NO860477L - Styrbart retningsboreverkt¯y. - Google Patents

Description

STYRBART BRØNN- RETNINGSBOREVERKTØY

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Både kostnadene ved å holde en borerigg for slike formål som boring av oljebrønner og de kompliserte undergrunnsforma-sjoner som foreligger ved dypboring har ført til behovet for muligheten til å bore flere skråttløpende eller avvikende borehull fra en enkelt boreplattform.

Denne retningsboreprosess har omfattet forbedringer og nyskapninger både med hensyn til konstruksjonen av selve bore-subbene og borkronene for bruk ved bunnenden eller boreenden av en borestreng såvel som vesentlige forbedringer i den in-strumentering som er nødvendig for å styre og overvåke frem-driften av boringen nede i borehullet.

I forbindelse med denne patentsøknad er det bare nødven-dig å påpeke at innen faget oljebrønnboring, er det utviklet vaierverktøy som nedsenkes gjennom det indre rørparti av en borestreng til et punkt nær selve borkronen, og gjør det mulig ved hjelp av overvåkingsanordninger på boreriggens overflate eller dekk å bestemme vinkelen, dybden, og generelle omgivel-sesforhold som påtreffes av borkronen. Særlig er det ved bruk av dagens vaierteknologi mulig å opprette orientering i en boresubb nede i borehullet og positivt bestemme den eksisterende rotasjonsorientering og boreorienteringsvinkel nede i borehullet ved hvilket som helst punkt innen boreprosessen.

Boresubber for retningsboring som idag er kjent innen faget er av to hovedkonstruksjoner. Den første er hovedsakelig beregnet på bruk når rotasjonsenergien som overføres til en boreanordning overføres ved rotasjon av hele borestrengen fra rotasjon som overføres ved hjelp av et rotasjonsbord som er montert på boreriggdekket; eller vinkelsubber, dvs. at boresubben er konstruert med en permanent forskyvning slik at rotasjon som påføres ved toppen av subben vinkles og fortsetter å rotere borkronen ved en forskjøvet vinkel ved bunnen av subben, uten rotasjon av borestrengen. Disse enheter er egentlig meget store utgaver av en vinklet driv-spennhylse som er kjent fra borefaget og maskinverksteder og liknende. For å kunne bruke en slik subb ved boring må hele borestrengen trekkes ut, den riktige vinkelsubb monteres, borestrengen gjeninnføres i borehullet og boringen fortsettes under anven-delse av vinkelsubben. Den totale avbøyning er en funksjon av den strekning som er boret med vinkelsubben montert. Når den ønskede avbøyning er oppnådd må hele borestrengen igjen trekkes ut, vinkelsubben fjernes, og rette subber innsettes pånytt for å tillate fortsatt rettlinjet boring i den nye, avbøyde retning.

På området brønnboremotorer som f.eks. turbin-boreanord-ningene, som drives ved hjelp av slamstrøm og liknende, er det mulig å skape en vinkelavbøyning ved å styre slamstrømmen fortrinnsvis ut gjennom et parti av borkronen. Slike appara-ter er kjent og anvendt i stor utstrekning.

Hovedomkostningen og hovedproblemet i forbindelse med

de kjente retnings-boreanordninger er at det for hver retnings-endring er nødvendig å trippe borestrengen minst to ganger for å montere og fjerne retningsboreanordningene. Slik borestreng-virksomhet er uproduktiv, sinker i vesentlig grad boreprosessen, og innfører andre problemer såsom fastkjøring av borestrengen, mulighet for at borehullet skal falle sammen og liknende, slik det er velkjent i faget. Det ansees derfor meget ønskelig at antallet tripper av borestrengen under bore-operasjonen holdes på et minimum, og at mest mulig tid anven-des på selve boringen. Dette gjelder særlig på en fralands-plattform der alle brønnene som bores vanligvis bores fra et innledende start-borehull og der en vellykket operasjon av fralands-boreplattformen er helt avhengig av muligheten til å innkople et flerretnings-boreverktøy.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det som tilveiebringes er et retningsboreverktøy som

er innrettet for montering umiddelbart over borkronen. Innvendig i verktøyhuset er opptatt et roterende driv- eller dreiemomentverktøy som forløper stort sett langs hele lengden av husets indre. Denne stang leder borestrengens dreiemoment fra verktøyenes koplingsmuffe med borestrengen til selve borkronen, og under rettlinjet boring roterer hele verktøyet sammen med borestrengen. I verktøyet er også opptatt en mekanisme for avbøyning av det innvendige dreiemomentverktøy slik at det borer i en retningsmodus, idet mekanismen drives

ved hjelp av omstillbart slamtrykk fra boreslamstrømmen. Når mekanismen påvirkes danner den inngrep med et kamblokkhus som ved nedad-omstilling av drivakselen tvinger kamblokkhuset som opptar det rettlinjete dreiemoment-rørverktøy til en ek-sentrisk posisjon i verktøyhuset og avbøyer drivrøret til siden for subbens indre, og derved avbøyer borkronen som er tilkoplet nedre ende av drivakselen gjennom roterende driv-skjøt. Denne avbøyning bevirker i sin tur at hele verktøyet borer i vinkel for derved å frembringe den ønskede avviksbo-ring.

En drivclutchmekanisme av spesiell konstruksjon for å tillate styring og gjentagelse av orienteringen av verktøyets ytterhusvegg blir også påvirket av en slamdrevet ventilmeka-nisme slik at den, i en første posisjon, tillater rotasjon av verktøyets ytterhus for derved rotasjonsmessig å innrette avbøyningsmekanismen i en gitt retning, og når den påvirkes til en annen posisjon, frakople verktøyhusveggen sammen med avbøyningsmekanismen fra rotasjon for derved å opprettholde en gitt forskjøvet borevinkel. Der er også anordnet organer mellom avbøyningshuset ved nedre ende av det ytre verktøyhus for å bidra til å tilbakeføre verktøyet til rettlinjet posisjon. I og med at verktøyet kan bore i en avvikende vinkel og som et rettlinjet boreverktøy, er det ikke nødvendig å fjerne verktøyet fra bunnen av borestrengen. Verktøyet kan derfor brukes i stort sett hele den tid boreoperasjonene fore-går, og trenger bare å fjernes når det er nødvendig å fjerne borkronen.

Likeledes er verktøyet særlig egnet for kontroll med vaier for å opprette en gitt dreiestilling. Subben styrer således boreretningen ved styring av en rotasjons-asimut, idet denne asimut tillates opprettet ved en påvirkning av førnevnte koplingsclutch samt også ved å opprette en forskjø-vet vinkel i et annet plan om rotasjonsaksen eller forskjøvet fra verktøyets rotasjonsakse.

Styre-clutchmekanismen som påvirker verktøyet drives

av trykket i slamstrømmen fra den kontinuerlige strøm av boreslam og fluid i en borestreng. Slamstrømmen avledes for å påvirke styreclutchen ved hjelp av en kulestyrt ventilmeka-

nisme som påvirkes til en vinkel-borestilling ved at en kule slippes i slamstrømmen gjennom borestrengens sentrum. Denne kule fjernes lett ved bruk av standard teknologi for påvirkning av en kule nede i et borehull. Konstruksjonen av påvirknings-ventilen er slik at positiv påvirkning av clutchen frembringer en merkbar endring i boreslammets trykk og strømningshastighet, og positiv påvirkning av retningsboreanordningen kan således lett konstateres av boreoperatøren.

Det er således et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret, nedsenkbart boreverktøy som kan bore et rett eller et avvikende borehull.

Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe et retningsboreverktøy som kan arbeide under rotasjon av borestrengen.

Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe et retningsboreverktøy som har en innvendig, bøybar stang beliggende i et ytterhus.

Det er videre et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et retningsboreverktøy som vekselvis kan innstilles mellom rettlinjet boring og retningsboring uten å fjerne verk-tøyet fra borehullet.

Det er videre et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et nedsenkbart boreverktøy som gir en positiv indikasjon ved boredekket på hvorvidt det er påvirket til en avvikende eller en rett fremmadrettet boresekvens.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et nedsenkbart retningsboreverktøy som omfatter en innretning som hindrer bøyning av den bøybare stang mens verktøyet borer rett frem.

Disse og andre formål med denne oppfinnelse vil lett forståes av fagmenn på området ut fra følgende detaljerte beskrivelse og krav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 er et utsnitt av den foretrukne utføringsform av clutchanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse,

Figur 2 og 2-A er et oversiktsriss sett i snitt, av

den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse,

Figur 3 er et grunnriss av clutchmekanismen i anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 4 er et sideriss av clutchmekanismen i anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 5 er et sideriss sett i snitt, av clutchmekanismen og drivrørenheten ifølge den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 6 er et riss av clutchmekanismen i anordningen ifølge den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, vist med delene skilt fra hverandre, Figur 7 er et riss av innrettingsorganene og avbøynings-mekanismen ved den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, vist med delene skilt fra hverandre,

Figur 8 er et sideriss langs linjene 8-8 på figur 7

av kamblokkelementet og den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse,

Figur 9 er et gjennomskåret oversiktsriss av innrettingsorganene og avbøyningsmekanismen ved den foretrukne utførings-form av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 10 er et gjennomskåret oversiktsriss av innrettingsorganene og organene for å bidra til gjeninnstilling av drivarmen i den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 11 er et gjennomskåret oversiktsriss av avbøynings-innretningen ved den foretrukne utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 12 og 13 er gjennomskårne oversiktsriss av en alternativ utføringsform av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRINGSFORM

Idet det hovedsakelig henvises til figur 1 er retnings-boreverktøyet 10 ifølge foreliggende oppfinnelse vist tilkoplet en driv-borestreng 12 som strekker seg nedad som en standard borestreng av velkjent art. Driv-borestrengen 12 er forbundet med retningssubben 10 ved hjelp av en API-muffe-skjøt 14 som er konstruert som en konisk skru-muffeskjøt i henhold til standarden for skjøter og borestrenger utgitt

av American Petroleum Institute.

En drivrørenhet 16 er via muffeskjøten 14 roterbart tilkoplet driv-borestrengen 12. Drivrørenheten 16 er i hoved-saken en hul, sylindrisk rørenhet som strekker seg roterbart tilkoplet mellom muffeskjøten 14 til en nedre, innvendig rotasjons-stjernesporskjøt 18.

Den innvendige stjernesporskjøt 18 er en skjøt som ved hjelpe av stjernespor forbinder drivrørenheten 16 med et sylindrisk avbøynings-drivrør 20 for å oppta bøyning av røret 20. En i det vesentlige hul rørkanal 22 beregnet for strøm-ning av boreslam strekker seg vertikalt ned langs aksen til drivrørenheten 16 og avbøynings-drivrøret 20. Slamkanalen 22 er strømbart forbundet med en identisk slamstrømningskanal som finnes i strengen 12 og som i sin tur er tilkoplet for slamstrøm til borkronen 30 som nedenfor beskrevet.

Ved avbøynings-drivrørets 20 bunnende finnes en vinkel-forskyvbar, nedre trykklagerenhet 24. Det vinkelforskyvbare trykklager 24 omfatter i den foretrukne utføringsform av oppfinnelsen et første trykklager 26 og et annet trykklager 28 som er omkretsmessig plassert på en roterende, ettergivende lagerkule 32. Det første trykklager 26 og andre trykklager 28 er montert parallelt med hverandre i samme avstand fra og sentrerer mellom seg dreiepunktet 33 for den roterende ettergivende kule. Videre støtter det første trykklager 26 og andre trykklager 28 den roterende ettergivende lagerkule

32 mot en lagerholder 34.

Lagerholderen 34 omfatter en øvre krummet lager-støtte-ring 36 og en delt, nedre krummet lager-støttering 38. Lager-støtteringene 36 og 38 har begge en innvendig krummet buefor-met flate 39. Den bueformete flate 39 på den øvre krumme ring 36 og nedre lagerring 38 er vendt mot hverandre for derved å danne en kontinuerlig i det vesentlig sirkulær bue-flate som roterbart støtter det første trykklager 26 og andre trykklager 28 for glidebevegelse. Den krumme flate 39 er derved i det vesentlige omkretsmessig beliggende rundt dreiepunktet 33.

Ved nedre ende av avbøynings-drivrøret 20 finnes en standard drivkopling 40 av velkjent art for tilkopling til en borkrone 30. Borkronen 30 er av hvilkensomhelst standard borkronekonstruksjon for boring av en oljebrønn eller liknende, og er som kjent utstyrt med en mottakende slamstrømningskanal for å motta slam fra slamstrømningskanalen 22.

Den i det vesentlige søyleformete rotasjonsenhet omfatten-de drivrørenheten 16 og avbøyningsdrivrøret 20 danner en vertikal rotasjonsakse og er sylindrisk innført i en ytterkappe-enhet 42. Ytterkappen 42 omfatter i sin tur et øvre ringstykke 44 som danner en øvre ende av kappeenheten 42. En ytterkappe-clutchsylinder 46 strekker seg sylindrisk nedad fra og er fast festet til den øvre krumme ring 44. Clutchsylinderen 46 oppviser utvendig en kontinuerlig sylindrisk overflate som er innrettet for innpassing i et borehull på samme måte som en standard boresubb og har på sin innside et clutchele-ment for tilkopling av ytterhusenheten 42 til drivrørenheten 16 på en måte som skal beskrives nedenfor.

En ytterkappe-sylinder 48 er fast forbundet med clutchsylinderen 46 og strekker seg sylindrisk ned fra denne med konstant diameter til clutchsylinderen 46. Ytterkappe-sylinderen 48 utgjør hoveddelen av lengden og den ytre omkrets av hele retningssubben 10, og danner det orienterbare, i borehullet innrettede ytre kappeelement.

Ved en nedre ende av ytterkappesylinderen 48 finnes

fast festet ved hjelp av skruegjenger i den foretrukne utfø-ringsform eller liknende, det øvre krumme lager 36 som er omkretsmessig innført innvendig i ytterkappesylinderen 48

og den nedre lagerring 38 som også er fast anordnet og strekker seg oppad i sylinderen 4 8 fast forbundet med denne, under-støttet i avstand fra den øvre krumme ring 44 for derved å opprettholde den førnevnte riktige krumning på bueflaten 39. Ytterkappesylinderen 48 er i det vesentlige hul langs sin innvendige lengde og inneholder avbøyningsrør-clutchen og avbøyningsenheten 50. Avbøynings-clutchen og avbøynings-enheten 50 omfatter et annet, fjaerbelastet, sylindrisk, selvsentrerende kileclutchelement 52. Kileclutchelementet 52

er f jaerbelastet ved hjelp av en fjær 54 mot en f jærholderring 56 på en nedre ytre omkrets-drivrørenhet 16. Fjærholderrin-gen 56 virker til å utøve et stort sett oppadrettet trykk

på kileclutchelementet 52. Kileclutchelementet 52 står i sin tur i inngrep med en første ikke-utrykkbar innvendig kilekopling 58 til en omkretsflate-drivkile 60 som er omkretsmessig anordnet rundt drivrørenheten 16.

Clutchelementet 52 omfatter også et annet ytre selvsentrerende kileclutchelement 62 i inngrep med en tilpasset selvsentrerende drivkile 64 som er anordnet rundt nedsiden av den øvre ytterkappe-clutchsylinder 46. Første og andre ringtetningsorganer 66 er anordnet i vinkel, omkretsmessig rundt to punkter på clutchelementet 52, hvilke ringtetningsorganer 66 er tettende anordnet mot ytterkappesylinderens 48 innervegg.

Første og andre indre ringtetningsorganer 68 er innvendig anordnet i vinkel med kileclutchelementet 52 og tettende anordnet mot drivrørenhetens 16 ytre sylindriske overflate.

Drivrørenheten 16 er opplagret for rotasjon over clutchelementet 52 ved hjelp av en rotasjons-lagerenhet 70. I

den foretrukne utføringsform av oppfinnelsen omfatter lager-støtteelementet 70 to parallelle trykklagre som er omkretsmessig montert på drivrøret 16, som opptar trykkrefter oppad mot de øvre ringer 44 og nedad mot trykkskulderen 72 på ytterkappe-clutchsylinderen 46. En drivrørenhet-clutchkrage 74 støtter den første og andre lagerenhet og danner derved rotasjons-lagerstøtteelementet 70.

Som nevnt strekker slamstrømningskanalen 22 seg aksielt

i drivrørenheten 16. Ved et første øvre punkt på drivrørenhe-ten 16, umiddelbart over omkretsflate-drivkilen 60 finnes et antall slamstrømningskanaler 76. I slamstrømningskanalen 22, umiddelbart under første slamstrømningskanaler 76, er slamstrømningskanalens 22 diameter innsnevret ved en strøm-ningsskulder 78 som danner en effektiv hindring for passasje av gjenstander som opptar slamstrømningskanalens 22 fulle diameter. Umiddelbart under strømningsskulderen 78 finnes andre slamstrømningskanaler 80. Et antall slamstrømnings-kanaler, stort sett i samme antall og med samme areal som for de øvre slamstrømningskanaler 76, er anordnet for kom-munikasjon mellom slamstrømningskanalen 22 og drivrørenhetens 16 utside.

Et slamtrykk-aktiviseringskammer 82 er utformet i et vinkelparti som avgrenses av ytterkappesylinderen 48, den nedre ende av ytterclutchsylinderen 46, den øvre ende av kileclutchelementet 52 og den ytre overflate på drivrørenheten 16, i et vinkelområde i nær forbindelse med omkretsflate-drivkilen 60.

En avbøynings-drivstang 84 strekker seg driftsmessig nedad fra kileclutchelementet 52 innvendig i og fast forløpen-de i vinkelområdet mellom det indre av ytterkappesylinderen 48 og avbøyningsdrivrøret 20. Avbøynings-drivakselen 84 virker i forbindelse med operasjonen av en avbøyningsmekanisme 86 og avbøyningsrør-innrettingsanordning 88 som nedenfor beskrevet.

Det som ovenfor er konstruksjonsmessig beskrevet er

det øvre parti av verktøyet ved drift gjennom clutchmekanismen for å lette omstilling av verktøyet fra å være et rettlinjet boreverktøy til et retningsboreverktøy. Før beskrivelsen av virkemåten til det nedre parti av røret som innbefatter mekanismen for avbøyning av det indre drivrør og innretningen for å hindre drivrøret fra å bøyes når verktøyet er i rettlinjet borestilling, skal det gis en omtale av virkemåten til det øvre parti av verktøyet, dvs. den ovenfor beskrevne konstruksjon. Ved drift er retningsboresubben 10 montert, slik en fagmann vil forstå, ved hjelp av muffeskjøten 14 til en eksisterende borestreng for boring umiddelbart over borkronen 30. Borkronen 30 er montert ved tilkoplingen til borkrone-drivkoplingen 40 til en nedre ende av retningssubben 10.

Borkronen 30 påvirkes for boring ved rotasjonen av hele drivstrengen 12. Rotasjonen av drivstrengen 12 som er rotasjonsmessig tilkoplet muffeskjøten 14, roterer drivrørenheten 16. Drivrørenheten 16 roterer via den indre stjernesporkop-ling 18 avbøyningsdrivrøret 20 som i sin normale stilling er et stort sett rett rørelement som holdes i stilling ved hjelp av en innvendig innrettingsanordning, og konstruert av herdet, varmebehandlet stål eller liknende. Avbøynings-drivrøret 20 dreier borkronen 30 via drivkoplingen 40 og virker derved til å bore et oljebrønn-borehull.

Kraften fra fjæren 54 mot holderringen 56 og kileclutch elementet 52 bringer kileclutchelementet 52 ved kileinngrep via den første innvendige kilekoplingsanordning 58, koplings-messig på linje med omkretsflate-drivkilen 60 på drivrørenhe-ten 16. Drivrørenheten 16 dreier således kileclutchelementet 52. Kileclutchelementet 52 dreier i sin tur, via den selvsentrerende kileclutch 62 og 64, ytterkappe-clutchsylinderen 46. Ytterkappe-clutchsylinderen 46, som er fast forbundet med det øvre ringstykke 44 og ytterkappesylinderen 48, dreier både ytterkappesylinderen 48 og det øvre ringstykke 44. På denne måte roterer hele retningssubben 10 sammen med borestrengen under rettlinjet boring i borehullet.

Når det er ønskelig å påbegynne retningsboring, innføres en styrekule eller aktiviseringskuleelement 83 i slamstrømmen i drivstrengen 12. Drivkulen 83 passerer gjennom drivstrengens 12 slamstrømningskanal og inn i slamstrømningskanalen 22 i drivrøret 16, men har en diameter som er valgt slik at den ikke kan passere strømningsskulderen 78. Kulen 83 kommer til anlegg mot strømningsskulderen 78 og blokkerer derved i alt vesentlig slamkanalen 22 for slamstrømmen gjennom drivrørenheten 16. Slampumpetrykket tvinger således i alt vesentlig hele boreslamstrømmen gjennom kanalene 76 inn i slamstempel-aktiviseringskammeret 82, og utøver derved et vesentlig nedadrettet hydraulisk trykk mot den øvre skulder på kileclutchelementet 52. I og med at kileclutchelementet 52 er det eneste element som fritt kan bevege seg mot kraften fra fjæren 54 forskyves det nedad under sammenpressing av fjæren 54 og frakopler derved den første kilekoplingsanordning 58 fra flate-drivkilen 60 og den andre kileclutch 62

fra kileclutchpasningen 64. Denne nedadbevegelse av clutchelementet 52 fortsetter inntil de nedre slamstrømningskanaler 80 er åpne for strømning slik at slamstrømmen igjen kan komme inn i slamkanalen 22 og fortsette ned til borkronen 30. Det hydrauliske trykk i slamstrømmen gjennom de innsnevrede kanaler 80 holder clutchelementet 52 i nedre stilling. Imidlertid bevirker det reduserte areal i slamstrømningskanalene 76 og slamstrømningskanalene 80 en betydelig, merkbar øking i det totale trykk og motstand mot slamstrømning og minskning i mengden av slam som pumpes ved et gitt pumpetrykk slik at

en borekontrollør på boreriggdekket får en positiv indikasjon på aktiviseringen av clutchen 52.

Etter aktiviseringen av clutchelementet 52 og nedadfor-skyvningen av kileclutchelementet 52 mot trykket fra fjæren 54, fremgår det av figurene at drivstangen 84, som er et langstrakt element som strekker seg nedad langs verktøykrop-pens 48 innervegg, beveges nedad som reaksjon på kileclutch-elementets 52 nedadbevegelse. Som det fremgår av figurene tjener drivstangen 84 som en bestanddel av hele avbøyningsmeka-nismen 86 og innrettingsanordningen 91 til å omstille drivrøret mellom den første innrettede stilling til en annen avbøyd stilling i verktøykroppen 48. Som det fremgår av tegningene er drivrøret 20, omtrent ved midten av sin lengde, opptatt i et par ringhus 96 og 98 som har en felles gjennomgående boring 99 som forskyvbart opptar drivrøret 20. Det skal bemerkes at i bøyet stilling roterer drivrøret sammen med borestrengen, og boringen 99 må derfor ha en diameter som tillater fri omdreining av røret 20 i boringen. Som det fremgår av figurene er ringene 96 og 98 i fast inngrep med et kamblokkelement 9 0 som er en stort sett rektangulær blokk med en første skråflate 94 som ligger an mot drivakselens 84 flate 95, slik det skal beskrives nedenfor. Det andre endeparti av kamblokkelementet 90 som strekker seg forbi ringhuset 98 har et kilesete 102, og som det fremgår av figurene er en kileblokk 106 fast festet til verktøyhusets 38 vegg ved hjelp av bolter eller liknende, idet kileblokken 106 har et kileelement 104 som passer i kilesetet 102 for å hindre kamblokkelementet 9 0 fra oppad- eller nedadbevegelse. Som det fremgår av figurene er således kileblokkelementet 90,

i den rettlinjete stilling, i fast inngrep i stilling langs veggen til verktøyet 38.

Det er ubetinget nødvendig under den rettlinjete borestilling, at dersom borkronen skulle støte på hardt materiale eller liknende, må det bøyelige indre rør 20 ikke avbøyes.

For å hindre dette finnes en anordning på drivstangens 84 endeparti for samvirkning med kamblokken og ringelementene 96 og 98 for å hindre enhver sidebevegelse av kamblokken under rettlinjet boring. Denne innrettingsanordning vil generelt omfatte en rektangulær utskåret seksjon 88 som forskyvbart opptar kamblokkelementet 90 under drivstangens 84 oppad- og nedadbevegelse under drift. Den vil videre omfatte et annet ringhuselement 92 på drivstangens 84 endeparti,

hvis innerdiameter vil ha omtrent samme størrelse som ringhusets 98 ytterdiameter og i den rettlinjete stilling vil ringhuset 98 være opptatt i ringhuset 92, for å danne en kontinuerlig anordning mellom det indre drivrør 90 og verktøy-husets 48 vegg for å hindre enhver bøyebevegelse av røret 20. Som det fremgår av tegningene kan derfor rørhuset 20 ikke bøyes ettersom der ikke finnes noe rom mellom husets

20 vegg og verktøyhusets 48 innervegg.

Etter operasjonen av det øvre parti av verktøyet vil derfor kileclutchelementet 52 beveges nedad og derved overføre nedadbevegelse til drivstangen 84. Som tidligere nevnt er ved dette punkt kamblokkelementet i forbindelse med ringhuset 96 og 98 beliggende flatt mot verktøyhusets 38 vegg, og ringen 98 er opptatt i drivstangringen 92 og ingen bøyning kan finne sted. Etter armens 84 nedadbevegelse kommer drivstangens

84 skråflate 121 til anlegg mot kamblokkens 90 skråflate

94 og omstiller kamblokken. Ettersom drivstangen 84 har beveget seg en tilstrekkelig strekning til å bevege ringen 92 ut av dens stilling på linje med ringen 98, kan kamblokkelementet 90 og ringene 96 og 98 fritt forskyves sideveis når drivstangen 8 4 beveger kamblokken 9 0 bort fra veggen for derved å bøye røret 20 som er opptatt i ringene 96 og 98 slik det fremgår av figurene. Som tidligere nevnt, ettersom kamblokkelementet 9 0 ikke kan bevege seg oppad på grunn av kileblokken 106, tillater imidlertid kilesetet kilen sideveis bevegelse av kamblokkelementet 90 under bøyeoperasjonen. Kamblokkelementet 90 vil selvsagt bare bevege seg så langt sideveis som rommet mellom ringhusene 98 og 96 og verktøy-kroppens 3 8 motsatte innervegg tillater, og utgjør et indre, bøyelig dreiemomentoverførende element. I den foretrukne utføringsform er avbøyningsvinkelen tilnærmet 2/3 til 1 grad.

Det skal bemerkes at avbøynings-drivrøret 20 er et i

det vesentlige bøyelig rør som bare er opplagret ved sine ender. Videre er avbøynings-drivrøret 20 ved sin øvre ende

i stjernespor-kileinngrep med nedre ende av drivrørenheten 16 ved stjernesporkoplingen 18, slik at etter at avbøynings-fasen er nådd og tilbakegang til den rettlinjete fase har funnet sted som det fremgår av figurene, kan stjernesporkoplingen 18 oppta sammentrekningen og utvidelsen av strekningen som opptas av det fleksible drivrør 20 under operasjon av verktøyet. Med hensyn til det nedre verktøyparti som det fremgår av figurene kan den vinkelforskyvbare nedre trykklagerenhet 24, som hovedsakelig omfatter den ettergivende kule 32 og det første og andre trykklager 26 og 28 fritt dreie til en viss grad i lagerholderen 34 som utgjøres av den øvre krumme ring 3 6 og nedre krumme ring 38. Den ettergivende kule 32 som dreier som reaksjon på bøyningen av røret 20, endrer borkronens 30 vinkel i forhold til ytterkappesylinderens 48 senterakse, med en avbøyningsgrad som bestemmes av kamdrivelementets 86 nedadbevegelse etter påvirkning av kileclutchelementet 52 ved hjelp av slamtrykk. Denne påvirkning fremskaffer en kjent, fast og konstant, avbøyet vinkelforskyv-ning av borkronen 30.

Det minnes om at påvirkningen eller aktiviseringen av clutchelementet 52 frigjorde kilekoplingsinnretningen 62.

Som det fremgår bevirket denne frigjøring fråkopling av den innretning ved hjelp av hvilken ytterkappesylinderen 48 ble rotert ved rotasjon av drivstrengen 12. Drivkappesylinderen 48 holdes i en ikke-roterende tilstand ved friksjon mot bore-hullveggen, forsterket ved hjelp av eventuelle stabilisator-elementer 92 som er anordnet over sylinderens 48 utvendige overflate. Som et vesentlig trekk ved denne oppfinnelse roterer imidlertid resten av borestrengen over kappesylinderen 46 uopphørlig, hvilket under utførelse av retningsboring gjør det mulig å opprettholde fri rotasjon i borehullet slik at man unngår fastkjøring som er et konstant problem ved retningsboring. Med et gitt borehull tillates således under rettlinjet boring rotasjonen av kappesylinderen 48 og derved asimut-rotasjonen av kamdrivelementet 84 og kamblokken 90.

Ved hjelp av kjent vaierteknikk, såsom Sperry Sun, kan subbens 10 nøyaktige asimut-posisjon bestemmes. Ved manipule-ring av drivstrengens 12 rotasjon kan således asimut- eller kompass-avbøyningsvinkelen som skal frembringes ved hjelp av drivsubben 10 etableres. Som ovenfor beskrevet, etter aktivisering av avbøyningen ved påvirkning av clutchelementet 52, er ytterkappeelementet 48 i det vesentlige i inngrep i borehullet mot rotasjon, men opprettholder denne asimut-orientering. Det er således tilveiebrakt en fiksert vinkel-forskyvning ved en styrbar asimut, slik at man får en styrt borforskyvning.

Boringen fortsettes i den styrte forskyvningsfase inntil den ønskede andre boreretning er oppnådd. Ved dette punkt nedsenkes et vaier-kulefjerningsverktøy av kjent type, for å fjerne aktiviseringskulen fra dens anlegg mot strømnings-skulderen 78. Fjerningen av aktiviseringskulen 83 gjenopp-retter slamstrøm gjennom kanalen 22 idet fjærens 54 fjærvirk-ning bidrar til å tilbakeføre kileclutchelementet 52 til en inngrepsstilling.

Når clutchelementet 52 dreier til inngrepstillingen beveges selvsagt drivarmen 84 oppad, og derfor vil denne oppad-forskyvning, som det fremgår av figuren, tillate kamblokken 90 å gå tilbake til dens stilling innrettet mot rør-kroppens 48 vegg, slik at drivrøret 20 gjenopptar rettlinjet stilling. Armens 84 oppadbevegelse vil også omstille hylse-huset 92 til den stilling der det er opptatt i og innrettet på linje med ringen 98 og derfor gjenoppta sin funksjon og virke som er middel for å holde det bøyelige rør 20 i den rettlinjete stilling.

Et ytterligere trekk ved verktøyet 10 omfatter organer som bidrar til å tilbakeføre kileclutchelementet 52 til inngrepsstillingen. Dette ville normalt oppnås ved utvidelsen av fjæren 54 som ville gjenopprette armens 84 oppadbevegelse. Som en sikkerhetsforanstaltning er der imidlertid ytterligere anordnet et sylindrisk hus 120 som hviler mot ringhusets 92 endeflate og oppviser en rektangulær utskåret seksjon 122 innrettet på linje med den utskårne seksjon 88 i drivelementet 86 for å oppta kileblokken 106 og kamblokken 90 under operasjon av verktøyet. På husets 120 motsatte endeparti 124 er der en fjær 126 som strekker seg fra endepartiet 124

og hviler mot et annet hylseelement 128 hvis andre ende ligger

an mot skulderen til trykklagerenhetens støttering 36 nær støttelagerenheten 14.Drivstangen 84 beveger seg derfor nedad og overfører nedadbevegelsen til huset 120 mot trykket fra fjæren 126 og hylsen 128. Derfor, som følge av kileele-mentets 52 evne til å gå tilbake til inngrepsstillingen,

blir armen 84 hjulpet i sin oppadbevegelse idet fjæren 126 ekspanderer til sin normale stilling og utøver en oppadvir-kende kraft mot drivarmen 84. Selv om dette ikke er en abso-lutt nødvendig del av verktøyet er det et ytterligere middel for å sikre at kileclutchelementet 52 igjen kommer i inngrep og at verktøyet igjen fikseres i rettlinjet operasjonsstilling. I den foretrukne utføringsform er den andre selvsentrerende kileclutch 62 og tilsvarende kile 64 konstruert av en usymme-trisk kileflate som har et bredt og et smalt kileelement som bare tillater én inngrepsretning eller gjeninngrepsretning for kileclutchen. Dette gjeninngrep opprettholder asimut-eller rotasjons-vinkelorienteringen til den ytre kappesylinder 48, den ytre kappeclutchsylinder 46, og kileclutchelementet 52 med dets kam-drivstang 34 og kam-drivelement 84. Dette sikrer at subbens 10 avbøynings-styreelementer bibeholdes i en konstant vinkelstilling i forhold til hele drivstrengen 12. Såsnart strengen 12 er sammenkoplet med retningssubben 10, og er vesentlig for bibehold av evnen til gjentatt styring av retningsboring nede i borehullet uten at det er nødvendig å trippe ut strengen eller trekke ut retningssubben for innretting .

Figur 12 og 13 viser en ytterligere utføringsform av subben 10 ifølge oppfinnelsen. Den andre utføringsform viser ved den nedre ende av avbøynings-kamdrivstangen 84, at stangen 84 kontinuerlig utvides til et kam-vulstelement 150. Kam-vulstelementet 150 danner en gaffelformet frittglidende vulst som omslutter og rotasjonsmessig støtter i det minste en side av avbøynings-drivrøret 20.

Som det fremgår av figurene er der ingen organer for

å holde det bøyelige indre rørelement i rettlinjet stilling som i den foretrukne utføringsform, men det bøyelige rørele-ment 20 kan fra ende til ende fritt bøyes under visse forhold.

Kam-vulstelementet 150 har en skrå nedre endeflate 152 anordnet for glidende bøyebevegelse mot en kamblokk 160. Kamblokken 160 er en vinkelformet bøyeblokk som har en i

det vesentlige nedadvendt, skrå nedre forbindelses-kamvinkel-flate 162 og er fast festet til ytterkappesylinderen 48 ved et punkt i det vesentlige nær et punkt mellom endene av av-bøynings-drivrøret 20. Ved bruk, ved det punkt der kileclutchelementet 52 er ført mot tilbakeholdingskraften fra fjæren 54, bøyes den nedad under sammenpressing av fjæren 54 for derved å frigjøre den første kilekoplingsinnretning 58. Under clutchens 52 bevegelse til den nedre stilling driver den kamdrivstangen 84 til en nedre stilling. Kam-vulstelementet 150, som ligger an med sin nedre skråflate 152 mot kamblokken 160, drives nedad mot kamblokken 160 og blir ved den nedre flates 152 skjæring mot kamblokken 160 bøyet bort fra kappesylinderen 4 8 og mot avbøynings-drivrørets 20 senterakse og kraften fra vulsten 150 bøyer drivrøret 20 på midten, hvorved drivrøret 20 bringes til å entre det vinkelforskyvbare nedre trykklager 24 i en vinkel som avviker fra vertikalretningen. Som i den foretrukne utføringsform utgjør denne avbøyningsvinkel tilnærmet to tredjedeler til én grad vinkelavbøyning.

Likeledes som i den foretrukne utføringsform, når man ønsker å gjenopprette den rettlinjete stilling, fjernes kulen 83 fra røret, slamstrømning åpnes gjennom den indre kanal

22 og fortsetter til borkronen 30. På dette punkt vil fjær-virkning fra fjæren 54 tilbakeføre kileclutchelementet 52

til en inngrepsstilling, og kam-vulstelementet 150 vil således gli oppad slik at røret 20 gjeninntar sin opprinnelige rettlinjete posisjon.

Det fremgår av denne beskrivelse av den foretrukne utfø-ringsform av oppfinnelsen og de etterfølgende krav at denne oppfinnelse gir muligheter for et antall varianter når det gjelder konstruksjon og styreinnretninger. Denne detaljerte beskrivelse skal derfor ikke ansees som begrensende, men oppfinnelsen skal omfatte alle de ekvivalente utføringsformer som er angitt i kravene.

Claims (9)

1. Retningsboreverktø y for styrbar boring i en dyp oljebrønn, karakterisert ved at det omfatter a. et langstrakt, ytre, orinterbart kappeelement som er innrettet i borehullet; b. et indre, bøyelig, dreiemomentoverførende element som er innrettet for rotasjon av en borkrone, opplagret i det ytre kappeelement; c. et første ringorgan for å holde det bøyelige dreie-momentoverf ørende element i en første innrettet stilling i kappeelementet; d. et annet ringorgan som omslutter det indre bøyelige element for omstilling av det indre bøyelige dreiemoment-overf ørende element til en annen avbøyd stilling, i forhold til det ytre kappeelement; og e. organer som har en første koplet stilling som rotasjonsmessig sammenkopler det ytre kappeelement og det indre bøyelige element, og en annen ukoplet stilling som rotasjonsmessig frakopler det ytre kappeelement fra det indre bøyelige element .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre bøyelige element videre omfatter et langstrakt bøyelig rørelement som er innrettet for rotasjon.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre bøyelige element videre omfatter organer for rotasjon av en borkrone ved enden av rørelementet, som orienterer borkronen i en vinkel som etableres av rørelementet.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter organer for omstilling av det første ringorgan til en stilling som tillater bevegelse av det indre bøyelige dreiemomentoverførende element til en andre avbøyd stilling i forhold til det ytre kappeelement.

5. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter organer for å bevege det første ringorgan til stillingen for bibehold av det bøyelige dreiemomentoverførende element i en første innrettet stilling i kappeelementet.

6. Retningsboreverktøy, karakterisert ved at det omfatter: a. et langstrakt ytre orienterbart kappeelement som i en første ende kan koples til en borestreng, innrettet i borehullet; b. et indre bøyelig dreiemomentoverførende element som er innrettet for rotasjon av en borkrone, innvendig i den ytre kappe; c. en clutchinnretning som har en første koplet stilling som rotasjonsmessig sammenkopler det ytre kappeelement med det indre bøyelige element, og en annen ukoplet stilling som rotasjonsmessig frigjør det andre kappeelement fra det indre bøyelige element; og d. et ringorgan som omslutter det indre bøyelige element for avbøyning, i forhold til orienteringen av det ytre kappeelement, av det indre bøyelige dreiemomentoverførende element når clutchelementet er i den andre ukoplete stilling.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at den videre omfatter organer for omstilling av ringorganet til den andre ukoplete stilling.

8. Verktøy for styrbar retningsboring ved bruk av en rota-sjonsborestreng, karakterisert ved at det omfatter: a. et langstrakt ytre orienterbart kappeelement som kan festes til nedre ende av borestrengen, innrettet i borehullet; b. et indre, bøyelig dreiemomentoverførende element som er opplagret i det ytre kappeelement for rotasjon av borkronen; c. en clutchinnretning som har en første koplet stilling som rotasjonsmessig sammenkopler det ytre kappelement og det indre bøyelige element og en annen ukoplet stilling som rotasjonsmessig frigjør det andre kappeelement fra det indre bøyelige element; d. et første ringorgan for å opprettholde det bøyelige dreiemomentoverførende element i en første innrettet stilling og kappeelementet når clutchelementinnretningen er i den første koplete stilling; og e. et annet ringorgan som opptar det bøyelige element for omstilling i forhold til orienteringen av det ytre kappeelement, av det indre bøyelige dreiemomentoverførende element til en annen avbøyd stilling, når clutchinnretningen er i den andre ukoplete stilling.

9. Fremgangsmåte for retningsboring, karakterisert ved at den omfatter: a. fremskaffing av et ytre rotasjonsmessig innrettbart kappeelement; b. anordning i kappeelementet av et indre bøyelig drivelement som har en første innrettet stilling og en annen avbøyd drivstilling; c. rotasjonsmessig tilkopling av borkronen til det bøyelige drivelement, som reaksjon på avbøyning av elementet; d. fremskaffing av et ringorgan for å oppta det bøye-lige drivelement for å avbøye det indre bøyelige drivelement til den andre avbøyde drivstilling i forhold til det ytre innrettingselement; e. innretting av det ytre element for å opprette en boreretningsasimut; og f. avbøyning av drivelementet for å opprette en forskjø-vet borevinkel langs den opprettete asimut.