NO820060L - Aksellager og innsetning for smoering av et lager - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt tetnings- og lagersystemer

for roterbare akseler, og mer særskilt vedrører.oppfinnelsen en tetnings- eller lageranordning for en roterbar aksel, beregnet til bruk under meget krevende forhold, eksempelvis slike forhold som foreligger ved bruk av en boremotor nede i et brønnhull.

Boremotorer som plasseres nede i brønnhullet, benyttes for drift av borkronen ved visse boreoperasjoner, eksempelvis når man ønsker å endre borehullsretningen brått og nøyaktig for å nå frem til en ønsket jordformasjon. Slike motorer drives som regel ved hjelp av en sirkulerende brønnborevæské, vanligvis det såkalte boreslam, som pumpes ned fra overflaten gjennom borstrengen, hvor boreslammet går ut gjennom dyser eller åpninger i borkronen og returnerer til overflaten gjennom det ringrom som foreligger mellom borehullets vegg og borstrengen. Slammet smører og kjøler borkronen og tar med seg kaks opp og ut av brønnen. Bormotorer er kjent i flere utførelser, med turbin, vinger og andre typer. Felles for de kjente utførelser er at deres levetid ikke er særlig lang, hvilket skyldes de ekstremt krevende forhold slike motorer arbeider under. En vesentlig faktor med hensyn til den raske nedsliting av motor-ene er at borefluidene selv etter filtrering på overflaten vil inneholde små slitepartikler som bevirker en rask slitasje av i ulike motordeler, da særlig tetningen og lagerne for den roterende aksel. I samtlige fluidumdrevne motorer vil trykkfallet i borkroneåpningene bevirke at boreslammet, med deri inneholdte stenpartikler, trenger inn i tetningene og lagerne, hvilket naturlignok leder til nedsliting av tetningsflater og ødeleg-)geise av elementene. Svikt i en tetning eller et lager vil kunne sette boremotoren ut av drift som følge av at driv-fluidet lekker ut til ringrommet, hvorved den tilgjengelige driveffekt blir for dårlig, og man kan også oppleve at akselen skjærer seg, slik at motoren ikke lenger kan drive borkronen 5 på en effektiv måte. Fastskjæringen kan også være så kraftig at det hele stopper. Ved oppståelsen av slike svikt og feil må boreoperasjonen avsluttes og borstrengen og motor må trekkes opp fra brønnhullet, slik at motoren kan byttes eller reparer-es. Dette er en tidskrevende og derfor kostbar operasjon.

Vedlikeholdet av tetningene og lagerne har vist seg å være et problem som i sterk grad har hindret bruk av brønnhullsmotorer. Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveiebringe en til-fredsstillende løsning på dette problem.

Således er hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny akseltetning - eller lageranordning for den roterende aksel i f ..eks. en brønnhullsmotor.

Ifølge oppfinnelsen er det derfor tilveiebragt en innretning som angitt i krav 1. Ytterligere trekk ved innretningen er angitt i underkravene.

Oppfinnelsen kan eksempelvis realiseres ved at det tilveiebringes en innretning som innbefatter et første og et andre element som kan rotere i forhold til hverandre, idet konstruktive midler, såsom en tetning eller et lager er anordnet mellom elementene og er beregnet til å virke i en smøremiddel-omgivelse. Et hylseelement er festet til et av de nevnte elementer og er utformet og slik anordnet at det tilveiebringes ett eller flere ringkammere som til og begynne med er fylt med et smøremiddel, så som et egnet fettmiddel, som trykksettes av borefluidet. Fettet og boreslammet hindres i å blande seg med hverandre som følge av de ulike tettheter. Et av kammerhe danner en sentrifugalseparator som presser faststoffer suspendert i slammet utover. En innoverrettet skulder i den øvre enden av kammeret vil fange opp partiklene og hindre deres bevegelse mot tetningene og lagerne. På denne måten blir således disse elementer isolert overfor de slitende partikler som er suspendert i borefluidet, og dette bidrar til å øke tetningenes og lagernes levetid, slik at man derved reduserer faren for at en boremotor skal stoppe.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser en brønnhullsmotor; og

fig. 2A-2D viser lengdesnitt gjennom en brønnhullsmotor med detaljer i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

I fig. 1 er det vist et brønnhull 10 som bores ut ved hjelp

av en borkrone 11. Borkronen er satt på utgangsakselen 12

til en brønnhullsmotor 13. Den øvre ende av motoren er sammen-koblet med den nedre enden på borstrengen 14. Borstrengen kan innbefatte tunge vektrør som gir den ønskede vektbelastning på borkronen. Videre innbefatter borstrengen også vanligvis en mellomdel for styring av boreretningen, og vanlige borerør som strekker seg opp til overflaten. Ved vanlig drift pumpes boreslam ned gjennom borstrengen 14, gjennom motoren 13 og ut gjennom dyser eller åpninger i borkronen 11 og tilbake til overflaten på utsiden av borstrengen, idet boreslammet tar med seg borkaks. Når boreslammet går gjennom ntotoren vil det drive motoren. På overflaten filtreres borefluidet ved hjelp av egnede innretninger, og går så gjerne til en boreslambeholder hvor slammet blir stående en tid, for at så meget som mulig av stenpartikler eller kaks skal fjernes. Deretter blir fluidet pumpet tilbake ned igjennom borstrengen 14. Hele prosessen er en i hovedsaken kontinuerlig sirkulasjonsprosess. Selv om det benyttes ulike filtrerings- og sedimeteringstek-nikker for å fjerne så meget som mulig av stenpartikler o.l., så vil en fagmann forstå at det i praksis ikke vil være mulig å fjerne samtlige partikler, og at noen partikler vil forbli i slamstrømmen.

I fig. 2A-2D er det vist konstruktive detaljer. Et rørformet hus 20 er i sin øvre ende festet til borstrengen ved hjelp av det innvendige gjengeparti 21, og huset har et sentralt løp 22 for gjennomstrømning av borefluidum. Ulike motortyper kan benyttes, men i dette tilfelle er det benyttet en motor som har statorvinger 23 inne i huset 20, idet rotorvinger 24 er montert på en aksel 25 som er opplagret i huset for dreiing om lengdeaksen. En motor av turbintypen er i seg selv en motor med et relativt høyt turtall, og da borkronen 11 bare skal dreies med et lavt turtall, for derved å hindre skader på borkronen, benyttes -. ået en has tighetsreduks jons-girkasse 27. Girkassen 27 er av kjent utførelse, og innbefatter et plahethjularrangement, se eksempelvis US-patentskrift 2937008. Det anses derfor som unødvendig å gi en detaljert beskrivelse av girkassen her. Girkassens 27 utgangsaksel 28 er ved hjelp av et spor- eller kileparti 29 drivkoblet med motorens 13 utgående aksel 30. Akselen 30 kan være sammensatt av flere avsnitt og strekke seg ned fra den nedre enden av huset 20, hvor en gjengemuffe 31 benyttes for fastgjøring av borkronens 11 akseltapp. Etter turbinen går slamstrømmen gjennom portene 32 (fig. 2B) og inn i et ringområde 33 mellom huset 20 og akselen 28, og videre gjennom portene 34 og inn i løpet 35 i akselen 30. De roterende deler er opplagret ved hjelp av lagre 37, 38, 39-41 i huset 20, hvilke lagre opptar radielle og aksielle belastninger som oppstår når motoren 13 går. Et første smurt tetningssystem i samsvar med oppfinnelsen er vist generelt ved 45 i fig. 2B. Et rørformet element 46 er montert på den øvre enden av girkassen 27, og turbinakselen 25 roterer inne i dette rørformede element 46. Ved den øvre enden av elementet 46 er det plassert en tetningsanordning. Denne tetningsanordning innbefatter elastomere tetningsringer 48 av egnet type, og disse tetningsringer holdes i et holde-deksel 49 og har tettende samvirke med en tetningsflate 50 på akselen 25. Rotorenheten innbefatter en nedragende fanghylse 51 som omgir det rørformede element 46 og som strekker seg ned langs dette. Fanghylsen 51 er forsynt med øvre og nedre innvendige, omløpende utsparinger 52 og 53, og disse utsparinger såvel som områdende 54, 55 like over og under tetningen 48 er fylt med et egnet smøremiddel, eksempelvis en relativt tykk fettmasse. Mellom den nedre enden av fanghylsen 51 og det hosliggende avsnitt av elementet 46 er det sørget for en klaring 56, slik at trykket i boreslammet kan forplante seg inn til smøremiddelet. Når fanghylsen 51 roterer sammen med turbinrotoren, vil borefluidum som måtte gå inn i det nedre rom 53 bringes til å rotere i en viss ut-strekning som følge av de friksjonskrefter som virker mellom fluidet og det roterende element, og denne rotasjonsbevegelse vil bevirke at faststoffpartikler i fluidet presses utover i rommet 53, det vil si under påvirkning av sentrifugalkraften. En innoverrettet krave 57 på hylsen vil blokkere en oppadrettet bevegelse av faststoffpartiklene og vil hindre dem i å gå inn i det indre rom 52, hvor det som nevnt også befinner seg smøremiddel. Tetningsanordningen beskyttes derved og bi-beholder sine optimale driftsforhold over lengre tid.

Et annet tetningssystem hvor oppfinnelsen utnyttes, er beteg-net med 60 og vist i fig. 2C. En holdering 61 hviler på en husskulder 6 2 og presses mot skulderen under påvirkning av en fjær 63, i dette tilfelle en tallerkenfjær. Ringen 61 er forsynt med tetninger-64 som tetter mot tetningsflaten 65 på motorens utgangsaksel 30 for derved å hindre fluidumlekkasje her. En fanghylse-utrustning innbefatter et indre hylseelement 66 som er montert i huset 20 og holdes på plass ved hjelp av en fjærskive 67. Utrustningen innbefatter også et ytre hylseelement 68 som bæres av akselen 30 og således dreier seg sammen med denne. I hylseelementet 68 er det utformet øvre og nedre utsparinger 70 og 71, som danner rom som er fylt med fett. Også området 72 over den øvre enden av hylseelementet 68, ringområdet 73 mellom hylseelementet og inner-veggen i huset, og området 74 over tetningsenheten 64 er fylt med fett. Ringklaringer 75-77 forefinnes mellom hylse-elementene 76 og 78, slik at boreslamtrykket kan forplante seg. Ettersom fettet forbrukes under driften av motoren 13 vil eventuelt boreslam som går inn gjennom den nedre klaring 77 gå inn i rommet 71, bringes til å rotere som følge av fluidumfriksjonen. Eventuelle faststoffpartikler tvinges derfor utover i kammeret 71 og den innoverrettede krave eller flens 78 på hylseelementet 68 hindrer en bevegelse av fast stoffpartiklene mot tetningsenheten 64. Borefluidet og fettet holdes adskilt fra hverandre som følge av de ulike egenvekter, (fettet er lettere og vil således flyte på toppen av boreslammet)slik at tetningsenheten 64 således holdes be-skyttet og kan arbeide under optimale forhold.

Tetningsenheten 6 4 påvirkes av trykket i borefluidet ved sin øvre side når motoren 13 er i drift. I samsvar med et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse sørges for at dette trykk også virker på den nedre siden, gjennom én eller flere radielle porter 80 som går igjennom veggen til utgangsakselen 30, se fig. 2D, og forbinder løpet 81 i akselen med ringområdet 82 mellom utsiden av akselen og husets 20 innervegg. På denne måte utlignes i hovedsaken trykkene på begge sider av tetningsenheten 64, for derved å hindre en bevegelse av boreslam inne-holdende forurensninger mot tetningen fra den ene eller andre retning. En fanghylse 83, som er skrudd fast med et gjengeparti 84 på huset 20, er utformet med øvre og nedre fettkam-mere 85 og 86, med klaringer 87, 88, 89 og innoverrettede skuldre 90, 91 som er anordnet som beskrevet foran i forbindelse med de- andre utførelsestyper. Boreslam som måtte komme inn i klaringene når smøremiddelet etterhvert forbrukes, vil bringes til rotasjonsbevegelse med akselen 30, og de innfangede stenpartikler sentrifugalsepareres og tvinges mot utsiden av kammeret 86, hvor de blokkeres mot oppadrettet bevegelse som følge av tilstedeværelsen av flensen eller kraven 90.

I samsvar med oppfinnelsen kan det være ønskelig å sørge for en liten og styrt lekkasje til ringrommet av borefluidum som går inn gjennom trykkutligningsportene 80. Som vist i fig. 2D, og i større detalj i fig. 3, er det anordnet plater 96 og 97 fremstilt av hårdmetall, eksempelvis Wolfram carbid, plassert mellom og på egnet måte, eksempelvis ved fastlodding, festet til en øvre endeflate 9 2 på akselelementet 31 og en nedre endeflate 93 på huset 20. Da platene 96, 97 ikke er avtettet i forhold til hverandre ved hjelp av en tetningsring e.l., vil man her ha en liten eller nominell lekkasjebane som gir til-strekkelig trykktetning, slik at motoren 13 ikke mister sin drivkraft, samtidig som man er sikret trykkutligning over tetningsenheten 64.

Under bruk settes delene sammen som vist på tegningene, og fett injiseres i de ulike kammere og områder gjennom egnede stusser o.l. (ikke vist). Boremotoren 13 med borkrone 11 på utgangsakselen 31 kobles sammen ved den nedre enden av borestrengen 14 og senkes ned i brønnhullet 10. Når borkronen 11 når bunnen av borehullet, starter man sirkuleringen av boreslammet og derved begynner turbinakselen 25 å dreie seg, og denne dreiebevegelse overføres til utgangsakselen 30, 31 og borkronen gjennom reduksjonsgirkassen 27. Ettersom fettet som brukes for smøring av tetningene etterhvert brukes opp, vil boreslam trenge inn i fettkammerne. Faststoffpartikler i det inntrengende boreslam sentrifugalsepareres og blokkeres slik at det ikke når frem til akseltetningene. Tetningene vil således være sikret lengre løpetid i smøreomgivelser, hvor man ikke har slitepartikler som tidligere har medført svikt i tetningene med tilhørende problemer.

Det smurte tetnings- og lagersystem som er beskrevet foran kan benyttes for brønnhullsmotorer av de fleste kjente typer, og oppfinnelsen er ikke begrenset til bruk i forbindelse med en turbin-motor. Systemet er heller ikke begrenset til bruk bare i en brønnhullsmotor, men kan også anvendes i andre brønnhullverktøy eller andre innretninger hvor man har problemer med effektiv tetning eller lagring av en roterende aksel.

Claims (20)

1. Innretning beregnet for bruk i et brønnhull, innbefattende første og andre elementer som er dreibare i forhold til hverandre, konstruksjonselementer mellom de nevnte elementer og beregnet for å arbeide i en smurt omgivelse, kammeranordninger som inneholder et smøremiddel for smøring av konstruksjonselementene, og midler hvormed smø remiddelet utsettes for trykket til fluidet i brønnhullet, karakterisert ved en sentrifugalseparator-anordning som kan virke i samsvar med dreiebevegelsen til ett av de nevnte elementer for separering og oppfanging av faststoffpartikler som inneholdes i de nevnte fluider, for derved i hovedsaken å hindre forurensninger av smøremidlet med slike faststoffpartikler.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at konstruksjonselementene innbefatter tetningselementér for å hindre fluidumlekkasje.

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at konstruksjonselementene innbefatter lagerelementer for montering av elementene for relativ dreiebevegelse.

4. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at separator- anordningen dannes av en hylse som er montert på ett av de nevnte elementer, hvilken hylse har vegg-flater som begrenser et ringrom, med en innoverrettet skulder i den øvre enden av ringrommet.

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at trykkpåvirknings-.1 anordningen innbefatter en passassje som strekker seg forbi skulderen.

6. Innretning beregnet for bruk i et brønnhull og innbefattende et første element som er dreibart i forhold til et andre element, med konstruksjonselementer mellom de nevnte elementer, beregnet for å arbeide i en smurt omgivelse, karakterisert ved et hylseelement montert på det nevnte første element, hvilket hylseelement delvis begrenser en kammeranordning som inneholder et smøremiddel for smøring av konstruksjonselementene, midler for å utsette smøremiddelet for trykket til fluider i brønnhullet, og en sentrifugalseparator-anordning som kan virke i samsvar med dreiebevegelsen av det nevnte første element og hylseelementet, for separering og fanging av faststoffpartikler som inneholdes i de nevnte fluider, for derved i hovedsaken å hindre en forurensning av smøremiddelet med slike faststoffer.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at separator-anordningen dannes av en utsparingsanord-ning i hylseelementet, plassert under kammeranordningen, idet hylseelementet har en innoverrettet skulder ved den øvre enden av utsparingsanordningen.

8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at trykkpåvirkningsanordningen innbefatter en..' .passasje som strekker seg forbi skulderen.

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at hylseelementet omgir det nevnte andre element.

10. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at det nevnte første element og hylseelementet er montert inne i det nevnte andre element.

11. Innretning beregnet for bruk i et brønnhull, innbefattende et første element som er dreibart i forhold til et andre element, konstruksjonselementer mellom de nevnte elementer og beregnet for å arbeide i en smurt omgivelse, karakterisert ved et hylseelement som er montert på det nevnte andre element, hvilket hylseelement delvis begrenser en kammeranordning beregnet for å inneholde et smøremiddel for smøring av konstruksjonselementene, en anordning for utsettelse av smøremiddelet for trykket til fluider i et brønnhull, og en sentrifugalseparator-anordning på hylseelementet og egnet til å virke i samsvar med dreiebevegelsen til det nevnte første element og hylsen for oppfanging av faststoffpartikler som inneholdes i fluidet, for derved i hovedsaken å hindre en forurensning av smøremiddelet med faststoffpartiklene.

12. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at separatoranordningen tilveiebringes ved hjelp av ringformede utsparinger og en innoverrettet skulder ved den øvre enden av utsparingene.

13. Innretning ifølge krav 12, karakterisert ved at trykkpåvirkningsanordningen innbefatter en ring-klaring mellom skulderen og det nevnte første element.

14. Brønnhullmotor med i forhold til hverandre dreibare rørelementer, hvorav det ene er festet til borestrengen og det andre er festet til en borkrone, karakterisert ved konstruksjonselementer mellom de nevnte rørformede elementer og beregnet for å arbeide i en smurt omgivelse, en kammeranordning som inneholder et fett eller lignende for smøring av konstruksjonselementene, en anordning som mulig-gjør at brønnborefluider kan gå gjennom de nevnte elementer for å trykksette kammeranordningen, og en sentrifugalseparator-anordning som virker ved relativ dreiebevegelse av de nevnte elementer, for derved å separere og fange opp faststoffpartikler som er suspendert i borefluidet, for derved i hovedsaken å hindre en forurensning av smøremiddelet med slike fast-stoff partikler .

15. Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at konstruksjonselementene innbefatter tetningselement-er for å hindre fluidumlekkasje.

16. Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at konstruksjonselementene innbefatter lagerelementer for montering av elementene for relativ rotasjonsbevegelse.

17. Innretning ifølge krav 15, karakterisert ved en anordning for i hovedsaken å utligne trykket til fluidene på motsatte sider av tetningselementene.

18. Innretning ifølge krav 17, karakterisert ved at utligningsanordningen innbefatter en port gjennom veggen i det nevnte andre element, i forbindelse med et område mellom elementene, under separatoranordningen.

19. Innretning ifølge krav 18, karakterisert ved en passasje nær den nedre enden av det nevnte område for derved å muliggjøre en lekkasj.e av en nominell mengde brønnhullfluidum til ringrommet.

20. Innretning ifølge krav 19, karakterisert ved at passasjen strekker seg mellom samvirkende sliteplater som er montert på elementene, hvilke sliteplater er fremstilt av et errosjonsmotstandsdyktig materiale.