NO20120152A1 - Sleperinganordning for et roterende styrbart verktoy - Google Patents

Abstract

Et nedihullsverktøy (100) inkluderer en sleperingsanordning (250) plassert radialt mellom en aksel (115) og et hus (110). Sleperingsanordningen (250) kan være konfigurert som en frittstående anordning og er videre konfigurert til å tilveiebringe en flerhet av atskilte elektriske kommunikasjonskanaler mellom akselen (115) og huset (110). Disse kommunikasjonskanaler er egnet for overføring av elektrisk effekt og/eller elektroniske data. Elektrisk forbindelse dannes mellom huset (110) og Sleperingsanordningen (250) via en konnektorblokk (210) som er festet til en flerhet av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) i Sleperingsanordningen (250). Konnektorblokken (210) strekker seg radialt utover fra statorringene (292A, 292B, 294A, 294B) og er fysisk i inngrep med en åpning (112) i huset (110), hvilket rotasjonsmessig kopler statorringene (292A, 292B, 294A.294B) til huset (110).

Description

[0001]Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt nedihulls verktøy som har roterende komponenter, f.eks. inkludert retningsboreverktøy, så som et styrings-verktøy eller en slammotor. Mer bestemt, eksemplifiserende utførelser av denne oppfinnelse vedrører et roterende styrbart verktøy som inkluderer en sleperingsanordning for overføring av elektrisk effekt og/eller data mellom en aksel og et hus.

[0002]Som velkjent innen industrien, hydrokarboner utvinnes fra underjordiske reservoarer ved boring av et borehull (brønnboring) inn i reservoaret. Slike borehull blir i alminnelighet boret ved bruk av en roterende borkrone festet til bunnen av en boreanordning (som innen teknikken i alminnelighet refereres til som en bunnhullsanordning eller BHA (Bottom Hole Assembly)). Boreanordningen er vanligvis forbundet til den nedre ende av en borestreng som inkluderer en lang streng av seksjoner (rørlengder) av borerør som er forbundet ende-mot-ende via gjengede rørforbindelser. Borkronen, plassert ved den nedre ende av BHA-en, blir i alminnelighet rotert ved rotering av borestrengen fra overflaten og/eller ved hjelp av en slammotor plassert i BHA-en. Slammotorer blir også vanligvis brukt sammen med fleksibelt, spolbart rør, som innen teknikken refereres til som kveilrør. Under boring blir et borefluid (innen teknikken referert til som slam) pumpet nedover gjennom borestrengen (eller kveilrøret) for å tilveiebringe smøring og kjøling av borkronen. Borefluidet forlater boreanordningen gjennom porter lokalisert i borkronen og beveger seg oppover, og fører med seg produksjonsavfall og borekaks, gjennom det ringformede område mellom boreanordningen og borehullets vegg.

[0003]I de senere år, har retningsstyring av borehullet blitt økende viktig i boringen av underjordiske olje- og gassbrønner, med en betydelig andel av inneværende boreaktivitet som involverer boring av avviksborehull. Slike awiks-borehull har ofte komplekse profiler, inkludert flere borehullsknær og en horisontal seksjon som kan være ført gjennom tynne, forkastnings-inneholdende strata, og som typisk benyttes til mer fullstendig å nyttiggjøre seg hydrokarbonreservoarer. Avviksborehull blir ofte boret ved bruk av nedihulls styringsverktøy, så som to-dimensjonale og tre-dimensjonale roterende styrbare verktøy. Visse roterende styrbare verktøy inkluderer en flerhet av uavhengig opererbare blader (eller kraftpåføringsorganer) som er anordnet til å strekke seg radialt utover fra et verktøyhus til kontakt med borehullets vegg. Retningen av boringen kan styres f.eks. ved styring av størrelsen og retningen av kraften eller størrelsen og retningen av forskyvningen påført på borehullets vegg. I slike roterende styrbare verktøy er bladhuset typisk plassert omkring en roterbar aksel, som er koplet til borestrengen og anordnet til å overføre vekt og dreiemoment fra overflaten (eller fra en slammotor) gjennom styringsverktøyet til borkroneanordningen. Det er kjent andre roterbare styrbare verktøy som benytter en indre styringsmekanisme og derfor ikke krever blader (eksempelvis Schlumberger PowerDrive roterende styrbare verktøy).

[0004]Retningsbrønner blir også ofte boret ved å bevirke en slammotors drivseksjon til å rotere borkronen gjennom en forskjøvet akse mens borestrengen forblir stasjonær (ikke-roterende). Den forskjøvne akse kan oppnås f.eks. via et borerørsledd plassert ovenfor slammotoren eller alternativt via en slammotor som har et bøyd ytre hus. Borerørsleddet eller det bøyde motorhus forårsaker at retningen av boringen avviker (dreier), hvilket resulterer i en brønnseksjon som har en forhåndsbestemt krumming (borehullskne-skarphet) i retningen av bøyningen. En drivakselanordning plassert nedenfor drivseksjonen overfører nedoverrettet kraft og effekt (roterende dreiemoment) fra borestrengen og drivseksjon gjennom en lageranordning til borkronen. Vanlige drivakselanordninger inkluderer en koaksial aksel (stamme) plassert til å rotere i et hus.

[0005]De ikke-roterende seksjoner (eksempelvis de ovenfor beskrevne hus) inkluderer i alminnelighet MWD- og/eller LWD-sensorer, elektroniske komponenter og kontrollere, og elektriske aktuatorer (eksempelvis solenoid-aktuerte ventiler og brytere som brukes til å styre styringsblader). I de ovenfor beskrevne bore-anordninger, finnes det typisk et gap mellom de roterende og ikke-roterende seksjoner (eksempelvis mellom akselen og huset). Elektrisk effekt må således lagres og/eller genereres i den ikke-roterende seksjon eller overføres over gapet fra den roterende seksjon til den ikke-roterende seksjon. Dessuten, for å tilveiebringe elektronisk kommunikasjon mellom de roterende og ikke-roterende seksjoner, må data også overføres frem og tilbake over gapet.

[0006]Sleperingsanordninger blir i alminnelighet benyttet til å overføre elektrisk effekt og elektroniske data over gapet mellom roterende og ikke-roterende verktøyseksjoner. Selv om sleperingsanordninger har blitt brukt kommersielt, kan de være problematiske. For eksempel, inkluderer sleperingsanordninger typisk et antall små komponenter som nøyaktig må plasseres på linje og derfor kan være vanskelige å sette sammen i den begrensede fysiske plass mellom en aksel og hylse. Denne vanskeligheten er særlig åpenbar i verktøyutførelser med liten diameter (slanke).

[0007]Sleperinger har også vært kjent for å svikte i bruk. Slik svikt er kostbar ved at de ofte resulterer i et tap av kommunikasjon med verktøyet og nødvendigheten av å trekke ut fra borehullet. For eksempel, kan svikt av sleperingstetninger forårsake en verktøysvikt. Tap av elektrisk kontakt mellom sleperingens kontaktorganer (eksempelvis på grunn av slitasje) er også en kjent årsak til verktøysvikt. Den elektriske ytelse til sleperinger er også tilbøyelig til å få både langtids og korttids forringelse når de utsettes for olje. Videre, når de brukes sammen med smørende oljer av tyngre kvalitet, kan det forekomme avløfting av kontaktene. Avbrudd i den elektriske strøm kan da forårsake brenning av oljen og kontaminasjon av kontaktene.

[0008]På grunn av etterspørselen etter roterende styrbare verktøy (og nedihulls verktøy generelt) med mindre diameter og som er mindre kostbare, og på grunn av den økte etterspørsel etter elektrisk effekt i slike verktøy, er det et behov for forbedrede sleperingsanordninger.

[0009]Det er derfor ønskelig å tilveiebringe et forbedret arrangement som løser de ovenfor beskrevne problemer og/eller som mer generelt innebærer forbedringer eller et alternativ til eksisterende arrangementer.

[0010]Ifølge den foreliggende oppfinnelse, tilveiebringes det derfor et verktøy og en fremgangsmåte som beskrevet i de ledsagende krav.

[0011]Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot behovet for forbedrede innretninger for overføring av elektrisk effekt og data i nedihullsverktøy, inkludert roterende styrbare verktøy. Aspekter av oppfinnelsen inkluderer en sleperingsanordning plassert radialt mellom en aksel og et hus i et nedihullsverktøy. Sleperingsanordningen er konfigurert til å tilveiebringe en flerhet av atskilte elektriske kommunikasjonskanaler mellom akselen og huset. Disse kommunikasjonskanaler er egnet til overføring av elektrisk effekt og/eller elektroniske data. Elektrisk forbindelse dannes mellom huset og sleperingsanordningen via en konnektorblokk som er festet til en flerhet av statorringer i sleperingsanordningen. Konnektorblokken strekker seg radialt utover fra statorringene og er fysisk i inngrep med en åpning i huset, hvilket rotasjonsmessig kopler statorringene til huset.

[0012]Eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan fordelaktig tilveiebringe flere tekniske fordeler. For eksempel, er sleperingsanordningen med fordel konfigurert som en frittstående anordning. Dette trekk ved oppfinnelsen forenkler på fordelaktig måte fabrikasjonen ved at sleperingsanordningen kan settes fullstendig sammen atskilt fra verktøyet. Den fullstendig sammenfattede sleperingen kan da plasseres på (og forbindes til) akselen. Dette trekk ved oppfinnelsen er også tilbøyelig til å forbedre repeterbarheten ved fabrikasjonsprosedyren og derfor påliteligheten av den fullt sammensatte slepering i bruk. Dette trekk ved oppfinnelsen er også tilbøyelig til å forbedre vedlikeholdsvennligheten til verktøyet ved at sleperingsanordningen enkelt kan tas ut og byttes ut (eller repareres) mellom boreoperasjoner.

[0013]I et aspekt inkluderer den foreliggende oppfinnelse et nedihullsverktøy. Nedihullsverktøyet inkluderer en aksel plassert i et hus og konfigurert til å rotere i forhold til huset. Huset inkluderer et avtagbart lukedeksel plassert over en åpning i huset. En sleperingsanordning er plassert omkring akselen og er konfigurert til å tilveiebringe elektrisk forbindelse mellom akselen og huset. Sleperingsanordningen inkluderer en flerhet av indre rotorringer med aksial avstand plassert hovedsakelig konsentrisk med en korresponderende flerhet av statorringer med aksial avstand og en flerhet av elektrisk ledende børster plassert mellom de korresponderende rotor- og statorringer. Rotorringene er konfigurert til å rotere sammen med akselen. En konnektorblokk er festet til statorringene og strekker seg radialt utover fra statorringene og er i inngrep med åpningen i huset, hvilket rotasjonsmessig kopler statorringene til huset.

[0014]I et annet aspekt, inkluderer den foreliggende oppfinnelse et roterende styrbart verktøy. Det roterende styrbare verktøy inkluderer en aksel plassert

konsentrisk i et bladhus og konfigurert til å rotere omkring en lengdeakse i forhold til huset. Huset inkluderer et avtagbart lukedeksel plassert over en åpning deri. En sleperingsanordning er plassert omkring akselen og er konfigurert til å tilveiebringe elektrisk forbindelse mellom akselen og huset. Sleperingsanordningen inkluderer en hovedsakelig sylindrisk sleperingsbærer, første og andre radiale lagre plassert omkring sleperingsbæreren, en flerhet av indre rotorringer med aksial avstand

plassert hovedsakelig konsentrisk med den korresponderende flerhet av statorringer med aksial avstand, idet rotorringene og de korresponderende statorringer er plassert aksialt mellom lagrene, en elektrisk isolerende ring plassert mellom hver av rotorringene og hver av statorringene, og en flerhet av elektrisk ledende børster plassert mellom de korresponderende rotor- og statorringer. Rotorringene er konfigurert til å rotere med akselen. En konnektorblokk er festet til statorringene og strekker seg radialt utover fra statorringene og er i inngrep med åpningen i huset, hvilket rotasjonsmessig kopler statorringene til huset.

[0015]I enda et annet aspekt inkluderer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for etablering av en elektrisk forbindelse mellom første og andre elektriske innretninger i et nedihullsverktøy, hvor den første innretning er rotasjonsmessig koplet sammen med en aksel, den annen innretning er rotasjonsmessig koplet sammen med et hus, og akselen er konfigurert til å rotere i huset. Fremgangsmåten inkluderer sammensetting av en sleperingsanordning som inkluderer en hovedsakelig sylindrisk sleperingsbærer, første og andre radiallagre plassert omkring sleperingsbæreren, en flerhet av indre rotorringer med aksial avstand plassert hovedsakelig konsentrisk med en korresponderende flerhet av statorring med aksial avstand, idet rotorringen og de korresponderende statorringer er plassert aksialt mellom lagrene, en elektrisk isolerende ring plassert mellom hver av rotorringene og hver av statorringene, og en flerhet av elektrisk ledende børster plassert mellom de korresponderende rotor- og statorringer. Sleperingsanordningen er plassert omkring akselen, idet plasseringen rotasjonsmessig kopler sleperingsbæreren til akselen. Den første innretning er elektrisk forbundet med rotorringene. Huset er plassert omkring akselen og sleperingsanordningen og en konnektorblokk er festet til statorringene, idet konnektorblokken fysisk er i inngrep med en åpning i huset, slik at statorringene er rotasjonsmessig koplet samme med huset. Den annen innretning er elektrisk forbundet med konnektorblokken og lukedekslet er plassert over åpningen.

[0016]Det foregående har skissert nokså bredt trekkene ved den foreliggende oppfinnelse slik at den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen som følger bedre skal kunne forstås. Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil heretter bli beskrevet, hvilket danner gjenstanden for oppfinnelsens krav. Det skal forstås av de som har fagkunnskap innen teknikken at den idé og de spesifikke utførelser som offentliggjøres med letthet kan benyttes som en basis for modifisering av eller designing av andre fremgangsmåter, strukturer og kodingsmetoder for utførelse av de samme formål som den foreliggende oppfinnelse. Det skal også av de som har fagkunnskap innen teknikken innses at slike ekvivalente konstruksjoner ikke avviker fra oppfinnelsens idé og omfang slik dette er fremsatt i de vedføyde krav.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0017]For en mer fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelse, og dens fordeler, skal det nå vises til den følgende beskrivelse sett sammen med de ledsagende tegninger, hvor:

[0018]Fig. 1 viser en borerigg som eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan anvendes på.

[0019]Fig. 2 er et perspektivriss av en eksemplifiserende utførelse av styrings-verktøyet vist på fig. 1.

[0020]Fig. 3A og 3B viser et parti av styringsverktøyet vist på fig. 2 med og uten lukedekslet.

[0021]Fig. 4 viser et langsgående tverrsnitt av styringsutførelsen vist på fig. 3A.

[0022]Fig. 5 viser et sirkulært tverrsnitt av utførelsen av styringsverktøyet vist på fig. 3A.

[0023]Fig. 6 viser et delvis utspilt riss av utførelsen av styringsverktøyet vist på fig. 3A.

[0024]Fig. 7 viser et langsgående tverrsnitt av sleperingsanordningen vist på

fig. 6.

[0025]Fig. 8 viser et sirkulært tverrsnitt av sleperingsanordningen vist på fig. 6.

[0026]Det vises først til figurene 1 til 8, idet det vil forstås at trekk eller aspekter ved de illustrerte utførelser kan være vist i forskjellige betraktninger. Der hvor slike trekk eller aspekter er felles for bestemte riss, er de merket ved bruk av det samme henvisningstall. Et trekk eller aspekt merket med et bestemt henvisningstall på et riss på figurene 1 til 8, kan således her være beskrevet med hensyn på dette henvisningstallet vist i andre riss.

[0027]Fig. 1 illustrerer en borerigg 10 egnet for utplassering av eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse. I den eksemplifiserende utførelse vist på fig. 1, er en halvt nedsenkbar boreplattform 12 posisjonert over en olje- eller gassformasjon (ikke vist) anordnet nedenfor havbunnen 16. En undersjøisk rørkanal 18 strekker seg fra dekket 20 av plattform 12 til en brønnhodeinstallasjon 22. Plattformen kan inkludere et boretårn 26 og et helseapparat 28 for heving og senking av borestrengen 30, som, som vist, strekker seg inn i borehullet 40 og inkluderer en borkrone 32 og et styringsverktøy 100 (så som et tre-dimenasjonalt roterende styrbart verktøy). I den viste eksemplifiserende utførelse, inkluderer styringsverktøyet 100 en flerhet av blader 150 (eksempelvis tre) anordnet til å strekke seg utover fra verktøyet 100. Utstrekkingen av bladene 150 til kontakt med borehullets vegg er ment å plassere verktøyet eksentrisk i borehullet, hvilket forandrer en føringsvinkel for borkronen 32 (hvilket forandrer retningen av boringen). Eksemplifiserende utførelser av styringsverktøyet 100 inkluderer videre styringsmoduler for hydraulikk 130 og elektronikk 140 (fig. 2) konfigurert til å styre utstrekking og inntrekking av bladene 150. Det vil forstås at disse styringsmoduler 130 og 140 typisk inkluderer forskjellige innretninger som forbruker elektrisk effekt, så som, men ikke begrenset til, solenoidstyrbare ventiler, sensorer (eksempelvis inkludert akselerometere, trykktransdusere, temperatursensorer, rotasjons-hastighetssensorer og lignende), og andre elektroniske komponenter (eksempelvis inkludert mikroprosessorer, elektronisk minne, tidgivere og lignende). Borestrengen 30 kan også inkludere forskjellige elektroniske innretninger, eksempelvis inkluderende et telemetrisystem, ytterligere sensorer for avføling av nedihulls karakteristika i borehullet og den omgivende formasjon, og mikrokontrollere anordnet til å være i elektronisk kommunikasjon med elektronikk-styringsmodulen 140. Oppfinnelsen er ikke begrenset med hensyn til spesifikke typer eller fabrikater av elektriske og/eller elektroniske innretninger.

[0028]Det vil av de som har ordinær kunnskap innen teknikken forstås at fremgangsmåter og apparater i samsvar med oppfinnelsen ikke er begrenset til bruk med en halvt nedsenkbar plattform 12 som illustrert på fig. 1. Denne oppfinnelse er like godt egnet til bruk sammen med enhver type av underjordisk boreoperasjon, enten offshore eller på land. Selv om eksemplifiserende utførelser av denne oppfinnelse er beskrevet nedenfor med hensyn til roterende styrbare utførelser, vil det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset i dette henseende. For eksempel, som beskrevet i nærmere detalj nedenfor, utførelser av oppfinnelsen kan også benyttes med slammotorer (eksempelvis plassert nedenfor driv seksjonen) eller enhver annen plassering av nedihullsverktøy hvor det er ønskelig å overføre elektrisk effekt og/eller elektroniske data mellom første og andre komponenter som roterer i forhold til hverandre.

[0029]Det vises nå til fig. 2, hvor en eksemplifiserende utførelse av styrings-verktøy 100 fra fig. 1 er illustrert i perspektivriss. I den viste eksemplifiserende utførelse, er styringsverktøyet 100 hovedsakelig sylindrisk og inkluderer gjengede ender 102 og 104 (gjenger ikke vist) for forbindelse med andre bunnhullsanordning (bottom hole assembly, BHA) -komponenter (eksempelvis forbindelse med borkronen med ende 104 og øvre BHA-komponenter ved ende 102). Styringsverktøyet 100 inkluderer videre et hus 110 og minst ett blad 150 plassert f.eks. i en utsparing (ikke vist) i huset 110. Styringsmoduler 130 og 140 er plassert i huset 110. Styringsmodulene 130 og 140 er generelt konfigurert for måling og styring av retningen av boringen. Styringsmodulene 130 og 140 kan inkludere i hovedsak enhver innretning som er kjent for de som har fagkunnskap innen teknikken, så som de som er offentliggjort i US-patent 5,603,386 tilhørende Webster, US-patent 6,427,783 tilhørende Krueger et al, eller det til søkeren overdratte US-patent 7,464,770 tilhørende Jones et al.

[0030]For å styre (dvs. forandre retningen for boring), kan ett eller flere av bladene 150 strekkes ut til kontakt med borehullets vegg. Styringsverktøyet 100 kan beveges bort fra senteret i borehullet ved denne operasjon, hvilket endrer boringens bane. Det vil forstås at verktøyet 100 også kan beveges tilbake mot borehullets akse, hvis det allerede er plassert eksentrisk. For å fremme kontrollert styring, er det ønskelig at rotasjonshastigheten til huset er mindre enn ca. 0,1 rpm under boring, selv om oppfinnelsen ikke er begrenset i dette henseende. Ved å holde bladene 150 i en hovedsakelig fast posisjon i forhold til omkretsen av borehullet (dvs. ved i hovedsak å hindre rotasjon av huset 110), er det ønskelig å styre verktøyet uten syklisk utstrekking og inntrekking av bladene 150. Ikke-roterende styrbare utførelser blir således typisk kun benyttet i glidende modus (selv om de kan roteres når styring ikke er ønskelig). I roterende styrbare utførelser er verktøyet 100 konstruert slik at huset 110, som rommer bladene 150, forblir stasjonært, eller hovedsakelig stasjonært, i forhold til borehullet under retningsboreoperasjoner. Huset 110 er derfor innvirket på en rotasjonsmessig ikke-fastholdt (eller flytende) måte med hensyn på en aksel 115 (fig. 3). Akselen 115 er forbundet med borestrengen og er anordnet til å overføre både dreiemoment (roterende effekt) og vekt til borkronen.

[0031]Den ovenfor beskrevne styring og håndtering av bladene 150 er kjent å forbruke elektrisk effekt. For eksempel, i en kommersielt brukbar utførelse, blir bladene 150 strukket ut via hydraulisk aktuering med solenoidaktuerte styrbare ventiler som benyttes til å øke eller redusere hydraulikkfluid-trykk ved de individuelle blader. Elektrisk drevne hydrauliske pumper har også blitt offentliggjort for styring av bladenes aktuering (US-patent 6,609,579). Styringsverktøyhuset 110 inkluderer typisk videre elektroniske komponenter for avføling og styring av posisjonen til hver av bladene. Styringsverktøy-utførelser inkluderer typisk videre én eller flere mikrokontrollere, elektronisk minne og lignende. Slik elektronikk forbruker typisk forholdsvis lite elektrisk effekt sammenlignet med solenoidene og/eller elektriske pumper beskrevet ovenfor, selv om oppfinnelsen ikke er begrenset med hensyn til komponenter som forbruker elektrisk effekt utplassert i verktøyhuset 110.

[0032]Det vil med letthet forstås at styringsverktøyets funksjonalitet med fordel forbedres ved å tilveiebringe forbedret dataoverføring mellom huset 110 og den roterende aksel 115. For eksempel, krever styringsteknikker med lukket sløyfe, så som geostyringsteknikker, i alminnelighet kommunikasjon med MWD- og/eller LWD-sensorer utplassert et annet sted i borestrengen. Typiske geostyrings-applikasjoner gjør bruk av retningsbestemte formasjonsevalueringsmålinger (asimultalt sensitive LWD-målinger) foretatt svært lavt i BHA-en, f.eks. i den roterende stabilisator som er lokalisert rett ovenfor borkronen og/eller til og med i borkronen. For å muliggjøre sann kontroll med lukket sløyfe, blir slike retningsbestemte formasjons-evalueringsmålinger med fordel overført hovedsakelig i sanntid til elektronikkmodulen 140. Elektronikkmodulen 140 er også med fordel anordnet i elektronisk kommunikasjon med et nedihulls telemetrisystem (eksempelvis et slampuls-telemetrisystem) for overføring av forskjellige styringsverktøydata oppover i hullet. Slike telemetrisystemer blir typisk plassert ved den øvre ende av BHA-en. I eksemplifiserende utførelser i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en sleperingsanordning konfigurert til å overføre slik elektrisk effekt og/eller elektroniske data mellom huset 110 og akselen 115.

[0033]Det vises nå til fig. 3A og 3B, hvor et parti av styringsverktøyet 100 er vist i nærmere detalj. Som beskrevet i nærmere detalj nedenfor, verktøyet 100 inkluderer en intern sleperingsanordning 250 (figurene 4-9) konfigurert i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3A avbilder et lukedeksel 205 som er konfigurert til tettende inngrep med en åpning 112 i huset 110 som tilveiebringer adgang til sleperingsanordningen 250. Fig. 3B avbilder styringsverktøyet 100 med lukedekslet 205 fjernet. En konnektorblokk 210 er plassert i åpningen 112 i huset 110. Konnektorblokken 210 er festet (eksempelvis via konvensjonelle skruer 211) til et ytre parti (et statorparti) av sleperingsanordningen 250, og er også dimensjonert og utformet til fysisk inngrep med åpningen 112 i huset 110. Konnektorblokken 210 funksjonerer derfor (delvis) som en anti-rotasjonsinnretning ved at den rotasjonsmessig kopler statorpartiet av sleperingsanordningen 250 til huset 110.

[0034]Det vises nå figurene 4 og 5, hvor styringsverktøyet 100 er vist i langsgående (fig. 4) og sirkulært tverrsnitt (fig. 5). Konnektorblokken 210 strekker seg radialt utover fra sleperingsanordningen 250 inn i åpningen 112, for dermed å komme i inngrep med huset 110, som beskrevet ovenfor. Sleperingsanordningen 250 er med fordel konfigurert som en frittstående anordning (som beskrevet i nærmere detalj nedenfor med henvisning til fig. 6). Med frittstående menes det at sleperingsanordningen 250 hovedsakelig kan fullstendig settes sammen før den blir inkorporert i styringsverktøyet 100. Dette trekk ved oppfinnelsen forenkler på fordelaktig måte fabrikasjon av sleperingsanordningen, ved at den i hovedsak settes fullstendig sammen atskilt fra verktøyet. Den fullstendig sammensatte sleperingen kan deretter plasseres på akselen 115. En slik konfigurasjon er med fordel tilbøyelig til å forbedre repeterbarhet av fabrikasjonsprosedyren og derfor påliteligheten til den fullstendig sammensatte sleperingen i bruk. Dette trekk ved oppfinnelsen er dessuten også tilbøyelig til å forbedre vedlikeholdsvennligheten til verktøyet ved at sleperingsanordningen med letthet kan tas ut og settes tilbake mellom boreoperasjoner.

[0035]Sleperingsanordningen 250 er montert på akselen 115 og er konfigurert til å overføre elektrisk effekt og/eller elektroniske data i begge retninger over gapet mellom akselen 115 og huset 110. Den eksemplifiserende viste utførelse tilveiebringer en flerhet av fysisk atskilte overføringskanaler mellom akselen 115 og huset 110. Som sådan, ruting av overføringsveiene for elektriske signaler og elektrisk effekt blir nå kort beskrevet med henvisning til figurene 4 og 5 for de eksemplifiserende viste utførelser. En mer detaljert beskrivelse av disse samme utførelser er inkludert nedenfor med henvisning til figurene 6-8.

[0036]I den eksemplifiserende avbildede utførelse kan en flerhet av elektriske ledere (eksempelvis ledninger) være rutet gjennom boringen 118 i akselen 115 og boringen 262 i sleperingsbæreren 260. Disse ledere tilveiebringer en elektrisk og/eller elektronisk forbindelse med andre BHA-komponenter, eksempelvis inkludert et MWD-verktøy, et LWD-verktøy og/eller en batterirørdel. Lederne strekker seg gjennom et aksialt spor 263 (fig. 5) i sleperingsbæreren 260, hvor elektrisk forbindelse er dannet med hver i en flerhet av elektrisk ledende rotorringer 282A, 282B, 284A og 284B (fig. 7). Rotorringene 282A, 282B, 284A og 284B er elektrisk koplet sammen med korresponderende elektrisk ledende statorringer 292A, 292B, 294A og 294B (fig. 7) via en flerhet av elektrisk ledende børster 275 (fig. 8) plassert i det ringformede gap mellom rotor- og statorringene. En flerhet av metalliske skruer 211 fester konnektorblokken 210 til statorringene 292A, 292B, 294A og 294B. Disse skruer tilveiebringer en elektrisk ledende vei mellom statorringene og kretskort 215 plassert i konnektorblokken 210. Elektrisk forbindelse er dannet mellom kretskortet 215 og skillevegg 208 som er tettende plassert i boringen 113 i huset 110 (den elektriske forbindelse mellom kort 215 og skillevegg 208 er ikke vist på figurene. De korresponderende elektriske ledere er rutet gjennom boring 113 til den elektroniske styringsmodul 140 (fig. 1).

[0037]Som angitt ovenfor, sleperingsanordningen 250 kan med fordel være konfigurert som en frittstående anordning. Dette trekk ved oppfinnelsen er illustrert på fig. 6, som avbilder et delvis utspilt riss av den eksemplifiserende utførelse vist på fig. 3. Sleperingsanordningen 250 er vist fullstendig satt sammen (som beskrevet i nærmere detalj nedenfor med henvisning til figurene 7 og 8). Den fullstendig sammensatte sleperingsanordning 250 kan være forskyvbart mottatt på akselen 115. En bærerhylse 272, som er plassert omkring sleperingsbæreren 260, kan være forbundet med gjenger til akselhylsen 122, som vist med 273 (fig. 4). Akselhylsen 122 er i sin tur forbundet med gjenger med akselen 115, som vist ved 123, slik at den aksiale ende 124 av akselhylsen 122 ligger an mot skulderen 264 av sleperingsbæreren 260. Gjenget inngrep mellom bærerhylsen 272 og aksel hylsen 122 fastholder sleperingsanordningen 250 rotasjonsmessig til akselen 115. Hylsen 272 er videre i tettende inngrep med en skulder 264 av sleperingsbæreren 260, eksempelvis via én eller flere konvensjonelle o-ringtetninger (som vist med 274 og 276 på fig. 7).

[0038]Etter plassering av sleperingsanordningen 250 omkring akselen 115, kan bladhuset 110 plasseres omkring akselen 115 og sleperingsanordningen 250. Konnektorblokken 210 kan deretter festes til statorringene 292A, 292B, 294A og 294B, som beskrevet ovenfor, for å etablere en elektrisk forbindelse mellom akselen 115 og huset 110. Som også beskrevet ovenfor, plassering av konnektorblokken 210 i åpningen 112 tjener til rotasjonsmessig å kople statorringene 292A, 292B, 294A og 294B sammen med huset 110. Lukedekslet 205 kan da plasseres på plass over konnektorblokken 210.

[0039]Det vises nå til figurene 7 og 8, hvor sleperingsanordningen 250 er beskrevet i nærmere detalj. I den eksemplifiserende avbildede utførelse, er en ledende ringanordning 255 satt sammen omkring sleperingsbæreren 260. En indre isolerende hylse 288 er plassert omkring sleperingsbæreren 260. En flerhet av konsentriske rotorringer 282A, 282B, 284A og 284B med aksial avstand er plassert i omkretsretningen omkring hylsen 288 og aksialt mellom første og andre radiallagre 267. Isolerende ringer 285 er plassert aksialt mellom hver av rotorringene 282A, 282B, 284A og 284B. Korresponderende statorringer 292A, 292B, 294A og 294B med aksial avstand er plassert omkring rotorringene 282A, 282B, 284A og 284B, idet isolerende ringer 295 er plassert aksialt mellom hver av statorringene. En ytre isolerende hylse 289 er plassert omkring lagrene 267, statorringene 292A, 292B, 294A og 294B, og de isolerende ringer 295. En sirkulær fjærskive 259 (eksempelvis en Belleville-fjær) er plassert i spor 266 og presser den ledende ringanordning 255 til kontakt med skulderen 268.

[0040]I den eksemplifiserende avbildede utførelse inkluderer hver av statorringene 292A, 292B, 294A og 294B, en flerhet av elektriske ledende børster 275 (fig. 8) fysisk og elektrisk forbundet til en indre overflate av ringen (ring 294A som avbildet). Børstene kan alternativt være forbundet til en ytre overflate av rotorringene 282A, 282B, 284A og 284B. Oppfinnelsen er ikke begrenset i dette henseende. Heller ikke er oppfinnelsen begrenset til bruken av et bestemt antall av børster 225. Generelt, er øking av antallet av børster pr. ring tilbøyelig til å forbedre elektrisk kontakt, men tilfører også kompleksitet til anordningen. Børstene 275 kan med fordel være konfigurert til å være fjærforbelastet til elektrisk kontakt med en ytre overflate av de korresponderende rotorringer 282A, 282B, 284A og 284B. Slik fjærforbelastning forbelaster børstene 275 til elektrisk kontakt med rotorringene 282A, 282B, 284A og 284B, og er derfor som en fordel tilbøyelig til å motvirke løftekrefter forårsaket av bruken av viskøse smørende oljer.

[0041]Den eksemplifiserende avbildede utførelse inkluderer fire statorringer 292A, 292B, 294A og 294B og fire korresponderende rotorringer 282A, 282B, 284A og 284B. Selv om oppfinnelsen på ingen måte er begrenset i dette henseende, tilveiebringer en slik struktur med fordel samtidig overføring av både elektrisk effekt og elektroniske data på fysisk atskilte kanaler. For eksempel, i den eksemplifiserende avbildede utførelse, er statorringer 292A, 292B, 294A og 294B (og korresponderende rotorringer 282A, 282B) konfigurert for overføring av elektrisk effekt, og har derfor et forholdsvis stort aksialt overflateareal og benytter seks børster 275 pr. ringpar. Som det vil forstås av de som har ordinær fagkunnskap innen teknikken, øking av ringstørrelsen og antallet børster plassert mellom ringene, øker strømoverføringskapasiteten for kanalen. Statorringene 294A og 294B (og korresponderende rotorringer 284A og 284B) er konfigurert for overføring av elektroniske data og har derfor et forholdsvis lite aksialt overflateareal og benytter tre børster 275 pr. ringpar (siden datasignalene er kjent for å ha lav strøm). Oppfinnelsen er ikke begrenset i dette henseende, og kan benytte i hovedsak ethvert antall av rotor- og statorringer, så vel som hovedsakelig ethvert antall av børster, mellom ringene.

[0042]Som videre avbildet på fig. 7, hver av statorringene 292A, 292B, 294A og 294B inkluderer minst ett gjenget hull 298.1 den eksemplifiserende avbildede utførelse er disse hull 298 dimensjonert og utformet til å motta festeskruer 211 (figurene 4 og 5) brukt til både elektrisk og fysisk å kople konnektorblokken 210 til statorringene.

[0043]Selv om oppfinnelsen ikke er begrenset i dette henseende, inkluderer seteringsbæreren 260 videre en flerhet av magneter 265 med avstand i omkretsretningen plassert deri. Disse magnetene 265 kan brukes i kombinasjon med en konvensjonell Hall-effektsensor for å måle den relative rotasjons hastighet for akselen 115 i forhold til huset 110. Den korresponderende Hall-effektsensor (ikke vist) er plassert i huset 110. Som det er kjent for de som har ordinær fagkunnskap innen teknikken, Hall-effektsensoren er typisk konfigurert til å sende en puls til en kontroller (i elektronikkmodulen 140) hver gang én av magnetene 265 roterer forbi sensoren. I den eksemplifiserende viste utførelse mottar kontrolleren tre pulser (én for hver magnet 265) pr. omdreining av akselen.

[0044]Som angitt ovenfor, oppfinnelsen er ikke begrenset til roterende styrbare utførelser eller til og med styringsverktøy-utførelser. Eksemplifiserende utførelser i samsvar med oppfinnelsen kan også benyttes, f.eks. i nedihullsmotoror (slammotorer). Konvensjonelle slammotorer inkluderer typisk et lagerhus plassert nedenfor drivseksjonen, idet lagerhuset typisk inkluderer en stamme basert til å rotere i et ytre hus.

[0045]Selv om den foreliggende oppfinnelse og dens fordeler har blitt beskrevet i detalj, skal det forstås at forskjellige forandringer, utbyttinger og endringer kan foretas heri uten å avvike fra oppfinnelsens idé og omfang som angitt i de vedføyde krav.

Claims (16)

1. Nedihullsverktøy (100), omfattende: en aksel (115) plassert i et hus (110) og konfigurert til å rotere i forhold til huset (110), idet huset (110) inkluderer et avtakbart lukedeksel (205) plassert over en åpning (112) i huset (110); en sleperingsanordning (250) plassert omkring akselen (115) og konfigurert til å tilveiebringe elektrisk forbindelse mellom akselen (115) og huset (110), idet sleperingsanordningen (250) inkluderer (i) en flerhet av indre rotorringer (282A, 282B, 284A, 284B) med aksial avstand plassert hovedsakelig konsentrisk med en korresponderende flerhet av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) med aksial avstand, og (ii) en flerhet av elektrisk ledende børster (275) plassert mellom de korresponderende rotor- og statorringer (282A, 282B, 284A, 284B; 292A, 292B, 294A, 294B), idet rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B) er konfigurert til å rotere med akselen (115); en konnektorblokk (210) festet til statorringene (292A, 292B, 294A, 294B), idet konnektorblokken (210) strekker seg radialt utover fra statorringene (292A, 292B, 294A, 294B) og er i inngrep med åpningen (112) i huset (110), hvilket rotasjonsmessig kopler statorringene (292A, 292B, 294A, 294B) til huset (110).

2. Nedihullsverktøy (100) som angitt i krav 1, hvor konnektorblokken (210) er festet til statorringene (292A, 292B, 294A, 294B) via en flerhet av elektrisk ledende festeanordninger (211), idet festeanordningene (211) tilveiebringer en elektrisk forbindelse mellom statorringene (292A, 292B, 294A, 294B) og elektriske komponenter plassert i huset (110).

3. Nedihullsverktøy (100) som angitt i krav 2, hvor konnektorblokken (210) omfatter et kretskort (215) plassert deri, idet kretskortet (215) tilveiebringer en elektrisk forbindelse mellom festeanordningene (211) og de elektriske komponenter plassert i huset (110).

4. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor sleperingsanordningen (250) videre omfatter en sleperingsbærer (260).

5. Nedihullsverktøy (100) som angitt i krav 4, hvor rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B) er plassert omkring sleperingsbæreren (260), idet sleperingsbæreren (260) er plassert omkring og rotasjonsmessig koplet sammen med akselen (115).

6. Nedihullsverktøy (100) som angitt i krav 4 eller 5, videre omfattende: en første isolerende hylse (288) plassert radialt mellom sleperingsbæreren (260) og rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B); og en annen isolerende hylse (289) plassert radialt omkring statorringene (292A, 292B, 294A, 294B).

7. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av kravene 4 til 6, videre omfattende en bærerhylse (272) i tettende inngrep med et ytre skulderparti (264) av sleperingsbæreren (260), idet bærerhylsen (272) er forbundet med gjenger til en akselhylse (122) plassert omkring akselen (115).

8. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av kravene 4 til 7, hvor sleperingsbæreren (260) omfatter en hovedsakelig sylindrisk sleperingsbærer; og hvor sleperingsanordningen (250) videre omfatter: første og andre radiallagre (167) plassert omkring sleperingsbæreren (260); hvor flerheten av rotorringer (282A, 282B, 284A, 284B) og den korresponderende flerhet av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) er plassert aksialt mellom lagrene (167).

9. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende en elektrisk isolerende ring (295) plassert mellom hver av rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B) og hver av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B).

10. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor børstene (275) er fysisk og elektrisk forbundet til en indre overflate av statorringene (292A, 292B, 294A, 294B), idet børstene (275) videre er fjærforbelastet til elektrisk kontakt med en ytre overflate av rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B).

11. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor sleperingsanordningen (250) er konfigurert til å bli fullstendig satt sammen før plassering på akselen (115).

12. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor akselen (115) er plassert konsentrisk i huset (110) og er konfigurert til å rotere omkring en lengdeakse i forhold til huset (110).

13. Nedihullsverktøy (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor nedihullsverktøyet (100) omfatter et roterende styrbart verktøy og huset (110) omfatter et bladhus.

14. Fremgangsmåte for etablering av en elektrisk forbindelse mellom første og andre elektriske innretninger i et nedihullsverktøy (100), hvor den første innretning er rotasjonsmessig koplet sammen med en aksel (115), den annen innretning er rotasjonsmessig koplet sammen med et hus (110), akselen (115) er konfigurert til å rotere i huset (110); fremgangsmåten omfatter: (a) sammensetting av en sleperingsanordning (250), idet sleperingsanordningen (250) inkluderer (i) en hovedsakelig sylindrisk sleperingsbærer (260), (ii) første og andre radiallagre (267) plassert omkring sleperingsbæreren (260), (iii) en flerhet av indre rotorringer (282A, 282B, 284A, 284B) med aksial avstand plassert hovedsakelig konsentrisk med en korresponderende flerhet av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) med aksial avstand, idet rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B) og de korresponderende statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) er plassert aksialt mellom lagrene (267), (iv) en elektrisk isolerende ring (295) plassert mellom hver av rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B) og hver av statorringer (292A, 292B, 294A, 294B), og (v) en flerhet av elektrisk ledende børster (275) plassert mellom de korresponderende rotor- og statorringer (282A, 282B, 284A, 284B; 292A, 292B og 294A og 294B); (b) plassering av den sammensatte sleperingsanordning (250) omkring akselen (115), idet plasseringen rotasjonsmessig kopler sleperingsbæreren (260) til akselen (115); (c) elektrisk forbinding av den første innretning med rotorringene (282A, 282B, 284A, 284B); (d) plassering av huset (110) omkring akselen (115) og sleperingsanordningen (250); (e) festing av en konnektorblokk (210) til statorringene (292A, 292B og 294A og 294B), idet konnektorblokken (210) fysisk går i inngrep i en åpning (112) i huset (110), slik at statorringer (292A, 292B, 294A, 294B) rotasjonsmessig koples sammen med huset (110); (f) elektrisk forbinding av den annen innretning med konnektorblokken (210); og (g) plassering av et lukedeksel (205) over åpningen (112).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, hvor konnektorblokken (210) omfatter et kretskort (215) plassert deri, og den annen innretning forbindes elektrisk med kretskortet (215) i (f).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 14 eller 15, hvor (b) videre omfatter forbinding av en bærerhylse (272) med en akselhylse (122) med gjenger, idet bærerhylsen (272) blir tettende brakt i inngrep med et ytre skulderparti (264) av sleperingsbæreren (260) og akselhylsen (122) blir forbundet med akselen (115) med gjenger.