NO340896B1 - Reguleringsanordning og fremgangsmåte ved bruk av samme i et borehull - Google Patents

Description

REGULERINGSANORDNING OG FREMGANGSMÅTE VED BRUK AV SAMME I ET BOREHULL

Foreliggende oppfinnelse vedrører en reguleringsanordning og en fremgangsmåte ved bruk av reguleringsanordningen i et borehull i grunnen. Nærmere bestemt dreier det seg om en reguleringsanordning for bruk i en borestreng mellom en boremaskin og en borkrone, hvor reguleringsanordningen er konfigurert til å kunne begrense en reak-sjonskraft mot borkronen når denne mates inn for å etablere en arbeidsflate på bunnen av borehullet eller påtreffer bergarter eller formasjoner med ulike karakteristika.

For å redusere risiko for skade på borkronen som følge av begrenset kontroll over borkronens nøyaktige posisjon og belastning i dype borehull, er det kjent å benytte løsninger som vedrører utformingen av selve borkronen. Flere av løsningene tar sikte på å gjøre borkronen mindre aggressiv og dermed mindre følsom i møte med en arbeidsflate som borkronen føres mot. Eksempel på én slik benyttet løsning er å redusere en såkalt angrepsvinkel til borkronens kutteelementer slik at det frembringes mindre reaktiv kraft i forhold til påtrykk. Påtrykk er et kjent begrep i borebransjen og er relatert til den aksialkraft som borkronen utøver mot arbeidsflaten. Med redusert reaktiv kraft oppnås en lavere risiko for vibrasjoner i radiell retning av borkronen. I fag-miljøet er slike vibrasjoner kjent som «stick-slip» som er en rykkvis bevegelse eller «lugging». Samme formål søkes oppnådd gjennom å produsere borkronens kutteelementer med en fas i stedet for en rett skjærvinkel.

Generelt er ulempen med slike løsninger at det krever en betydelig økning i påtrykk når kutterne skal etablere inngrep i hardt fjell. Et slikt økt påtrykk gir seg et eksponentielt utslag i økt friksjonsvarme i borkronens kutteelementer, noe som utgjør en teknologisk barriere; kuttelementene som benyttes i en borkrone for boring i en undersjøisk formasjon eller en bergart på land, er i all hovedsak fremstilt av polykrys-tallinsk eller kunstig diamant der diamantfragmentene er bundet sammen ved bruk av kobolt til sirkulære plater. Denne materialkombinasjonen er varmefølsom og styrken reduseres eksponentielt fra 350 °C. Nevnte økte friksjonsvarme i borkronens kutteelementer medfører at eksisterende løsninger med å beskytte borkronen under innmating, i realiteten ikke er forenelige med boring for eksempel i grunnfjell. Dette er en betydelig barriere for økonomisk utnyttelse av jordvarme og dyptliggende olje- og gassforekomster.

Optimal beskyttelse av slike skarpe, energieffektive kutteelementer som er nødven-dige for å skjære hardt fjell uten overoppheting, må følgelig baseres på andre prinsip-per enn redusert angrepsvinkel og økt bæreflate. Kjent teknikk er vanlige, aksiale støtdempere for borestreng. Slike støtdempere gjennomgikk en rivende utvikling i perioden fra omkring 1960 til omkring 1980 og fikk en betydelig utbredelse sammen med rulle-borkroner.

Fra denne perioden er følgende publikasjoner kjent: US 3073134, US 3225566,

US 3329221, US 3382936, US 3947008, US 3963228, US 4054040, US 4133516,

US 4162619, US 4173130, US 4186569, US 4194582, US 4210316, US 4211290,

US 4257245, US 4303138, US 4398898, US 3871193 og US 4901806.

Av ovennevnte publikasjoner er publikasjonen US 4186569 spesielt interessant, idet den beskriver en aksiell støtdemper for innbygging i borestreng med det formål å hindre aksielle vibrasjoner og støt under boring. Formålet oppnås ved å benytte en teleskopisk enhet med rette, aksielle spor for å overføre moment og hvor enheten holdes utspent ved hjelp av fjærer. Det benyttes olje som dempingsmedium etter kjent prinsipp. Særlig interessant ved denne innretningen er en egen kontrafjær som har til hensikt å balansere kraften fra innvendig trykk og strekk fra gravitasjonskraften som virker fra den delen av borestrengen som er tilordnet nedenfor enheten i retning borkronen når borkronen er fri, altså over bunnen, eller har lavt påtrykk.

Aksielle støtdempere ble imidlertid faset ut med introduksjonen av borkroner med skjærende kuttere ettersom disse har ubetydelige vibrasjonsutfordringer i aksial retning, men desto større risiko fra slag eller lugging i radiell retning. Slike slag eller lugging vil kunne opptre spesielt ved innmating av borkronen i borehullet og ved overgangssoner mellom bergarter eller formasjoner av ulik karakter, typisk ved over-gang fra én bergart og til en etterfølgende hardere bergart.

Fra publikasjonen US 20147090892 er det kjent et apparat for å opprettholde såkalt «weight-on-bit», eller «påtrykk» som er den aksialkraft som borkronen utøver mot arbeidsflaten under en boreoperasjon. Apparatet er en rotasjonsstiv dempeanordning innrettet til å dempe aksielle vibrasjoner i en borestreng.

En mer egnet løsning for å kunne redusere nevnte slag eller lugging er en momentomformer av den art som transformerer uønskede slag og «topper» i dreiemoment til en mekanisk styrt aksiell bevegelse som proporsjonalt avlaster borkronen. Denne løs-ningen krever imidlertid stive innvendige trykkfjærer. Denne stivheten gjør at momentomformeren gir liten eller ingen beskyttelse ved lave laster, for eksempel i inn-grepsfasen. Det vil si idet borkroner føres i inngrep med en bergart.

Sistnevnte mekaniske momentomformere for borestreng ble utviklet noe senere enn aksielle støtdempere for borkroner. Slike mekaniske momentomformere er kjent fra publikasjonene US 7044240 og NO 315209.

I nevnte publikasjoner NO 315209 og US 7044240 beskrives momentomformere for innbygging i en borestreng med det formål å hindre overlast fra momentvariasjon under boring. Formålet oppnås ved å benytte en teleskopisk enhet med en innvendig, bratt gjengekopling og hvor enheten holdes utspent eller utskjøvet ved hjelp store samvirkende krefter tilveiebrakt ved hjelp av en trykkfjær og innvendig fluidtrykk samt gravitasjonskraften som virker på den delen av borestrengen som er tilordnet nedenfor enheten, altså i retning av borkronen. Uønskede slag og topper i dreiemoment omformes gjennom gjengekoblingen til en aksiell kontraksjon som proporsjonalt avlaster borkronen. Utspenningskreftene som er nevnt over har som formål å gjen-opprette aksialkraften på borkronen straks momentbelastningen avtar. En fagmann vil være kjent med at slike utspenningskrefter må være store. Store utspenningskrefter har imidlertid den uheldige virkning at momentomformeren under innmating mot arbeidsflaten er fullstendig utspent og i praksis stiv. Løsningene som beskrives i NO 315209 og US 7044240 har følgelig svært begrenset virkning før borkronen har etab-lert full framdrift. Dette betyr at i tilfeller der arbeidsflaten er ujevn, kan borkronen være skadet før momentomformeren kommer i funksjon. For å redusere eller unngå nevnte uheldige virkning er det gjort forsøk med å redusere utspenningskreftene som virker på borkronen, for å bringe momentomformeren i funksjon ved lavere belastning, altså tilveiebringe en mer «følsom» momentomformer. Nevnte forsøk har imidlertid vist at en slik mer «følsom» momentomformer gir en redusert kapasitet under vanlig drift, altså boring.

Fra publikasjonen US 2014262650 er det kjent et apparat for å dempe torsjonssving-ninger som en borestreng vil kunne utsettes for i en brønn. Apparatet er aksielt stivt.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekkene som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etter-følgende patentkravene.

En reguleringsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse er en videreutvikling av trekk kjent fra aksielle støtdempere for borestreng og trekk fra mekaniske momentomformere for borestreng.

Reguleringsanordningen ifølge oppfinnelsen muliggjør både sikker innmating og boring med faste, skarpe kuttere i hardt fjell. Dette oppnås ved at reguleringsanordningen tilordnes i nedre del av borestrengen, altså i retning av borkronen. Reguleringsanordningen omfatter trekk fra momentomformerene ifølge NO 315209 og US 7044240, men hvor momentomformerene sine løsninger for fjærene er erstattet med et balansert prinsipp som har sitt utgangspunkt i, men er en videreutvikling av tidligere aksielle støtdempere.

Oppfinnelsen er definert av de selvstendige patentkravene. De uselvstendige kravene definerer fordelaktige utførelser av oppfinnelsen.

I et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en reguleringsanordning for bruk i en borestreng mellom en boremaskin og en borkrone, hvor reguleringsanordningen omfatter: - et rørformet hunnparti som i det minste delvis omslutter et rørformet hannparti; - en spiralformet kopling mellom hunnpartiet og hannpartiet for å tillate en teleskoperende bevegelse av reguleringsanordningen i begge retninger mellom en utskjøvet stilling og en sammenskjøvet stilling, idet nevnte bevegelse av reguleringsinnretningen inntrer ved ulik rotasjonshastighet mellom hunnpartiet og hannpartiet; - en første forspenningsinnretning som er innrettet til å utøve en drivkraft for å drive reguleringsanordningen mot sin utskjøvne stilling; og

- en andre forspenningsinnretning.

Reguleringsinnretningen har det særpreg at den andre forspenningsinnretningen er tilordnet en drivanordning hvis aksielle posisjon i apparatet er styrt av innbyrdes aksiell posisjon mellom hannpartiet og hunnpartiet ved at et parti av drivanordningen er aksielt forbundet med hannpartiet, at hannpartiet via drivanordningen er påført en kraft fra den andre forspenningsinnretningen, hvor kraften er motsatt rettet drivkraften fra den første forspenningsinnretningen når reguleringsanordningen er i sin ut-skjøvne stilling, og at hannpartiet via drivanordningen er påført en kraft fra den andre forspenningsinnretningen, hvor kraften er ensrettet med drivkraften fra den første forspenningsinnretningen når reguleringsanordningen er i sin sammenskjøvne stilling, idet den andre forspenningsinnretningen er aksielt forskyvbar i et andre kammer som i aksiell retning er avgrenset av en skulder og en avsats, hvor forskyvningen av den andre forspenningsinnretningen mellom nevnte skulder og nevnte avsats er mindre enn den teleskoperende bevegelse av hannpartiet mellom den fullt utskjøvne stilling og den fullt sammenskjøvne stilling.

Dette har den effekt at når borkronen er fri fra bunnen, og reguleringsanordningen er i sin fullt utskjøvne stilling, vil motstanden mot relativ rotasjon mellom hannpartiet og hunnpartiet være mindre enn når reguleringsanordningen er nær sin fullt inntrukne stilling. Således vil borkronen som står i forbindelse med reguleringsanordningen, være mer «følsom» når reguleringsanordningen er i sin fullt utskjøvne stilling, som er typisk ved etablering av arbeidsflaten, enn når reguleringsanordningen er nær sin mest innskjøvne eller sammentrukne stilling. Når reguleringsanordningen befinner seg i sin mest sammentrukne stilling og påtrykket mot borkronen opprettholdes under boreoperasjonen, vil en innbyrdes rotasjon mellom hannpartiet og hunnpartiet ikke kunne opptre.

Den andre forspenningsinnretningen kan være innrettet til i det alt vesentlige å balansere kreftene som spenner ut reguleringsanordningen til dens utskjøvne stilling, når reguleringsanordningen er i sin fullt utskjøvne stilling. De krefter som spenner ut reguleringsanordningen, er kraften fra nevnte første forspenningsinnretning og gravitasjonskraften fra det alt vesentlige av hannpartiets masse.

Dette har den effekt at når borkronen er fri fra bunnen vil nevnte andre forspenningsinnretning balansere de betydelige kreftene som spenner ut reguleringsanordningen til sin fullt utskjøvne stilling. Med hensyn til borkronens påtrykk vil reguleringsanordningens hannparti opptre som nær «vektløst». Dermed vil også friksjonen i den spiralformede koplingen mellom hannpartiet og hunnpartiet være minst mulig, hvilket er guns-tig med tanke på å tilveiebringe en reguleringsanordning som er svært følsom når den befinner seg i sin mest utskjøvne stilling.

Når borkronen møter arbeidsflaten på bunnen av hullet vil den andre forspenningsinnretningen gradvis avlastes som en følge av sammentrekking av reguleringsanordningen.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse vil således en fortsatt sammentrekking av reguleringsanordningen bevirke at den andre forspenningsinnretningen komprimeres sammen med reguleringsanordningens første forspenningsinnretning. Slik oppnås en økning i maksimal forspenningskraft sammenliknet med kjent teknikk. Oppfinnelsen gir i sum et intervall med minst mulig risiko for skade når borkronen møter anleggsflaten. Dernest oppnås en betydelig forbedret maksimal kraftkapasitet i borefasen. Reguleringsanordningen ifølge oppfinnelsen gir dermed forbedret beskyttelse og sikrere bruk av de innledningsvis nevnte optimaliserte, skarpe kuttere som er nødvendige for å bore i hardt fjell samtidig som totalkapasiteten blir høyere. En fagmann vil være kjent med at på samme måte som skarpe kuttere er en nødvendighet for å skjære hardt metall, er skarpe kuttere også er en forutsetning for å bore hardt fjell.

Den første forspenningsinnretningen er fortrinnsvis anordnet i et første kammer i et parti av hunnpartiet, idet kammerets volum er styrt av et stempel tilordnet hannpartiet. Dermed er kompresjonen av den første forspenningsinnretningen avhengig av ha nn partiets aksielle stilling relativt hunnpartiet.

Drivanordningen kan omfatte en første trykkplate og en andre trykkplate som er individuelt bevegelige i det andre kammeret, hvor trykkplatene er holdt i avstand fra hverandre av den andre forspenningsinnretningen, og hvor bevegelsene er styrt av ei stang som står i forbindelse med nevnte stempel som er tilordnet hannpartiet. I én utførelse er kammerets aksiale utstrekning større enn utstrekningen til drivanordningen.

Det andre kammeret er i én utførelse anordnet i et parti av hunnpartiet. I en alternativ utførelse er det andre kammeret anordnet i et parti av hannpartiet.

Fortrinnsvis omfatter i det minste én av forspenningsinnretningene en fjær. Hver av den minst ene fjæren kan være valgt fra gruppen: en spiralfjær eller en serie med tallerkenfjærer. I den foreliggende oppfinnelse er en serie med tallerkenfjærer spesielt godt egnet.

En av fordelene med å bruke fjær som forspenningselement i stedet for et forspenningselement basert utelukkende på et kompressibelt fluid, er at en fjær vil kunne ha en mer forutsigbar karakteristikk, altså være mindre påvirkelig av blant annet de tem-peraturforhold som måtte råde i foreksempel en petroleumsbrønn. Dessuten måtte et kompressibelt fluid anbringes i et lukket kammer, noe som innebærer bruk av pak-ninger med tilhørende slitasje- og friksjonsproblematikk. En fjær er altså en teknisk enklere løsning og synes foreløpig å være beste løsning for det aktuelle bruksområdet. Men det skal understrekes at det også kan tenkes å benytte fluidbaserte forspennings-elementer slik som beskrevet under. Dette fordi et fluidbasert forspenningselement har fordeler relatert til enkel endring av fluidtrykket og derigjennom tilpasning av forspenningselementets kraftegenskaper til spesifikke borearbeider.

I én utførelse kan den første forspenningsinnretningen ytterligere omfatte et fluid under trykk. Forspenningsinnretningen kan således omfatte både en fjær og et fluid, slik det vil bli forklart i forbindelse med utførelseseksemplene i det etterfølgende.

I et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en framgangs-måte for å regulere påtrykk på en borkrone som er tilkoplet en boremaskin via en borestreng, hvor fremgangsmåten omfatter: å anbringe en reguleringsanordning i henhold til oppfinnelsens første aspekt i borestrengen mellom boremaskinen og borkronen; og å føre borestrengen inn i og å sette borestrengen og borkronen i rotasjon i borehullet; og å føre borkronen i inngrep med et bunnparti av borehullet.

Fremgangsmåten kan videre omfatte å anordne reguleringsanordningen mellom to vektrør som er integrert i et nedre parti av borestrengen nær borkronen.

Den andre forspenningsinnretningen kan anordnes med en slik kraftkapasitet at når reguleringsanordningen er i sin mest utskjøvne stilling, er den andre forspenningsinnretningen innrettet til å kunne balansere summen av kraften fra den første forspenningsinnretningen og en vertikalkomponent av gravitasjonskraften fra massen av de komponenter som er omfattet av det nedre borestrengpartiet.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er an-skueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 viser et prinsipielt oppriss av en borestreng som strekker seg fra en topp-drevet boremaskin og til en borkrone som befinner seg nær et bunnparti i en brønn, hvor en reguleringsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse er anordnet mellom to vektrør i et nedre parti av brønnen; Figur 2 viser i større målestokk et oppriss delvis i perspektiv av reguleringsanordningen som omfatter et hunnparti som delvis omslutter et hannparti, hvor reguleringsanordningen befinner seg i en utskjøvet stilling som den vil in-neha blant annet når borkronen befinner seg i avstand fra brønnens bunnparti; Figur 3 viser reguleringsanordningen i figur 2, men hvor reguleringsanordningen befinner seg i en sammenskjøvet stiling som følge av at borkronen er ført til inngrep med brønnens bunnparti; Figur 4 viser en alternativ utførelse av reguleringsanordningen vist i figur 2; og

Figur 5 viser reguleringsanordningen i figur 4 i en sammenskjøvet stilling.

I det etterfølgende henspiller posisjonsangivelser som «over», «under», «øvre» og «nedre» på de posisjoner de enkelte elementene har på figurene.

Like eller tilsvarende elementer er angitt med samme henvisningstall.

På figurene angir henvisningstallet 1 en borestreng som strekker seg fra en topp-drevet boremaskin 3, en såkalt «topdrive», og til en borkrone 5. For en brønn på land kan boremaskinen 3 være anordnet på en fast eller mobil borerigg. For en undersjøisk brønn vil boremaskinen 3 være anordnet på en flytende farkost.

Ved hjelp av boremaskinen 3 er borestrengen 1 og dermed borkronen 5 innrettet til å kunne settes i rotasjon om sin lengdeakse slik det vil være kjent for en fagmann på området.

Figur 1 viser prinsipielt borestrengen 1 og borkronen 5 etter innføring i et borehull 7 i en formasjon 9. Borkronen 5 befinner seg nær et bunnparti 8 av borehullet 7. Borehullet 7 vil i det etterfølgende også bli omtalt som brønn 7 eller brønnhull 7.

Borestrengen 1 er i den viste utførelse forsynt med et første vektrør 11 og et andre vektrør 13 av i og for seg kjent art. Vektrørene 11, 13 er anordnet integrert i et nedre parti av borestrengen 1 nær borkronen 5. En fagmann vil være kjent med at vektrør 11, 13 benyttes for å tilveiebringe påtrykk på borkronen 5.

En reguleringsanordning 20 ifølge den foreliggende oppfinnelse er anordnet mellom det første vektøret 11 og det andre vektøret 13, slik som prinsipielt vist i fig. 1. Formålet med reguleringsanordningen 20 er å begrense eller dempe såkalt lugging eller «stick-slip» som vil kunne inntre idet borkronen 5 kommer i inngrep med et parti av borehullet 7, 8, eller en overgangssone som forklart i det etterfølgende.

For å underlette forståelsen av oppfinnelsen, er borestrengen 1 i det etterfølgende delt inn i et øvre borestreng parti 2 og et nedre borestrengparti 2'.

Det øvre borestreng partiet 2 omfatter det partiet av borestrengen 1 som strekker seg fra boremaskinen 3, via det første vektøret 11 og til (inkludert) et hunnparti av reguleringsanordningen 20.

Det nedre borestrengpartiet 2' omfatter det partiet av borestrengen 1 som omfatter et hannparti 40 av reguleringsanordningen 20, det andre vektrøret 13 og borkronen 5. Hannpartiet vil i det etterfølgende også bli omtalt som en teleskopanordning 40. Figurene 2-5 viser i større målestokk borkronen 5, det andre vektøret 13 (vist avkor-tet) og reguleringsanordningen 20. Det første vektrøret 11 er for enkelhets skyld kun vist i figurene 2-3. Figurene 2 og 3 viser en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse, mens figurene 4 og 5 viser en andre utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Reguleringsanordningen 20 omfatter nevnte hunnparti som i det etterfølgende er omtalt som et hus 22 (vist i snitt). Huset 22 er altså fast tilkoplet det første vektrøret 11 og inngår i det øvre borestreng partiet 2.

Huset 22 er splittbart langs sin lengdeakse og omfatter to halvsirkelformede elementer som er festet til hverandre ved hjelp av i og for seg kjente mekaniske festemidler.

Huset 22 omslutter et parti av hannpartiet eller teleskopanordningen 40. Teleskopanordningen 40 er i sitt nedre endeparti fast tilkoplet borkronen 5 via det andre vekt-røret 13. Teleskopanordningen 40, det andre vektrøret 13 og borkronen 5 utgjør således det nedre borestrengpartiet 2'.

Det nedre borestrengpartiet 2' er konfigurert for en begrenset aksiell og rotasjons-messig bevegelse relativt det øvre borestrengpartiet 2.

Det vises først til utførelsen ifølge figurene 2 og 3.

Huset 22 er forsynt med fire kammer; en fluidkanal 24 for tilførsel av borevæske til borkronen 5, et andre kammer 26, et første kammer 28 og et rotasjonskammer 30. Fluidkanalen 24 står i fluidforbindelse med det andre kammeret 26 og det første kammeret 28 samt med borkronen 5 gjennom en kanal (vist stiplet) gjennom reguleringsanordningen 20.

Det første kammeret 28 er avgrenset av en første avsats 27' som strekker seg radielt innover fra husets 22 mantelparti, husets 22 mantelparti og en andre avsats 28' som strekker seg radielt innover fra husets 22 mantelparti.

Det andre kammeret 26 er avgrenset av en skulder 27, nevnte første avsats 27', og husets 22 mantelparti.

Rotasjonskammeret 30 er avgrenset av nevnte andre avsats 28', husets 22 mantelparti og husets 22 nedre endeparti.

Rotasjonskammeret 30 er forsynt med en spiralformet føring 32. Føringen 32 er kom-plementært tilpasset en spiralformet gjenge 42 anordnet på en stamme 44 av teleskopanordningen 40 som befinner seg i rotasjonskammeret 30. Som vist i figurene er gjengens 42 aksiale utstrekning mindre enn rotasjonskammerets 30 aksiale utstrekning. Stammen 44 kan således skrus i huset 22 fra stillingen vist i figur 2 og til stillingen vist i figur 3 hvor et øvre endeparti av den spiralformede gjengen 42 er ført til anlegg mot den andre avsatsen 28'.

Teleskopanordningen 40 omfatter videre et stempel 46 som er festet til et øvre endeparti av stammen 44. Stempelet 46 er videre festet til et rør 48 som strekker seg aksialt gjennom det første kammeret 28 og det andre kammeret 26. I et øvre endeparti av det første kammeret 28 er røret 48 forsynt med en utvending skulder 50. Stempelet 46 er innrettet til å kunne beveges aksielt og rotere relativt huset 22.

Stempelet 46 er forsynt med et tetningselement i form av en ringpakning 46' for å hindre borefluid fra å strømme fra det første kammeret 28 og inn i rotasjonskammeret 30 og dermed lekke ut i borehullet 7.

Vektøret 13, stammen 44 og røret 48 er forsynt med en gjennomgående kanal (indi-kert stiplet) for å tillate fluidkommunikasjon mellom fluidkanalen 24 og borkronen 5. Røret 48 er tilkoplet en boring i stammen 44.

En forspenningsinnretning i form av en fjær 51 er anordnet i det første kammeret 28 omkring røret 48 mellom stempelet 46 og avsatsen 27'. Fjæren 51 vil i det etterføl-gende også bli omtalt som hovedfjær 51. I den viste utførelse omfatter forspenningsinnretningen også et fluid som virker mot stempelet 46. Fluidet som virker mot stempelet 46, står via det andre kammeret 26 i fluidkommunikasjon med fluidkanalen 24.

I det andre kammeret 26 er en første trykkplate 52 holdt i avstand fra en andre trykkplate 54 ved hjelp av en forspenningsinnretning i form av en fjær 56 som i det etter-følgende også er benevnt kontrafjær 56. Trykkplatene 52, 54 er aksielt og roterbart bevegelige relativt røret 48. Trykkplatene 52, 54 kan alternativt eller i tillegg være roterbare relativt huset 22.

Fjærene 51, 56 er av i og for seg kjent art og kan typisk være en serie med tallerkenfjærer eller spiralfjærer avhengig av fjærens ønskede egenskaper. I en prototyp av reguleringsanordningen 20 ifølge oppfinnelsen er det benyttet en serie med tallerkenfjærer som viser seg å fungere svært tilfredsstillende.

Trykkplatenes 52, 54 aksielle bevegelse i det andre kammeret 26 er avgrenset av avsatsen 27' henholdsvis skulderen 27 og en stoppanordning 58 fast festet, for eksempel ved hjelp av en gjengeforbindelse, til et øvre endeparti av røret 48.

Ut fra beskrivelsen over skal det forstås at teleskopanordningen 40 er innrettet til å kunne påføres en begrenset rotasjon relativt huset 22. Begrensningen er styrt av spi-ralgjengens 42 aksiale posisjon i rotasjonskammeret 30.

I figur 2 er borkronen 5 nær, men i avstand fra, et bunnparti 8 av borehullet 7. Borkronen 5 er i en «ubelastet» stilling. I denne stillingen er gravitasjonskraften fra massen av teleskopanordningen 40, det andre vektrøret 13 og borkronen 5, det vil si det nedre borestrengpartiet 2', samt kraften fra hovedfjæren 51 og fluidtrykket fra væs-ken som virker mot stempelets 46 øvre parti, balansert av en motsatt rettet kraft som overføres fra røret 48 via stoppanordningen 58 og til den andre trykkplaten 54, og fra den andre trykkplaten 54 via kontrafjæren 56, den første trykkplaten 52 og til husets 22 første avsats 27'.

I denne ubelastede stillingen vil hannpartiet 40 nærmest «flyte» relativt hunnpartiet 22. Dette har den positive effekt at friksjonen i den spiralformede koplingen 32, 42, vil kunne være ved et minimum. Dette bidrar ytterligere til en redusert terskelverdi som vil bli diskutert i det etterfølgende.

I og med at kreftene er balansert i den viste stillingen, er spenningen mellom stempelets 46 underside og den andre avsatsen 28' nær null.

Hovedfjæren 51 er i figur 2 i sin mest avspente stilling i det første kammeret 28, mens kontrafjæren 56 i det andre kammeret 26 er i sin mest komprimerte stilling. Følgelig er avstanden Sl mellom husets 22 nedre endeparti og borkronen 5 størst mulig.

Reguleringsanordningen 20 ifølge oppfinnelsen er konfigurert slik at utilbørlig kompresjon av kontrafjæren 56 forhindres ved at stempelets 46 aksielle bevegelse nedover er begrenset av den andre avsatsen 28'.

I figur 3 er borkronen 5 ført i inngrep med borehullets 7 bunnparti 8. Idet en slik kon-takt inntrer, vil borkronens 5 rotasjonshastighet kunne reduseres som følge av friksjonen som oppstår mellom borkronen 5 og bunnpartiet 8. Stammens 44 gjenge 42 vil ved en slik ulik rotasjonshastighet mellom det øvre borestengpartiet 2 og det nedre borestrengpartiet 2' skrus langs husets 22 spiralformede føring 32 fra den stillingen som er vist i figur 2, inntil gjengens 42 øvre endeparti føres til anlegg mot den andre avsatsen 28' slik som vist i figur 3. Idet en slik aksialbevegelse mellom huset 22 og teleskopanordningen 40 inntrer som følge av nevnte rotasjonsbevegelse mellom teleskopanordningen 40 og huset 22, vil stempelet 46 sammen med røret 48 forskyves oppover i det første kammeret 28, og hovedfjæren 51 vil komprimeres samtidig som kontrafjæren 56 avlastes og følgelig tillates å ekspandere inntil den andre trykkplaten 54 er ført til anlegg mot skulderen 27 i det andre kammeret 26. Når kompresjonen av hovedfjæren 51 fortsetter, vil den utvendige skulderen 50 på røret 48 føres til anlegg mot den første trykkplaten 52 og gjennom den komprimere kontrafjæren 56 mot den andre trykkplaten 54 som i sin tur er ført til anlegg mot skulderen 27 i kammerets 26 øvre endeparti. Trykkplatene 52, 54 løper som nevnt fritt på røret 48, men er hindret i å bevege seg i aksialretningen forbi stoppanordningen 58, skulderen 27 og den første avsatsen 27'. Følgelig vil en ytterligere kompresjon av hovedfjæren 51 medføre eller fordre samtidig kompresjon av kontrafjæren 56.

Reguleringsanordningen 20 er konfigurert slik at før gjengenes 42 øvre endeparti er ført til anlegg mot den andre avsatsen 28', vil rørets 48 skulder 50 bli ført til anlegg mot en nedre endeflate til den første trykkplaten 52 og skyve denne oppover i det første kammeret 26. Følgelig vil også kontrafjæren 56 komprimeres og, sammen med hovedfjæren 51 og kraften fra fluidet som virker mot stempelet 46 i det første kammeret 28, utøve en motstand mot en ytterligere, siste oppoverrettet bevegelse av teleskopanordningen 40. Altså vil også kontrafjæren 56 utøve et trykk mot borkronen 5.

Dreiemoment M som inntrer mellom huset 22 og teleskopanordningen 40 som nevnt over, vil føre til en reduksjon av lengden Sl. Reduksjonen av lengden Sl motvirkes av hovedfjæren 51, kraften fra fluidet som virker mot stempelets 46 øvre flate og gravitasjonskraften fra massen av vektrøret 13 og borkronen 5. Dreiemomentet M som behøves for å utligne kraften fra fluidet som virker mot stempelet 46 og fra massen nedenfor teleskopanordningen 40 ville, uten arrangementet med kontrafjæren 56, kunne utgjøre en uheldig terskelverdi i forhold til virkeområdet til reguleringsanordningen 20. Imidlertid balanserer som nevnt arrangementet med kontrafjæren 56 nevnte krefter slik at reduksjonen av lengden fra lengden Sl vist i figur 2 og til lengden S2 i figur 3, inntrer forholdsvis umiddelbart og altså i det alt vesentlige uten en terskelverdi i det øyeblikk borkronen 5 føres for eksempel mot borehullets 7 bunnparti 8.

For å oppsummere ovennevnte skal det således forstås at etter hvert som stempelet 46 drives oppover i huset 22, vil hovedfjæren 51 komprimeres. Samtidig som en slik kompresjon av hovedfjæren 51 inntrer, vil kontrafjæren 56 avspennes. Altså vil en stadig større andel av gravitasjonskraften fra massen av teleskopanordningen 40, det andre vektrøret 13 og borkronen 5, det vil si det nedre borestrengpartiet 2', virke mot en videre oppoverrettet bevegelse av teleskopanordningen 40.

I tilfeller hvor belastningen mot borkronen 5 er stor og reguleringsanordningen 20 nærmer seg sin mest sammenskjøvne stilling som vist i figur 3, vil som nevnt kontrafjæren 56 igjen komprimeres, men nå slik at kraften fra kontrafjæren 56 virker i samme retning som kraften fra hovedfjæren 51, kraften fra fluidet som virker mot stempelet 46 og gravitasjonskreftene fra teleskopanordningen 40, det andre vektrøret 13 og borkronen 5.

Som vist i utførelseseksemplene løper den spiralformede koplingen 32, 42 som overfø-rer og omdanner torsjonslast atskilt fra fjærene 51, 56 i forhold til momentbelastningen og overfører en ensrettet aksialkraft til og fra fjærene gjennom drivanordningen som omfatter røret 48. Dette bevirker at røret 48, som er en sentral fjærstyring, kan utformes med minst mulig ytre diameter. Dermed vil serien med tallerkenfjærer kunne utformes med optimale dimensjoner, og uten bruk av tallerkenfjærer anordnet i parallelle serier, som for eksempel såkalt dobbelpakking eller trippelpakking som i noen tilfeller må benyttes for å oppnå tilstrekkelig styrke. En fagmann vil være kjent med at en slik dobbel- eller trippelpakking vil kunne frembringe forhøyet indre friksjon og følgelig en redusert samlet virkningsgrad og operasjonell forutsigbarhet.

I en prototyp av den foreliggende oppfinnelse er det benyttet tallerkenfjærer med et størrelsesforhold mellom utvendig og innvendig diameter på ca. 1,95, hvilket er ansett å være ideelt i forhold til anbefalte grenseverdier som er i området 2,45 - 1,76 for den aktuelle fjæren. Nevnte benyttede størrelsesforhold gir tallerkenfjærene sine beste mulige egenskaper i forhold til operasjonell stabilitet, virkningsgrad og livslengde.

En viktig egenskap med den foreliggende oppfinnelse er således en hurtigere respons, i det vesentlige uten nevnte terskelverdi og samtidig en betydelig økning i maksimal belastning under boring.

Det skal bemerkes at nevnte «ubelastede» stilling også kan være den stillingen som borkronen 5 har ved boring gjennom en ensartet formasjon. Men ved penetrering av en underliggende formasjon av en annen karakter og som utøver større friksjon eller motstand mot borkronens 5 fremdrift, vil virkningen kunne bli den samme som vist i utførelseseksemplene. Nevnte bunnparti 8 skal således forstås å kunne være et over-gangsparti fra en første formasjon og til en andre formasjon, hvor nevnte andre formasjon yter større motstand mot borkronens 5 rotasjon eller fremdrift.

Tilsvarende vil nevnte bunnparti 8 alternativt kunne være en begynnende sidebrønn.

Figurene 4 og 5 viser en alternativ utførelse av apparatet vist i figurene 2 og 3.

Utførelsen vist i figurene 4 og 5 har flere likhetstrekk med utførelsen vist i figurene 2 og 3. Hovedforskjellen er at i figurene 4 og 5 er det andre kammeret 26 anordnet i et nedre parti 40' av teleskopanordningen 40 og ikke i et parti av huset 22 slik som vist i figurene 2 og 3. Således er huset 22 i figurene 4 og 5 forsynt med tre kammer; et rotasjonskammer 30, et første kammer 28 og en fluidkanal 24. Fluidkanalen 24 står i fluidforbindelse med det første kammeret 28 slik som forklart under. 1 det etterfølgende vil enkelte av elementene som omtales, og som har tilsvarende utforming eller funksjon som elementene allerede beskrevet under omtale av figurene 2 og 3, bli omtalt i bestemt form uten at de er tidligere nevnt spesifikt i relasjon til figurene 4 og 5.

Det første kammeret 28 er avgrenset av en skulder 28", husets 22 mantelparti og en andre avsats 28' som strekker seg radielt innover fra husets 22 mantelparti.

Rotasjonskammeret 30 er avgrenset av nevnte andre avsats 28', husets 22 mantelparti og husets 22 nedre endeparti.

Det første kammeret 28 og rotasjonskammeret 30 vist i figurene 4 og 5 har således en utforming som i det alt vesentlige tilsvarer utformingen vist i figurene 2 og 3. Det samme gjelder stammen 44 med spiralformede gjenger 42 anordnet i rotasjonskammeret 30. Omtalen av disse vil dermed ikke gjentas.

I figurene 4 og 5 strekker et rør 48 seg fra fluidkanalen 24 i husets 22 øvre parti, via en boring i teleskopanordningens 40 stamme 44, og til en nedre fluidkanal 24' som står i forbindelse med borkronen 5. Røret 48 er forsynt med en gjennomgående boring.

Røret 48 er i figurene 4 og 5 terminert i en forankring 60 festet til et parti av fluidkanalen 24 i huset 22 ved hjelp av i og for seg kjente festemidler (ikke vist) som for eksempel en gjengeforbindelse, bolter og/eller låsepinner. Et nedre parti av røret 48 er tilordnet en stoppanordning 58 av samme art som vist i figurene 2 og 3.

I den viste utførelse er stempelet 46 og stammen 44 roterbare og aksielt forskyvbare relativt røret 48.

I det andre kammeret 26 anordnet i teleskopanordningens 40 nedre parti 40', er en første trykkplate 52 holdt i avstand fra en andre trykkplate 54 ved hjelp av en forspenningsinnretning i form av en fjær 56 som i det etterfølgende også er benevnt kon trafjær 56. Kontrafjæren 56 kan være en serie med tallerkenfjærer. Trykkplatene 52, 54 er aksielt og roterbart bevegelige relativt røret 48. Trykkplatene 52, 54 kan alternativt eller i tillegg være roterbare relativt huset 22.

Trykkplatenes 52, 54 aksielle bevegelse i det andre kammeret 26 vist i figurene 4 og 5, er avgrenset av et kantparti 27' (som tilsvarer avsatsen 27' i figurene 2 og 3) henholdsvis en skulder 27 og stoppanordningen 58 fast festet, for eksempel ved hjelp av en gjengeforbindelse, til rørets 48 nedre parti.

I figur 4 er borkronen 5 i en «ubelastet» stilling tilsvarende den som er vist i figur 2. I denne stillingen er gravitasjonskraften fra massen av teleskopanordningen 40, det andre vektrøret 13 og borkronen 5, samt kraften fra hovedfjæren 51 og væsketrykket som virker mot stempelets 46 øvre parti, balansert av en motsatt rettet kraft som overføres fra røret 48 via stoppanordningen 58 og til den andre trykkplaten 54. Fra den andre trykkplaten 54 forløper kraftbanen via kontrafjæren 56, den første trykkplaten 52 og til kantpartiet 27' i teleskopanordningens 40 nedre parti 40'.

I og med at kreftene er balansert i den viste stillingen, er spenning mellom stempelets 46 underside og den andre avsatsen 28' nær null.

Pa tilsvarende vis som vist i figurene 2 og 3 er reguleringsanordningen 20 i utførelsen vist i figurene 4 og 5 konfigurert slik at en for stor kompresjon av kontrafjæren 56 forhindres ved at stempelets 46 aksielle bevegelse nedover er begrenset av den andre avsatsen 28'.

I figur 5 er borkronen 5 ført i inngrep med borehullets 7 bunnparti 8. Idet en slik kon-takt inntrer, vil borkronens 5 rotasjonshastighet reduseres som følge av friksjonen som oppstår mellom borkronen 5 og bunnpartiet 8. Stammens 44 gjenge 42 vil da kunne skrus langs husets 22 spiralformede føring 32 fra den stillingen som er vist i figur 4, og maksimalt til gjengens 42 øvre endeparti føres til anlegg mot den andre avsatsen 28' slik som vist i figur 5. Idet denne aksialbevegelsen mellom huset 22 og teleskopanordningen 40 inntrer som følge av rotasjonsbevegeisen mellom teleskopanordningen 40 og huset 22, vil stempelet 46 som er festet til stammen 44, forskyves aksialt oppover langs røret 48 i det første kammeret 28. Følgelig vil hovedfjæren 51 komprimeres. Samtidig vil kompresjonen av kontrafjæren 56 reduseres, og den andre trykkplaten 54 vil drives nedover av kontrafjæren 56 inntil den andre trykkplaten 54 er ført til anlegg mot skulderen 27 i det andre kammeret 26.

Dersom kompresjonen av hovedfjæren 51 fortsetter, vil en utvendige skulder 50 på røret 48 føres til anlegg mot den første trykkplaten 52 og gjennom den komprimere kontrafjæren 56 mot den andre trykkplaten 54 som i sin tur er ført til anlegg mot skulderen 27 i kammerets 26 nedre endeparti. Trykkplatene 52, 54 løper som nevnt fritt på røret 48, men er hindret i å bevege seg i lengderetning forbi rørets 48 skulder 50 og skulderen 27. Følgelig vil en ytterligere kompresjon av hovedfjæren 51 fordre samtidig kompresjon av kontrafjæren 56.

Effekten av reguleringsanordningen 20 vist i figurene 4 og 5 er således den samme som for reguleringsanordningen vist i figurene 2 og 3, nemlig en hurtigere respons, i det vesentlige uten nevnte terskelverdi og samtidig en betydelig økning i maksimal belastning under boring.

I utførelseseksemplene vist i figurene 2-5 er kontrafjæren 56 og trykkplatene 52, 54 i en posisjon nærmest hovedfjæren 51 når reguleringsanordningen 20 befinner seg i sin mest utskjøvne stilling, og i en posisjon lengst borte fra hovedfjæren 51 når reguleringsanordningen 20 befinner seg i sin mest sammenskjøvne stilling.

I en alternativ utførelse (ikke vist) vil fjæren 56 i det andre kammeret 26 vist for eksempel i figurene 4 og 5 helt eller delvis kunne erstattes av et forspenningselement tilveiebrakt ved hjelp av et kompressibelt fluid så som en gass. Ved en slik utførelse måtte trykkplatene 52, 54 forsynes med utvendige og innvendige ringpakninger for å tette mot veggen til kammeret 26, henholdsvis røret 48. Trykket i et slikt fluidkammer ville ved hjelp av egnede i og for seg kjente midler kunne endres. Således ville forspenningselementets karakteristikk enkelt kunne tilpasses boreoppdraget før borestrengen 1 ble ført inn i brønnen 7.

På tilsvarende vis ville også fjæren 51 i det første kammeret 28 helt eller delvis kunne erstattes av et forspenningselement tilveiebrakt ved hjelp av et kompressibelt fluid. En tetning ville i et slikt tilfelle relativt enkelt kunne anbringes i et parti mellom forank-ringen 60 og huset 22 og/eller mellom et øvre parti av røret 48 og huset 22. Igjen ville trykket i et slikt fluidkammer kunne endres ved hjelp av et egnet middel så som en ventilanordning, og forspenningselementets karakteristikk kunne enkelt tilpasses boreoppdraget før borestrengen 1 ble ført inn i brønnen 7.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer således en reguleringsanordning med et betydelig forbedret arbeidsintervall med minst mulig risiko for skader på borkronen 5 når den møter anleggsflaten som kan være bunnpartiet 8 i et brønnhull 7, en overgangssone mellom to bergarter, eller en begynnende sidebrønn. Dernest oppnås en betydelig forbedret maksimal kraftkapasitet for borkronen 5.

Oppfinnelsen gir dermed forbedret beskyttelse av skarpe kuttere som er nevnt innledningsvis, og som er nødvendige for å bore i hardt fjell samtidig som totalkapasiteten blir høyere.

Det bør bemerkes at alle de ovennevnte utførelsesformer illustrerer oppfinnelsen, men begrenser den ikke, og fagpersoner på området vil kunne utforme mange alternative utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av de avhengige kravene. I kravene skal referansenumre i parentes ikke sees som begrensende. Bruken av verbet "å omfatte" og dets ulike former, ekskluderer ikke tilstedeværelsen av elementer eller trinn som ikke er nevnt i kravene. De ubestemte artiklene "en", "ei" eller "et" foran et element ekskluderer ikke tilstedeværelsen av flere slike elementer.

Det faktum at enkelte trekk er anført i innbyrdes forskjellige avhengige krav, indikerer ikke at en kombinasjon av disse trekk ikke med fordel kan brukes.

Claims (11)

1. Reguleringsanordning (20) for bruk i en borestreng (1) mellom en boremaskin (3) og en borkrone (5), hvor reguleringsanordningen (20) omfatter: - et rørformet hunnparti (22) som i det minste delvis omslutter et rørformet hannparti (40); - en spiralformet kopling (32, 42) mellom hunnpartiet (22) og hannpartiet (40) for å tillate en teleskoperende bevegelse av reguleringsanordningen (20) begge veier mellom en fullt utskjøvet stilling og en fullt sammenskjøvet stilling, idet nevnte bevegelse av reguleringsinnretningen (20) inntrer ved ulik rotasjonshastighet mellom hunnpartiet (22) og hannpartiet (40); - en første forspenningsinnretning (51) som er innrettet til å utøve en drivkraft for å drive reguleringsanordningen (20) mot sin utskjøvne stilling; og - en andre forspenningsinnretning (56),karakterisertved at den andre forspenningsinnretningen (56) er tilordnet en drivanordning hvis aksielle posisjon i reguleringsanordningen (20) er styrt av innbyrdes aksiell posisjon mellom hannpartiet (40) og hunnpartiet (22) ved at et parti av drivanordningen er aksielt forbundet med hannpartiet (40), at hannpartiet (40) via drivanordningen er påført en kraft fra den andre forspenningsinnretningen (56), hvor kraften er motsatt rettet drivkraften fra den første forspenningsinnretningen (51) når reguleringsanordningen (20) er i sin ut-skjøvne stilling, og at hannpartiet (40) via drivanordningen er påført en kraft fra den andre forspenningsinnretningen (56), hvor kraften er ensrettet med drivkraften fra den første forspenningsinnretningen (51) når reguleringsanordningen (20) er i sin sammenskjøvne stilling, idet den andre forspenningsinnretningen (56) er aksielt forskyvbar i et andre kammer (26) som i aksiell retning er avgrenset av en skulder (27) og en avsats (27'), hvor forskyvningen av den andre forspenningsinnretningen (56) mellom nevnte skulder (27) og nevnte avsats (27') er mindre enn den teleskoperende bevegelse av hannpartiet (40) mellom den fullt utskjøvne stilling og den fullt sammenskjøvne stilling.

2. Reguleringsanordning i henhold til krav 1, hvor den andre forspenningsinnretningen (56) er innrettet til å balansere kreftene som spenner ut reguleringsanordningen (20) til sin utskjøvne stilling, når reguleringsanordningen (20) er i sin utskjøvne stilling.

3. Reguleringsanordning i henhold til krav 1, hvor den første forspenningsinnretningen (51) er anordnet i et første kammer (28) i et parti av hunnpartiet (22), idet kammerets (28) volum er styrt av et stempel (46) tilordnet hannpartiet (40).

4. Reguleringsanordning i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3, hvor drivanordningen omfatter en første trykkplate (52) og en andre trykkplate (54) som er individuelt bevegelige i det andre kammeret (26), hvor trykkplatene (52, 54) er holdt i avstand fra hverandre av den andre forspenningsinnretningen (56), og hvor bevegelsene er styrt av ei stang (48, 50) som står i forbindelse med stempelet (46).

5. Reguleringsanordning i henhold til krav 3, hvor det andre kammeret (26) er anordnet i et parti av hunnpartiet (22).

6. Reguleringsanordning i henhold til krav 3, hvor det andre kammeret (26) er anordnet i et parti av hannpartiet (40).

7. Reguleringsanordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den første forspenningsinnretningen (51) omfatter en fjær (51), og hvor den andre forspenningsinnretningen (56) omfatteren fjær.

8. Reguleringsanordning i henhold til krav 7, hvor den første forspenningsinnretningen (51) videre omfatter et fluid undertrykk.

9. Reguleringsanordning i henhold til krav 7 eller 8, hvor hver av fjærene (51, 56) er valgt fra gruppen: en spiralfjær eller en serie med tallerkenfjærer.

10. Fremgangsmåte for å regulere påtrykk på en borkrone (5) som er tilkoplet en boremaskin (3) via en borestreng (1),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å anbringe en reguleringsanordning (20) i henhold til et hvilket som helst av kravene 1-9 i borestrengen (1) mellom boremaskinen (3) og borkronen (5); og å føre borestrengen (1) inn i og å sette borestrengen (1) og borkronen (5) i rotasjon i borehullet (7); og å føre borkronen (5) i inngrep med et bunnparti (8) av borehullet (7).

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, hvor reguleringsanordningen (20) anordnes mellom to vektrør (11, 13) som er integrert i et nedre parti av borestrengen (1) nær borkronen (5).