that rotates the drill bit with the help of drilling mud that is pumped down through the coiled pipe. Signal cable for direction control and steering is often led down through the center hole in the coil tube.

Kveilrøret brukes også i forbindelse med vedlikehold av produksjons-lønner som har vært i produksjon i lengre tid og som det er nødvendig å renske opp for å opprettholde produksjonen. I slike tilfeller er det ofte aktuelt å fjerne avleiringer som er avsatt i rørsystemet. For å kunne utføre denne type operasjoner, har det vist seg hensiktsmessig å benytte hammerteknikker for å fjerne avleiringer. Hammer benyttes også i forbindelse med spesielle operasjoner som for eksempel setting av plugger, "fiskeopérasjoner" åpning og lukking av ventiler, "sliding sleeves" etc. Hammeren plasseres i bunnen av kveilrøret og drives av væske som pumpes ned gjennom kveilrøret. The coil pipe is also used in connection with the maintenance of production maples that have been in production for a long time and which need to be cleaned up to maintain production. In such cases, it is often relevant to remove deposits that have been deposited in the pipe system. In order to be able to carry out this type of operation, it has proven appropriate to use hammer techniques to remove deposits. Hammers are also used in connection with special operations such as setting plugs, "fishing operations", opening and closing valves, "sliding sleeves" etc. The hammer is placed at the bottom of the coil pipe and is driven by liquid that is pumped down through the coil pipe.

GB 2 364 080 A vedrører et verktøy for å frembringe vibrasjoner nede i et borehull. Vektøyet anvendes for å frigjøre gjenstander som har satt seg fast i olje-og gassbrønner og omfatter stempelfjærer som gjentagende komprimeres ved hjelp av et hydraulisk trykk og gjentagende frigjøres. GB 2 364 080 A relates to a tool for producing vibrations down a borehole. The weight tool is used to free objects that have become stuck in oil and gas wells and includes piston springs that are repeatedly compressed by means of hydraulic pressure and repeatedly released.

WO 9746791 A1 vedrører en ventilkonstruksjon som vekselvis stenger og åpner for en væskestrømning for å oppnå hurtige trykkpulser i den hensikt å redusere friksjon i borestrengen og redusere risiko for at borestrengen setter seg fast. WO 9746791 A1 relates to a valve construction which alternately closes and opens a fluid flow to achieve rapid pressure pulses with the aim of reducing friction in the drill string and reducing the risk of the drill string getting stuck.

GB 2364080 A vedrører et verktøy for å frembringe vibrasjoner nede i et borehull. Vektøyet er først og fremst ment for perkusjonsboring. GB 2364080 A relates to a tool for producing vibrations down a borehole. The weight tool is primarily intended for percussion drilling.

Dagens hammerteknikker har vist seg lite effektive i forhold til funksjons-kravene for det arbeidet som ønskes utført. Spesielt gjelder dette pålitelighet og driftssikkerhet. I følge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en slaghammer for bruk ved bore-og vedlikeholdsoperasjoner i olje- eller gassbrønner som drives ved hjelp av et væsketrykk fra en væske som er ført gjennom et kveilrør, der slaghamméren er innrettet for en-veis nedoverrettede slag, der slaghamméren omfatter en strengdel og et antall sekvensventilanordiiinger, der sekvensventilanordningene, ved påført trykk fra væsken som er ført gjennom kveilrøret, er innrettet til å først spenne opp et fjærorgan som er anordnet i forbindelse med et lodd, for så å frigjøre den opplagrede kraften i fjærorgan slik at loddet slår mot et sluttstykke og dermed frembringer et slag, der strengdelen danner en hul gjennomgående kanal gjennom slaghamméren, idet sekvensventilanordningene, fjærorganet, loddet samt sluttstykket er anordnet konsentrisk rundt den hule gjennomgående strengdelen. Oppfinnelsen er særpreget ved de trekk at åpning av ventilflaten skjer som følge av trykkstigning i væskevolumet mellom ventilflatene og ved at ventilelementet er anordnet aksialt forskyvbart mot et andre fjærorgan. Today's hammering techniques have proven to be inefficient in relation to the functional requirements for the work to be carried out. In particular, this applies to reliability and operational reliability. According to the present invention, a percussive hammer is provided for use in drilling and maintenance operations in oil or gas wells which is operated by means of a liquid pressure from a liquid which is passed through a coiled tube, where the percussive hammer is arranged for one-way downward blows, where the percussive hammer comprises a string part and a number of sequence valve devices, where the sequence valve devices, when pressure is applied from the liquid that is passed through the coil tube, are arranged to first tension a spring member which is arranged in connection with a plumb line, and then release the stored force in the spring member so that the solder strikes an end piece and thus produces a blow, where the string part forms a hollow continuous channel through the impact hammer, the sequence valve devices, the spring member, the solder and the end piece being arranged concentrically around the hollow string part. The invention is characterized by the features that opening of the valve face occurs as a result of a pressure increase in the liquid volume between the valve faces and by the fact that the valve element is arranged axially displaceable against a second spring element.

Med foreliggende oppfinnelse har en kommet frem til en hammérutførelse som gjør det mulig å oppnå større effektivitet og bedre pålitelighet gjennom en forenklet og mer robust konstruksjon på ventilutføreisen som styrer hammerbevegelsen. Oppfinnelsen representerer også en forenkling av produksjonen slik at produktet blir billigere og dermed kan anvendes i flere sammenhenger der økonomiske kriterier er avgjørende. With the present invention, a hammer design has been arrived at which makes it possible to achieve greater efficiency and better reliability through a simplified and more robust construction of the valve design that controls the hammer movement. The invention also represents a simplification of production so that the product becomes cheaper and can thus be used in several contexts where economic criteria are decisive.

I forhold til dagens teknikk, representerer foreliggende oppfinnelse vesentlige forbedringer når det gjelder funksjonalitet, effektivitet, pålitelighet og økonomi. In relation to current technology, the present invention represents significant improvements in terms of functionality, efficiency, reliability and economy.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere i tilknytning til beskrivelse av et utførelseseksempel og med henvisning til vedlagte tegninger hvor: The invention will now be explained in more detail in connection with the description of an embodiment and with reference to the attached drawings where:

Fig. 1 viser sammensatt slaghammer med væskeinnløp. Fig. 1 shows a compound impact hammer with liquid inlet.

Fig. 2 viser hammérkonstruksjonen med innlagt snitt. Fig. 2 shows the hammer construction with an inserted section.

Fig. 3 viser detaljsnitt av utsnitt fra 2 fra fig. 2. Fig. 3 shows a detailed section of a section from 2 from fig. 2.

Fig. 4 viser detaljsnitt av utsnitt fra 3 fra fig. 2. Fig. 4 shows a detailed section of a section from 3 from fig. 2.

Fig. 5 viser detaljsnitt av utsnitt fra i fra fig. 2. Fig. 5 shows a detailed section of a section from i from fig. 2.

Fig. 6-9 viser detaljer av utsnitt 2 fra fig. 2, idet en sekvensventil vises i henholdsvis start-, mellom- og ende-posisjon samt i en åpen posisjon. Fig. 6-9 show details of section 2 from fig. 2, in that a sequence valve is shown in the start, middle and end positions, respectively, as well as in an open position.

Hovedprinsippet for hammeren er at den omsetter et væsketrykk til en frem-og tilbakegående bevegelse ved at væsketrykket komprimerer to fjærer 12 og 29. Når fjærene når en bestemt belastning åpner en ventil og fjærkreftene akselererer den bevegelige massen slik at bevegelsesenergien omsettes til slagenergi ved anslag mot en ansats 34. The main principle of the hammer is that it converts a fluid pressure into a reciprocating movement by the fluid pressure compressing two springs 12 and 29. When the springs reach a certain load, a valve opens and the spring forces accelerate the moving mass so that the movement energy is converted into impact energy upon impact against an employee 34.

Selve hammeren er bygget opp omkring en indre sylindrisk strengdel 1 med gjennomgående hull for væskestrømning. Konsentrisk omkring indre sylindrisk strengdel 1 ligger en ytre sylindrisk mantel bestående av rørseksjonene 4,6 og 8, bundet sammen av adaptere 5 og 7. Sluttstykket 9 overfører slagenergien til verktøy som kobles til hammeren. The hammer itself is built around an inner cylindrical string part 1 with through holes for fluid flow. Concentrically around the inner cylindrical string part 1 lies an outer cylindrical mantle consisting of the pipe sections 4, 6 and 8, bound together by adapters 5 and 7. The end piece 9 transfers the impact energy to tools which are connected to the hammer.

Væskestrømmen 10 føres inn i enden av den sylindriske strengdelen 1. Væsken som benyttes til slagenergi spyles ut gjennom hullene 3. Resterende væskemengde 11 forlater hammeren gjennom utløpsenden på strengdelen 1. Hydraulisk trykk for å aktivere hammeren bygges opp ved trykkfall over dysen 31 i utløpet av strengdelen 1. The liquid flow 10 is fed into the end of the cylindrical string part 1. The liquid used for impact energy is flushed out through the holes 3. The remaining quantity of liquid 11 leaves the hammer through the outlet end of the string part 1. Hydraulic pressure to activate the hammer is built up by pressure drop across the nozzle 31 in the outlet of string part 1.

Trykket ledes gjennom hullene 26 og videre gjennom hullene 27, slik at stempelarealet 35 blir påvirket av trykket og driver stempelet 25 mot fjærkraften i fjærene 12 og 29. Væsketrykket ledes videre gjennom hullene 28 frem til ventilflaten 24. Ventildelen 23 er forankret til strengdelen 1 gjennom låseringer 22 slik at strengdelen 1 følger stempeldelen 25 og ventildelen 23 sin bevegelse. Kraften fra stempeldelen 25 overføres gjennom ventilflatene 24 som derved holder tett for væsketrykket. The pressure is led through the holes 26 and further through the holes 27, so that the piston area 35 is affected by the pressure and drives the piston 25 against the spring force in the springs 12 and 29. The liquid pressure is led further through the holes 28 to the valve surface 24. The valve part 23 is anchored to the string part 1 through locking rings 22 so that the string part 1 follows the movement of the piston part 25 and the valve part 23. The force from the piston part 25 is transmitted through the valve surfaces 24, which thereby keep the fluid pressure tight.

Fjærene 12 og 29 forspennes ved at disse er forbundet til indre strengdel 1. Fjæren 12 gjennom strengdelen 14 med låseringen 16 mot strengdelen 1. Fjæren 29 festet til stempeldelen 25 gjennom sluttstykket 30 og låseringen 33. Væsketrykket forspenner nå fjærene 12 og 29 helt til ventildelen 17 med ventilflatene 19 går til anslag mot ventilsetet 15. The springs 12 and 29 are pre-tensioned by the fact that these are connected to the inner string part 1. The spring 12 through the string part 14 with the locking ring 16 against the string part 1. The spring 29 attached to the piston part 25 through the end piece 30 and the locking ring 33. The liquid pressure now pre-tensions the springs 12 and 29 all the way to the valve part 17 with the valve surfaces 19 abut against the valve seat 15.

I denne posisjonen blir volumet 36 lukket inne, og trykket utlignes på begge sider av stempelet 25 som derved får redusert kraft. In this position, the volume 36 is closed in, and the pressure is equalized on both sides of the piston 25, which thereby receives a reduced force.

Fjærkraften på fjærene 12 og 29 overvinner nå væsketrykket som påvirker stempelet 25, slik at stempelet 25 settes i bevegelse og åpner ventilflatene 24. Samtidig forskyves hullene 26 og 27 i forhold til hverandre og stenger for innløpet. Fjæren 20 forsinker åpningen av ventilflatene 19, slik at fjæren 29 får akselerert opp hastigheten på sylinderdelen 25 før strengdelen 1 settes i bevegelse. For ytterligere å sikre at ventilflatene 24 holdes åpne i slag-bevegelsen, er fjærkonstanten på fjæren 29 kraftigere enn på fjæren 12. Derved oppnås at ventilflatene 24 holdes i åpen posisjon helt til endestykket 32 festet til strengdelen 1, går til anslag 34 mot sluttstykket 9. The spring force on the springs 12 and 29 now overcomes the liquid pressure affecting the piston 25, so that the piston 25 is set in motion and opens the valve surfaces 24. At the same time, the holes 26 and 27 are displaced in relation to each other and close the inlet. The spring 20 delays the opening of the valve surfaces 19, so that the spring 29 accelerates the speed of the cylinder part 25 before the string part 1 is set in motion. In order to further ensure that the valve surfaces 24 are kept open during the stroke movement, the spring constant of the spring 29 is stronger than that of the spring 12. Thereby it is achieved that the valve surfaces 24 are kept in the open position until the end piece 32 attached to the string part 1 goes to stop 34 against the end piece 9 .

Under slagfasen dreneres væsken ut gjennom spaltene 18 i ventildelen 17 og videre gjennom mellomrommet mellom strengdelen 15 og adapteret 5 til avløpshullene 3. During the impact phase, the liquid is drained out through the slits 18 in the valve part 17 and further through the space between the string part 15 and the adapter 5 to the drain holes 3.

Anslag mot flatene 34 overfører slagenergien til sluttstykket 9 og videre til påmontert aktuelt verktøy. Impact against the surfaces 34 transfers the impact energy to the end piece 9 and on to the attached relevant tool.

Når ventildelen 25 går til anslag mot anslagsflaten 34 lukker ventilflatene 24 When the valve part 25 goes to stop against the stop surface 34, the valve surfaces 24 close

og sekvensen gjentas. and the sequence is repeated.

Frekvensene på slagene reguleres av tilført væskemengde. The frequency of the strokes is regulated by the amount of liquid supplied.

Claims

1. Percussion hammer for use in drilling and maintenance operations in oil or gas wells which is operated by means of a fluid pressure from a liquid which is passed through a coiled tube, where the percussive hammer is designed for one-way downward blows, where the percussive hammer comprises a string part (1 ) and a number of sequence valve devices (17, 23, 25), where the sequence valve devices (17, 23, 25), when pressure is applied from the liquid which is passed through the coil tube, are arranged to first tension a spring member (12) which is arranged in connection with a plumb line (32), in order to release the stored force in the spring member (12) so that the plumb line (32) hits a closing piece (9) and thus produces a blow, where the string part (1) forms one hollow continuous channel through the impact hammer, in that the sequence valve devices (17, 23, 25), the spring member (12), the solder (32) and the end piece (9) are arranged concentrically around the hollow continuous string part (1), characterized in that opening of the valve surface (24) occurs as a result of pressure rise in liquid the evolute (36) between the valve surfaces (24) and (15) in that the valve element (17) is arranged axially displaceable against a second spring member (20).