NL8802037A - Inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping. - Google Patents

Description

< £ 60.77.1114

Teleco Oilfield Services Inc.. Connecticut 06450. U.S.A.

INRICHTING VOOR TRILLINGS IS OLATIE ΕΝ SCHOKDEMPING

De uitvinding heeft betrekking op het gebied van trillings-5 isolatie en schokdemping. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op het gebied van trillingsisolatie en schokdemping bij afstandmeting in boorputten, waarbij gegevens betreffende boorputparameters worden verzameld door middel van onder in de boorput in de kolom hoorbuizen 10 aangebrachte aftastingsinstrumenten en naar de oppervlakte worden overgebracht door middel van in de boorspoeling opgewekte drukpulsen. De apparatuur voor afstandmeting via pulsen in de boorspoeling en de bijbehorende aftastapparaten (hierna ook "sensoren" genaamd) zijn 15 precisie-instrumenten, die in een speciaal onderdeel van de kolom hoorbuizen ingebouwd zijn dichtbij de boorbeitel of de spoelingmotor. Deze precisie-instrumenten moeten tegen de door boorwerkzaamheden veroorzaakte schokken en trillingen beschermd worden.

20 Het grondprincipe van afstandmeting via pulsen in de spoeling voor het overbrengen van boorputgegevens van de bodem van een put naar de oppervlakte is al sinds enige tijd bekend. De Amerikaanse octrooischriften US-P-4 021 774, 4 013 945 en 3 982 431 beschrijven diverse 25 aspecten van een dergelijk afstandmetingssysteem.

Installatie en constructies van schokdempers ten gebruike in genoemde afstandmetingssystemen zijn in de Amerikaanse octrooischriften US-P-3 714 831, 3 782 464, 4 265 305 en 4 630 809 beschreven.

30 Alhoewel de installatie en constructie van schokdempers volgens de voornoemde octrooischriften aan de beoogde doeleinden beantwoorden, hebben zij zekere nadelen. Bij de in US-P-3 714 831 en 3 782 464 beschreven constructies is het bijvoorbeeld noodzakelijk dat de verzwaringsstang .8802037 f .

V 2 •'« waarin zij gemonteerd worden uit twee delen bestaat, teneinde toegang te verschaffen tot de schokdemperorganen tijdens de montage, De noodzaak van een tweedelige verzwa-ringsstang brengt verscheidene nadelen met zich mede, die 5 in het Amerikaanse octrooischrift US-P-4 265 305 meer in detail besproken worden. Terwijl nu de in US-P-4 265 305 openbaar gemaakte inrichting het probleem ontstaan door de noodzaak van een tweedelige verzwaringSstang uit de weg ruimt, vereist genoemde inrichting (en die volgens US-P-10 3 714 831 en 3 782 464) twee verschillende soorten organen en vertoont de daarmede verkregen schokdempingskarakteris-tiek een sprong.

De inrichting volgens US-P-4 265 305 bestaat in wezen uit twee organen: een reeks elastomere ringen die als veer of 15 isolator dienen en een bufferconstructie. De schokdemper-inrichting volgens US-P-4 265 305 functioneert gewoonlijk in een werkgebied waarbinnen zowel de elastomere veren of isolatoren als de buffers werkzaam zijn. Als gevolg daarvan én door het verschil in veringskarakteristiek treedt er een 20 mogelijkerwijze ernstige sprong in belastbaarheidskarakte-ristiek op bij het overgangspunt tussen de werking van de elastomere veren of isolatoren en de bufferconstructie.

Deze sprong is ongewenst.

US-P-4 630 809 stelt een verbeterd apparaat voor 25 trillingsisolatie en schokdemping voor, dat niet alleen het bovengeschetste probleem oplost, maar ook andere voordelen heeft. Volgens US-P-4 630 809 werken elastomere trillings-isolatie-organen zodanig samen met reactie—organen dat zij differentiaalveren vormen, d.w.z. veren waarbij de doorbui-30 gings- en spanningskarakteristieken afhankelijk van de spanning veranderen. De spanningskarakteristiek verandert van schuifspanning bij lage belasting tot samendrukking bij hoge belasting met een vloeiende overgang tussen schuifspanning en samendrukking. Hierdoor wordt de bij de » .8802037 3 bovenbeschreven inrichtingen volgens de stand der techniek optredende sprong uitgeschakeld, bovendien maakt het apparaat volgens US-P-4 630 809 een afzonderlijke bufferconstructie overbodig, aangezien de elastomer® 5 isolatie-organen zodanig samenwerken met de reactie-organen dat zij aan de uiterste grens van hun werkgebied bufferinrichtingen vormen.

Hoewel genoemd apparaat geschikt is voor het beoogde doel, blijven bij het boren onder extreme of zeer zware 10 omstandigheden storingen door het uitvallen van sensoren ten gevolge van schokken en trillingen voorkomen ondanks de aanwezigheid van rubber isolatoren en/of bufferophangingen zoals beschreven in US-P-4 265 305 en 4 630 809. Sensoren die bijzonder vatbaar gebleken zijn voor aan schokken en 15 trillingen toe te schrijven storingen omvatten magnetometers eri versnellingsméters. De meest algemeen voorkomende storing betreft het kristalelement van de versnellingsmeter.

Nog andere problemen en tekortkomingen bij rubber 20 ophangingssystemen van het boven beschreven type komen daaruit voort, doordat de kracht van de boorspoeling de ophanging afbuigt tegen de bufferorganen. Ook is het rubber na verloop van tijd onderhevig aan kruip met als gevolg een blijvende oprekking tegen de bufferorganen.

25 De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel de boven beschreven gebreken van de stand der techniek uit de weg te ruimen of te verkleinen door een trillingsisolatie- en schokdempingsinrichting die een uitmuntende bescherming tegen de schadelijke gevolgen van schokken aan sensoren en 30 trillingen verschaft, zelfs bij het boren onder zeer zware omstandigheden.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding wordt er een .8802037 * ' 4 • *» inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping verschaft, die een lengte-as heeft en bestaat uit: - een inwendig steunorgaan; - een uitwendig steunorgaan, dat het genoemde inwendige 5 steunorgaan op afstand omsluit? - tenminste één eerste elastomere isolatiering tussenge-noemde in- en uitwendige steunorganen; - ten minste één twee elastomere isolatiering tussen genoemde in- en uitwendige steunorganen, welke tweede 10 isolatiering axiaal op enige afstand van genoemde eerste isolatiering geplaatst is; - ten minste één opening door elk van genoemde eerste en tweede isolatieringen, teneinde het daardoorheen stromen van vloeistof mogelijk te maken; en 15 - een veelvoud van op elkaar gestapelde veerelementen tussen genoemde eerste en tweede isolatieringen.

De inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping is omsloten door een uitwendige kooi en een inwendig juk. De kooi is bevestigd aan de verzwaringsstang die het volle 20 gewicht van de door het boren veroorzaakte schokken en trillingen opvangt. Het juk draagt de sensor. Tussen het juk en de kooi zijn verende organen, bij voorkeur kegelvormige schijfveren (bijv. Belleville-veren) of soortgelijke, opeengestapeld en zij worden van boven en van onderen door 25 tweetallen steunringen bijeengehouden. Deze steunringen vormen een zodanige combinatie dat zij de veren samendrukken en axiale verplaatsing mogelijk maken, terwijl een dempende werking verkregen wordt. De tweetallen steunringen worden op hun beurt van boven en van onderen 30 tussen elastomere isolatieringen op hun plaats gehouden. De bovenste elastomere isolatiering is op het juk en de kooi gespied. Via doorlaten zowel in de elastomere isolatorringen als in de paarsgewijze ingebouwde steunringen kan vloeistof door de inrichting stromen. De * 88 02037 5 grootte van de doorlaatopeningen in de steunringen is bepalend voor het dempingseffeet binnen de inrichting.

De inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping volgens de onderhavige uitvinding kan zware belastingen 5 overlangs, zijdelings en in de draaiingsrichting dempen. De inrichting maakt gebruik van de boorspoeling als dempend middel voor viskeuze demping (bijv. het persen van spoelvloeistof door doorlaatopeningen in de steunringen bij of in het gebied van de resonantiefrequentie). Verdergaande 10 demping wordt bereikt door buiging van de Belleville-schij fveren, wat verplaatsing van vloeistof ten gevolge heeft, en door wrijvings- en materiaaldemping van de veren. Voor radiale (zijdelingse) en axiale demping zorgen de rubber isolatieringen, terwijl torsiedemping verkregen 15 wordt door de bovenste isolatiering aan het juk en de kooi vast te klemmen.

Hoewel de inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping volgens de uitvinding hier beschreven en aanschouwelijk gemaakt wordt voor het milieu van een 20 ophanging in een afstandmetingsapparaat dat op drukpulsen in de boorspoeling berust, zal men begrijpen dat de inrichting in andere constructies en milieus toepassing kan vinden. De inrichting kan op eenvoudige wijze geschikt gemaakt worden als ophangingssysteem voor zware of lichte 25 apparaten en voor grotere of minder grote overdrachtsafstanden. Voorts kunnen de kenmerken van de inrichting pasklaar gemaakt worden voor gewenste richtwaarden door het aantal Belleville-veren en rubber isolatieringen te wijzigen.

30 De bovenbeschreven en andere kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen aan de hand van de navolgende gedetailleerde beschrijving en tekeningen door de vakman naar waarde geschat en begrepen worden. Met betrekking tot .8802037 * 6 de tekeningen, waarin gelijke onderdelen met gelijke cijfers aangeduid worden, is:

Figuur 1 : een gedetailleerd vooraanzicht in dwars doorsnede van de verbeterde trillingsiso-5 lator en schokdemper volgens de uitvinding;

Figuur IA : een vergroot vooraanzicht in dwarsdoorsnede van een deel van de trillingsisolator en schokdemper van 10 Figuur 1;

Figuur 2 : een bovenaanzicht van een elastomere isolatiering toegepast in de trillingsisolator en schokdemper van Figuur 1;

Figuur 3 : een vooraanzicht in dwarsdoorsnede volgens 15 de lijn 3-3 in Figuur 2?

Figuur 4 : een bovenaanzicht van een inwendige steunring, toegepast in de trillingsisolator en schokdemper van Figuur 1;

Figuur 5 : een vooraanzicht in dwarsdoorsnede volgens 20 de lijn 5-5 in Figuur 4?

Figuur 6 : een bovenaanzicht van een uitwendige steunring, toegepast in de trillingsisolator en schokdemper van Figuur 1;

Figuur 7 : een vooraanzicht in dwarsdoorsnede volgens 25 de lijn 7-7 van Figuur 6;

Figuur 8 : een grafiek die de axiale responsie van de .8802037 7 sensor voor proefophangingen met een apparaat van 7-3/4 inch weergeeft;

Figuur 9 : een grafiek die de axiale responsie van de sensor voor proefophangingen met een 5 apparaat van 6-3/4 inch weergeeft; en

Figuur 10 : een grafiek die de responsie van de sensor op variaties in het aantal gaten in de steunringen van de isolator weergeeft.

De Figuren l en IA zijn vooraanzichten in doorsnede van de 10 inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping volgens de uitvinding ten gebruike bij een afstandmetingsapparaat en -systeem op basis van pulsen in boorspoelingen. Voor een goed begrip van het milieu waarin de constructie van Figuur 1 zou moeten functioneren, diene dat Figuur 1 in 15 algemene trekken met Figuur 1C van US-P-4 265 305 en Figuur IA in algemene trekken met Figuur 3 van US-P-4 265 305 overeenkomt. Dat wil zeggen, de Figuren 1 en IA laten een inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping zien die in een verzwaringsstang 10 is ondergebracht aan het 20 benedeneinde van een overbrengingssysteem voor pulsen in boorspoelingen.

De inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping volgens de uitvinding bestaat uit een ophangingssysteem voor het aftastapparaat, dat een (niet afgebeelde) pulsklep 25 omvat. Het aftastapparaat en de werking daarvan zijn meer in bijzonderheden beschreven in sommige van de hierboven aangeduide octrooischriften betreffende de stand van de techniek.

De onderhavige uitvinding omvat een uitwendige cilinder of 30 kooi 12 die vast verbonden is met de boorkolom 10 via een splitring 14, welke in een uitsparing 16 in de .8802037 8 verzwaringsstang 10 past en aan het boveneinde van cilinder 12 vastgeklemd zit. De ophanginrichting omvat tevens een inwendige cilinder of juk 18. Deze cilinder 18 verschaft de doorlaatopening waardoorheen de boorspoeling naar omlaag de 5 boorput in stroomt. Door middel van de schroefbouten 22 is de cilinder 18 vastgeschroefd aan en daardoor onverbrekelijk verbonden met de montage-as 20. Deze as 20 komt in algemene lijnen overeen met as 222 van US-P-4 265 305. As 20 verloopt naar de daarmede verbonden 10 sensorbehuizing (niet afgebeeld).

De uitwendige en de inwendige cilinder 12 en 18 zijn op mechanische wijze met elkaar verbonden door middel van een constructie (in zijn algemeenheid aangeduid met 23 in Figuur 1 en in bij zonderheden weergegeven in Figuur IA), 15 die een bovenste elastomere isolatiering 24 en een onderste elastomere isolatiering 26 omvat, waartussen een veelvoud van opeengestapelde veerelementen, bij voorkeur kegelvormige schijfveerelementen 28 van het type Belleville, zijn samengepakt. Tussen de veerelementen 28 en 20 de bovenste isolatiering 24 bevindt zich een uitwendige steunring 30, die rust op de uitwendige cilinder 12, alsmede een inwendige steunring 32, die rust op de inwendige cilinder 18. Doorstroomopeningen 34 en 36 zijn aangebracht respectievelijk in steunringen 30 en 32 om 25 viskeuze demping teweeg te brengen wanneer er met boorspoeling wordt gewerkt. Op soortgelijke wijze zijn een uitwendige steunring 30· en een inwendige steunring 32' respectievelijk met doorstroomopeningen 34' en 36' aangebracht tussen de veerelementen 28 en de onderste 30 isolatiering 26. De veerelementen 28 zijn ringsgewijze op de inwendige cilinder 18 gemonteerd. Een afstandsmanchet 38 omvat de veerelementen 28 en wordt op zijn plaats gehouden tussen de uitwendige steunringen 30 en 30'.

k .8802037 9

Betreffende Figuur 1 tot en met 3, bestaat de onderste isolatiering 26 uit een ring van elastomeer materiaal met een tweetal tegenover elkaar gelegen U-vormige uitsparingen 40 langs de zijrand. De binnenomtrek van de ring 26 omvat 5 een inwendige, daaraan bevestigde metalen ring 42 en de buitenomtrek een daaraan bevestigde uitwendige ring 44. De onderste isolatiering 26 rust met zijn naar beneden gerichte zijde zowel op cilinder 12 als op cilinder 18.

Ring 26 rust in de uitwendige cilinder 12 op een borst 46 10 en in de inwendige cilinder 18 op een steunring 48, die op zijn plaats gehouden wordt door een ringvormige inkeping 50 en in de inwendige cilinder 18. Het zal duidelijk zijn dat de inwendige en de uitwendige cilinder 12 en 18 op enige afstand van elkaar gehouden worden door de onderste 15 isolatiering 26 teneinde een doorlaat 52 te creëren voor het doorvoeren van boorspoeling. Wederom met betrekking tot de Figuren 2 en 3, omvat een rubber isolatiering 26' een veelvoud van daardoorheen geboorde openingen 76 voor het doorleiden van boorspoeling.

20 De bovenste isolatiering 24 is zowel aan de inwendige cilinder 18 als aan de uitwendige cilinder 12 bevestigd.

Een spie 54 verbindt isolatiering 24 onbeweeglijk met juk 18, terwijl een inkeping 56 ervoor zorgt dat de ring 24 blijvend aan kooi 12 vastgeklemd blijft. De bovenste 25 isolatiering 24 is op overeenkomstige wijze als de onderste isolatiering 26 van inwendige en uitwendige metalen ringen 42* en 44' voorzien. Verder opwaarts langs de boorkolom is een anti-draaiingsring 58 in de uitwendige cilinder 12 gemonteerd om rotatie van isolatiering 24 te voorkomen.

30 Daarop volgen de bovenste afstandsmanchetten 60 en 62 respectievelijk voor de inwendige en de uitwendige cilinder. De inwendige afstandsmanchet 60 bevindt zich tussen het bovenste isolatie-orgaan 24 en een afstandsring 64 voor de ophanging van de sensor alsmede een borgring 66.

.8802037 10

De uitwendige afstandsmanchet 62 is tussen de anti-draai-ingsring 58 en een trillingsisolatiebus 68 aangebracht.

Het bovendeel van de trilling- en schokdemper volgens de uitvinding bevat voorts een elastomere afschermkap 70 tegen 5 zand, welke met een schroef 72 aan de trillingsisolatiebus 68 bevestigd is. De trillingsisolatiebus 68 is met een borgring 74 klemmend aan de uitwendige cilinder 12 bevestigd.

Thans op de Figuren 4-7 overgaand, vindt men een inwendige 10 steunring 32 afgebeeld in Figuur 4 en 5 en een uitwendige steunring 30 in Figuur 6 en 7. De inwendige steunring 32 bestaat uit een ring met een uitstekende flens 78 langs de binnenomtrek, welke op de inwendige cilinder 18 rust. De „ uitwendige steunring 30 bestaat eveneens uit een ring met 15 een uitstekende flens 80 langs de buitenomtrek. Doorstroom-openingen of doorlaten 34 en 36 zijn radiaal over elke ring 30 en 32 verdeeld. Het aantal van de doorlaatopeningen 34 en 36 is belangrijk voor het bepalen van de door de inrichting bereikte dempende werking. Zoals uit Figuur IA blijkt, 20 zijn de inwendige en uitwendige steunringen 30 en 32 onderling aanliggend en kunnen zijdelings bewegen ten opzichte van elkaar. Viskeuze demping vindt als volgt plaats. Het zal duidelijk zijn dat er een specifiek volume aanwezig is tussen de tweetallen bovenste en onderste 25 steunringen in onbelaste toestand. Als de verzwaringsstang aan een schok blootgesteld wordt, buigt de stapel kegelvormige veren door, waardoor het volume tussen de steunringen gewijzigd en vloeistof door de openingen 34, 36 in de ringen geperst wordt, hetgeen in viskeuze demping 30 resulteert. Dit belangrijke kenmerk van de onderhavige uitvinding, dat voor viskeuze demping bij of in het gebied van de resonantiefrequentie van de ophanging zorgt, wordt hierna meer in bijzonderheden besproken onder verwijzing naar Figuur 6.

.8802037 11

Het aantal kegelvormige schijf- of soortgelijke veren 28 kan variëren, afhankelijk van de afmetingen van de booruit-rusting en andere factoren. De kegelvormige schijf veren worden opeengestapeld met de binnenkanten van de kegels 5 twee aan twee naar elkaar gewend, zoals in Figuur la weergegeven is. Het zal duidelijk zijn dat, hoewel in Figuur IA zeven paar schijfveren in genoemde opstelling afgebeeld zijn (in totaal dus veertien afzonderlijke schijfveren), ieder gewenst aantal veren toegepast kan 10 worden zolang afdoende ophanging en demping verzekerd blijven.

Om een einde te maken aan de vaak bij het boren onder rigoreuze omstandigheden optredende defecten aan sensoren, is het nieuwe trillings- en schokdempingssysteem volgens de 15 uitvinding zo ontworpen, dat het elastischer en betrouwbaarder is dan de rubber ophangingssystemen volgens de stand der techniek. Een kenmerkend verschil tussen de uitvoeringsvormen van de rubber ophangingen en de onderhavige uitvinding is dat de rubber ophangingen de 20 veren parallel aan elkaar hebben, terwijl bij de onderhavige uitvinding de veren in serie opgesteld zijn.

De rubber ophanging heeft te maken met de intrinsieke problemen van kruip, losraken van de rubber van de steun-ringen en erosie. Om deze problemen uit de weg te ruimen, 25 zijn bij de onderhavige uitvinding de rubber isolatoren door kegelvormige schijfveren (bijv. Belleville-veren) vervangen. Het materiaal van de Belleville-veren heeft een grote sterkte, geringe magnetische eigenschappen en een goede corrosiebestendigheid in het agressieve milieu onder 30 in de boorput.

In de navolgende vergelijkende proeven is gebruik gemaakt van een rubber ophanging voor een 7-3/4 booruitrusting die vier isolatoren voor de 30-voets verzwaringsstang en vijf .8802037 12 isolatoren voor de 35-voets verzwaringsstang heeft. De veringskarakteristiek voor de evenwijdig aan elkaar werkende isolatoren bedraagt 2,627 . 10^ tot 4,38 . 105 N/m voor elk, wat neerkomt op een veringskarakteristiek van 5 17,5 . 105 N/m voor de 30-voets verzwaringsstang en 14 . 105 N/m voor de 35-voets verzwaringsstang. Door het sensorgewicht van 117,7 kg en de remmende werking van de spoeling op de sensor en de ophanging (tot 30,5 kg extra) worden de buffers actief, waardoor de veringskarakteristiek 10 van de rubber ophanging beduidend toeneemt. De gevolgen zijn een veringskarakteristiek voor de rubber ophanging die hoger uitvalt dan werd verwacht en een volledige uitschakeling van de viskeuze demping. Dit resultaat vergroot de op de sensor overgebrachte schok.

15 De voor de vergelijkende beproeving uitgekozen schokdemper volgens de uitvinding is ontwerpen voor dezelfde veringskarakteristiek als de rubber ophanging zonder operationele buffers, hetgeen tot een meer elastische ophanging leidt.

De onderhavige uitvinding ontleent ook voordeel aan 20 viskeuze en wrijvingsdemping, die de op de sensor overgedragen schok verder verzachten. Het gecombineerde resultaat van de verlaagde veringskarakteristiek en de viskeuze demping levert een voorspelde vermindering in reponsie van de sensor van twee-derde (bij een aanname van 25 25 procent kritische demping).

De op de sensor overgebrachte responsie is afhankelijk van de veringskarakteristiek en de systeemdemping. Hoe lager de veringskarakteristiek, hoe elastischer de ophanging. De demping kan de responsie nog verder verminderen. Te veel 30 demping kan de responsie juist doen toenemen door de stijfheid van de ophangingsveren te hard te maken. Het optimale dempingseffeet is 25 procent van de kritische demping. Bij de rubber ophanging volgens de stand der techniek wordt de demping door vloeistofverplaatsing en de .8802037 13 fysieke demping van de rubber zelf bewerkstelligd. Het dempingsniveau is betrekkelijk laag, doordat de buffers de bodem raken met als gevolg slechts geringe verplaatsing van vloeistof binnen het ophangingssysteem. Daarmede blijft 5 slechts de fysieke demping door de buffer over. Een verruiming van de opening tussen de buffers vergroot de hoeveelheid vloeistof die verplaatst wordt, doordat de ophanging doorgebogen wordt en zorgt voor een sterkere demping, wat de responsie van de sensor dienovereenkomstig vermindert.

10 De onderhavige uitvinding is zo opgezet dat de daarmee bereikte demping berust op verplaatsing van de vloeistof door de steunringen wanneer de ophanging wordt doorgebogen, verplaatsing van vloeistof over de Belleville-veren, wrijvingsdemping van de Belleville-veren, én fysieke 15 demping. Naargelang de ruimtelijke inhoud van de ophanging verandert, wordt vloeistof door de openingen 34, 36 in de steunringen geperst, die het voornaamste aandeel aan de met deze inrichting bewerkstelligde demping leveren. Deze openingen kunnen ter verkrijging van de optimale demping 20 vergroot of verkleind worden, zoals hierna meer in bijzonderheden beschreven zal worden.

BEPROEVING

1. Axiale beproeving met 7-3/4-inch ophanging

De ophangingssystemen werden op hun responsie op axiale 25 schokken beproefd door ze van diverse hoogtes te laten vallen. Schokniveaus werden bij de kooi (uitwendige cilinder 12) en bij de sensor geregistreerd. De volgende ophangingen werden beproefd: 1. Rubber ophanging (vijf isolatoren) - droog 30 2. Rubber ophanging met vergrote bufferspleten - droog 3. Rubber ophanging met vergrote bufferspleten - met water gevuld 4. Rubber ophanging met verkleinde bufferspleten -droog .8802037 14 5. Rubber ophanging met verkleinde bufferspleten - met water gevuld 6. Inrichting volgens de uitvinding - droog 7. Inrichting volgens de uitvinding - met water gevuld.

5 Proefopstelling

Schokbelastingen werden op het samenstel van ophanging en sensor uitgeoefend door het samenstel van diverse hoogtes te laten vallen. De ophangingen waren compleet gemonteerd en een massa van 117,7 kg werd aan de steun-10 stang van de sensor bevestigd om het gewicht van de sensor na te bootsen. Een aan de top van de kooi aangebrachte accelerometer registreerde de ingangsschok-niveaus. Een tweede, aan de massa bevestigde accelerometer registreerde de afzonderlijke responsie van de 15 sensor. De ophanging viel van verschillende hoogtes in een steunbuis en bracht schokbelastingen tot 100 g teweeg. De ophanging werd door middel van een bovengrondse kraan tot bepaalde hoogtes opgehesen en dan losgelaten door het verbreken van een kabelverbinding.

20 De valhoogtes varieerden van 25,4 tot 305 mm. Bij valhoogtes van meer dan 305 mm begaf de jukdraad het. Zowel droge als met water gevulde ophangingen werden beproefd teneinde de dempende werking van de spoeling op de ophangingen te bepalen. De vallende ophanging 25 belandde op een dun rubber kussentje dat iets van de energie absorbeerde, teneinde geruisniveaus die de beproevingsresultaten stoorden te onderdrukken. De resultaten zijn gebaseerd op een gemiddelde van drie valproeven bij iedere hoogte.

30 Resultaten

De ophangingen werden beproefd bij valhoogten van 25,4; 76; 127 ; 178 ; 229 en 305 mm om de schokniveaus tot .8802037 15 stand te brengen. Alle ophangingen verminderden de responsie van de sensor op schokken aanmerkelijk. De met water gevulde inrichting volgens de uitvinding was beter dan of gelijkwaardig aan alle ophangingen bij alle 5 schokniveaus. De met water gevulde rubber ophanging met vergrote bufferspleten verminderde de responsie in gelijke mate als de inrichting volgens de uitvinding bij lichte tot matige schokken, maar leidde tot een verhoogde responsie bij hogere schokniveaus. Gemeend 10 wordt dat de buffers bij deze hogere niveaus actief worden. De standaard rubber ophanging en de rubber ophanging met gesloten buffers gaven een identieke responsie te zien, waaruit te concluderen is dat de buffers voor de standaard uitvoering bij alle 15 schokniveaus actief zijn.-De resultaten zijn in Figuur 8 weergegeven.

Uit de in het voorafgaande beschreven proeven kunnen de volgende conclusies getrokken worden.

20 (1) De inrichting volgens de uitvinding, met water gevuld, vermindert de op de sensor overgebrachte schok met 53 procent vergeleken met de met water gevulde rubber ophanging.

(2) De rubber ophanging volgens de stand der techniek 25 blijkt tijdens het boorbedrijf afgebogen te worden tegen de buffers met als gevolg dat de veerkarakte-ristiek van de ophanging door de buffers bepaald wordt. Dit type ophanging, met water gevuld, heeft een minimaal dempend effect.

30 (3) De rubber ophanging, droog en met vergrote buffer spleten, liet een beduidende verbetering zien en verminderde de op de sensor overgebrachte schok met 37 procent. Toen dezelfde ophanging met water gevuld om viskeuze demping te verkrijgen, nam de responsie 35 af met 58 procent. De vergrote bufferspleet zou echter tot blijvende rek van de rubber isolator .8802037 16 leiden ten gevolge van kruip, waardoor de buffers uiteindelijk de bodem zouden raken, met als gevolg een verhoogde overdracht van schokken en een verlies van hechting bij isolatoren.

5 (4) Torsieresponsie zal bij gebruik van een inrichting volgens de uitvinding een factor twee lager zijn dan voor de rubber ophanging.

2. Axiale beproeving met 6-3/4 inch ophanging

De trillingsisolator en schokdemper van 6-3/4 inch 10 volgens de uitvinding werd naast een rubber onderop hanging van 6-3/4 inch volgens de stand der techniek beproefd. De beproevingsmethode was dezelfde als hiervoor beschreven voor de proeven met 7-3/4 inch onderophangingen. De compleet gemonteerde ophangin-15 richtingen vielen van hoogtes die van 25,4 tot 305 mm varieerden om de schokbelastingen te bewerkstellingen.

De ophangingen werden met en zonder vloeistof beproefd teneinde de dempende werking van de vloeistof te bepalen.

20 Resultaten

Bij de proeven zonder vloeistof gaven zowel de inrichting volgens de uitvinding als de rubber ophanging volgens de stand der techniek gelijksoortige responsies. Bij lagere schokniveaus liet de inrichting 25 volgens de uitvinding een lagere responsie door, maar bij hogere schokniveaus gaf de rubber ophanging een lagere responsie te zien. Bij de met water gevulde proefopstellingen toonde de inrichting volgens de uitvinding een grote verbetering en verminderde de 30 doorgelaten responsie met 70 procent, terwijl de rubber ophangingen volgens de stand der techniek veel minder voordeel ondervonden en slechts tot 15 procent .8802037.

17 verbetering kwamen. De proeven met de 6-3/4 inch ophangingen leverden ongeveer dezelfde resultaten op als die met de 7-3/4 inch ophangingen. De uitkomsten zijn grafisch weergegeven in Figuur 9.

5 De volgende conclusies kunnen uit deze serie proeven getrokken worden.

(1) De inrichting volgens de uitvinding vermindert de op de sensor overgebrachte schok met 59 procent vergeleken met de rubber ophanging volgens de stand der 10 techniek, indien met water gevuld.

(2) Vloeistofdemping vermindert de overgebrachte schok met 70 procent in het geval van de ophanging volgens de uitvinding.

3. Dempinasnroef - Variatie van het aantal gaten in de 15 isolatierinaen

Om de viskeuze demping van de trillingsisolator en schokdemper volgens de uitvinding te optimalizeren werden proeven gedaan met 6-3/4 inch ophangingen waarbij het aantal gaten in de steunringen werd 20 gevarieerd. De steunringen hebben een reeks gaten van 1/8 inch, waar doorheen de vloeistof stroomt, die voor de viskeuze demping van de inrichting zorgt.

De verschillende beproevingsomstandigheden waren: 25 (a) droog (b) met vloeistof gevuld zonder gaten (c) met vloeistof gevuld met acht gaten (voorkeursuitvoering) (d) met vloeistof gevuld met twaalf gaten 30 (e) met vloeistof gevuld met zestien gaten.

Viskeuze demping bij of in het gebied van de resonantiefrequentie ontstaat doordat vloeistof door de .8802037 18 gaten in de steunring geperst wordt. De grootte en het aantal van de gaten is van invloed op de dempende werking van de inrichting. Te weinig gaten maken de ophanging stijf, terwijl te veel gaten niet veel demping 5 teweegbrengen. Zoals blijkt uit Figuur 10, verminderde bij de ophanging zonder gaten de doorgelaten responsie met 25 procent vergeleken met een droge ophanging. Deze verbetering is daaraan te danken dat de vloeistof zich om de segmenten van de ophanging verplaatsen kan. De 10 prestatie staat echter slechts gelijk met die van de rubber ophanging volgens de stand der techniek. De doorgelaten responsie bij de proeven met acht, twaalf en zestien gaten is beduidend beter dan voor een ophanging zonder gaten. Vergeleken met een ophanging zonder 15 vloeistof, wordt de overgebrachte schok met 70 procent verminderd, en vergeleken met de ophanging mét vloeistof maar zonder gaten is de prestatie 60 procent beter.

Uit de resultaten van de boven beschreven proeven kunnen de volgende conclusies getrokken worden: 20 (1) De gaten in de steunringen verbeteren de prestatie van de ophanging beduidend.

(2) Zonder de gaten is er slechts zeer geringe viskeuze demping. De doorgelaten responsie is met 25 procent verminderd vergeleken met de droge ophanging.

25 (3) De viskeuze demping die met acht, twaalf en zestien gaten wordt bereikt is nagenoeg gelijk. De doorgelaten responsie is met 70 procent verminderd vergeleken met de droge ophanging en met 60 procent vergeleken met de ophanging zonder gaten.

30 Het valt te begrijpen dat, alhoewel de inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping volgens de uitvinding hier beschreven is in verband met een benedenophangingssysteem voor onderin boorputten aanwezige sensoren van het type beschreven in US-P-4 265 305, de .8802037 19 onderhavige uitvinding ook met voordeel toegepast kan worden als bovenophanging zoals beschreven in Figuur 2 van US-P-4 265 305.

> 8802037

Claims (14)

60.77.1114 Teleco Oilfield Services Inc.. Connecticut 06450, U.S.A CONCLUSIES

1. Inrichting voor trillingsisolatie en schokdemping, die 5 een lengte-as heeft en bestaat uit: - een inwendig steunorgaan (18)? - een uitwendig steunorgaan (12), dat het genoemde inwendige steunorgaan op afstand omsluit; - ten minste één eerste elastomere isolatiering (24) 10 tussen genoemde in- en uitwendige steunorganen; - ten minste één tweede elastomere isolatiering (26) tussen genoemde in- en uitwendige steunorganen, welke tweede isolatiering (26) axiaal op enige afstand van genoemde eerste isolatiering (24) geplaatst is; 15. ten minste één opening door elk van genoemde eerste en tweede isolatieringen (24, 26) teneinde het daar doorheen stromen van vloeistof mogelijk te maken; en - een veelvoud van op elkaar gestapelde veerelementen (28) tussen genoemde eerste en tweede isolatieringen 20 (24, 26).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat genoemde veerelementen (28) op genoemd inwendig steunorgaan (18) bevestigd zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat elk 25 van genoemde veerelementen (28) een kegelvormige schij fveer omvat.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat elk van genoemde kegelvormige schijfveren (28) een inwendig en een uitwendig oppervlak heeft en dat genoemde 30 kegelvormige schijfveren (28) zodanig opeengestapeld .8802037 zijn dat aanliggende paren veren met hun inwendige oppervlakken naar elkaar toegewend zijn.

5. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk dat 5. een eerste steunorgaan voor ringen aanwezig is tussen genoemde eerste elastomere isolatiering (24) en genoemde opeengestapelde veerelementen (28); - een tweede steunorgaan voor ringen aanwezig is tussen genoemde tweede elastomere isolatiering (26) en 10 genoemde opeengestapelde veerelementen (28); en - elk van genoemde eerste en tweede ringsteunorganen ten minste één doorstroomopening bezit, ten einde het daar doorheen stromen van vloeistof mogelijk te maken.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat genoemd eerste ringsteunorgaan bestaat uit: - een eerste steunring (32), die op genoemd inwendig steunorgaan (18) bevestigd is en ten minste één doorstroomopening (36) heeft; 20. een tweede steunring (30), die op genoemd uitwendig steunorgaan (12) bevestigd is en ten minste één doorstroomopening (34) heeft; en dat genoemde eerste en tweede steunringen (30, 32) onderling aanliggen.

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk 25 dat genoemd tweede ringsteunorgaan bestat uit: - een derde steunring (32*), die op genoemd inwendig steunrogaan (18) bevestigd is en ten minste één doorstroomopening (36') heeft; - een vierde steunring (30'), die op genoemd uitwendig 30 steunorgaan (12) bevestigd is en ten minste één doorstroomopening (34') heeft; en dat genoemde derde en vierde steunringen (30', 32r) onderling aanliggen. >8802037

8. Inrichting volgens conclusie 5/ met het kenmerk dat een manchetring (38) langs genoemd uitwendig steunorgaan (12) is aangebracht tussen genoemd eerste en tweede ringsteunorgaan.

9. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 5f met het kenmerk dat ten minste één van genoemde eerste en tweede elastomere isolatieringen (24, 26) vast aan beide genoemde in- en uitwendige steunorganen (12, 18) verbonden is.

10. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat elk van genoemde eerste en tweede elastomere isolatieringen (24, 26) tegenover elkaar gelegen zijwanden heeft en dat langs elk van genoemde zijwanden ringvormige uitsparingen (40) lopen.

11. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat elk van genoemde eerste en tweede elastomere isolatieringen (24, 26) een inwendig en een uitwendig cilindrisch oppervlak heeft met een eerste metalen ring (42) om genoemd inwendig 20 cilindrisch oppervlak en een tweede metalen ring (44) om genoemd uitwendig cilindrisch oppervlak.

12. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat een veelvoud van doorstroomopeningen op gelijke afstanden van elkaar is aangebracht in elk van genoemde eerste en 25 tweede ringsteunorganen.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk dat ten minste acht doorstroomopeningen op gelijke afstanden van elkaar zijn aangebracht in elk van genoemde eerste en tweede steunorganen voor 30 isolatieringen. .8802037 « I

14. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat een veelvoud van doorstroomopeningen op gelijke afstanden van elkaar is aangebracht in elk van genoemde eerste, tweede, derde en vierde steunringen. >8802037