NO881335L - Fremgangsmaate og anordning for styring av et boreverktoey. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for regulering av banen til et boreverktøy som er festet til enden av et sett av stenger.

Det er kjent å benytte stabilisatoranordninger for å regulere banen til et boreverktøy, anbragt med innbyrdes avstand langs lengden av settet av stenger, i soner som vanligvis ikke er langt fra boreverktøyet.

Slike stabilisatorer omfatter en hoveddel med rørform, koblet til settet av stenger, idet en midtre boring i hoveddelen danner en forlengelse av boringen i stengene, for å muliggjøre kontinuerlig sirkulasjon av borefluid i settet av stenger. Hoveddelen til stabilisatoren holder i det minste en anleggsplate, og vanligvis er tre anleggsplater montert i 120° vinkelavstand med hverandre, for å beveges på hoveddelen av stabilisatoren i radiale retninger i forhold til aksen til settet av stenger. Midler for å aktivere anleggsplatene muliggjør bevegelse av disse radialt utover og innover i radial retning, for å anbringe platene i en bestemt stilling der platene rager mer eller mindre ut fra hoveddelen til stabilisatoren. Platene som kommer til anlegg mot kantene til det borede hullet muliggjør at banen til boreverktøyet kan reguleres.

En boreanordning med styrt bane er kjent fra FR-patentansøkning 85 04996, med publiseringsnummer 2.579.662, og anordningen kan ha flere stabilisatorer i serie på settet av stenger, idet anleggsplatene til stabilisatorene kan anbringes i suksessive radiale stillinger ved hjelp av en aktiverings-flate som omfatter skråflater som er skrådd i forhold til aksen til settet av stenger og er maskinert på et stempel som er montert for å beveges for translasjon og i rotasjon inne i hoveddelen til stabilisatoren.

En slik anordning aktiveres ved hjelp av midler for styring som har borefluidet som energikilde. Disse midler for styring kan fordelaktig være anordnet på den måte som er beskrevet i FR-patentansøkning 85 00142, med publiseringsnummer 2.575.793. Forskyvningene av stempelet som bevirker radial bevegelse utover av anleggsplatene medfører en meget stor økning av trykkfallet i borefluidet, slik at det er mulig å bestemme fra overflaten de suksessive stillinger til stempelet, og således av anleggsplatene, ved måling av trykket i borefluidet.

I det tilfelle at i det minste to stabilisatorer er anordnet etter hverandre på settet av stenger er det imidlertid, ikke kjent noen fremgangsmåte eller anordning for å styre stabilisatorene på en slik måte at banen til boreverktøyet reguleres på en nøyaktig måte ut fra retningsmålinger utført i området ved verktøyet. Stabilisatorene som er anordnet etter hverandre styres samtidig, f. eks. ved endring av strømnings-mengden pr. tidsenhet av borefluidet, og den radiale bevegelse utover til anleggsplatene skjer samtidig på en forut bestemt måte.

Det er derfor bare tilgjengelig et forholdsvis lite reguleringsområde, ettersom antall tilstander som kan oppnås ved bevegelse av anleggsplatene radialt utover er lik antall mulige suksessive stillinger til disse anleggsplater.

Et formål med oppfinnelsen er å komme frem til en fremgangsmåte for regulering av banen til et boreverktøy som er festet til enden av et sett stenger som omfatter i det minste to stabilisatorer anordnet i innbyrdes avstand langs lengden til settet av stenger, idet hver stabilisator omfatter en hoveddel som er forbundet med settet av stenger, i det minste en anleggsplate montert på hoveddelen til stabilisatoren, for bevegelse i radial retning i forhold til settet av stenger, samt midler for å aktivere anleggsplaten for å bevege anleggsplaten mellom i det minste to stabile, radiale stillinger i forhold til hoveddelen, og fremgangsmåten muliggjør små just-eringer av banen til verktøyet, ved å øke antall mulige tilstander til gruppen av stabilisatorer med hensyn til radial

stilling til anleggsplatene.

For dette formål styres midlene for aktivering av hver stabilisator individuelt, for å anbringe anleggsplatene til stabilisatorene i bestemte stillinger som for samtlige stabilisatorer som er tilknyttet settet av stenger utgjør en kombinasjon av radiale stillinger til anleggsplatene som sikrer en ønsket retningsjustering for settet av stanger.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under hen-visning til de vedføyde tegninger, som viser en boreanordning som omfatter to stabilisatorer for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 1 viser, fra siden, det nedre parti av en boreanordning i

operativ stilling i et boret hull.

Fig. 2 viser et aksialt snitt gjennom en stabilisator i anordningen vist i fig. 1 og midler for aktivering av den annen stabilisator. Fig. 1 viser det nedre parti av et sett av stenger 1 som omfatter suksessive stenger 1a, 1b, 1c med rørform, i hvilke boreslam strømmer i retning av pilen 2. Den nedre stangen 1c bærer'boreverktøyet 4, som roteres av settet av stenger 1 og således borer hullet 3.

En første stabilisator 5 befinner seg mellom stengene 1a og 1b, og en annen stabilisator 6 befinner seg mellom stengene 1b og 1c. Stabilisatorene 5 og 6 er av den type som er beskrevet i FR-patentansøkning 85 04996.

Innbyrdes tilsvarende elementer i de to stabilisatorer i gitt de samme henvisningtall. Hver stabilisator omfatter en hoveddel 10, på hvilken er montert anleggsplater 9 som kan være skrådd i forhold til aksen 11 til settet avstenger som tilsvarer aksen til hullet som bores.

I den viste utførelse omfatter hver stabilisator fire an leggsplater anordnet i 90° i forhold til hverandre rundt hoveddelen 10 til hver stabilisator. Anleggsplatene 9 er montert for å beveges i forhold til hoveddelen 10 i radiale retninger, d.v.s. i retninger vinkelrett på aksen 11.

Monteringen av settet av stenger utføres på overflaten, og lengden til stengene 1b som monteres mellom stabilisatorene 5 og 6 og stengene 1c mellom stabilisatoren 6 og verktøyet 4 er slik valgt at lengden L1 mellom midtpartiet av den første stabilisator 5 og verktøyet, lengden.L2 mellom midtpartiet av den annen stabilisator 6 og verktøyet, og lengden L3 mellom midtpartiet av stabilisatorene 5 og 6 har en ønsket verdi.

Likeledes velges egenskapene til stabilisatorene slik at det muliggjøres individuell justering av de to stabilisatorer på avstand, slik det skal beskrives i det følgende.

Stabilisatorene 5 og 6 er av den type som er beskrevet i FR-patentansøkning 2.579.662, og fig. 2 i foreliggende ansøkning viser det vesentlige i fig. 2 i den nevnte franske patentansøkning.

Hoveddelen 10 til den rørformede stabilisator har en indre boring 12 i forlengelsen av den indre boring til settet av stenger, for å muliggjøre kontinuerlig sirkulasjon av borefluidet i den aksiale retning 2.

Hoveddelen 10 kan være koblet direkte eller via overgangs-elementer til settet av stenger, både med den øvre og nedre ende.

Platene 9 er montert for å kunne beveges i radiale retninger i forhold til hoveddelen 10 av stabilisatoren og å holdes på plass av holdeelementer 13. Platene påvirkes i retning mot inntrukket stilling av bladfjærer 14. Hver av platene kan forskyves i radial retning av tappelementet 15 som er for-skyvbart montert i hoveddelen 10 til stabilisatoren, og er i

kontakt med platen 9 med en av sine ender.

Et rørformet aktiveringsstempel 16 er montert for å beveges aksialt i translasjon og i rotasjon rundt aksen 11 inne i boringen 12 i hoveddelen 10. Stempelet 16 er maskinert på utsiden slik at det er dannet flater 17 som er skrådd i radial retning i forhold til aksen 11 til settet av stenger. Tappelementene 15 er i anlegg mot flatene 17 med de ender som er motsatt av de ender som er i kontakt med innsiden av anleggs-flaten 9.

Det vil forstås at aksial forskyvning av stempelet medfører en forskyvning av tappelementene i radial retning på grunn av virkningene til flatene 17.

F. eks. bevirker forskyvning av stempelet 16 nedover, slik det er vist i fig. 2, en bevegelse utover, d.v.s. en radialt ut-overrettet bevegelse av tappelementene 15 og anleggsplatene 9.

Som beskrevet i den nevnte FR-patentansøkning 2.579.662 er flatene 17 med varierende skråretning maskinert rundt stempelet 16, og er forbundet med komplementære deler på konstant nivå i radial retning, omfattende rette deler for til-bakeføring av stempelet 16 og buede deler som muliggjør at stempelet kan rotere inne i boringen 12 og utføre en trinn-bevegelse som bringer tappelementene til anleggsplatene til innløpet av en ny flate.

I henhold til hva som er beskrevet i FR-patentansøkning 2.579.662 er det således mulig å oppnå variable radiale stillinger til anleggsplatene ved å bringe tappelementene 15 i kontakt med et parti av aktiveringsflaten i et bestemt område i radial retning, idet bevegelsen fra et område til et annet skjer ved hjelp av flatene 17.

Et frihjul 20 muliggjør rotasjon av stempelet i en enkelt retning og sikrer en bestemt rekkefølge av radiale stillinger fer anleggsplatene ved suksessiv forskyvning av stempelet i boringen 12. Rekkefølgen til de radiale stillinger bestemmes av formen til aktiveringsflaten, og særlig av skråretningen og stillingen til flatene 17.

Forskyvningene til stempelet i aksial translasjon i retning av pilen 2 styres av en trykkfallanordning dannet av et profilert element 21 og kalles nålelement, samt av et ringformet, profilert element 23. Nålelementet 21 er festet til hoveddelen 10 langs aksen til boringen 12, og det ringformede element 23 er forbundet med det rørformede stempel 16 og utgjør en del av den innerflaten som borefluidet strømmer langs. Stempelet 16 er montert i hoveddelen 10 på en slik måte at elementet 23 befinner seg rundt nålelementet 21.

Borefluidet må når det strømmer i retning av pilen 2 inn i det rørformede stempel 1 passere det ringformede rom som avgrenses mellom nålelementet 21 og det ringformede element 23. Det skjer et trykkfall som bevirker en trykkforskjell mellom de to aksiale ender av stempelet 16.

Stempelet 16 holdes i den stilling som er vist i fig. 2, tappelementene 15 er i kontakt med flatene 17 med en av sine ender, både på grunn av en skruefjær 24 og bladfjæren 14 og anleggsplatene 9 som virker mot stempelet 16 via tappelementene 15.

Stempelet 16 kan bare bevege seg i aksial retning og i retning av pilen 2 dersom kraften som borefluidet utøver på stempelet overstiger en bestemt grense, d.v.s. dersom trykkforskjellen mellom endene av stempelet overstiger en bestemt grense.

Egenskapene til stabilisatoren, og særlig diametrene til nålelementet 21 og det ringformede element 23, er slik tilpasset at forskyvningen av stempelet i aksial retning og i retning av pilen 2 inntreffer ved en strømningsmengde Qactl som er betydelig høyere enn den normale strømningsmengde Qfor for bore-

fluidet.

Anordningen virker på følgende måte:

Når det er ønskelig å forskyve anleggsplatene 9, f. eks. å bevege disse radialt utover, økes strømningsmengden for borefluidet til en verdi som er i det minste lik Qactl, og vanligvis til litt høyere enn denne. Stempelet 16 forskyves i retning av pilen 2, hvilket bevirker bevegelse utover av platene ved samvirke mellom tappelementene 15 og flatene 17. Forskyvningslengden til stempelet 16 tilsvarer lengden til flatene slik at ved slutten av forskyvningen av stempelet er tappelementene 15 kommet til den øvre ende av flatene 17-

Profilen av nålelementet 21, som harøkende diameter, sam-virker under forskyvningen av stempelet med det ringformede element 23 for å øke trykkfallet i borefluidet. Trykket i borefluidet, som kan måles fra overflaten,øker betydelig ved slutten av den translatoriske bevegelse til stempelet. Det er således mulig å bestemme fra overflaten stillingen til stempelet, som tilsvarer stillingen til tappelementene ved enden av flatene. Tappelementene 15 kommer deretter i kontakt med et buet parti av aktiveringsflaten, hvilket bevirker rotasjon av stempelet 16 rundt aksen 11 i den retning som mulig-gjøres av frihjulet, ved et rotasjonstrinn. Tappelementene 15 er derved innrettet etter de komplementære deler med konstant nivå av aktiveringsflaten.

Dersom strømmen av borefluid stanses ved at pumpingen stanses opphører den kraft som holder stempelet på plass, og fjæren 24 beveger stempelet i translasjon i retning motsatt av pilen 2. Tappelementene 15 beveger seg langs komplementære deler med konstant nivå av aktiveringsflaten, og kommer til en stabil stilling på et nivå som tilsvarer nivået til den øvre ende av flatene 17.

Anleggsplatene holdes derved i en stabil radial stilling av tappelementene 15.

Dersom den radiale stilling til stabilisatoren tilsvarer den valgte stilling gjenopprettes strømningsmengden til borefluidet i settet av stenger, og boringen fortsetter, og justeringen av banen sikres av stabilisatoren 5 i den radiale stilling.

Dersom den radiale stilling som oppnås med den første forskyvningssyklus av stempelet ikke er den valgte stilling, utføres en annen forskyvningssyklus på samme måte som tid-ligere, ved å øke strømningsmengden til verdien Qactl.

Den anordning som f. eks. er beskrevet i FR-patentansøkning 2.579-662 omfatter således tre stabile radiale stilling for anleggsplatene 9. Det samme gjelder stabilisatorene 5 og 6 i denne utførelse av oppfinnelsen, som hver omfatter tre stabile, radiale stillinger.

Som vist i den nedre del av fig. 2 omfatter den annen stabilisator 6 et nålelement 21' som er identisk med nålelementet 21 i den første stabilisator 5. På den annen side omfatter aktiveringsanordningen i den annen stabilisator 6 et ringformet element 23' som er forbundet med et stempel 16' hvis minste innerdiameter d' er vesentlig større enn den minste innerdiameter d til det ringformede element 23 i aktiveringsanordningen i stabilisatoren 5.

Følgelig er den aktiverende strømningsmengde Qact2 til stabilisatoren 6 større enn den aktiverende strømningsmengden Qactl for stabilisatoren 5, og trykkfallet som varierer med strøm-ningsmengden er større i området ved den ringformede passasjen som har ytterdiameteren d enn i området ved den ringformede passasjen som har ytterdiameteren d' .

Aktiveringsanordningene til stabilisatorene 5 og 6 beskrevet over muliggjør individuell regulering av stabilisatorene 5 og 6 i en av de radiale stillinger, slik det skal beskrives i det følgende.

I det følgende benyttes betegnelsene 01, 02 og 03 for ytterdiametrene til stabilisatoren 5, hvis plater er anbragt i tre suksessive, radiale stillinger. Disse diametre tilsvarer de tre mulige tilstander for stabilisatoren 5.

Likeledes betegnes ytterdiametrene til de mulige tilstander til den annen stabilisator 6 med 0'1, 0'2 og 0'3.

Det forutsettes at stabilisatoren 5 befinner seg i en av disse tilstander, f. eks. tilstanden 02, oppnådd slik som beskrevet ovenfor. Når stillingen 02 er nådd, opphører strømmen av borefluid, og stempelet 16 til stabilisatoren 5 føres tilbake til sin utgangsstilling. Stabilisatoren 5 er derved i stabil stilling, tilsvarende tilstanden 02.

Borefluidet økes deretter fra overflaten, til en verdi som i det minste er lik Qact2, og vanligvis litt høyere. Stemplene 16 og 16' forskyves på en slik måte at anleggsplatene til stabilisatorene 5 og 6 kommer til nye stillinger, etter avbrytelse av strømmen, og stabilisatorene 5 og 6 er i nye stabile stillinger som f. eks. tilsvarer tilstandene 03 og

Dersom denne kombinasjon tilsvarer den ønskede kombinasjon gjenopprettes strømningen Qfor, og boringen fortsetter med denønskede justering av banen.

Dersom den oppnådde kombinasjon ikke er den ønskede kombinasjon forsetter aktiveringen av stabilisatorene ved å øke den aktiverende strøm til et nivå som er høyere enn Qactl og lavere enn Qact2, eller til et nivå som er høyere enn Qact2. For f. eks. å oppnå kombinasjonen 02, 0'2 utføres de følgende operasjoner:

- økning av strømningen til Qact2 (eller litt over),

- avbrytelse av strømningen (den oppnådde kombinasjon er derved 01, 0<*>2), ;- økningen av strømningen til Qactl,;- avbrytelse av strømningen (den oppnådde kombinasjon er derved 02, 0'2). ;Strømningen Qfor kan deretter gjenopprettes, og boreopera-sjonen fortsetter med den ønskede justering av banen. ;De suksessive stillinger til stemplene 16 og 16' kan registreres fra overflaten ved hjelp av måling av trykk, idet trykkfallene mellom elementene 23 og 23' og nålelementene 21 og 21' er meget høyt når stempelet har avsluttet sin forskyvning under påvirkning av borefluidet. ;Den individuelle regulering til stabilisatorene 5 og 6 mulig-gjør at det kan oppnås ni forskjellige kombinasjoner med hensyn til en tilstand for stabilisatoren 5, og en tilstand for stabilisatoren 6. ;Disse tilstander kan betegnes som følger:;01, 0'1, 01 0'2, 01 0'3 .... ;For sammenligning vil det for stabilisatorer som reguleres samtidig bare oppnås tre forskjellige tilstander, og derfor vesentlig mindre muligheter for regulering. ;Når det gjelder den anordning som er beskrevet i FR-patent-ansøkning 2.579.662 tilsvarer de tre forskjellige tilstander med hensyn til radial stilling av anleggsplatene til stabilisatoren nivåer for aktiveringsflaten som ligger henholdsvis 11 mm, 6 mm og 4,5 mm under den ytre, nominelle overflate av stempelet i stabilisatoren. Når det gjelder fremgangsmåten og anordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, velges de samme aktiveringsnivåer, slik at diametrene 01, 02, 03 og 0'1, 0<*>2 og 0'3 vil være lik henholdsvis D. D + 10 mm,

D + 13 mm, der D angir den minste diameter til stabilisatoren.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen muliggjør derfor et stort reguleringsområde for banen for boringen med et lite antall stabilisatorer, idet dette antall kan være to, mens hver stabilisator kan ha et lite antall reguleringstilstander.

Omfanget av oppfinnelsen er ikke begrenset til den beskrevne utførelse.

Således kan det benyttes mere enn to stabilisatorer i serie, f. eks. tre stabilisatorer, og for hver av disse stabilisatorer kan det være et hvilket som helst antall reguleringsstillinger med hensyn til diameter.

Det vil minst anvendes en gruppe på to stabilisatorer, som hver har to forskjellige reguleringsstillinger. I dette tilfelle vil det oppnås fire forskjellige tilstander som tilsvarer kombinasjonen av de to diametrene til de to stabilisatorer .

I det tilfelle at det anvendes tre stabilisatorer som hver har tre reguleringsstillinger vil det oppnås 27 tilstander med hensyn til regulering.

Det er imidlertid meget vanskeligå styre et forholdsvis stort antall stabilisatorer, f. eks. større enn tre, ettersom de suksessive, aktiverende strømningsmengder Qactl, Qact2, Qact3 o.s.v. må være klart forskjellige fra hverandre og betydelig større enn den normale strømningsmengde ved boring. For å styre et stort antall stabilisatorer ville det derfor være nødvendig å ha et meget stort reguleringsområde for strøm-ningsmengden, hvilket vanligvis ikke er tilfellet i konven-sjonelle boreinstallasjoner.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er ikke begrenset til bruken av midler av hydraulisk type for styring av trykkfallet for å aktivere de forskjellige stabilisatorer som er anordnet i serie. Det kan tenkes bruken av andre midler for styring av hydraulisk type, f. eks. bruken av ventiler eller andre lukkeelementer som anbringes i settet av stenger for aktivering av stabilisatorene. Slike anordninger er imidlertid mindre fleksible og vanskeligere å bruke enn anordninger for trykkfall som styres fra overflaten.

Andre hydrauliske eller pneumatiske midler for styring kan også tenkes, og også elektriske midler som hvert er tilknyttet stabilisatorene.

Stabilisatorene kan være av en annen type enn beskrevet i FR-patentansøkning 85 04996, og kan f. eks. omfatte stempler som bare forskyves translatorisk og har flater for tapp-elementer som aktiverer anleggsplater innrettet langs lengden av stempelet.

Oppfinnelsen kan anvendes i alle tilfeller der det er ønskelig å regulere og styre banen til et boreverktøy.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for justering av banen til et boreverktøy som er festet til enden av et sett av stenger som omfatter i det minste to stabilisatorer anordnet i innbyrdes avstand langs lengden av settet av stenger, og som hver omfatter en hoveddel forbundet med settet av stenger, i det minste en anleggsplate montert på hoveddelen til stabilisatoren, for å beveges i radial retning i forhold til settet av stenger, samt midler for å aktivere anleggsplaten for å bevege denne mellom i det minste to stabile, radiale stillinger i forhold til hoveddelen, idet midlene for å aktivere hver av disse stabilisatorer styres individuelt, for å bringe anleggsplatene til stabilisatorene til bestemte stillinger, som for alle stabilisatorene som er tilknyttet settet av stenger danner en kombinasjon av radiale stillinger til anleggsplatene som mulig-gjør ønsket regulering av retningen til settet av stenger..

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, idet settet av stenger omfatter to stabilisatorer, og anleggsplatene til disse kan anbringes i hvilken som helst av tre radiale stillinger.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, idet stabilisatorene styres av hydrauliske midler som bevirker et trykkfall og benytter driftkraften fra borefluidet som tilføres verktøyet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, idet de hydrauliske midler for aktivering bevirker et trykkfall som øker betydelig når anleggsplatene er anbragt i en forut bestemt radial stilling, idet det er mulig å detektere denne stilling på avstand ved måling av trykket i borefluidet.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3 eller 4, idet midlene for aktivering av stabilisatorene bringes til virkning ved forskjellige aktiveringsstrømmer som er betydelig høyere enn den normale strøm av borefluid.

6. Anordning for regulering av banen til et boreverktø y som er festet til enden av et sett av stenger som omfatter i det minste to stabilisatorer anordnet i innbyrdes avstand langs lengden av settet av stenger, og som hver omfatter en hoveddel forbundet med settet av stenger, i det minste en anleggsplate montert på hoveddelen til stabilisatoren, for å beveges i radial retning i forhold til settet av stenger, samt midler for å aktivere anleggsplaten, omfattende et stempel montert for bevegelse i aksial translasjon og rotasjon rundt aksen til settet av stenger inne i den rørformede hoveddel, idet stempelet har flater for å aktivere anleggsplatene via tapp-elementer, og stempelet har rørform og har i sin indre boring et profilert parti som kan samvirke med et profilert element festet inne i hoveddelen til stabilisatoren, langs aksen til denne, idet hver av stabilisatorene omfatter et stempel hvis profilerte parti har en åpningsdiameter som er forskjellig fra åpningsdiameteren til det profilerte parti i stemplene til de øvrige stabilisatorer.