FI95408B - Painemuunnin - Google Patents

Description

Painemuunnin 95408 Tämä keksintö koskee painemuunninta, joka asennetaan poranterän yläpuolelle syvä-5 porauksessa porausputken alapäähän etenkin öljyn ja kaasun porauksessa lisääntyneen nestepaineen tuottamiseksi käyttämällä alaspäin poraputken läpi virtaavan porausnes-teen energiaa.

Tunnetaan jo erilaisia ehdotuksia porausnestevirtauksen hyväksikäyttämiseksi tällä 10 tavalla, etenkin parantuneen tai tehokkaamman poraustoiminnan aikaansaamiseksi.

Esimerkkinä tällaisista tunnetuista tekniikoista mainittakoon kansainvälinen patenttihakemus PCT/EP82/00147. Tämä esimerkki koskee iskuvaikutuksen käyttöä poraus-toiminnan parantamiseksi, joka vaikutus saadaan aikaan energian lähteenä toimivan porausnesteen virtauksella.

15

Etenkin mielenkiintoista tälle keksinnölle on yhden tai useamman suurpainesuihkun käyttö, jotka on jäljestetty porauksen tehostamiseksi saamaan aikaan leikkausvaikutus ympäröivässä kalliomuodostelmassa, mikä on sinänsä jo tunnettua. Keksintö on kohdistettu kuitenkin painemuuntimen uuteen rakenteeseen vaaditun korkean neste-20 paineen tuottamiseksi.

Keksinnön mukaiselle painemuuntimelle on uutta ja ominaista ensisijaisesti se, että käyttöelintä käytetään porausnestevirtauksella ja se siirtää venttiilielintä, joka valvoo • ' I « mäntäelimen edestakaisliikettä, jossa on paineisku ja paluuisku, jolloin mäntäelimen 25 toisella sivulla on suhteellisen suuri mäntäalue, joka alistetaan porausputken poraus-nestepaineelle paineiskun aikana, ja toisella sivulla on ensimmäinen, vastakkainen mäntäalue, joka alistetaan sekä paineiskun että paluuiskun aikana porausnestevirtauksen paluupaineelle porausputken ulkopuolella, ja toinen, vastakkainen ja suhteellisen - pieni mäntäalue, joka paineiskun aikana saa aikaan lisääntyneen paineen porausneste- 3 0 virtauksen pienemmässä osassa, jolloin takaiskuventtiili saa aikaan virtauksen tämän pienemmän osan poiston pääkanavaan, joka johtaa eteenpäin poranterään, kun taas suurempi mäntäalue alistetaan paluuiskun aikana paluupaineelle porausputken ulkopuolella ja pieni mäntäalue porausputkessa esiintyvälle paineelle.

2 95408

Tyypillisenä esimerkkinä voidaan mainita, että käytettävän porausnestevirtauksen paine voi olla n. 200 - 300 baaria, kun taas muunnettava pienempi virtaus voi saada lisääntyneen, esimerkiksi 1500 - 2000 baarin paineen. (Kun tässä ja seuraavassa selityksessä esitetään esimerkkejä painesuureita koskevista luvuista, nämä ovat peri-5 aatteessa suhteellisia suureita, s.o. paine-eroja, koska kyseessä olevan syvyyden määrittämä staattinen paine on jätetty huomiotta). Muodostuva suurpaineneste johdetaan poranterän suuttimiin, joista se lähetetään voimakkaiden suihkujen muodossa jotka pystyvät leikkaamaan ympäröivää kalliota ja siten vapauttamaan kuormituksia alla olevissa massoissa. Tämä helpottaa poraustoimintaa ja nopeuttaa porausta.

10 Tässä esitetyssä uudessa painemuuntimessa voi olla edullista jäljestää jousi, joka on apuna ainakin aluksi paluuiskun aikana, edullisesti painejousi, joka vaikuttaa ensimmäistä, vastakkaista mäntäaluetta vastaan.

15 Lisäksi mäntäelin voi olla vapaasti liikkuva aksiaalisessa suunnassaan porausnesteen ja mainittujen jousipaineiden vaikutuksessa, ja tämän lisäksi männän edestakaisliike tapahtuu edullisesti porausputken pitkittäissuunnassa.

Keksinnön mukaisesti useimmissa sovellutuksissa on edullista, että suurpainevirtauk-2 o sen pääkanava jäljestetään läpikulkevaksi painemuuntimen toisesta päästä vastakkaiseen päähän kytkennän mahdollistamiseksi samanlaisiin painemuunninyksikköihin molemmissa päissä, niin että muodostuu yhteinen pääkanava useita painemuunninyk-siköitä varten, jotka muodostavat ryhmän, joka koostuu esimerkiksi 15 - 20 yksiköstä. Tämä lisää kokonaiskapasiteettia, koska tällöin saadaan aikaan haluttu suur- 2 5 painenestevirtaus. Lisäksi saadaan aikaan olennainen etu paineiskujen vaihesiirrolla tällaisen yksikön yksittäisissä yksiköissä, jotta saataisiin aikaan tasainen suurpainei-nen kokonaisvirtaus. Lopuksi tällaisessa ryhmäjäijestelyssä on se etu, että yhden tai muutamien painemuunninyksiköiden jäädessä pois toiminnasta, ryhmän jäljellä olevat yksiköt pystyvät syöttämään riittävän määrän suurpainenestettä kyseessä olevaa 3 0 sovellutusta varten. Toisin sanoen ryhmän painemuunninyksiköt ovat rinnakkaisessa suhteessa toisiinsa nähden porausnestevirtauksen suhteen.

3 95408

Keksinnön mukainen painemuunnin pystyy toimimaan pelkästään poraus ketjun yläosassa olevien pumppujen tuottaman normaalin nestevirtauksen avulla niin että ei ole tarpeen jäljestää erityisiä valvontaelimiä tai kytkentöjä porausnesteen halutun suur-painevirtauksen tuottamiseksi. Lisäämällä pumpuilla syötetyn porausnesteen painetta, 5 nopeutta ja/tai määrää painemuunninyksiköt tuottavat suurpainevirtauksen, jolla on suurempi tai pienempi tilavuusvirta ja vastaavasti suurempi tai pienempi paine. Tässä yhteydessä voidaan käyttää yleisesti käytettyjä elimiä porausnestevirtauksen valvomiseksi alaspäin porausjonon yläosasta. Porausneste virtaa pumpuista, jotka tuottavat tyypillisesti 200 - 340 baarin paineen, alaspäin porausjonossa tai porausputkessa, 10 jolloin pääosa ohjataan suoraan poranterään, kun taas porausnestevirtauksen pienempi osa kulkee painemuunninyksikköjen läpi halutun korkeamman paineen aikaansaamiseksi.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten piirustuksiin, joissa 15 kuvio 1 on erittäin kaaviomainen vuokaavio, joka esittää mm. tyypillisiä painesuhtei-ta keksinnön mukaisilla painemuuntimilla varustetun porausjonon yhteydessä, kuvio 2 on osittainen leikkauskuva keksinnön mukaisen painemuuntimen eräästä 2 0 käytännöllisestä suoritusmuodosta, : kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaista painemuunninta, josta sisäiset osat, mukaanlukien liikkuvat osat on poistettu, 25 kuvio 4 on osittainen leikkauskuva, joka esittää kuvion 2 mukaisen muunninyksikön yläosaan jäljestettyä kantta, kuvio 5 esittää tasokuvaa levymäisestä venttiilielimestä, joka on liitetty kuvion 2 mukaisen painemuunninyksikköön, 30 kuvio 6 esittää poikkileikkausta kuvion 2 viivan A-A mukaisesti, 95408 4 kuvio 7 esittää neljän kuvion 2 mukaisen painemuunninyksikön asentamista ryhmäksi, joka on varustettu yläkappaleella ja pohjakappaleella, kuvio 8A ja 8B esittävät yksityiskohtaisemmin kuvion 7 mukaisen ryhmän yläosaa ja 5 alaosaa, kun se on asennettuna porausputkeen.

Kuviossa 1 on esitetty pääpiirteet siitä, mitä tapahtuu porausjonossa, ja painesuhtei-den tähän kuuluvat tyypilliset esimerkit silloin, kun käytetään keksinnön mukaisia painemuuntimia nesteen muuntamiseksi, jolla on suhteellisen alhainen, n. 200 - 340 10 baarin paine, nesteen pienemmäksi määräksi, jolla on korkea, n. 1500 - 2000 baarin paine (suhteellisia suureita).

Nestevirtaus A tulee pumppujäijestelmästä, jolloin saadaan aikaan n. 200 baarin ja korkeintaan 340 baarin paineen ja n. 2000 - 4000 litran määrä minuuttia kohden 15 riippuen porausjonon pituudesta ja järjestelmän kapasiteetista. Porausneste saapuu painemuunninryhmään, jossa on neljä yksikköä, jolloin se kulkee venttiilitoimintaa varten jäljestetyn turbiinin B läpi. Paineenalennuksen arvioidaan olevan n. 50 baaria porausjonon läpi ja kuljettaessa turbiinin läpi.

20 Porausneste jaetaan kahdeksi virtaukseksi. Toinen, joka on n. 400 - 600 litraa/min., kulkee painemuunninten läpi, kun taas jäljelle jäävä osa kulkee järjestelmän läpi : poran terään, jossa esiintyy suihkusuutinten johdosta n. 180 - 270 baarin paineenalen- nus. Poranterän läpikulun jälkeen esiintyy paluuvirtaus H, jossa on n. 20 baarin paineenalennus ennen, kuin porausneste palaa porausmoduuliin porausjonon yläosas-25 sa, jossa virtaus johdetaan tavanomaisella tavalla avoimeen säiliöön (1 baari). Jokaisessa painemuuntimessa nestevirtaus C suorittaa työnsä lisäämällä painetta poraus-nesteen pienemmässä osassa, ja tällöin tämän virtauksen paine alenee n. 200 - 290 baarista n. 20 baariin. Sitten virtaus kulkee putken D läpi paluuvirtaukseen H, joka kulkee porausjonon tai -putken ulkosivulla tavanomaisen rungon sisäpuolella ja n. 20 30 - 40 baarin paineessa.

•

II

5 95408

Neste virtauksen pienempi osa, johon on lisätty energiaa, on alistettu paineen kasvulle n. 200 - 290 baarista n. 1500 - 2000 baariin. Tämä nestevirtaus johdetaan nyt kana-vajäijestelmän E kautta poranterään. Poran terän osiin on asennettu erityisen suur-painesuuttimet, jotka mahdollistavat "leikkaamisen” muodostelmaan. Vastapaine on 5 sama kuin porausnesteelle, n. 20 baaria, ja näiden painesuutinten poikki esiintyy paineenalennus n. 1500 - 2000 baaria minus 20 baaria, mikä tuottaa n. 1480 - 1980 baaria. Virtaukset F ja G yhdistävät ja kuljettavat murskattuja ja irtonaisia hiukkasia pinnalle, s.o. virtaukset F ja G on liitetty kokonaispaluuvirtaukseen H.

10 Kuviossa 2 esitetty suoritusmuoto käsittää ensinnäkin yleisesti sylinteiimäisen vaipan 10, joka vastaanottaa männän 6, jossa on kolme toimivaa mäntäaluetta, nimittäin ylempi, suhteellisen suuri mäntäalue 11, ensimmäinen, vastakkainen mäntäalue 13 ja toinen vastakkainen ja suhteellisen pieni mäntäalue 12 mäntäelimen 6 alapäässä.

Tämä on jäljestetty vapaasti liikkuvasti aksiaalisesti vastaavilla mäntäalueilla esiinty-15 vien vaihtelevien porausnestepaineiden vaikutuksessa samoin kuin mäntäalueeseen 13 kytkeytyvän painejousen 14 vaikutuksessa.

Kuten selviää seuraavasta selityksestä, mäntäalueen 11 etuosassa olevaa tilaa tai tilavuutta 31 voidaan nimittää pienpainetilaksi, kun taas mäntäalueen 12 etuosassa 20 olevaa tilavuutta 32 voidaan vastaavasti niinittään suurpainetilaksi. Takaisku venttiilin 15 kautta tämä viimeksi mainittu tila on kytketty lisääntyneessä paineessa muodostu-. van porausnestevirtauksen pääkanavaan 16. Kanava 16 kulkee vaipan 10 läpi sen koko pitkittäissuunnassa useiden tällaisten painemuunninyksikköjen yhdistämiseksi ryhmäksi. Tällaista ryhmäyhdistelmää selitetään lähemmin kuvioihin 7 ja 8 viitaten.

25 Säteen suunnassa vastapäätä pääkanavaan 16 nähden on jäljestetty myös koko vaipan 10 pituudelle laajennettu seinämäosa, jossa on reikä läpikulkevaa käyttöakselia 21 varten, jonka päissä on elin vastaavien painemuuntimien molempiin päihin tapahtuvaa kytkentää varten. Käyttöakselissa on pieni vaihteisto 25, joka pyörittää toisen 3 o (ei-esitetyn) pienen akselilla 24 olevan vaihteiston kautta venttiilielintä, joka on pyöreän levyn 27 muodossa, jonka kehällä on hampaita, kuten on esitetty yksityis- 95408 6 kohtaisemmin kuviossa 5. Painemuuntimen toiminnan aikana venttiililevy 27 pyörii jatkuvasti painemuunninyksikön pitkittäisakselin ympäri, joka sopii normaalisti yhteen porausputken akselin kanssa, johon putkeen painemuunnin on asennettu.

5 Yllä mainittu venttiililevy 27 muodostaa venttiilielimen olennaisen komponentin, joka ohjaa porausnestevirtauksen osan mäntäalueen 11 yläpuolella olevaan tilaan 31 ja sieltä pois. Tämä venttiili käsittää lisäksi vaipan 10 yläosassa kannen 22, jossa on kaksi kanavaa, jotka on sijoitettu olennaisesti toisiaan vastapäätä, s.o. tulokanava 34 ja poistokanava 35, jotka molemmat jatkuvat männän vaippaseinämän läpi, kuten 10 nähdään kohdassa 34 kuviossa 2. Kansi 22 on esitetty myös yksityiskohtaisemmin kuviossa 4. Ks. myös kuviota 3, mitä tulee kanavien 34 ja 35 ulottumiseen männän vaippaseinämän läpi. Edelleen säteittäisesti ulospäin kanavasta 35 poistoputki jatkuu lyhyen putken (ei esitetty) läpi paluuvirtauksen reikään porausjonon tai -putken ja rungon välissä.

15

Kannessa 22 oleva tulokanava 34 johtaa sisäänpäin kaarevaan loveen 22A, kun taas poistokanava 35 on vastaavalla tavalla yhteydessä kaarevan loven 22B kanssa. Molemmat lovet on avoimia alaspäin venttiililevyssä 27 olevan läpikulkevan aukon 27B kanssa levyn pyöriessä tapahtuvaa yhteistoimintaa varten.

20

Voi olla edullista jäljestää tukilevy 26, jossa on samanlaiset lovet kuin kannessa . venttiililevyn 27 ja kannen 22 väliin. Samanlainen tukilevy tai tiivistyslevy 28 on asennettu venttiililevyn 27 alapuolella ja siinä on vastaavat kaarevat lovet kuten levyssä 26 ja kannessa 22. Täydellinen venttiilielin kansineen 22 yläosassa ja tiivis-25 tyslevyineen 28 pohjassa pidetään paikallaan ensiksi ylemmällä lukitusrenkaalla 23 ja toiseksi alemmalla lukitus- tai tiivistysrenkaalla 29. Tämän lisäksi on esitetty keskeinen pultti kohdassa 30, joka mm. muodostaa akselin venttiililevyn 27 pyörimistä varten, kun taas muut venttiilielimen levyt ovat kiinteitä. Venttiilirakenteeseen liitetyt erilaiset levyt voidaan valmistaa eri materiaaleista, mutta kiertävän porausnesteen 3 o tuottaman vaikean ympäristön kestämiseksi voi olla edullista käyttää korkealaatuisia materiaaleja, mahdollisesti pinnoitteina, esimerkiksi keraamisia materiaaleja, jotka

II

7 95408 voivat olla etenkin mielenkiintoisia mainitun kahden tukilevyn 26 ja 28 yhteydessä.

Kuvioissa 2 ja 3 on edelleen esitetty (kolme kaikkiaan neljästä) lyhyitä putkia tai liitäntöjä 37A, 37B ja 37C ensimmäisen, vastakkaisen mäntäalueen 13 etuosassa 5 olevan tilan saattamiseksi nesteyhteyteen ylöspäin kulkevan porausnesteen paluutien kanssa porausputken tai -jonon ja uppoputken välisessä reiässä. Siten mäntäalueen 13 etuosassa olevassa tilassa on koko ajan suhteellisen alhainen porausnesteen paine.

Kuvion 6 poikkileikkaus esittää yksityiskohtaisemmin suurpainetilaa 32, jossa on 10 poistoputken lisäksi, joka kulkee takaiskuventtiilin 15 kautta suurpainenesteen pääkanavaan 16, kaksi tuloputkea sekä vastaavat näihin kuuluvat takaiskuventtiilit 39A ja 39B, jotka mahdollistavat porausnesteen sisäänvirtauksen päävirtauksesta poraus-putken sisäpuolelle.

15 Esitetyn painemuuntimen toiminta on seuraava: Lähdettäessä männän 6 yläkuolokohdasta tämä suorittaa paineiskun alaspäin olevaan suuntaan kun venttiililevyssä 27 oleva läpikulkuaukko siirtyy venttiililevyssä 22 olevan tuloloven 22A alapuolelle, jolloin porausneste saapuu n. 200 - 300 baarin 2 0 paineessa tulokanavan 34 läpi ja kohdistaa alaspäin suunnatun käyttövoiman mäntä-alueeseen 11. Vastakkainen mäntäalue 13 on alttiina paljon alhaisemmalle, tavallises-. ti n. 20 - 40 baarin paineelle, kun taas jousella 14 voi olla esimerkiksi 2 - 400 kg:n työntövoima. Alaspäin kohdistuva käyttövoima männän 6 yläsivulla voittaa kuitenkin vastavoiman alasivulla ja saa aikaan halutun paineiskun. Tämän alaspäin suunnatun 2 5 liikkeen aikana vastakkaisen mäntäalueen 13 etuosassa oleva porausneste puristetaan ulos putkiliitännöistä 37A, 37B ja 37C samanaikaisesti, kun jousi 14 puristetaan kokoon ja vastaanotetaan osittain rengasmaiseen syvennykseen, jossa jousi pidetään.

' · Syvennyksen yläosassa oleva tuki (ks. kuvio 3) voi toimia paineiskun maksimaalisen alaspäin suunnatun liikkeen rajoittamiseksi.

30

Suurpaineen aiottu muodostus tapahtuu tilassa 32 pienen mäntäalueen 12 etuosassa 8 95408 muunninyksikön pohjassa ja suurpaineessa oleva porausneste puristetaan ulos takais-kuventtiilin 15 kautta pääkanavaan 16.

Kahden kannessa 22 olevan erillisen loven 22A ja 22B samoin kuin olennaisesti 5 jokseenkin vastaavasti tukilevyyn 26 ja 28 jäljestettyjen näille kuuluvien lovien rengasmainen laajuus ja erotus yhdessä venttiililevyssä 27 olevan läpikulkuaukon 27B kanssa määrittävät yllä esitetyn paineiskun kehityksen ja tämän lisäksi paluuis-kun kehityksen, joka saattaa mäntäelimen pohja-asennosta tai alemmasta kuolokoh-dasta ylöspäin suunnatussa suunnassa yläasentoon päin, joka on paineiskun lähtöpis-io te.

Paluuisku käynnistetään silloin, kun venttiililevyssä oleva aukko poistokanavan 35 läpi saattaa tilan 31 yhteyteen porausputken ja rungon välissä olevan reiän kanssa, s.o. mainitulla paljon alhaisemmalla paineella porausnesteen paluuvirtauksessa. Sitten 15 ensiksi mäntäalueilla 11 ja 13 oleva paine on yhtä suuri ja painejousi 14 käynnistää mäntäelimen ylöspäin suunnatun liikkeen. Tässä vaiheessa on olemassa edelleen suhteellisen korkea paine tilassa 32 pienen mäntäalueen 12 etuosassa, tavallisesti paine, joka on hieman alle 1500 baaria, mikä myös edistää männän ylöspäin liikettä. Venttiili 15 sulkeutuu aikaansaatua korkeaa porausnestepainetta varten pääkanavassa 20 16. Kun mäntä liikkuu ylöspäin, tila 32 laajenee ja tuloventtiilit 39A ja 39B (kuvio 6) avautuvat porausputkessa esiintyvää, tavallisesti n. 200 - 300 baarin porausnestepainetta varten. Tämä edistää myös ylöspäin kohdistettua kokonaistyöntövoimaa.

Tämän paluuiskun aikana esiintyy tuleva porausnestevirtaus putkiliitäntöjen 37A, 37B ja 37C kautta mäntäalueen 13 etuosassa olevaan tilaan.

25 Tässä esitetyn toiminnan yhteydessä voidaan kuvitella, että läpikulkulovien 22A ja 22B ja levyissä 26 ja 28 olevien vastaavien lovien päiden välisen etäisyyden on oltava riittävän suuri venttiililevyssä 27 olevan aukon 27B koon suhteen mahdollisen suoran läpivirtauksen tai "oikosulun" estämiseksi korkeasta porausnesteen paineesta 3 O paluuvirtauspaineeseen.

95408 9

Yllä on esitetty yhtä yksittäistä painemuunninyksikköä ja sen toimintaa. Seuraavassa selitetään kuvioihin 7 ja 8 viitaten, miten tällaisia muunninyksikköjä voidaan yhdistää ryhmäksi, mm. suuremman kokonaistuoton tai -kapasiteetin aikaansaamiseksi.

5 Kuvio 7 esittää neljää painemuunninyksikköä 41, 42, 43 ja 44, jotka on kytketty yhteen päittäin pitkittäissuunnassa, jolloin yläkappale 3 on asennettu yksikön 41 päälle, kun taas pohjakappale 5 on asennettu yksikön 44 päälle. Muunninyksikössä 41 on esitetty lyhyet putket 37A ja 37B, kuten kuvioissa 2 ja 3, samoin kuin käyttö-akseli 21, joka on kytketty pyörivästi muiden yksikköjen käyttöakseliin, s.o. akselei-10 hin 21A, 21B ja vastaavasti 21C.

Yläkappale 3 kannattaa käyttöelintä, joka on turbiinin 20 muodossa, jota käytetään porausnestevirtauksella, jolloin hammaspyörävälitys kuljettaa voiman turbiiniakselista yhdistettyihin käyttöakseleihin näiden pyörittämiseksi yleensä ja tällöin muunninyk-15 sikköjen venttiilielimen aiotun valvonnan aikaansaamiseksi. On edullista, että nämä on vaihesiirretty, s.o. keskinäisellä rengasmaisella siirrolla, niin että paineiskut ja tällöin suurpainetuotto jokaisesta yksiköstä yhteiseen pääkanavaan on tasoitettu va-kiompaan suurpainevirtaukseen, kuin mitä saadaan jokaisesta yksittäisestä paine-muuntimesta. Kohdassa 46 pääkanava on pidennetty pohjakappaleeseen 5, jossa on 2 o keskeinen poistoputki nesteen edelleen virtausta varten porausterän (ei esitetty) alueelle.

; < '9

Painemuuntimien yhdistetty ryhmä asennetaan vapaasti seisovasti porausputkeen, joka on tuettu pohjalevyllä. Kuvio 8 esittää tämän liitännän joitakin yksityiskohtia 25 ryhmän yläosassa ja vastaavasti alaosassa. Muunninyksiköt 41 ja 44 on esitetty kokonaan, kun taas yksiköt 42 ja 43 on esitetty ainoastaan osittain. Ympäröivä po-rausputki 1 muodostaa rengasmaisen nestekanavan 40 ryhmän painemuunninyksikkö-jen ulkopuolelle ja niitä ympäröiden porausnestevirtauksen pääosan normaalin liikkeen mahdollistamiseksi alaspäin poran terään pitkin. Koko porausnestevirtausta 3 0 ylhäältä on merkitty nuolella 19 kuviossa 8A. Porausputken 1 sisäpuolella olevan kavennetun tulo-osan kautta porausnestevirtaus johdetaan juoksupyörää 20 vasten, 10 954C: „ 10 95408 joka sijaitsee ylävirtaan muunninryhmän suhteen. Edellä esitetyt lyhyet putket tai putkiliitännät porausputken 1 ulkopuolella olevaan renkaaseen, joista putkista on esitetty putki 37 kuviossa 8A, tapauksesta riippuen, voivat helpottaa koko muunninryhmän ankkurointia ja kohdistusta porausputken 1 sisäpuolella. Tätä porausnesteen 5 paluuvirtauksen rengasta on merkitty viitenumerolla 50.

Vaikkakin jokaisen yksittäisen painemuuntimella yksinään voi olla liian pieni suur-painenesteen poistokapasiteetti varsinaisen tarpeen suhteen, yhdistäminen ryhmiksi, kuten yllä on esitetty, mahdollistaa riittävän suuren yhdistetyn tuotoksen aikaansaa-10 misen. Jokaisella yksittäisellä painemuuntimella on kapasiteetti (litraa/min.), joka riippuu myös mäntäelimen iskunopeudesta. Eräs tekijä siinä yhteydessä, jolla on merkitystä toiminnalle kokonaisuutena, on se, että turbiini 2 juoksupyörineen 20 ei vaadi erityisen korkeaa tehoa, koska sen tarkoituksena on ainoastaan siirtää venttii-lielintä, joka valvoo porausnestevirtauksia mäntäelimeen ja siitä pois, joka elin on 15 rakenteen se osa, jolla on oltava verraten korkea tehokapasiteetti.

Esimerkiksi 15-20 muunninyksikön yhdistetyllä ryhmällä voi käytännössä olla n. 6 metrin kokonaispituus ja se voidaan asentaa vapaasti seisovasti pohjakappaleen päälle porausputken tai porausjonon osastoon, jolla on vastaava pituus, jolloin porausputken 20 tai -jonon sisäsivun ja painemuunninyksikköjen välissä voi olla tukielementtejä. Kapasiteetin lisäämiseksi edelleen useita tällaisia n. 6 metrin osastoja tai pituuksia . voidaan yhdistää keskenään.

Koska ei tarvita mitään suoraa liitäntää painemuuntimista pinnalle, esimerkiksi po- 2 5 rauslaitteistoon, erillään porausnestevirtauksesta, joka syötetään yhteisillä porausnes- tepumpuilla, paineen muuntamistoiminnan valvonta ja säätö on muodostettava ottamalla se asianmukaisesti huomioon. Eräs suhteellisen tärkeä tekijä tässä suhteessa on paineenalennus poranterän poikki toiminnan aikana. Ennen poraustoimintaa ja siihen liittyvä suurpaineporausnesteen tuottamista, kuten yllä on esitetty, on luonnollista ja 3 o normaalia tehdä seuraavaa:

II

i X1 95408 - Pysyvästi asennettujen suutinten säätö poran terässä paineenalennuksen määrittämiseksi ohikulkevan porausnestevirtauksen mukaan.

- Paineenalennuksen säätö tai asetus porausnesteen syötössä painemuuntimiin samoin 5 kuin paineenalennus porausnesteen paluuvirtauksessa.

- Paineenalennus turbiinin poikki, joka huolehtii venttiililiikkeestä.

Muuttuvat parametrit, joilla on vaikutusta paineenmuuntoprosessiin, ovat virtauksen 10 nopeus ja määrä samoin kuin paine. Paluupaine voi olla myös parametri, jota halutaan vaihdella prosessin valvomiseksi muunninyksiköissä.

Teoreettisesti voitaisiin määrittää paineen kasvu ja tilavuus nestemuuntimessa menet-telemällä seuraavasti: 15 - Nesteen lisääntyneen nopeuden ansiosta venttiilitoiminnan turbiinilla on lisääntynyt pyörimisnopeus, ja sama koskee venttiilijäijestelmän suunnanvaihtojen määrää. Tämä kasvaa, kunnes saavutetaan maksimi nesteen syötölle tai vastaavasti poistolle yksittäisissä yksiköissä ja männän liikkeessä.

20 - Lisäämällä tai vähentämällä painetta pumpuista paineen- alennus poranterän poikki kasvaa tai vastaavasti vähenee, ja tällöin syötetyssä suurpainenesteessä muodostuva paine kasvaa tai vastaavasti vähenee.

25 Vaikkakin esitetty paineenmuunnin on ensisijaisesti tarkoitettu suurpainenesteen syöttämiseksi kalliossa tapahtuvaa leikkaamista varten tarkoitettuihin suihkusuutti-miin, on olemassa myös tällaisen paineenalaisen porausnesteen erilaisia sovellusmahdollisuuksia esimerkiksi erityisten porauslaitteiden käyttämiseksi.

3 0 Keksinnön puitteisiin kuuluvista mahdollisista muunnelmista mainittakoon, että venttiilielimen, tukilevyjen ja kannen yhdessä toimivat aukot ja lovet voidaan jäijes- .> * 12 95408 tää "käänteisesti" esitetyn esimerkin suhteen, s.o. lovien pienellä kulmalaajennuksel-la kannessa ja tukilevyissä, kun taas venttiilielimen aukossa voi olla laajempi loven muoto, jolla on suurempi kulmalaajuus keskusakselin ympärillä.

il

Claims (18)

13 95408

1. Painemuunnin, joka asennetaan poranterän yläpuolelle syväporausputken, etenkin öljyn ja kaasun porausputken alapäähän lisääntyneen nestepaineen tuottamiseksi 5 käyttämällä hyväksi alaspäin porausputken läpi virtaavan porausnesteen energiaa, parantuneen porausvaikutuksen aikaansaamiseksi, edullisesti yhden tai useamman suurpainesuihkun avulla, joilla on leikkaava toiminta ympäröivässä kalliomuodostel-massa, tunnettu käyttöelimestä (2), joka on sovitettu porausn estevirtauksella käytettäväksi ja siirtämään venttiilielintä (4), joka valvoo mäntäelimen (6) edestakais-10 liikettä, jossa on paineisku ja paluuisku, jolloin mäntäelimen toisella sivulla on suhteellisen suuri mäntäalue (11), joka alistetaan porausputkessa olevalle porausneste-paineelle paineiskun aikana, ja toisella sivulla on ensimmäinen, vastakkainen mäntä-alue (13), joka alistetaan sekä paineiskun että paluuiskun aikana porausnestevirtauk-sen ylöspäin suuntautuvalle paluupaineelle porausputken ulkopuolella, ja toinen, 15 vastakkainen ja suhteellisen pieni mäntäalue (12), joka on sovitettu paineiskun aikana saamaan aikaan lisääntyneen paineen porausnestevirtauksen pienemmässä osassa, jolloin takaiskuventtiili (IS) on jäljestetty aikaansaamaan virtauksen tämän pienemmän osan poiston pääkanavaan (16), joka johtaa eteenpäin poranterään, kun taas suurempi mäntäalue (11) alistetaan paluuiskun aikana paluupaineelle porausputken 20 ulkopuolella ja pieni mäntäalue (12) porausputkessa esiintyvälle paineelle. *. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että jousi, edullisesti puristusjousi (14), joka vaikuttaa ensimmäistä vastakkaista mäntäaluetta (13) vastaan, on jäljestetty avustamaan ainakin aluksi paluuiskun aikana. 25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että | pienen mäntäalueen (12) etuosassa oleva tila (32) on kytketty nestekanavaan (40) porausputkessa (1) vähintään yhden takaiskuventtiilin (39A, 39B) kautta, joka on suunnattu tähän tilaan (32) (kuviot 6 ja 8). 30

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että 14 95408 mäntäelin (6) on vapaasti liikkuva aksiaalisessa suunnassa porausnesteen ja jousen paineen vaikutuksessa.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 4 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, 5 että mäntäelimen (6) edestakaisliike tapahtuu porausputken (1) pitkittäissuunnassa.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 5 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että pääkanava (16) on läpikulkeva toisesta päästä vastakkaiseen päähän samanlaisten painemuunninyksiköiden (41, 44, kuvio 7) kytkemiseksi jompaan kumpaan päähän, io niin että muodostuu useiden painemuunninyksikköjen (41 - 44) yhteinen pääkanava (46).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 6 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että putkiliitännät (37A, 37B), jotka kulkevat ensimmäisen, vastakkaisen mäntäalueen 15 (13) etuosassa olevasta tilasta renkaaseen (50) porausputken (1) ulkopuolella, edistä vät ainakin osittain painemuuntimen (41 - 44) ankkuroimia porausputken (1) sisäpuolella.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 7 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, 2. että käyttöelin on turbiini (2), jossa on juoksupyörä (20), joka pyörii porausputkessa (1) olevan porausnestevirtauksen (19) pääosassa ja edullisesti ylävirtaan painemuunti-mesta (41).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että läpikul-25 keva käyttöakseli (21) on jäljestetty männän vaippaseinämään venttiilielimen (4) siirtämiseksi, ja edullisesti se on sovitettu kytkentään samanlaisten painemuunninyksikköjen (41 - 44) käyttöakseleihin.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 9 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, 3. että venttiilielin on muodostettu levymäisellä elimellä (27), joka pyörii keskiakselin ympäri, joka osuu yhteen porausputken (1) pitkittäisakselin kanssa. 15 95408

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että vent-tiilielin (27) on varustettu kehällään hampailla (27A) sen kytkemiseksi pyöiivästi käyttöakseliin (21).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että väli- hammaspyörä )24) on jäljestetty hampaiden (27A) ja käyttöakselilla (21) olevan pienemmän hammaspyörän (25) väliin.

13. Patenttivaatimuksen 10, 11 tai 12 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, 10 että venttiilielimessä (27) on läpikulkuaukko (27B) porausnestevirtauksen suuntaamiseksi ympäröivästä porausputkesta (1) ja tähän putkeen.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että se on varustettu yleisesti levymäisellä kannella (22), jossa on edullisesti säteittäisiä kana- 15 via, jotka muodostavat porausnestevirtauksen tuloputken (34) ympäröivästä poraus-putkesta, vastaavasti poistoputken (35) paluuvirtausta varten porausputken ulkopuolella olevaan renkaaseen, ja näihin kuuluvat läpikulkevat tulo-ja poistolovet (22A, 22B), jotka toimivat yhdessä venttiilielimessä olevan aukon (27B) kanssa pyörimisen aikana, jolloin lovissa (22A, 22B) on edullisesti olennaisesti suurempi kulmaulottu-20 vuus keskiakselin ympärillä kuin venttiilielimessä (27) olevalla aukolla (27B).

15. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 14 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että venttiilien men (27) molemmille puolille on jäljestetty kulutusta kestävät tukilevyt (26, 28), joissa on läpikulkevat lovet, jotka vastaavat yleisesti kannessa 2 5 (22) olevia vastaavia lovia (22A, 22B).

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että kannessa ja tukilevyissä olevilla lovilla on pieni kulmaulottuvuus, kun taas venttiilielimessä olevalla aukolla on olennaisesti suurempi kulmaulottuvuus keskiakselin 3. ympärillä kuin lovilla. 95408 16

17. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 16 mukainen painemuunnin, tunnettu siitä, että mäntäelin (6) on aksiaalisesti vapaasti liikkuva vastaavilla mäntäalueilla (11, 12, 13) olevien vaihtelevien porausnestepaineiden ja mahdollisesti jousen (14) vaikutuksessa. 5

18. Muunninryhmä, joka käsittää useita jonkin patenttivaatimuksista 6-16 mukaisia painemuuntimia, tunnettu siitä, että painemuuntimien venttiilielimen liikkeet ovat keskinäisesti vaihesiirrettyjä, niin että muodostuva korkeapaineinen kokonaispo-rausnestevirtaus tasoittuu. 95408 17