NO841824L - Anordning for sentrering av et verktoey i en foret broenn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger for sentrering av verktøy i en f6ret brønn, særlig en skråttforløpende brønn.

Mye av det arbeid som utføres på dypet nede i en brønn, krever at verktøyet er nøyaktig sentrert. Dette er i særlig grad tilfellet ved måling av en brønns tverrdimensjoner, som beskrevet i fransk patentsøknad nr. 81 24021.

Utvikling av helt tilfredsstillende sentreringsanordninger møter tekniske vanskeligheter. For det første har produksjons-røret i en brønn lokale variasjoner i diameter både ved skjøte-ne og ved ventilene som er montert ved brønnhodet. Sentreringsanordningen må derfor kunne tilpasses slike variasjoner i diameter. Av fagkyndige blir en slik tilpassbar sentreringsanordning ofte benevnt som en "sentraliserer" ("centralizer"). Videre har dagens tendens, særlig til boring til havs, ført til opprettelse av skråttforløpende brønner som avviker betraktelig fra vertikallinjen ved en eller flere anledninger. Dette medfø-rer at sentreringsanordningens funksjon forstyrres av tyngdekraf-ten som påvirker anordningen i sideretning.

Endelig må anordningen selvsagt ligge an mot brønnveggene for at sentrering skal kunne oppnås. I mange kjente anordninger anvendes gliderinnretninger for opprettelse av anlegg mot rørveggen. Dette gjelder særlig for de sentraliserere som er kjent fra US-patentskrift 3 097 443, 3 555 689 og 3 915 229 (motsvarende fransk patentskrift nr. 2 267 442). Avstøtting av denne art ansees ikke lenger fullt ut tilfredsstillende, da den har en tendens til å forandre tilstanden av rørinnerveggen og derved påskynde korrosjonsprosessen, foruten at den kritiske hellingsvinkel, dvs. den største vinkel i forhold til vertikal-planet, hvori verktøyet kan forflyttes nedad under innvirkning av dets egen tyngde, reduseres.

For å avhjelpe de ovennevnte mangler er det foreslått en sentraliserer med hjul som skal ligge an mot rørinnerveggen (ifølge en artikkel av M.W. Bratovich, W.T. Bell&K.D. Kaaz, med tittel "Improved Technique for Logging High-Angle Well", publisert under henvisning SPE 6818 av American Institute of Mining Metallurgical Petroleum Engineers Inc.). Fig. 3b i nevnte publikasjon viser en sentreringsanordning omfattende en midtstang for innkopling i rørstrengen for nedføring av et verktøy i brønnrøret, to bevegelige sleider som kan forflyttes glidende i begrenset utstrekning langs midtstangen, en rekke radiale, stort eett triangulære, hjulbærende konstruksjoner i form av armer som er svingbart forbundet med de to sleider, en rekke hjul som er fritt dreibart opplagret på hver av de radiale konstruksjoner på slik måte at omkretsflaten av hjulene i hver rekke rager radialt utad, og fjærende tilbakeføringselemen-ter som tvinger hjulene radialt utad. Denne sentraliserer, som gjør det mulig å utføre arbeider i en viss utstrekning i en hellende brønn, er imidlertid ikke uten mangler.

For det første vil anordningens sentrerings- eller avstøtt-ingskraft mot brønnrørveggen avta for raskt når rørdiameteren øker. For det andre må hjulenes diameter være liten, for å til-fredsstille kravene til minimumsytterdiameter, dvs. under 50 mm, i tilbaketrukket stilling, og hjulene vil derfor rotere meget hurtig under nedføring i en brønn, hvorved deres levetid reduseres betraktelig. Endelig vil denne sentraliserer utsettes for alvorlige støt hver gang den passerer en rørskjøt, og derved raskt bringes ut av drift.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å løse de tekniske problemer som opptrer i forbindelse med denne kjente, hjul-bårne sentreringsanordning.

Et første formål ved oppfinnelsen er å frembringe en sentreringsanordning med hjul som er av større diameter samtidig som kravene til minimumsytterdiameter i tilbaketrukket stilling blir oppfylt.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe en anordning som vil utøve et stort sett konstant radialt trykk mot brønnrør av vidt forskjellige diametere.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe en anordning med en ytterflate som i alle tilfeller er uten skarpe fremspring, slik at anordningen ikke kan bringes ut av drift på grunn av støt under nedføring.

Disse formål ved oppfinnelsen er oppnådd ved kjennetegn som definert i det etterfølgende.

Ifølge et særtrekk ved foreliggende oppfinnelse er hvert hjul opplagret for rotasjon i et plan som heller i forhold til radialplanet gjennom den hjulbærende konstruksjon, hvorpå det er montert, og midtstangen er forsynt med ytre forsenkninger for delvis opptakelse av de hjulbærende konstruksjoner, når disse er helt inntrukket mot midtstangen.

I en foretrukket utførelsesform omfatter hver av de hjulbærende konstruksjoner en stort sett U-formet gaffeldel hvor tindene er forbundet med ytterendene av de armer som også er svingbart forbundet med sleidene, mens hjulet er opplagret innvendig i U-bunnen på slik måte at hjulets ytterperiferi rager noe ut over den tilhørende hjulbærerkonstruksjon og er beliggende stort sett i det gjennomgående radialplan, og bunnpartiene av de forskjellige, U-formede gaffeldeler er perifert forskjøvet i forhold til radialplanet gjennom hver hjulbærerkonstruksjon, og i samme retning ved dreiing om midtstangen.

Videre består de fjærende tilbakeføringselementer for det første av to trykkfjærer som hver for seg virker mellom en av sleidene og et motsvarende anslag på midtstangen, som er anordnet på den side av sleiden som er beliggende motsatt av den annen sleid, hvorved sleidene tvinges mot hverandre, og for det andre av en bueformet bladfjær som er montert parallelt med hver arm mellom sleiden og den tilhørende hjulbærer, og med den konkave bladfjærside vendt innad.

Gaffeldelene har slik ytterform at'de i forening danner en montasje med stort sett sylinderformet periferi, når de hjulbærende konstruksjoner er helt inntrukket mot midtstangen.

Det foretrekkes at hjulene heller i en vinkel på ca. 10° i forhold til det tilknyttede radialplan. Andre kjennetegn og fortrinn ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og av de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et skjematisk sideriss, delvis i snitt, av

en rørstreng for nedføring av et verktøy i røret, sammen med sentreringsanordninger av kjent type. Fig. 2 viser et skjematisk perspektivriss av en sentreringsanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 og 4 viser et radialriss og et lengdesnitt av en sleid ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 til 7 viser tverrsnitt av sleiden ifølge fig. 3

og 4 .

Fig. 8 og 9 viser et perifert riss og et radialt riss av henholdsvis et parti av en radial hjulbærerkonstruksjon med tilhørende gaffelelement og en av de tilhørende bladfjærer. Fig. 10 viser et tverrsnitt av en sentreringsanordning ifølge oppfinnelsen, som befinner seg i helt tilbaketrukket stilling.

Fig. 11 viser et enderiss i motsvarighet til fig. 8 og 9.

I fig. 1 er et brønnrør som er innmontert i en hellende brønn som strekker seg gjennom gradvis vekslende undergrunnsfor-mas joner, betegnet generelt med T. En verktøynedføringsstreng som befinner seg innvendig i røret, består av innbyrdes påføl-gende komponenter 1 og 2 som er svingbart forbundet med hverandre. En komponent 3 er utstyrt med universalledd 3A og 3B og kan derved svinges i skråretning. Leddet 3B er forbundet med en første sentreringsanordning 4 som etterfølges av et verktøy 5, en andre sentreringsanordning 6 og til sist et andre verktøy 7.

Verktøyet 5 kan f.eks. bestå av en anordning for måling av et borehulls tverrsnittsdimensjoner, som omtalt i ovennevnte franske patentsøknad nr. 81 24021. Verktøyet 7 kan bestå av en referanseføler for måling av forplantningshastigheten for lyd-bølger i mediet som fyller brønnrøret.

Sentreringsanordningene 4 og 6 som er skjematisk vist i fig. 1, motsvarer den sentraliserer som er beskrevet i den før-nevnte artikkel, ref. SPE 6818 .

Det henvises videre til fig. 2 som viser et perspektivriss av en sentreringsanordning eller sentraliserer ifølge foreliggende oppfinnelse.

En midtstang 10 er i begge ender forsynt med skruegjenger (ikke vist) og kan derved forbindes med to deler 12 og 13 som danner innbyrdes motvendte anslag. Delene 12 dg 13 tjener videre for innkopling av midtstangen i nedføringsstrengen, idet f. eks♦ den ene av delene er forbundet med universalleddet 3B og den annen med verktøyet (se fig. 1). Det fremgår videre av fig. 1 at det generelt kreves to sentreringsanordninger.

To sleider 20 og 30, som er detaljert beskrevet i det et-terfølgende, er glidbart opplagret på midtstangen 10.

Sleidene tjener for fastholding av tre radiale hjulbærer-konstruks joner 40 og 40A (den tredje konstruksjon 40B som befinner seg bak de viste deler, er ikke selv vist for tydelighetens skyld). De tre konstruksjoner er innbyrdes identiske og anordnet med 120° mellomrom rundt midtstangen 10 og sleidene 20 og 30.

I det etterfølgende er bare konstruksjonen 40A beskrevet.

Konstruksjonen 40A omfatter et første par armer 71 og 72 hvis ene ende er svingbart forbundet med sleiden 20, og et andre par armer 73 og 74 hvis ene ende likeledes er svingbart forbundet med sleiden 30. De andre ender av armene 71 og 72 er svingbart forbundet med den ene tind på et hjulbærende gaffelelement 50. De to andre armer 73 og 74 er likeledes svingbart forbundet med den annen tind på gaffelelementet 50. De to pendelakser som dannes av gaffelelementet, er innbyrdes parallelle. Sving-tapper 67 og 68 er vist i fig. 8.

Som det videre fremgår av fig. 2, er det til den ene av tindene på gaffelelementet 50 fastgjort en bueformet bladfjær 41 hvis annen ende er aksialt styrt for å beveges glidende langs sleiden 20. Den annen tind er likeledes fastgjort til en andre bladfjær 42.

Hvert gaffelelement 50 er forbundet med et hjul som er opplagret fritt dreibart på elementet.

De fjærende tilbakeføringselementer omfatter videre to skruefjærer 17 og 19 som virker mellom endeanslagene 12 og 13 og sleidene 20 og 30.

Konstruksjonen av den ene av sleidene, eksempelvis sleiden. 20, er vist mer detaljert i fig. 3-7. I midtpartiet av sleiden 20 er det, med 120° mellomrom rundt omkretsflaten, anordnet tre knaster. Hver av disse knaster danner pendelaksen for den motsvarende arm, f.eks. av de parvise armer 71 og 72. Ved be-traktning av eksempelvis knasten 25 vil det fremgå at den har tilstrekkelig størrelse i radialretningen til å gi rom for en tangential utboring 27, som danner pendelaksen for de to armer 71 og 72. Det er i den radiale knast-ytterflate anordnet en midtre forsenkning 26 for opptakelse av en motsvarende bladfjær, f.eks. 41, når sentreringsanordningen befinner seg i helt tilbaketrukket stilling. Det fremgår også av fig. 3 at de øvrige pendelakser er betegnet med 27A og 27B.

Den venstre ende (som vist i fig. 3 og 4) av sleiden 20

er utstyrt med et endestykke 21 med et innvendig anslag 28 for fjæren 17. Anslaget er forsynt med tre langsgående forsenkninger som med 120° mellomrom er beliggende i samme symmetriplan som knastene 25 (se fig. 3-6). En utvendig forsenkning 22 som strekker seg langs endestykket i dettes fulle lengde, danner derved et kammer for opptakelse av enden av bladfjæren 41, når

anordningen er helt tilbaketrukket. I forsenkningen 22 er det over en del av dens lengde, med utgang fra den frie ende, anordnet sidespor 23. Disse spor tjener for glidbar opplagring av en krysstapp 4 3 (se fig. 9) som er montert ved enden av den tilhørende bladfjær 42. I sporets 23 fulle lengde er forsenkningen 22 anordnet som en gjennomgående sliss, for å lette ut-fresingen av sporene 23. Bunnen av endestykket 21 (som vist i fig. 4) er forsynt med et hull 25 for opptakelse av en tapp som vil hindre sleiden i å rotere om midtstangen og som samvirker med et motsvarende spor i midtstangen (hvis det er ønskelig å forhindre slik rotasjon) . Det fremgår videre at det er anordnet en åpning 29 hvorigjennom fluidet i røret kan ledes inn i sleiden med henblikk på trykkutjevning.

Det vil fremgå av det ovenstående at de parvise armer, f. eks. 71 og 72, er svingbart forbundet med sleiden og at den bueformede bladfjær 41 er slik styrt, at den kan beveges glidende på samme sleid.

Fig. 8, 9 og 11 viser mer detaljert hvordan et av gaffel-elementene, f.eks. 50, er anordnet. Som tidligere nevnt, vil tappene 6 7 og 6 8 fungere som de andre svingepunkter for de parvise armer henholdsvis 71 og 72 samt 73 og 74. Denne forbindelse er opprettet til tindene 51 og 52 på det U-formede gaffelelement 50. Tindene forløper i radialplanet gjennom den tilknyttede hjulbærer, i form av to plater hvorav den ene, 61, er tyde-lig vist i fig. 8. Platen 61 innbefatter en knast 62 som funge-rer som opplagringspunkt for enden av bladfjæren 42. Videre er bladfjæren 42 fastloddet til gaffelelementet 50 ved 64 og 63. Det bør i denne forbindelse erindres at den tidligere kjente sentreringsanordning omfatter radiale konstruksjoner av triangel-form. I motsetning hertil er konstruksjonen ifølge oppfinnelsen bare svakt triangelformet. Det vil være åpenbart for den fagkyndige at punktene 6 7 og 68, hvori armene er svingbart forbundet med gaffelelementet, er beliggende i en innbyrdes avstand som er tilstrekkelig stor til at de, i forening med funksjonen av bladfjærene 41 og 42, vil gi en meget mer fleksibel opplagring for gaffelelementet 50 og det dermed forbundne hjul 80 (hjulet er ikke vist i fig. 8, 9 og 11). Fig. 8, 9 og 11 viser dessuten et annet og meget viktig særtrekk ved oppfinnelsen. Hjulet er opplagret nær bunnen 53 av det hjulbærende, U-formede gaffelelement og, nærmere bestemt, på innersiden 56 av dette, sett fra konstruksjonens midtpunkt. Grunnet gaffelelementets 50 forskyvning i sideretning vil dessuten innersiden 56 være hellende, slik at hjulplanet likeledes heller i forhold til radialplanet gjennom den respektive hjulbærerkonstruksjon. Denne : hellingsvinkel har en størrelse av ca. 10°.

Som det fremgår av fig. 2, har hvert hjul 80 en rullefla-te som rager noe ut over yttersiden av den tilhørende hjulbærerkonstruksjon og likeledes ut over innersiden av hvert U-formet gaffelelement 50, dvs. stort sett i den respektive hjulbærer-konstruks jons radialplan.

Endelig er undersidene 53 av de enkelte, U-formede gaffel-elementer 50 perifert forskjøvet i samme retning i forhold til den hovedretning som defineres av bladfjærene 41 og 42 (dvs. radialplanet for hjulbærerkonstruksjonen), ved rotasjon om midtstangen 10.

Det er således meget fordelaktig at yttersidene 54 av gaf-felelementene 50 er slik utformet, at de i forening danner en stort sett sylindrisk periferi når hjulbærerkonstruksjonene er helt inntrukket mot midtstangen. Ytterkonturen 54 av gaffelelementet er med andre ord krummet på slik måte at den nærmer seg sentreringsanordningens akse når den fjerner seg fra radialplanet gjennom den respektive hjulbærerkonstruksjon. Gaffelelementet 50 kan følgelig betegnes som forskjøvet sidelengs til en stilling som er noe lukket mot innersiden.

Det er i fig. 10 vist et tverrsnitt av en sentreringsanordning ifølge oppfinnelsen, som befinner seg i helt tilbaketrukket stillingT- Av samme figur vil det også fremgå tydeligere hvordan hvert hjul er opplagret i det tilhørende gaffelelement.

Det er i midtstangen 10 anordnet forsenkninger 11, 11A og 11B, vist som planflater, som delvis opptar hjulene og derved bidrar til å redusere anordningens omfang i helt tilbaketrukket stilling.

Midtstangen 10 er utstyrt med en gjennomgående innerkanal 15 for fremføring av ledninger til bakenforliggende verktøy.

Monteringen av et hjul 80 er beskrevet i det etterfølgen-de. Innersiden 56 av gaffelelementet 50 er forbundet med et midtre, ringformet skulderparti 59. Skulderpartiet understøt-ter et lager 81. Hjulet 80 er anordnet for rotasjon om lageret 81. Det fremgår at hjulet er uthult, for å kunne fastholdes av en sideplate 83 som er utformet i ett med en tapp 82 som opp-tas i kanalen gjennom gaffelelementet 50 og fastholdes av en fjærklemme 84. En slik opplagring vil lette monteringen av hjulet, ved å minske dets plassbehov og derved redusere omfang-et av sentreringsanordningen i sin helhet, når denne befinner

. seg i tilbaketrukket stilling.

Omkretspartiet av hjulet 80 er fremstilt av egnet materi-ale som er utvalgt med henblikk på lang levetid for hjulet under de strenge forhold som råder innvendig i brønnrøret. Det vil av samme grunner være fordelaktig at samtlige ytterpartier av gaffelelementet 50, samt de bueformede bladfjærer 41 og 42, er innrettet for å tåle den slitasje som de sannsynligvis vil utsettes for ved periodisk kontakt med rørinnerveggen.

I den for tiden foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen som er beskrevet i det ovennevnte, vil sleidene bringes i kontakt med, eller meget nær, de respektive endeanslag 12 og 13, når hjulbærerkonstruksjonene befinner seg i helt tilbaketrukket stilling. I andre posisjoner kan de to sleider beveges fritt langs den aksel som dannes av midtstangen 10, under påvirkning av de to fjærer 17 og 19.

I helt åpen stilling er vinkelen ca. 30° mellom de indre

armer, f.eks. 71 og 72, og stangens akse.

Anordningens dimensjoner i helt åpen stilling bestemmes både av komponentene i hver av de radiale hjulbærerkonstruksjo-ner, dvs. stengene, formen av de krumme bladfjærer 41 og 42, og egenskapene av fjærene 17 og 19 (under hensyntaking til de respektive endeanslag).

Det er videre konstatert at plasseringen av fjærene 17 og 19, i ovenerensstemmelse med oppfinnelsen, gjør det mulig å oppnå økende radialkraft ved hjulene ved økende rørdiameter. De bueformede bladfjærer 41 og 4 2 vil i seg selv utøve en radialkraft som derimot avtar med diameteren. Ved kombinering av disse to virkninger er det mulig å oppnå en stort sett konstant radialkraft eller sentreringskraft som er uavhengig av diameteren innenfor relativt vide diametergrenser (diameteren må selvsagt være mindre enn diameteren av de to fjærsystemer som dannes av trykkfjærene og bladfjærene, når disse befinner seg i likevekts-tilstand). Dette særtrekk er av stor betydning ved sterkt hellende brønner hvor to av hjulbærerkonstruksjonene må tjene for overføring mot røret av radialkomponenten av den samlede tyngde av sentreringsanordningen og det samvirkende verktøy.

Patentsøkeren er for tiden av den mening at sleidene med fordel kan låses mot rotasjon om midtstangen, som tidligere omtalt. Ved en variant av oppfinnelsen kan sleidene rotere fritt om midtstangen. Det er konstatert at en svak avrunding av kan-tene på de planflater 11, 11A og 11B som er anordnet på midtstangen, er tilstrekkelig til å sikre at hjulene selvstendig vil kunne innta helt tilbaketrukket stilling, selv om de to sleider er dårlig plassert i forhold til planflatene på bevegelsestids-punktet. Ved bearbeiding av midtstangen vil det være mulig å lette innføringen av hjulene i stangens forsenkninger, når hjul-konstruksjonene befinner seg nesten i helt tilbaketrukket stilling .

Ovenstående beskrivelse vedrører en enkelt sentreringsanordning. Som vist i fig. 1, vil det i de fleste tilfeller kreves to sentreringsanordninger som er anbrakt på hver sin side av et verktøy 5, mens et annet verktøy samtidig kan strekke seg ut over forenden av en rørstreng som nedføres. Et slikt anvendel-sestilfelle omfattes selvsagt av oppfinnelsens ramme.

Claims (10)

1. Anordning bestemt for sentrering av et verktøy i en f6ret brønn, omfattende: en midtstang (10) som kan innkoples i en rørstreng for ned-føring av et verktøy i brønnrøret, og som er forbundet med to sleider (20,30) som kan beveges glidende langs en begrenset strekning (12,13) av midtstangen, en rekke stort sett triangelformede, hjulbærende konstruksjoner (40,40A,40B) som dannes av armer (71-74) som er svingbart forbundet med de to sleider (20,30), en rekke hjul (80,80A,80B) som hvert for seg er opplagret fritt dreibart på en av de radiale konstruksjoner (40,40A,40B) på slik måte at hjulperiferien rager radialt utad, og fjærende tilbakeføringselementer for tvinging av hjulene radialt utad, karakterisert ved at hvert hjul (80,80A,80B) er opplagret for rotasjon i et plan som heller i forhold til et radialplan gjennom den tilknyttede hjulbærerkonstruksjon (40, 40A,40B), og at det i midtstangens (10) ytterflate er anordnet forsenkninger for delvis opptakelse av hjulene når hjulbæreran-ordningene er helt inntrukket mot midtstangen.

2. Anordning si samsvar med krav 1, karakterisert ved at hver hjulbæreranordning (40) omfatter et stort sett U-formet gaffelelement (50) med to tinder som er svingbart forbundet med ytterendene av armene som likeledes er svingbart forbundet med de to sleider (20,30), hvor hjulet (80) er opplagret på innersiden (56) ved bunnen av det U-formede element på slik måte, at hjulets ytterperiferi rager litt ut over den til-hørende hjulbærerkonstruksjon, stort sett i radialplanet gjennom denne, og at bunnpartiene (53) av de U-formede deler av gaffel-elementene er perifert forskjøvet i forhold til radialplanet gjennom hver av hjulbærerkonstruksjonene og i samme retning ved rotasjon om midtstangen (10).

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at de fjærende tilbakeføringselementer omfatter både et par trykkfjærer (17,19) som virker mellom sleidene (20,30) og anslag (12,13) som befinner seg på midtstangen på den side av hver sleid som er beliggende lengst fra den annen sleid, hvorved sleidene tvinges mot hverandre, og en bueformet bladfjær som forløper parallelt med armene mellom hver sleid og det respektive hjulbærende gaffelelement, med sin konkave side innadrettet.

4.A nordning i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at gaffelelementenes utsider er slik utformet, at de i forening avgrenser en stort sett sylindrisk om-kretsflate når hjulbærerkonstruksjonene er helt inntrukket mot midtstangen.

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hjulene heller i en vinkel av ca. 10°.

6. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at de to sleider (20,30) er fastlåst mot rotasjon om midtstangen.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at de to sleider er opplagret fritt dreibart om midtstangen.

8. Anordning i samsvar med krav 7, karakterisert ved at midtstangen er maskinbearbeidet for at hjulene lettere skal kunne innføres i forsenkninger på stangen når hjulbærerkonstruksjonene nærmer seg helt tilbaketrukekt stilling.

9. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at midtstangen (10) innbefatter en gjennomgående kanal. (15) hvorigjennom ledninger kan fremføres mot et bakenforliggende verktøy.

10. Apparat for sentrering av et verktøy i et brønnrør, karakterisert ved at det omfatter to anordninger i samsvar med et av de foregående krav, som er plassert på hver sin side av verktøyet.