NO760008L - - Google Patents

Description

Rotasjonsborkrone.

Foreliggende oppfinnelse angår jord-eller grunnboring, og mer bestemt en for grunnboring beregnet borkrone som har dyseorganer med ekstra stor diameter. Foreliggende oppfinnelse letter fjerning av borekaks som kan variere i størrelse fra stykker med forholdsvis stor diameter til pulverlignendeppartikler. Foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendbar ved boring med sug- eller undertrykkindusert snudd sirkulasjon.

Der foreligger et behov for en grunnboringskrone som kan arbeide effektivt over et bredt spektrum av formasjoner og boreforhold, og som vil arbeide effektivt ved utboring av et hull med forholdsvis stor diameter. Det må være mulig å fjerne borekaks fra borehullet ettersom borearbeidet skrider frem. Borekakset kan variere fra forholdsvis store stykker til pulverlignende partikler.F.eks. innebærer den pågående oppføring av oljerør-ledning i Alaska boring av hull med stor diameter med regelmessige mellomrom gjennom tundra og varierende formasjoner. Hullene skal anvendes for innstøping av lange peler på hvilke skal monteres overliggende bærekonstruksjoner for understøttelse av rør-ledningen i avstand over jordoverflaten. Omgivelsene ved boring av disse hull er meget strenge, både på grunn av de klimatiske forhold og de geologiske forhold.

Da tunge kjøretøy har en ødeleggende virkning på tundraen begrenser man oppføringen av rørledningen til vintermånedene når tundraen er hardfrosset og ikke så lett ødelegges av tunge kjøretøy. Den ekstreme kulde påvirker egenskapene til mannskap, maskiner og materialer og forverrer boreforholdene. Metaller som er seige og sterke ved normale temperaturer blir sprø og svake ved de ekstremt lave temperaturer som opptrer. Motorolje omdan-nes nesten til en fast masse. Elastomeriske- og plastmaterialer blir for det meste sprø og svake. De geologiske formasjoner som påstøtes under boringen av disse hull krever en borkrone som er innrettet for boring over et bredt spektrum av formasjonskarakteristika. Mange steder består formasjonene av ukonsoliderte materialer såsom store stener, frosset og ufrosset vann, og andre ugunstige forhold. Da samme borkrone skal anvendes for å bore et stort antall hull langs rørledningen kan man vente at borkronen vil møte varierende boreforhold. Borekakset og restene må fjernes fra borehullet og kontrolleres for å hindre forurensning av omgivelsene.

Vanligvis utføres boring ved å tvinge et borefluidum nedover gjennom borestrengens indre hvor det strømmer gjennom tre dyser strømmer ut på eller langsmed de tre kuttere og til bunnen av borehullet, og tar med seg borekaks og rester og fører borekakset og restene oppover i ringrommet mellom borstrengveggen og veggen i borehullet. Borefluidet kan være luft eller et væske-formet boreslam. Et eksempel på denne type boring er vist i US patent nr. 3 401 758. Det er også kjent å bore ved hjelp av et såkalt snudd sirkulasjon-boresystem. Et slikt system er beskrevet i US patent nr. 3 416 617. Borefluidum tvinges nedover mellom veggene til konsentriske borerør inntil fluidet når bunnen av brønnhullet og strømmer oppover i midtrommet i borstrengen under medføring av borekaks og rester. Foreliggende oppfinnelse kan benyttes ved begge boretyper.

I US patent nr. 3 087 558 er vist en kuleleder for rulle-meiselkroner. En konvensjonell rullemeiselkrone er utstyrt med stråledyser hvor åpningsarealet til en av dysene med hensikt er overdimensjonert.

I US patent nr. Re 26 669 er vist en borkrone for an-vendelse i et dobbeltrør-borerør for grunnboring. Borefluidet strømmer nedover ringrommet mellom dobbeltrørene, strømmer deret-ter gjennom borkronen og strømmer oppover i det indre rør sammen med eventuell borekaks og kjerner, til jordoverflaten. Borkrone-stammen fyller vesentlig hele borehullet for å begrense borefluidum fra å stige opp i ringrommet. Borkronestangen kan være rif-let for å muliggjøre fluidumstrømning når borkronen er oppe fra bunnen. Slike rifler kan,dersom de anvendes, i sitt øvre parti være forsynt med kutterblader for å lette boring oppover dersom et borehull faller inn. Borkronen har bunn-kutterblader av en bredde som muliggjør innføring i bløt formasjon for å frembringe kuttvirkning som en trekkrone (drag bit). Disse blader er impreg-nert med harde partikler,.såsom diamanter, hvilke partikler stikker frem og gjennomtrenger harde stenformas joner som er for harde for at hele bladet kan trenge gjennom, og sikrer således at borkronen vil kutte både bløte og harde formasjoner. Borkronens bunn har avsmalnende tverrsnitt slik at stadig mer av borkronens overflate plaseres på bunnen når bladene trenger dypere ned i bløte formasjoner, og hindrer derved fullstendig blokkering av vannløp når borkronen overbelastes i bløte formasjoner. Et ytterligere trekk for å hindre borkroneblokkering er en rekke tverrgående hjelpe-vannløp i borkronens hoveddel, hvilke hjelpe-vannløp har tverrgående slisser for kommunikasjon med borkronens bunn. Borkronens stråler løper vertikalt gjennom disse hjelpe-vannløp.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ekstra stor borkrone-dyseinnretning i en rotasjons-rullemeiselkrone med tre ruller for forbedret rensing av bunnhullet og derav følgende øket boreeffektivitet. Den ekstra store borkrone-dyseinnretning bidrar til å fjerne borekaks som kan variere i størrelse fra forholdsvis store kaks til pulverlignende kaks. Borkronen innbefatter en hoveddel med kanaler for føring av fluidum gjennom hoveddelen. Tre individuelle armer strekker seg fra hoveddelen, idet hver arm innbefatter en lagertapp. Første, andre og tredje kutterelementer er opplagret på hver sin lagertapp. Den ekstra store dyseinnretning er anordnet mellom et par tilstøtende kutterelementer for føring av fluidum ut av hoveddelen. Første, andre og tredje 'kutterelementer er ujevnt fordelt på hoveddelen for å gi rom for dyseinnretningen. Ovennevnte samt andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende nærmere beskri-velse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen. Figur 1 er et sideriss av en rotasjons-rullemeiselkrone med tre ruller, konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et grunnriss sett nedenfra av rotasjons-rullemeiselkronen vist i figur 1. Figur 3 er et grunnriss sett nedenfra av en annen utfø-ringsform av foreliggende oppfinnelse.

På tegningen, særlig figur 1, er vist en trerullers rullemeiselkrone generelt angitt ved henvisningstallet 10. Som vist omfatter rullemeiselkronen 10 en hoveddel 11 som i sin øvre ende er innrettet til å koples til nedre ende av en rotasjonsbor-streng (ikke vist). Hoveddelen 11 innbefatter et innvendig hulrom som strekker seg gjennom nedre ende av hoveddelen 11 og danner fluidumkommunikasjon med den innvendige fluidumkanal i. rotasjons-

borstrengen.

Tre armer 12, 13 og 14 strekker seg nedover fra hoveddelen 11. Nedre endepartier av hver arm 12, 13 og 14 er forsynt med en lagertapp. Kuttere 15, 16 og 17 er roterbart montert på lagertappene til henholdsvis armene 12, 13 og 14. Kutterne 15,

16 og 17 har generelt konisk form. Skjærelementer rager ut fra kutternes 15, 16 og 17 overflate for anlegg mot og desintegrering av jordformasjonene under borkronens 10 rotasjon og bevegel-se nedover. En dyse 18 er plasert mellom kutterne 15, 16. En innvendig kanal forbinder dysen 18 med det innvendige hulrom i hoveddelen 11 til borkronen 10. En dyse 19 er plasert mellom kutterne 16 og 17. En kanal forbinder dysen 19 med det innvendige hulrom i hoveddelen 11 til borkronen 10. Dysene 18 og 19 strekker seg stort sett langs kutternes 15, 16 og 17 fulle bredde. På figur 2 er vist et grunnriss sett nedenfra av borkronen 10. Midtlinjene til kutterne 15 og 16 henholdsvis 16 og 17 er anordnet med tilnærmet 127° innbyrdes avstand, mens midtlinjene til kutterne 15 og 17 har en innbyrdes avstand på tilnærmet 106°. Vinkelen A mellom midtlinjene til kutterne 15 og 17 er 106°, mens vinklene B og C mellom henholdsvis midtlinjene til kutterne 15 og 16, og 16 og 17 er 127°. Den ujevne fordeling av kutterne gir rom for dyser 18 og 19 med ekstra stor diameter og beliggende mellom den større vinkel mellom henholdsvis kutterne 15 og 16, og 16 og 17. Tverrsnittet til dysene 18 og 19 er ikke-sirkulært med.et avlangt parti som er innrettet til å passe inn i det innsnevrede rom mellom tilstøtende ruller. Dysene 18 og 19 er i lengderetningen s.iik formet at de passer tett inn i det av-grensede rom mellom tilstøtende ruller. Åpningene til dysene 18 og 19 er plasert et stykke inne på kutterkroppen slik at de ligger nær bunnen av hullet. Formen til åpningene i dysene 18 og 19 hindrer inngang av store kaksstykker som ellers kunne samle seg i dysene. Store kaksstykker skyves til side og bores videre til mindre størrelse.

Etter at de konstruksjonsmessige deler i borkronen 10 ifølge oppfinnelsen nå er beskrevet skal borkronens virkemåte beskrives nærmere under henvisning til figur 1 og 2. Borkronen 10 letter fjerning av borekaks fra hullet. Borekakset kan variere i størrelse fra stykker med forholdsvis stor diameter til pulverlignende partikler. Vann eller andre stoffer kan også trenge inn i borehullet. Borkronen 10 er spesielt anvendbar ved boring med sug- eller undertrykkindusert snudd sirkulasjon, men det skal for-ståes at borkronen 10 kan benyttes ved andre boretyper.

Der er behov for en borkrone til grunnboring, såsom borkronen 10, som kan arbeide effektivt over et bredt spektrum av formasjoner og boreforhold og som vil arbeide effektivt ved boring av et hull med forholdsvis stor diameter. Borekakset må effektivt kunne fjernes fra borehullet ettersom borearbeidet frem-skrider. Borekakset er vanskelig å fjerne fordi de kan variere i størrelse fra stykker med forholdsvis stor diameter til pulverlignende partikler.F.eks. innebærer den pågående oppføring av rørledningen gjennom Alaska utboring av hull med stor diameter med regelmessige mellomrom gjennom tundra, permafrost og varierende jordformas joner. Hullene med stor diameter skal benyttes for innstøping av lange peler på hvilke skal monteres overliggende bærekonstruksjoner for understøttelse av rørledningen i avstand over jordoverflaten. Omgivelsene ved.boringen av disse hull er ekstremt strenge, både på grunn av de klimatiske og de biologiske forhold.

De geologiske formasjoner som påstøtes under boringen av disse hull krever en borkrone som er innrettet for boring over et bredt spektrum av formasjonskarakteristika. Mange steder består formasjonene av ukonsoliderte materialer såsom store stener, frosset eller ufrosset vann, og andre ugunstige forhold. Da samme borkrone skal anvendes for å bore et stort antall hull langs rørlednin-gen kan man vente at borkronen vil møte varierende boreforhold. Borekakset og restene må fjernes fra borehullet og kontrolleres for å hindre forurensning av omgivelsene.

Borkronen 10 innbefatter to borkronedyser 18 og 19 med ekstra stor diameter i en trerullers rullemeiselkrone for forbed-ring av bunnhullrensking og derved øking av boreeffektiviteten. Dysene 18 og 19 med ekstra stor diameter bidrar til å fjerne borekaks som kan variere i størrelse fra forholdsvis stor kaks til pulverlignende kaks. Ved bruk tilkoples borkronen 10 som det nederste element i en rotasjons-borstreng. Borstrengen senkes ned i borehullet inntil kutterne 15, 16 og 17 ligger an mot bunnen i hullet. Ved inngrep mot bunnen i hullet roteres borstrengen og sammen med denne borkronen 10. Under borkronens 10 rotasjon om-kring borkronens rotasjonsakse vil hvert av kutterelementene 15, 16 og 17 rotere om sine rotasjonsakser. Skjærstrukturen på kutterne 15, 16 og 17 desintegrerer formasjonene og danner herunder borekaks som kan variere i størrelse fra forholdsvis store kaks til pulverlignende kaks.

Borekakset må fjernes fra borehullet. Borkronen 10 er spesielt effektiv når den brukes ved boring i forbindelse med undertrykk- eller sugindusert snudd sirkulasjon. Et undertrykk dannes i midtkanalen til rotasjonsborstrengen, slik at der induseres et undertrykk i det midtre hulrom i borkronens hoveddel 11, Kaksen i borehullet trekkes inn i dysene 18 og 19 og føres inn i det midtre hulrom i hoveddelen 11 og oppover i det midtre hulrom i borstrengen. Åpningene til dysene 18 og 19 er plasert nær bunnen i hullet for å sikre bunnhullrensking.

På figur 3 er vist et grunnriss sett nedenfra av en annen utføringsform av en borkrone som er konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Borkronen er generelt angitt ved henvisningstallet 20. Som vist innbefatter rullemeiselkronen 20 en hoveddel 25 som er innrettet til ved sin øvre ende å tilkoples et borerør (ikke vist) for å danne nedre parti av en rotasjons-borstreng. Hoveddelen 25 innbefatter et innvendig hulrom som strekker seg gjennom øvre ende av hoveddelen 25 og danner fluidkommuni-kasjon med det innvendige fluidumhulrom i borerøret.

Tre armer strekker seg nedover fra hoveddelen 25. Nedre endepartier av hver arm er forsynt med en lagertapp. Kuttere 21, 22 og 23 er roterbart montert på armenes lagertapper. Kutterne 21, 22 og 23 har generelt konisk utforming. Skjærlementer rager ut fra kutternes 21, 22 og 23 overflate for anlegg mot og desintegrering av jordformasjonene, idet borkronen 20 roteres og beveges nedover. En dyse 24 er plasert mellom kutterne 22 og 23. En innvendig kanal forbinder dysen 24 med det innvendige hulrom i hoveddelen 25 til borkronen 20. Dysen 24 strekker seg langs, stort sett hele bredden av kutterne 22 og 23. Et stabilisatorelement 26 strekker seg fra borkronens 20 hoveddel 25 nær dysen 24.

Midtlinjene til kutterne 22 og 23 danner en vinkel E. Midtlinjene til henholdsvis kutterne 21 og 22, og 21 og 23 danner henholdsvis vinkler D og F. Vinkelen E er større enn vinklene D eller F. Denne assymetriske fordeling av kutterne gir rom for dysen 24 med ekstra stor diameter som er anordnet mellom den største vinkel mellom kutterne 22 og 23. Tverrsnittet til dysen 24 er ikke-sirkulært med et avlangt parti som er innrettet til å passe inn i det innsnevrede rom mellom tilstøtende ruller. Dysen

24 er gitt en langstrakt form som passer tett inn i det begrensede

rom mellom tilstøtende kuttere 22 og 23. Åpningen til dysen 24

er plasert et stykke inne langs kroppen til kutterne 22 og 23

slik at den blir beliggende nær hullets bunn. Formen til åpningen i dysen 24 begrenser adgang for store kaks som ellers kunne samles i dysen. Store kaks skyves til side og viderebores til mindre størrelse.

Etter at de konstruksjonsmessige detaljer ved en borkrone 20 for grunnboring konstruert i samsvar med. foreliggende oppfinnelse nå er beskrevet, skal virkemåten til borkronen 20 nå beskrives under henvisning til figur 3. Borkronen 20 letter fjerning av borekaks fra hullet. Borekakset kan variere i størrelse fra stykker med forholdsvis stor diameter til pulverlignende partikler. Vann eller andre stoffer kan også trenge inn i borehullet. Borkronen 20 er spesielt anvendbar ved boring med sug- eller undertrykkindusert snudd sirkulasjon. Imidlertid skal det for-ståes at borkronen 20 også kan benyttes ved andre boretyper.

Borkronen 20 innbefatter borkronedysen 24 med ekstra stor diameter for forbedret rensking av hullbunnen og derved øket boree.f f ektivitet. Ved bruk tilkoples borkronen 20 som nederste element i rotasjonsborstrengen. Borstrengen senkes ned i borehullet inntil kutterne- 21, 22 og 23 ligger an mot bunnen av hullet. Ved inngrep mot bunnen av hullet roteres borstrengen og sammen med denne borkronen 20. Under borkronens 20 rotasjon om sin rotasjonsakse vil også hvert av kutterelementene 21, 22 og 23 rotere om sine rotasjonsakser. Skjærstrukturen på kutterne 21, 22 og 23 desintegrerer formasjonene og danner borekutt som kan variere i størrelse fra forholdsvis store kaks til pulverlignende kaks.

Borekakset må fjernes fra borehullet. Borkronen 20 er særlig effektiv når den brukes ved boring med sug- eller vakuum-indusert snudd sirkulasjon. Vakuum dannes mellom midtkanalen i rotasjonsborstrengen, hvorved induseres undertrykk i det midtre hulrom i borkronens hoveddel 25. Kakset i borehullet trekkes inn i dysen 24 og føres inn i det midtre hulrom i borkronen 20

og oppover i det midtre ringrom i borstrengen. Åpningen i dysen 24 er plasert nær bunnen av hullet for å sikre bunnhullrensking. Stabilisatorelementer 26 støter mot jordformasjonene når borkronen 20 roteres for å sikre at borkronen 20 ikke avviker fra den tenkte borelinje.

Claims (5)

1. Rotasjonsborkrone for utforming av et borehull, karakterisert ved en hoveddel (11) med kanaler for føring av fluidum inn i hoveddelen og tre armer, hver av hvilke armer omfatter en lagertapp, tre individuelle kutterelementer (15, 16, 17) opplagret på hver av lagertappene slik at det dannes tre kutterpar, hvilke kutterelementer er ujevnt fordelt på hoveddelen, samt dyseorganer (18, 19) beliggende mellom i det minste et av kutterparene for føring av fluidum gjennom hoveddelen .

2. Borkrone som angitt i krav 1, karakterisert ved at dyseorganene er en stor hul dyse som strekker seg mellom et av kutterparene og kommuniserer.med kanalene.

3. Borkrone som angitt i krav 1, karakterisert ved at dyseorganene omfatter første og andre store dyser som strekker seg henholdsvis mellom to av kutterparene, hvilke første og andre dyser kommuniserer med kanalene.

4. Rotasjonsborkrone som angitt i krav 3, karakterisert ved at et av kutterelementene er assymetrisk anordnet på hoveddelen, at den første dyse er beliggende mellom første og andre kutterelementer, at den første dyse er forbundet med borefluidum-kanaler, og at den andre dyse er beliggende mellom andre og tredje kutterelementer, idet den andre dyse er forbundet med borefluidum-kanalene.

5. Rotasjonsborkrone som angitt i krav 3, karakterisert ved at den første dyse er beliggende mellom den første og andre av kutterelementene og forbundet med kanalene, at den andre dyse er beliggende mellom den andre og tredje av kutterelementene, og forbundet med kanalene, idet det første, andre og tredje kutterelement er assymetrisk anordnet i forhold til hoved-delens rotasjonsakse for å gi ytterligere rom for de første og andre dyser.