NL8200078A - Roterende asafdichting en legersmeerinrichting. - Google Patents

Description

v N.0. 50753 1

Roterende asafdichting en legersmeerinrichting.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een roterende asafdichting en een legersysteem, en in het bijzonder op een roterende asafdichting of legerinrichting die geschikt is voor zeer ruwe bedrijfsomstandigheden, die bijvoorbeeld aanwezig kunnen zijn bij 5 toepassing samen met een boormotor onder in een put.

Boormotoren onder in een put worden toegepast om de boorkop gedurende bepaalde boorhandelingen, zoals daar waar de richting van een putboring betrekkelijk plotseling moet worden gewijzigd en wel nauwkeurig om een gewenste doel in de aardformatie te bereiken.

10 Dergelijke motoren worden in het algemeen aangedreven door de circulatie van een putboormédium, in het algemeen boorspoeling, genoemd, die vanaf het oppervlak naar beneden door de boorpijp wordt gepompt waar de vloeistof uittreedt door mondstukken of straalmonden in de boorkop en dan terugkeert naar het oppervlak door 15 de ringvormige ruimte tussen de wand van het boorgat en de boorpijp. Natuurlijk smeert en koelt de vloeistof de boorkop en neemt het steenboorsel mee naar boven en voert dit buiten de put. Boormotoren hebben verschillende vormen zoals turbines, roterende schoepinrich-tingen en "moineau" motoren. Alle uitvoeringen waarmee de aanvrager 20 op de hoogte is hebben echter geen lange levensduur als gevolg van de uiterst ruwe werkomstandigheden, die optreden. Een eerste factor van een vroeg falen is een gevolg van het feit dat de boorvloeistof-fen zelfs na filtreren aan het oppervlak kleine schurende steendeeltjes bevatten die een snelle slijtage van verschillende motor-25 onderdelen veroorzaken, in het bijzonder van de roterende asafdichtingen en legers, die in het bijzonder aanwezig zijn in een motor-samenstel. Het probleem zal volkomen duidelijk zijn als wordt gerealiseerd dat bij alle door vloeistof aangedreven motoren van het boven beschreven type de drukval over de mondstukken van de 30 boorkop tot gevolg heeft dat de boorspoeling met daarin aanwezige steendeeltjes stroomt door de motor en treedt in de afdichtingen en legers, wat aanleiding geeft tot slijtage van de afdichtoppervlakken en beschadiging aan de elementen zelf. Natuurlijk maakt het falen van een afdichting of een leger de boormotor in hoofdzaak niet 35 geschikt voor voortgezet boren van de put als gevolg van snelle lekkage van vloeistof naar de ring met als gevolg daarvan een lagere afgifte van vermogen, en zou het vastlopen van de as, zodat de motor niet langer de boorkop op efficiënte wijze kan aandrijven (of misschien in het geheel niet). Als falen optreedt moet het boren 8200078 Γ * 2 worden "beëindigd en de boorpijp en de motor moeten uit de put worden genomen zodat de motor kan worden vervangen of gerepareerd, wat veel tijd vraagt en dus kostbaar is.

Het onderhoud van werkzame roterende asafdichtingen en legers 5 bleek een hinderlijk probleem dat het gebruik van boormotoren onder in de put als effectieve putboorgereedschappen heeft beperkt. Onderhavige uitvinding is gericht op een zeer bijzondere oplossing van dit probleem.

Het algemene doel van de uitvinding is het verschaffen van een 10 roterende asafdichting of legerinrichting, die is ontworpen voor zeer zware werkomstandigheden zoals die die kunnen optreden bijvoorbeeld bij het putboren onder gebruikmaking van een onder in de put aanwezige motor.

Dit en andere doeleinden worden volgens de uitvinding bereikt 15 door het verschaffen van een inrichting omvattende eerste en tweede organen die ten opzichte van elkaar roteerbaar zijn, en structuele organen, zoals een afdichting of een leger geplaatst tussen genoemde organen en in staat te werken in een gesmeerde omgeving. Een huisorgaan bevestigd op één van genoemde organen is zo uitgevoerd en 20 ingericht dat één of meer ringvormige kamers worden verschaft die aanvankelijk worden gevuld met een smeermiddel, zoals een geschikt vet, dat onder druk wordt gebracht door de boorvloeistoffen. Het vet en de boorspoeling mogen zich niet mepgen door dichtheidsverschil in de vloeistof. Eén van de kamers verschaft een centrifugaalseparator, 25 die de vaste deeltjes ge suspendeer djin de boorvloeistof naar buiten drukt en een naar binnen gerichte schouder aan het boveneinde van de kamer vangt de deeltjes en voorkomt beweging daarvan naar de afdichtingen en de legers. Deze elementen zijn dus geïsoleerd ten opzichte van de schurende deeltjes die zijn gesuspendeerd in de boorvloei-30 stoffen om de levensduur van de afdichting en het leger te bevorde-? ren en het uitvallen van de boormotor als gevolg van falen te voorkomen.

De uitvinding wordt hierna nader beschreven aan de hand van een tekening, waarin uitvoeringsvoorbeelden zijn weergegeven.

33 Eig. 1 toont schematisch een putboring waarbij een onder in de put aanwezige boormotor wordt toegepast.

De figuren 2A tot 2D tonen langsdoorsneden waarbij delen in zij-aanzicht zijn aangegeven, van een beneden in de put zijnde motor die afdicht- en legersmeersystemen omvat die zijn vervaardigd vol-40 gens de uitvinding.

8200078 £ ‘jü . . 5

Fig. 3 toont een detail op groter schaal.

In fig. 1 is een puthoring 10 weergegeven die is gehoord door een boorkop 11, die is bevestigd op de uitgaande as 12 van een boormotor, die in het algemeen is aangegeven met 13· Het boveneinde 5 van de motor is bevestigd op het ondereinde van de hoorbuis 14 die zware boorkragen kan omvatten voor het verschaffen van het gewenste gewicht op de boorkop, een gebogen deel voor het regelen van de richting van het boren van het boorgat en een boorpijp, die zich naar boven uitstrekt naar het oppervlak.. Gedurende typische hande-10 lingen woedt boorvloeistof naar beneden gepompt door de boorstang 14, waar het stroomt door de motor 13 en deze bekrachtigt, en dan uittreedt via mondstukken van de boorkop 11 en terugkeert naar het oppervlak samen met boorsel. Aan het oppervlak worden de boorvloeistof fen gefiltreerd door een "shale shaker" of dergelijke en wordt 15 in staat gesteld enige tijd aanwezig te blijven in een boorvloei-stofput om zoveel mogelijk steendeeltjes en boorslijpsel als mogelijk is te verwijderen. Vervolgens wordt de vloeistof teruggepompt door de boorpijp 14 in een in hoofdzaak continu circulerend proces. Hoewel verschillende filtreer- en neerslagtechnieken kunnen 20 worden gebruikt om zoveel mogelijk steendeeltjes als mogelijk te verwijderen, zal het voor een deskundige duidelijk zijn dat het volledig verwijderen van al dergelijke deeltjes niet mogelijk is en wel om practische redenen, en dat een bepaalde hoeveelheid meegenomen vaste deeltjes aanwezig blijft in de boorspoeling.

25 In de figuren 2A tot 2D zijn structurele details van de uit vinding weergegeven, en wel een buisvormig huis 20, is aan zijn boveneinde bevestigd aan de boorstang door middel van schroefdraad 21 en bezit een centraal kanaal 22 voor de stroom van boorvloeistof. Hoewel verschillende typen motorconstructies kunnen worden toege-30 past, zoals hierboven reeds aangegeven, omvat een geschikte aandrijver statorbladen 23 die zijn bevestigd in het huis 20 en samenwerkende rotorbladen 24» die zijn aangebracht op een as 25» die is gelegerd in een huis en wel roterend om zijn langshartlijn. Omdat een motor van het turbinetype inherent een inrichting is met een 35 hoog aantal toeren per minuut, en omdat de boorkop 11 met een veel lager aantal omwentelingen per minuut moet worden gedraaid om beschadiging daarvan te voorkomen, wordt een snelheidsreductie-tandwielkast 27 gebruikt. Be tandwielkast 27 is van bekende constructie waarbij een planetair tandwielstelsel wordt gebruikt dat 40 veel gelijkt op dat weergegeven in Amerikaans octrooischrift · 8200078 4' * * 2,937*008, en dat in de handel verkrijgbaar is. Details daarvan behoeven dus verder niet te worden vermeld. De uitgaande as 28 van de tandwielkast 27 is gekoppeld door middel van groeven 29 of dergelijke met de uitgaande as 30 van de boormotor 13· De as 30 kan 5 uit verschillende delen bestaan en strekt zich uit vanaf het ondereinde van het huis 20, waar een van schroefdraad voorziene kast 31 dient om de as van de boorkop 11 te bevestigen. Na uittreden uit de turbine stroomt de boorspoeling door poorten 32 (fig. 2B) en in een ringvormig binnenste gebied 33 tussen het huis 20 en de as 28 en 10 dan door poorten 34 in .’de holle binnenboring 35 van de uitgaande as 30. Verschillende legersamenstellen, zoals druklegers 37» 38 en radiale legers 39-41 stabiliseren de roterende assen in het huis 21 en nemen de axiale en radiale belastingen op die worden uitgeoefend tijdens de werking van de motor 13· 15 Een eerste gesmeerd afdichtsysteem volgens de uitvinding is in het algemeen aangegeven bij 45 in fig. 2B. Een buisvormig orgaan 48, dat is aangebracht op het boveneinde van de tandwielkast 27, en waarin de turbineas 25 roteert, heeft een afdichtsamenstel 47» dat is aangebracht op zijn boveneinde. Het afdichtsamenstel 47 omvat 20 elastomere pakkingringen 48 van geschikte constructie, die zijn bevestigd in de vasthoudkap 49 en die afdichtend samenwerken met een onderliggend afdichtoppervlak 50 van de as 25. Het rotor-samenstel is voorzien van een afhangende vanghuls 51> iie het orgaan 46 omgeeft en zich naar beneden daarlangs uitstrekt. De 25 vanghuls 51 is voorzien van bovenstenste en onderste inwendige ringvormige uitsparingen 52 en 53» en deze uitsparingen alsmede de delen 54» 55 direct boven en onder de afdichting 48 zijn omgeven door een geschikt smeermiddel, zoals een betrekkelijk zwaar vet.

Een ringvormige speelruimte 56 is aanwezig tussen het ondereinde 30 van de huls 51 en het nabij liggende deel van het orgaan 48 voor het doorgeven van de druk van de boorspoeling aan het smeermiddel. Omdat de huls 51 roteert met de turbinemotor, wordt alle boor-vloeistof die treedt in de onderste holte 53 gedwongen in dezelfde mate daarmee te roteren als gevolg van wrijvingskrachten tussen de 35 vloeistof en het roterende orgaan, en deze rotatie heeft tot gevolg dat alle vaste deeltjes aanwezig in de vloeistof centrifugaal naar de buitenzijde van de holte 53 worden gedrukt. Een naar binnen gerichte flens 57 op de huls blokkeert naar boven gerichte beweging van de vaste deeltjes en vermijdt dat ze treden in de bovenste 40 uitsparing 52, die ook smeermiddel bevat. Het afdichtsamenstel 45 8200078 5 tU * wordt in een optimale omgeving gehouden ten behoeve van lange levensduur.

Een ander roterend assysteem, dat voldoet aan het principe van de uitvinding is weergegeven in fig. 2C. Hier omvat het afdicht-5 samenstel, in het algemeen aangegeven met 60, een vasthoudring 61 die rust op een huisschouder 62 en daartegen wordt gedrukt door een veer 63, zoals een veerring of dergelijke. De ring 61 draagt afdichtingen 64, die samenwerken met een buitenste afdichtoppervlak 65 van de uitgaande as 30 van de motor om lekkage van vloeistof te 10 voorkomen. Een vanghulssamenstel omvat een binnenste huisorgaan 66, dat is aangebracht op het huis 20 met behulp van een veerring 67 of dergelijke, en een buitenste huisorgaan 68, dat wordt gedragen door de uitgaande as 30 en daarmede dus roteert. Bovenste en onderste kamers 70, 71j die in het huisorgaan 68 zijn gevormd, zijn gevuld 15 met vet, zoals ook het deel 72 boven het boveneinde van het huisorgaan 68, de ringvormige ruimte 75 tussen het huisorgaan en de binnenwand van het huis, en het deel 74 boven het afdichtsamenstel 64. Ringvormige spelingsruimten 75-77 zijn aanwezig tussen de huisorganen 66 en 68 voor het overbrengen van de druk van de boor-20 vloeistof. Omdat vet wordt gebruikt gédurende de werking van de motor 13 wordt alle boorvloeistof die treedt door de onderste spelingsruimte 77 in de kamer 71 tot rotatie gedwongen als gevolg van de vloeistofswrijving. De vaste deeltjes worden dus naar de buitenzijde van de kamer 71 gedwongen en worden geblokkeerd door de 25 naar binnen gerichte flens 78 op het huisorgaan 68 tegen beweging naar de afdichtingen 64. Een scheiding wordt gehandhaafd tussen de boorvloeistof en het vet als gevolg van het verschil'in dichtheid (het vet is lichter en drijft dus op de boorspoeling), zodat het afdichtsamenstel 64 in een optimale omgeving wordt gehouden.

30 Het afdichtsamenstel 64 heeft de druk van de boorvloeistof als de motor 13 wordt bediend die op zijn bovenzijde wordt uitgeoefend.

In overeenstemming met een ander kenmerk van de uitvinding wordt deze druk ook uitgeoefend op de onderzijde daarvan door één of meer radiale poorten 80, die zich uitstrekken door de wand van de 35 uitgaande as 30, als weergegeven in fig. 2D om de boring 81 van de as in verbinding te brengen met het ringvormige deel 82 tussen de buitenzijde van de as en de binnenwanden van het huis 20. Op deze wijze worden de drukken op tegenover elkaar liggende zijden van het afdichtsamenstel 64 in hoofdzaak vereffend om beweging van vuil 40 bevattende boorspoeling naar de afdichting vanaf elke richting te 82 0 0 0 7.8 6 verhinderen. Een vanghuls 83» die is bevestigd door middel van schroefdraad 84 op het huis 20 bezit bovenste en onderste vetkamers 85 en 86, met spelingruimten 87» 88, 89 en naar binnen gerichte schouders 90» 91 die zijn aangebracht als boven beschreven aan de 5 hand van andere uitvoeringen van de uitvinding. Alle boorspoeling die treedt in de speelruimten als het smeermiddel gedurende het werken van de motor wordt verbruikt,wordt in rotatie gebracht met de as 30 en de meegenomen steendeeltjes worden centrifugaal afgescheiden en naar de buitenzijde van de kamer 68 gedrukt waar zij 10 worden geblokkeerd tegen opwaartse beweging door de flens 90.

In overeenstemming met nog een andere uitvoering van de uitvinding kan het gewenst zijn een geringe en geregelde lekkage te verschaffen naar de ring van enige boorspoeling die treedt in de drukvereffeningspoorten 80. Als weergegeven in fig. 2D en op groter 15 schaal in fig. 3 zijn bekledingsplaten 90 en 91» vervaardigd uit hard metaal zoals wolfram carbide geplaatst tussen en bevestigd met soldeer of dergelijke op een bovenste eindoppervlak 92 op de asstomp 31 en een onderste eindvlak 93 van het huis 20. Omdat de platen 90, 91 niet zijn afgedicht ten opzichte van elkaar door een 20 afdichtring of dergelijke is een kleine of nominale lekkagebaan aanwezig die het mogelijk maakt het insluiten van roterende druk zodat het vermogen van de boormotor 13 niet in belangrijke mate wordt gereduceerd terwijl drukvereffening plaatsheeft over het afdichtsamenstel 64.

25 WERKING.

Tijdens de werking zijn de delen samengesteld als weergegeven in de tekening en is vet geïnjecteerd in de verschillende kamers en delen via geschikte aansluitingen (niet weergegeven). Vervolgens wordt de boormotor 13 waaraan de boorkop 11 is bevestigd aan de 30 uitgaande· as 31 ervan, gekoppeld met het ondereinde van de boorpijp 14 en omlaag gebracht in de put 10. Als de boorkop 11 de bodem van het boorgat bereikt wordt circulatie van boorspoeling ingesteld wat tot gevolg heeft dat de turbineas 25 begint te draaien en de uitgaande as 30» 31 en de boorkop gaan roteren via de reductietandwiel-35 kast 27. Als het vet, dat de afdichtingen smeert, is opgebruikt tijdens de werking van de motor 13, worden alle vaste deeltjes in de boorspoelingstroom, die treden in de vetkamer door centrifugaal-kracht afgescheiden en geblokkeerd tegen het bereiken van de asafdichtingen. De afdichtingen werken dus in een gesmeerde omgeving 40 die vrij is van korrelvormig materiaal dat tot nu toe het falen van 8200078

Cr % 7 de afdichting een belangrijk en lang aanwezig probleem vormde in deze techniek.

De gesmeerde schachtafdichting en legerinrichtingen die hierin zijn beschreven kunnen worden gebruikt bij onder in de put werkende 5 boormotoren van bijna elk type, en zijn niet beperkt tot toepassing in combinatie met een aandrijver van het turbinetype. De systemen zijn ook niet beperkt tot toepassing als een onderin een boorput aanwezige boormotor, maar kunnen in het algemeen worden toegepast bij elk onderin de put aanwezig gereedschap of andere inrichting 10 waarbij het onderhoud van een effectieve roterende asafdichting of leger in het verleden een probleem was.

8200078

Claims (20)

1. Inrichting geschikt voor toepassing in een boorput, gekenmerkt door eerste en tweede organen, die ten opzichte van elkaar.roteerbaar zijn; structurele organen tussen genoemde organen die in een gesmeerde omgeving kunnen werken; één of meer kamers die 5 een smeermiddel bevatten voor het smeren van genoemde structurele middelen; middelen voor· het onderwerpen van genoemd smeermiddel aan de druk van de media in de boorput; en centrifugaal werkende afscheidingsmiddelen die als gevolg van de rotatie van één van genoemde organen kunnen werken voor het afscheiden en vasthouden van 10 vaste deeltjes aanwezig in genoemde media om daardoor in hoofdzaak bevuiling van genoemd smeermiddel door dergelijke vaste deeltjes te voorkomen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de structurele middelen een afdichting omvatten om mediumlekkage te 15 voorkomen.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de structurele middelen legermiddelen omvatten voor het voor relatie-vere rotatie aanbrengen van genoemde organen.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 20 afscheidingsmiddelen worden gevormd door een huls, die is aangebracht op één van genoemde organen, welke huls wandoppervlakken bezit die een ringvormige uitsparing begrenzen en een naar binnen gerichte schouder op het boveneinde van die uitsparing.

5. Inrichting volgens conclusie 4> met het kenmerk, dat de 25 druk uitoefenende middelen kanalen omvatten die zich langs genoemde schouder uitstrekken.

6. Inrichting die kan worden toegepast in een boorgat, gekenmerkt door: een eerste orgaan dat roteerbaar is ten opzichte van het tweede orgaan; structurele middelen tussen genoemde organen 30 die in een gesmeerde omgeving kunnen werken; een huisorgaan aangebracht op genoemde eerste kamer, welk huisorgaan gedeeltelijk een kamer begrenst die een smeermiddel bevat voor het smeren van de structurele middelen; middelen voor het onderwerpen van genoemd smeermiddel aan de druk van het medium in de put; en centrifugaal 35 werkende afscheidingsorganen die werkzaam zijn als gevolg van rotatie van het eerste orgaan en het huisorgaan voor het afscheiden en vasthouden van vaste deeltjes aanwezig in genoemde media om daardoor in hoofdzaak vervuiling van genoemd smeermiddel door deze vaste deeltjes te vermijden. 8200078 - I * · 9

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de afscheidingsmiddelen worden gevormd door een uitsparing in het huisorgaan geplaatst onder genoemde kamer, welk huisorgaan een naar "binnen gerichte schouder "bezit aan het "boveneinde van genoemde 5 uitsparingen,

8. Inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat de druk uitoefenende middelen een kanaal omvatten dat zich uitstrekt langs genoemde schouder,

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het 10 huisorgaan genoemd tweede orgaan omgeeft.

10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het eerste orgaan en het huisorgaan "binnen genoemde tweede orgaan zijn aange"bracht.

11. Inrichting die kan worden gebruikt in een boorgat 15 gekenmerkt door een eerste orgaan wat kan-roteren ten opzichte van het tweede orgaan; structurele middelen tussen de genoemde organen die kunnen werken in een gesmeerde omgeving; een huisorgaan, dat is aangebracht op genoemd tweede orgaan, welk huisorgaan gedeeltelijk een kamer begrensd die smeermiddel kan bevatten voor het smeren van 20 de structurele middelen; middelen voor het onderwerpen van het smeermiddel aan de druk van de media in het boorgat; en centrifugaal werkende afscheidingsorganen op genoemd huisorgaan die als gevolg van rotatie van het eerste orgaan en de huls kan werken voor het opvangen van vaste deeltjes aanwezig in genoemde media om daardoor 25 in hoofdzaak vervuiling van dit smeermiddel door de vaste deeltjes te vermijden.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de afscheidingsmiddelen worden gevormd door een ringvormige uitsparing en een naar binnen gerichte schouder aan het boveneinde van de 30 uitsparing.

13· Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de druk uitoefenende middelen een ringvormige speelruimte omvatten tussen de schouder en het eerste orgaan.

14· Boormotor voor plaatsing nabij de bodem van een boorgat 35 met relatief roteerbare buisvormige organen, waarvan er één is bevestigd op de boorpijp en de andere ervan is bevestigd op een boorkop, gekenmerkt door structurele middelen tussen genoemde organen die kunnen werken in een gesmeerde omgeving; een kamer voor het opnemen van een vet of dergelijke om genoemde structurele 40 middelen te smeren; middelen om het mogelijk te maken dat boor- 8200078 : 10 spoeling stroomt door genoemde organen om genoemde kamer onder druk te brengen; en centrifugaal werkende scheidingsmiddelen die gevoe-:. lig zijn voor relatieve rotatie van de organen voor het scheiden en vasthouden van vaste deeltjes die zijn gesuspendeerd in de boor-5 spoeling om daardoor in hoofdzaak vervuiling van het smeermiddel door deze vaste deeltjes te vermijden.

15. Inrichting volgens conclusie 14» met het kenmerk, dat de structurele middelen afdichtmiddelen omvatten om mediumlekkage te voorkomen.

16. Inrichting volgens conclusie 14» met het kenmerk, dat de structurele middelen legermiddelen omvatten voor het relatieve roterend bevestigen van de organen.

17. Inrichting volgens conclusie 15= gekenmerkt door middelen voor het in hoofdzaak vereffenen van de drukken van de media op 15 tegenover elkaar liggende zijden van de afdichtmiddelen.

18. Inrichting volgens conclusie 17» met het kenmerk, dat de vereffeningsmiddelen een poort omvatten die zich uitstrekt door de wand van genoemd andere orgaan en in verbinding staat met een gebied tussen beide organen geplaatst onder de afscheidingsmiddelen.

19. Inrichting volgens conclusie 18, gekenmerkt door een kanaal nabij het ondereinde van het deel voor het mogelijk maken van een lekkage van nominale hoeveelheid van boorspoeling naar de ring.

20. Inrichting volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat het 25 kanaal zich uitstrekt tussen samenwerkende slijpplaten aangebracht op genoemde organen, welke slijpplaten zijn vervaardigd van een tegen erosie bestand zijnd materiaal. 8200078