NO810184L - Vinkelvariabelt tilpasningsstykke for bruk ved retningsboring - Google Patents

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelse angår oljebrønnboring og mer spesielt retningsboring. Helt bestemt angår foreliggende oppfinnelse bruken av et tilpasningsstykke ("sub") kombinert med f.eks. et konvensjonelt turbobor der tilpasningsstykket ifølge oppfinnelsen omstilles fra en første stilling hvor turboboret er ve-sentlig aksielt innrettet i flukt med borestrengen, til en annen eller "avbøyd" stilling hvor der foreligger en avbøyning på et ønsket antall grader mellom borestrengen og turboboret.

Generell bakgrunn og teknikkens stand

Selv om der normalt tas sikte på å bore brønn-borehull vertikalt, kan der oppstå tilfeller der det er nødvendig eller fordelaktig å bore i en vinkel med vertikalaksen. Kontrollert retningsboring, som det betegnes i fagspråket, gjør det mulig å nå fjerntliggende punkter under overflaten, som ligger til siden for det punkt der borkronen trenger inn i grunnen. Ek-sempler på bruk av retningsboring er utilgjengelige steder (f.eks. elver eller vann der boringen innledes på land), saltdom-kontroll, avlastningsbrønn-kontroll, kantbrønn-kontroll, for-kastningsplan-kontroll samt eiendomsgrense-kontroll. Dessuten kan retningsboring anvendes ved fralandsboring der boringen nødvendigvis må finne sted fra en stasjonær plattform i fra-landsområdet. En ytterligere anvendelse for retningsboring er der hindringer umuliggjør brønnboring i vertikalretningen.

En fremgangsmåte for retningsboring av brønner er en fiske-skaft-metode. En annen fremgangsmåte er en meget populær metode hvor et turbobor anvendes i kombinasjon med en avbøyd tilpas-ningsenhet. Turboboret er en konvensjonell anordning som be-nytter fluid som under trykk pumpes gjennom midten av motoren rettet nedad gjennom tomme områder mellom en "rotor" og den gummiforede spiralkanal til eri ytre "stator". For å avstedkomme strømningen forskyves og dreies rotoren i statoren ved hjelp av trykket fra fluidsøylen, for drift av forbindelses-stangen, en hul drivaksel og endelig et konvensjonelt borkrone-stykke ved enden av redskapet.

Et således fremstilt turbobor er "Dyna-Drill" som kom på markedet i eller omkring 1964. Virkemåte og bruk av "Dyna-Drill" for retningsboring kan finnes i "Dyna-Drill Handbook" (annen

utgave) utgitt av Dyna-Drill, Division of Smith International, Inc., P.O. Box 327, Long Beach, California 90801. I forbindelse med boring er et tilpasningsstykke ("sub") et kort, gjenget borerørstykke som vanligvis benyttes for å sammenpasse deler av borestrengen som ellers ikke ville kunne sammenskrues på grunn av forskjell i gjengedimensjon eller utforming. Når det gjelder retningsboring er tilpasningsstykket avbøyet for å gi den ønskede vinkel mellom nedre del av borestrengen (en umagnetisk inspeksjonsmansjett utgjør vanligvis den nederste del av borestrengen som er festet til tilpasningsstykket) og turboboret "Dyna-Drill" eller liknende som.er tilkoplet den mot-satte ende av tilpasningsstykket (dette generelle arrangement er vist i figur 1 i søkerens US søknad nr. 8 25 589, nå US patent nr. , utstedt ,

der et konvensjonelt, permanent avbøyet tilpasningsstykke ifølge teknikkens stand er vist).

Bruken av et fast eller ikke-omstillbart, avbøyet tilpasningsstykke krever at borestrengen må nedsenkes i brønnen fra overflaten slik at.det avbøyde tilpasningsstykket danner en knekk i den nedre del av borestrengen, hvilken knekk skaper pro-blemer ved nedsenking av turboboret i brønnen. Ettersom turboboret har en anseelig lengde (f.eks. en lengde på 10 meter), vil selv en liten grad av avbøyning i tilpasningsstykket skape forholdsvis stor eksentrisitet i borestrengen.

Dét er bevilget mange patenter rettet mot problemet i forbindelse med retningsboring. De fleste av disse patenter tilveiebringer konstruksjoner som går ut på å løse problemet med å avstedkomme selve boreretningen, men de gir ikke noen full-stendig og tilfredsstillende løsning på problemet forbundet med å få senket ned turboboret og det avbøyde tilpasningsstykket i "knekkstillingen" i brønnen eller nedsenke det i en "uknekket" stilling for senere avbøyning nede i borehullet.

En liste over tidligere patenter som kan være av interesse er angitt i følgende tabell.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer i sine foretrukne utføringsformer et bore-tilpasningsstykke med variabel retnings-vinkel, hvilket tilpasningsstykke omstilles ved påvirkning av det tilfestede turbobor (første utføringsform) eller et elektrisk signal som avgis fra overflaten (annen utføringsform) hvilket frembringer en endring av tilpasningsstykkets orientering fra en første stilling der borestrengen og turboboret er aksielt innrettet (se fig. 1 og 8) til en annen stilling der borestrengen og turboboret er avbøyet i forhold til hverandre (se fig. 2 og 9), for å danne den utvalgte vinkel av et antall mulige eller ønskelige vinkler for retningsboring.

Apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse består i sin første utføringsform hovedsakelig av en mantel med et feste-organ ved sitt ene endeparti, f.eks. en gjenge forbindelse som kan forbindes med en konvensjonell borestreng, eller med en umagnetisk inspeksjons- eller "Monel"-mansjett eller liknende. Mantelen er innvendig utstyrt med en glid.ehylse hvis ytterste endeparti er forbundet med et gjenget eller liknende koplingselement for befestigelse til turboboret. Dette koplingselement (til hvilket turboboret kan festes) samt hylsen som det er festet til, er både forskyvbart og dreibart i.forhold til hylsen

innenfor visse grenser. Dette bevegelige koplingselement kan

således forlenges og inntrekkes i forhold til mantelen eller dreies i forhold til mantelen.

Det bevegelige koplingselement nærmest turboboret er i

den første utføringsform også utstyrt med låseknaster som samvirker med motsvarende utsparinger på mantelen. Når det bevegelige koplingselement med den tilfestede hylse forskyves til en forlenget stilling (se fig. 1 og 4) kan den fritt dreies gjennom den ønskede buebane som bevirker "omstilling" fra en første "rettlinjet" stilling til en annen, valgt "avbøyd" stilling. I en slik forlenget tilstand går knastene klar av mantelens motsvarende utsparinger. Når glidehylsen tillater inn-trekking av det bevegelige koplingselement i mantelen, danner knastene en fast, ikke-dreibar låseforbindelse med mantelen

(se fig. 2 og 3).

Omdreining av det bevegelige koplingselement (som turboboret er koplet til) bevirker en endring i den aksielle orientering av den roterende koplingsinnretning og dens tilfestede turbobor i forhold til borestrengen. En omdreining gjennom en buebane omstiller således turboboret fra en aksielt innrettet stilling i forhold til borestrengen til en ikke-aksiell eller avbøyd stilling i forhold til borestrengen, hvilken annen eller "avbøyd" stilling erønskelig for kontrollert retningsboring.

Utføringsformene av foreliggende oppfinnelse tillater valg-fri variasjon av retningsvinkelen innenfor selve verktøyet, slik at samme verktøy kan benyttes for flere forskjellige vinkler. Ifølge en første utføringsform (figurene 1-7) innstilles den spesielt valgte avviksvinkel manuelt ved overflaten, mens den annen utføringsform (fig. 8-9) har en innebygget motor som muliggjør variasjon av retningsvinkelen med verktøyet på plass nede "i hullet".

Kort beskrivelse av tegningene

For en videre forståelse av beskaffenheten og formålene ved foreliggende oppfinnelse henvises til følgende detaljerte beskrivelse i sammenheng med de medfølgende tegninger hvor like deler er angitt med samme henvisningstall og hvor: Figur 1 er et sideriss av en første foretrukket utførings-form av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse i aksielt rettlinjet stilling for nedsenkning i hullet, Figur 2 er et sideriss av den første foretrukne utførings-form av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse i den "av-bøyde" stilling som ønskelig for retningsboring, Figur 3 er et lengdesnitt av deri første utføringsform i

den "avbøyde" tilstand ifølge figur 2,

Figur 4 er et sideriss, delvis i snitt, av den første ut-føringsform i den rettlinjede tilstand ifølge figur 1, Figur 5 er et utsnitt av et sideriss av den første utfø-ringsform, som spesielt viser verktøyets knast/utsparing-parti i en mellomstilling av de bevegelige elementer mellom den rettlinjede ytterstilling ifølge figur 1 og 4 og den låste, "avbøyde" stilling ifølge figur 2 og 3, Figur 6 er et tverrsnitt langs linjen 6-6 på figur 3, og Figur 7 er et detaljriss som i snitt langs linjene 7-7 på figur 3 viser de konstruksjonsmessige detaljer ved tapp-låse-mekanismen til den første utføringsform, mens Figur 8 og 9 er lengdesnitt av en annen foretrukket utfø-ringsform av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, som viser apparatet i dets rettlinjede tilstand (fig. 8) og så i dets "avbøyde" tilstand (fig. 9), mens Figur 10 og 11 er skjematiske riss som illustrerer den geometri som er innvolvert i de foretrukne utføringsformers konstruksjonsmessige virkemåte, idet figur 10 representerer verktøyet i dets rettlinjede tilstand og figur 11 representerer verktøyet i dets"avbøyde" tilstand.

Beste fremgangsmåte for utførelse av fremgangsmåten

-Konstruksjon av første utføringsform-

En første foretrukket utføringsform av verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse er generelt betegnet med. tallet 10 på figur 1-4. Verktøyet 10 omfattes generelt av en ytre mantel 12 som har en øvre, fast endeforbindelse 30 og.en nedre, bevegelig forbindelse 40. Slik det best fremgår av figur 1-4 vil omdreining av den bevegelige forbindelse 40 omstille forbindelsen 40 fra en første aksielt rettlinjet stilling (se figur 1 og

.4) til en annen, valgt, ikke-aksiell eller "avbøyd" stilling

(se figur 2 og 3).

Figur 1 i søkerens stamsøknad (US patentsøknad nr.825 589 nå US patent nr. , hvis fullstendige innhold inngår i

foreliggende søknad ved henvisning) illustrerer virkemåten

til et konvensjonelt tilpasningsstykke som er normalt permar nent fiksert i den "avbøyde" eller ikke-aksielt innrettede, viste stilling. Et slikt konvensjonelt tilpasningsstykke fremstilles vanligvis ved å forskyve bunnforbindelsen slik at den danner den ønskede vinkelutforming. Ved de foretrukne utføringsformer ifølge foreliggende oppfinnelse vil tilpasningsstykket 10 ifølge foreliggende oppfinnelse kunne erstatte det konvensjonelle "avbøyde" tilpasningsstykke på figur 1 i stampatentet. Det regulerbare tilpasningsstykket 10 ifølge foreliggende oppfinnelse vil således for retningsboring kunne tilkoples den nedre ende av en borestreng som normalt er en ikke-metallisk inspeksjonsmansjett 100, idet et turbobor 102 festes til nedre del av tilpasningsstykket 10. Dette generelle borearrangement er vist i forbindelse med det tidligere kjente tilpasningsstykket på figur 1 i stampatentet.

Bortsett fra omdreiningen og dens endring i orientering

av forbindelsen 40, er en glidebevegelse likeledes vist i apparatet 10 ifølge foreliggende oppfinnelse, hvilken glidebevegelse er relativ mellom den bevegelige forbindelse 40 og mantelen 12. Denne glideforbindelse gjør at omdreining kan finne sted når den bevegelige forbindelse 40 er ved en forlenget stilling i avstand fra mantelen 12 som vist i figur 1 og 4. Når den bevegelige forbindelse 40 er ført til en forlenget stilling i avstand fra mantelen 12 (og knastene 50 ligger på linje med utsparingene 52), inntar anordningen en ikke-stillbar, ikke-dreibar, låst tilstand som vist i figur 2 og 3. Det kan sees. at anordningen i denne stilling danner en "avbøyd" orientering slik det sees i konvensjonelle, permanent avbøyde retnings-til-pasningsstykker som er deres permanente konstruksjonsmessige utforming. I figur 4 skal bemerkes at den sentrale lengdeakse 12a til mantelen 12 og midtaksen 40a til den bevegelige forbindelse 40 er i det minste tilnærmet innrettet på linje med hver-, andre, mens på figur 3 danner aksene (12a, 40a) til henholdsvis mantelen 12 og den bevegelige forbindelse 40 en vinkel med hverandre, idet vinkelavbøyningen er betegnet med bokstaven "A" i figur 3.

Den i figur 1 og 4 viste orientering, som gir tilpasningsstykket 10 en i det vesentlige rettlinjet orientering, benyttes normalt for å senke eller fjerne borestrengen og de tilkoplede, aktuelle retnings-boreverktøy ned i eller ut av hullet. Den øvre, faste forbindelse 30 vil være tilkoplet en ikke-magnetisk inspeksjonsmansjett 100 (ofte betegnet som en "monell mansjett". Den nedre eller dreieendeforbindelsen 40

er festet til f.eks. et turbobor 102 "Dyna-Drill" eller liknende (se denne utforming som illustrert med et konvensjonelt permanent "avbøyd" tilpasningsstykke i figur 1 i patentet). Mansjetten 100 og turboboret 102 er delvis vist med stiplede linjer i figur 1-4.

Figur 2 viser orienteringen til tilpasningsstykket 10 ifølge foreliggende oppfinnelse, etter at "Dyna-Drill" 102 er blitt aktivisert, hvilken aktivisering frembringer en torsjon i borestrengen som bevirker at elementene til tilpasningsstykket 10 omskiftes idet den bevegelige forbindelse 40 dreier i forhold til mantelen 12 og dens omdreining avstedkommer førnevnte eksentrisitet i borestrengen. Når "Dyna-Drill"boret deretter senkes og påbegynner boringen, vil den bevegelige forbindelse 40 "innfelles", med forbindelsens 40 knaster 50 i låseinngrep med mantelens 12 utsparinger 52, slik at der dannes et i det vesentlige tett, ikke-stillbar, låst "avbøyd" tilpasningsstykke 10 (slik det har skjedd i figur 2 og 3). Det skal bemerkes at

torsjonen (illustrert ved den buede pil 106 i figur 1 og 2) som har oppstått i borestrengen på grunn av omdreiningen av turboboret, "Dyna-Drill", eller liknende, alltid vil tvinge tilpasningsstykket 10 til den "avbøyde" form som er vist i figur 2 og 3. Likeledes, sålenge en aksialkraft (bemerk pilene 104 i figur 2) forekommer i borestrengen (slik det normalt er tilfellet), vil den bevegelige forbindelse alltid være i en innfelt inn-grepsstilling i forhold til mantelen 12, med knastene 50 i låseinngrep med utsparingene 52 sammen med andre motsvarende inngrepsseksjoner anordnet langs de motstående omkretser av forbindelsen 40 og mantelen 12.

Figur 5 og 6 i stamsøknaden/patentet viser de nærmere detaljer ved låseknastarrangementet til den første utføringsform av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, og det henvises til dette for en videre forståelse av detaljene ved denne konstruksjon. Mens tilpasningsstykkets 10 henholdsvis første, mellom og siste stilling best fremgår av figur 1, 5 og 2 i foreliggende søknad, vil de egentlige, som et hele betraktede sam- svarende knast- og utsparingsskikkelser idet anordningen omstilles fra en rettlinjet stilling til en avbøyd stilling, fremgå best av figur 5 og 6 i stamsaken. En betraktning av figur 5 og 6 i stamsaken vil gjøre det klart at et antall like, men omsnudde, motstående overflater er anordnet på mantelen 12 og på det bevegelige forbindelsesstykket 40. Det vil også fremgå at utspringene eller knastene på forbindelsen 40 har motsvarende utsparinger i mantelen 12. Som tidligere nevnt innpasser knastene 50 til den bevegelige forbindelse 40 i motsvarende utsparinger 52 på mantelen 12. Det skal bemerkes at både mantelen 12 og den bevegelige endeforbindelse 40 er utstyrt med plane, forlengede, innbyrdes sammenpassende glidefla-ter som ligger an mot og friksjonsmessig glir mot hverandre når anordningen er i en mellomtilstand (se figur 5) når den omstilles fra rettlinjet til "avbøyd" stilling som vist i figuren.

Det fremgår av figur 5 i foreliggende søknad at overflatene til knastene 55, overflatene til glideflatene 53, samt det øvre, indre parti av utsparingen 52 i mantelen 12 alle er parallelle og i tre ulike nivåer henholdsvis 55', 53' og 52' i forhold til hverandre. Likeledes er de nedre overflater til utsparingen 56, overflaten til glideflaten 54, og det øverste parti av knastene 50 alle parallelle og ved tre ulike nivåer henholdsvis 56', 54' og 50' på den bevegelige forbindelse 40. Dette er et viktig trekk, ettersom det tilveiebringer en mellomstilling slik det best fremgår av figur 5, der anordningen fritt kan dreie gjennom bare en viss buestrekning for å omstilles fra en aksielt rettlinjet til en "avbøyd" stilling. Slik det best fremgår av figur 5 vil overflatene til knastene 55 på mantelen 12 gli og hvile på de opphøyde "mellom"-flater til den bevegelige forbindelse 40, idet disse overflater utgjør glideflatene

54. Denne glidebevegelse kan bare skje gjennom en buestrekning av ønsket grad (denne omdreiningsgrad er et konstruksjonsmessig element) ettersom knastene 55 vil ligge an mot knastene 50 ved hver ende av den buede omdreinihgsbane. I den foretrukne

utføringsform vist i figur 2 - 6 i stamsaken, såvel som i den første foretrukne utføringsform ifølge foreliggende sak, er tilpasningsstykket 10 konstruert til å dreie gjennom en vinkel på tilnærmet 60° (idet dette bare er et eksempel på en bue-beve-gelsesstrekning).

Når tilpasningsstykket dreies til fullt avbøyet stilling som vist i figur 2 og 3, griper knastene 55 inn i utsparingene 56, og knastene 50 i den bevegelige forbindelse 40 griper inn i utsparingene 52 i mantelen 12.

Slik det best fremgår av figur 3 og 4 er en sentral åp-ning 60 utformet gjennom det midterste parti av tilpasningsstykket 10, idet åpningen 60 danner et gjennomløp gjennom hvilket boreslam eller liknende fluid kan pumpes for drift av turboboret, "Dyna-Drill", eller liknende retningsboreapparat 102.

Mantelen 12 opptar en indre glidehylse 20 som forskyvbart passer i mantelen 12 og forskyvbart ligger an mot dennes innervegg 14. Hylsens 20 forskyvningsbevegelse i mantelen 12 gjennom dimensjonen A (figur 3) er antydet ved retningpilene 110

og 111 på henholdsvis figur 3 og 4.

Som det fremgår av figur 3 danner hylsens 20 øvre, innerste endeparti 22 et utvidet ringformet parti 22 idet en bryst-ning 24 er anordnet mellom det utvidete parti 22 og resten av hylsen 20. En samvirkende endring i den indre diameter sees ved dette punkt i mantelen 12 hvilket danner et anslag 16 for begrensning av hylsens 20 nedadrettede glidebegelse i mantelen 12. Normalt vil hylsen 20 kunne fjernes fra mantelen ved glidebevegelse bort fra anslaget 16. Ved montering er imidlertid den nedre forbindelse 40 fastskrudd til hylsen 20, og hindrer deretter fjerning av hylsen 20 fra mantelen 12. Hylsens 20 glidebevegelse samt den tilfestede dreieforbindelse 40 er fiksert i begge retninger. Glidebevegelse til en "forlenget" stilling (figur 4) stoppes når brystningen 24 treffer anslaget 16. Glidebevegelse til en "innerste" eller "forsenket" stilling (figur 3) stoppes når den bevegelige forbindelse 40 kommer til anlegg mot mantelen 12.

Sammensetningen av tilpasningsstykket 10 er fullført når den faste endeforbindelse 30 festes til det øvre endeparti av verktøyets 10 mantel 12 motsatt den bevegelige forbindelse 40.

I den foretrukne utføringsform, som vist i figur 3 og 4, er denne forbindelse en gjengeforbindelse 32.

Den faste endeforbindelse 30 har en utvendig diameter som

i det vesentlige er identisk med ytterdiameteren til mantelen 12. Endepartiet til den faste forbindelse 30 (som er fri og normalt kan tilkoples borestrengen eller den umagnetiske inspeksjonsmansjett 100 ettersom tilfellet er) er fortrinnsvis

utstyrt med gjenger 36 som kan være konvensjonelle og tillater enkel tilkopling til slik konvensjonell borestreng eller umagnetisk inspeksjonsmansjett 100.

Figur 3 viser best hylsepartiet 20 til tilpasningsstykket 10 ifølge foreliggende oppfinnelse. Hylsen 20 kan utstyres med hvilken som helst konvensjonell gjenge 23 for tilkopling til den bevegelige forbindelse 40. Forbindelsen opprettes og fastholdes ved hjelp av en settskrue 27 eller den kan om ønskelig gjøres permanent ved hjelp av sveising eller liknende etter montering.

Hylsens 20 endeparti motsatt gjengene 23 danner et utvidet ringformet parti 22 som tidligere nevnt. Hylsen 20 er utstyrt med et antall spor i hvilke tetnings-O-ringer 26 er anordnet. Dette hindrer utsigning eller lekkasje av borefiuid fra den inn-vendige boring 60.

Den foretrukne utføringsform av tilpasningsstykket 10 ifølge foreliggende oppfinnelse er i figur 3 vist i sin omstilte, "avbøyde" tilstand. Slik det best fremgår avstedkommes denne "avbøyde" orientering ved en omdreining av den bevegelige forbindelse 40 i forhold til mantelen 12^Eksentrisiteten frembringes ved omdreiningen, ettersom mantelens 12 innervegg 14,

og den omdreiningsakse som den danner, danner en vinkel med den ytre overflate 13.Likeledes er den bevegelige forbindelse 40 fastskrudd på hylsen 20 med en lik, ønsket vinkelmessig orientering mellom deres lengdeakser. Med en slik konstruksjon dreies anordningen til en stilling hvor den bevegelige forbindelses 40 lengdeakse 40a er på linje med aksen til den faste endeforbindelse 30 og mantelens 12 akse 12a, hvilket er ønskelig under senking eller heving av tilpasningsstykket 10 og dets tilkoplede turbobor 102 og borestreng 100 inn i eller ut av hullet. En omdreining gjennom den konstruksjonsmessig fore-skrevne buebane frembringer en eksentrisitet mello aksene 4 0a og 12a til den bevegelige forbindelse 40 og mantelen 12. Det geometriske forhold som ligger til grunn for denne verktøyope-rasjon er nærmere forklart nedenfor.

De foretrukne utføringsformer 10, 210 ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjør, i motsetning til utføringsformene ifølge stamsaken, en rekke forskjellige vinkelavbøyninger eller -avvik med ett og samme verktøy. Ved den første utføringsform 10 (fig.

1-7) oppnås dette ved å la mantelen 12 være i form av to

. dreibart regulerbare seksjoner 70, 71 som reguleres og innstilles i forhold til hverandre på overflaten ved hjelp av organer på den konvekse låsetapp 73 som passer inn i den valgte av de konkave åpninger 74. (Se fig. 5 - 7). Låse-tappen 73 tvinges oppover inn i det tilhørende hull 74 ved hjelp av en fjær 75. Et indredetaljriss av denne mekanisme er vist i figur 6 og 7. Den indre tapp 73 kan beveges i lengderetningen fra verktøyets 10 utside ved hjelp av skyvestangen 76 som er festet til tappen 73 ved hjelp av en skrue 77. En ytterligere 0-ring 78 er anordnet for avsetting av

verktøyet 10 mellom mantel-delene 70, 71. Som vist er hvert mantelelement 70, 71 utstyrt med et motsvarende sett merker som angir avviksvinkelen (som eksempel er en rekke ha.lvvinkel-trinn fra 1 til 4° vist i figur 1 og 2) idet de motsvarende hull 74 i den øvre mantelseksjon 70 er anordnet med innbyrdes avstand i samsvar med hver av vinkelmerkene.

Etter at den spesielt ønskede vinkel er valgt på overflaten (i illustrasjonsøyemed er en vinkel på 4° valgt i figur 1 og 2), føres stangen 76 nedover slik at tappen 73 frigjøres fra det hull 74 som den tilfeldigvis var i inngrep med. Ved frigjøring av tappen 73 fra hullet 74 kan manteldelene 70, 71 fritt dreie i forhold til hverandre på motstående, forlengede,

plane, tilpassede, mellomliggende overflater, og de beveges slik inntil vinkelmerket for den valgte vinkel (f.eks. 4° som vist) kommer på linje med hverandre. Skyvestangen 76 frigjøres så, og tappen 73 skyves under påvirkning av trykkfjæren 75 inn i det"automatisk" eller innebygget valgte hull 74 som svarer til den valgte avviksvinkel, slik at manteldelene 70, 71 igjen sam-menlåses for bruk. Verktøyet 10 vil da utgjøre et "avbøyet" tilpasningstykke med den spesielt valgte avviksvinkel. Om ønskelig kan verktøyets 10 avviksvinkel deretter endres ved igjen å bevege stangen 76 nedover (bemerk retningspilen i figur 5), under omdreining av manteldelene 70, 71 i forhold til. hverandre inntil de valgte vinkelmerker på deres utside kommer på linje med hverandre, hvoretter stangen 76 frigjøres under sammenlå-sing av manteldelene 70, 71. Verktøyet 10 vil da være klart til å frembringe den sist valgte avviksvinkel.

Den i grader angitt endring i retningsavbøyningen er et vurderingsspørsmål etter at en fagmann på området har anvendt læren ifølge foreliggende oppfinnelse. Således kunne tilpasningsstykket 10 lett maskineres for som vist å gi én grad (1°), én og en halv grad (1^°), to grader (2°) to og en halv grad ( 2<k>°) r tre grader (3°), tre og en halv grad ( 3h°) fire grader (4°) eller liknende avbøyde tilpasningsstykke-forbindelser, idet dette utgjør vanlig gradoppdeling ved retningsboring. Vinkelvalget for tilpasningsstykket vil normalt bestemmes av størrelsen av vinkel og/eller retningsendring som er nødvendig for å holde en foreslått boreretning i en gitt situasjon. Normalt vil en konstruktør ta flere faktorer i betraktning ved valg av den riktige vinkel for tilpasningsstykket 10. Følgende faktorer vil være av betydning:

1. hullstørrelse,

2. den nødvendige retningskontroll,

3. den ønskede vinkelendring pr. lengdeenhet av boret hull, og 4. den borsynk som kan oppnås med gitte borkroner for et gitt turbobor.

Virkemåte

Virkemåten til apparatet 10 ifølge foreliggende oppfinnelse fremgår best av figur 1-7.

Ved fremgangsmåten ifølge den foretrukne utføringsform av foreliggende oppfinnelse er tilpasningsstykket 10 tilkoplet det nederste parti 100 av borestrengen. Et passende boreorgan 102 såsom et turbobor,"Dyna-Drill" eller liknende, er festet til tilpasningsstykket 10 ved den bevegelige forbindelse 40. Aksene til mantelen 12 og den bevegelige forbindelse 40 innrettes så aksielt på linje med hverandre slik at hele det aksielt rettlinjede boréapparat kan nedsenkes i brønnhullet. I figur 1 er anordningen vist i dens aksielt rettlinjede stilling. I denne stilling er den bevegelige forbindelse 40 i en forlenget stilling, med hylsen 20 i bevegelse inntil brystningen 24 ligger an mot og stopper mot anslaget 16. I denne stilling rager knastene 50 ned under mantelens 12 endetjeneste 52, hvorved knastene 50 går klar av rotasjonsanslag forårsaket av utsparingens 52 sidevegger.

Når boret 102 når den ønskede stilling i brønnhullet og turboboret eller liknende boreorgan er anbragt som ønsket, aktiviseres tilpassningsstykkets 10 boreorgan til en annen, aksiell avvikende stilling. En slik avvikende stilling i tilpasningsstykket 10 gir en motsvarende avviksvinkel A (se figur 4) mellom aksene til borestrengen og boreorganet. Deretter kan retningsboring påbegynnes etter behov. Selvsagt er det ønskelig å vite hvor eller i hvilken retning fra vertikalretningen avviket finner sted, hvilket vil variere avhengig av hvor stor vinkelomdreining finner sted fra den nullstilte, réttlinjede stilling til den spesielt innstilte, låste avviks-stilling. For å avstedkomme dette er et ytterligere sett vinkelmerker anordnet på mantelens 12 øvre hovedparti (se fig. 1 og 2) som angir hvor langs den øvre forbindelses 30 sideom-krets det angitte vinkelavvik vil finne sted når det velges på det nedre sett tilpassede vinkelmerker.

Etter at boreoperasjonene er fullført kan borestrengen trekkes ut av borehullet. Ved tilbaketrekningen vil tilpasningsstykket 10 forlenges med hylsens 20 glide- og bevegelige hode 22 forlenget til en utstrukket ytterstilling der dens evne til å dreie i forhold til mantelen 12 gjenopprettes. Ettersom turboboret eller liknende boreverktøy ikke lenger aktiviseres, foreligger ingen sidetorsjon hverken i borestrengen eller tilpasningsstykket 10. Den nødvendige drivkraft for å holde tilpasningsstykket i en avbøyet stilling er således ikke tilstede og tilpasningsstykket 10 (hvor forbindelsen 40 nå fritt kan dreie i forhold til mantelen 12) vil gradvis gjen-innta en rettlinjet stilling idet borestrengen trekkes ut av borehullet. Den aksielt rettlinjede stilling gjenopprettes gradvis ettersom den innebærer en tilstand med minst mulig banemotstand,. og der foreligger ingen kraft som kan holde tilpasningsstykket 10 i "avbøyd" stilling.

Den foretrukne utføringsform som her beskrevet er påtenkt for bruk i forbindelse med et turbobor, "Dyna-Drill" eller liknende retningsboreverktøy som frembringer torsjon i tilpasningsstykket 10 når det påvirkes ved dreining. Det skal imidlertid forståes at andre boreverktøy kan benyttes i kombinasjon med den første foretrukne utføringsform av foreliggende oppfinnelse, dersom de frembringer en torsjon i tilpasningsstykket 10, hvilken torsjon bevirker en omstilling av tilpasningsstykket 10 fra en "aksielt rettlinjet" stilling til en avbøyd stilling. Likeledes kan foreliggende oppfinnelse tilpasses der mantelen og den bevegelige forbindelse kan beveges i forhold til hverandre for vinkelavvik ved hjelp a<y>direkte mekaniske organer eller andre organer som påvirkes f.eks. fra overflaten eller på annen måte.

Konstruksjon av annen utføringsform

En annen foretrukket utføringsform 20 av det vinkelvariable tilpasningsstykket ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 8 og 9 hvis forskjellige elementer, deler og virkemåte i mange henseende er de samme som er nærmere omtalt i forbindelse med den første utføringsform på figur 1-7.

For korthets skyld skal derfor de liknende eller identiske forhold ikke gjentas her, og det skal bemerkes at de analoge elementer og deler i den annen utføringsform har samme henvisningstall som i den første utførings form med tillegg av det foranstilte tallet to. Istedenfor det manuelt innstillbare, variable system 72 - 77 ifølge den første utføringsform 10, anvender imidlertid denne annen utføringsform 210 et innvendig motorisert system 272 som muliggjør endring fra 0° til den be-regnet maksimale gradverdi, mens verktøyet 210 er nede i hullet.

Verktøyets 210 rettlinjede tilstand er vist i figur 8, mens den valgte avvikende eller"avbøyde"tilstand er vist i figur 9.

Det vinkelvariable motoriserte system 272 omfatter en indre elektrisk "slave"-synkronmotor 273 som drives ved hjelp av elektriske "navlestreng"-styreledninger 274 som fører til en "hoved"-synkronmotor (ikke vist) på overflaten. Den indre motor 273 er festet til den øvre manteldel 270 og driver et tilknyttet drivsystem som innbefatter et sett tannhjul 275 festet til nedre manteldel 220 via et passende tannhjulsystem 276.

Den indre motor 273 kunne selvsagt være montert på den nedre hylsedel 220 og dreibart drive den øvre manteldel 270.

Ved å styre hoved-synkronmotoren på overflaten påvirkes-den indre "slave"-motor 273 inntil den ønskede avviksvinkel er

oppnådd mens verktøyet 210 er nede "i hullet". Når.det er ønskelig å trekke opp borestrengen, etc, reverseres hovedsynkron-motoren på overflaten og følgelig den indre "slave"-synkronmotor 272 inntil nullstillingen er oppnådd, eller dreiebevegelsen fortsettes om ønskelig fremover inntil en fullstending omdrei- . ning på treogseksti grader (360°) har funnet sted, hvilket bringer verktøyet 210 tilbake til dets null- eller rettlinjede stilling..

Geometriske forhold

De geometriske forhold som ligger til grunn for verktøyets evne til å muliggjøre både en rettlinjet, ikke-avvikénde tilstand, og ved behov en avvikende eller avbøyd tilstand, er skjematisk vist i henholdsvis figur 10 og 11.

Som vist innbefatter verktøyet 300 (analogt med 10, 210) tre hoved-forbindelsespartier, et første, øvre forbindelsesparti 301 (analogt med 30 og 230) for å forbinde verktøyet med f.eks. borestrengen, et annet, nedre forbindelsesparti 302.

(analogt med 40 og 240) for å forbinde verktøyet med en opera-tiv anordning, f.eks. et turbobor med en borkrone, og et tredje, midtre forbindelsesparti 303 (analogt med 12 og 212) for innbyrdes forbindelse mellom de to første partier, idet hvert av de tre forbindelsespartier har en sentral lengdeakse henholdsvis 301a, 302a og 303a. Aksen 303a utgjør også en omdreiningsakse som avviker fra de andre lengdeakser 301a, 302a med en valgt vinkel B på f.eks. to grader (2°). Det midtre forbindelsesparti 303 tillater relativ dreiebevegelse mellom de to første forbindelsespartier 301, 302 om omdreiningsaksén 303a, idet dreiebevegelsen styres av de langstrakte, plane, samvirkende flater 304 (analoge med 53/54 og 250) som er sideveis bevegelige ved omdreining i forhold, til hverandre, hvilke flater ligger i et plan vinkelrett på omdreiningsaksén 303a.

Slik det fremgår av figur 10, der verktøyet 300 er i sin rettlinjede stilling, faller de sentrale lengdeakser 301a, 302a til det øvre og nedre verktøyparti sammen, idet hver danner en lik og avvikende vinkel B med midtpartiets sentrale omdreiningsakse 303a. Når imidlertid det øvre dg nedre parti 301, 302 dreies i forhold til hverandre vil den nedre lengdeakse 202 av-vike fra den øvre lengdeakse 301a med et stadigøkende vinkelavvik inntil et maksimalt avvik blir nådd ved en omdreining på etthundreogåtti grader (180°),på hvilket tidspunkt, slik det fremgår av fig. 11, det maksimalt mulige vinkelavvik er nådd ved "2 xB" eller, i det gitte eksempel ved totalt 4°. Dersom dreiebevegelsen hadde fortsatt forbi 180° eller i motsatt retning, dvs. reversert, ville avviksvinkelen mellom det øvre og

nedre parti 301, 302 avta inntil start- eller nullstillingen ble nådd, hvilket ville resultere i den rettlinjede stilling på figur 10.

Ved å starte med et vinkelavvik B større enn f.eks. 2°, f.eks. treogenhalv grad, ville man selvsagt få et ønsket, fire graders vinkelavvik ved relativ omdreining av de øvre og nedre partier 301, 302 på mindre enn etthundreogåtti grader. Det er denne situasjon som er lik i den første utføringsform

10 som bare dreier tilnærmet seksti grader for å frembringe

et fire graders avvik. Ved å variere grensene for den maksimale dreiebevegélse mellom de øvre og nedre partier 301, 302 om dreieaksen 303a,og ved å fastholde eller låse de to partier 301, 302 sammen ved denne innstilte grense ved bruk av den operative anordning, kan det samme verktøy 300 likeledes gjøres regulerbart og benyttes for å frembringe forskjellige valgte avviksvinkler. Denne sistnevnte regulerbarhet oppnås ved ut-førings formene 10, 210 ifølge foreliggende søknad. Ved således f.eks. i den første utføringsform 10 å omstille de relative, sideveis innstilte stillinger mellom delseksjonene 70, 71 ved sideveis bevegelse av de langstrakte, samvirkende flater 79 i forhold til hverandre, hver av hvilke ligger i et plan vinkelrett på hylsens 20 omdreiningsakse, vil således den maksimale grad av omdreining som tillates etter at den rettlinjede tilstand er opprettet før knasten 50 treffer utsparingens 52 an-slagsvegg endres, idet den mindre grad av omdreining som tillates før låsing eller anslag frembringer den mindre grad av vinkelavvik. Alternativt kunne selvsagt selve knastene 50 ut-føres bevegelige for å endre omdreinings-anslagspunktet eller et variabelt anslågssystem for selektiv begrensning.av omdrei-ningsgraden for hylsen 20 med mantelen 12 kunne anvendes. Eller, som et ytterligere mulig arrangement, kunne verktøyets 10 indre konstruksjon modifiseres for å tillate variering av den vinkel som den avvikende omdreiningsakse 303a danner med de andre lengdeakser 301a, 302a.

I utføringsformen 210 reguleres avviksgraden ved å aktivi-sere motoren og bare holde den ved det spesielt valgte omdrei-hingspunkt for frembringelse av den ønskede avviksgrad. Det skal også bemerkes at både de tverrløpende samvirkende flater 305 (53/54 og 250) og de opplagrede, samvirkende, sylindriske flater mellom mantelen 12, 212 og hylsen 20, 220 på verktøyet 10, 210 samvirker til å styre den relative dreiebevegelse mellom verktøyenes analoge øvre og nedre partier 301, 302. Selv

om det således fra et fasthetssynspunkt er ønskelig å ha begge, ville det være mulig å omkonstruere verktøyet slik at den ene eller andre av de samvirkende flater i styresystemene elimine-res eller endres.

Det skal også bemerkes at det er ønskelig at de ytre overflater på de øvre og nedre partier 301, 302 danner sylindriske overflater med samme diameter og at de maksimale diametere til de samvirkende styreflater, innbefattende de plane flater såvel som de sylindriske overflater, og fra omdreiningsaksén 303a er mindre for å gi et mer kompakt verktøy.

Det skal forståes at ved bruk av termene "tilpasningsstykke" eller "verktøy", innbefatter slike termer den situasjon hvor foreliggende oppfinnelse benyttes i et separat verktøy som vist eller utgjør en del av eller et delelement av en annen anordning eller verktøy, f.eks. utgjør en del av selve turboboret ellér "Monell mansjetten".

Som et ytterligere eksempel på en mulig variant, kunne man kontruere et "hybrid"-verktøy som innbefatter deler av utfø-ringsformene 10, 210, ved å bruke verktøyets 10 grunnkonstruk-sjon, enn med en overflatestyrt, indre motor (slik den i utfø-ringsformen 210) for å variere de relative stillinger til de vinkelvariable mantelseksjoner 70, 71 når disse er "nede i hullet". Ved en slik versjon ville motoren og dens tilknyttede drivinnretning arbeide mellom seksjonene 70, 71, og denne versjon ville ikke ha den tunge belastning på motordrivsystemet slik tilfellet er ved utføringsformen 210 hvor driften arbeider mellom manteldelen 212 og hylsen 220.

For større avvik enn det som oppnås ved hjelp av ett verk-tøy kunne man selvsagt benytte en "piggy back" kombinasjon av to eller flere slike verktøy på linje for å avstedkomme en kombinert total avviksvinkel slik summen av hver av verktøyene.

Ettersom mange varianter og forskjellige utføringsformer kan utføres innenfor rammen av den her omtalte oppfinneriske idé, og ettersom mange modifikasjoner kan utføres i de utfø-ringsformer som her er beskrevet i henhold til lovens forskrif-ter, skal det forstås og ikke i en begrenset betydning.

Claims (16)

1. Retningsverktøy for å bevirke at retningen til en opera-tiv anordning såsom f.eks. en borkrone avbøyés og avviker nede i borehullet fra den like vinkel (180°) til den nærmestliggende borestreng, karakterisert ved at den omfatter: (a) et langstrakt verktøyhus, (b) første forbindelsesorganer på en øvre ende av verk-tøyhuset for befestigelse av verktøyhuset til borestrengen og med en sentral lengdeakse som i det føl-gende benevnes øvre lengdeakse, (c) andre forbindelsesorganer på den nedre ende av verk-tøyhuset for befestigelse av den operative anordning til verktøyhuset og med en sentral lengdeakse som i det følgende benevnes nedre lengdeakse,. (d) midtre forbindelsesorganer mellom de første og andre forbindelsesorganer for sammenføyning av de første og andre forbindelsesorganer, samtidig som de tillates å dreie i forhold til hverandre om en omdreiningsakse som er forskjellig fra og danner en vinkel med både den øvre og nedre lengdeakse, idet nevnte andre forbindelsesorganer og nevnte første forbindelsesorganer via de midtre forbindelsesorganer er dreibart bevegelige om nevnte omdreiningsakse fra en første stilling hvor den øvre og nedre lengdeakse er i det minste stort sett parallelle, idet verktøyet tillates å beveges gjennom hullet med borestrengen og den operative anordning innrettet på linje i det minste en del av tiden, til en annen stilling nede i borehullet hvor den øvre og nedre lengdeakse oppviser et innbyrdes vinkelavvik som bevirker at retningen til de operative organer avbøyes og avviker nede i borehullet fra den like vinkel (180°) til den nærmestliggende borestreng, idet nevnte omdreiningsakse er fiksert under de første og andre forbindelsesorganers dreiebevegelse mellom den første og annen stilling.

2. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre innbefatter låseorganer for i det minste.midlertidig å låse de første og andre forbindelsesorganer sammen i den annen stilling, for derved å tillate den operative anordning å bibeholdes i dens avvikende tilstand under dens bruk nede i hullet.

3. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre og nedre lengdeakse er i det minste stort sett sammenfallende i den første stilling.

4. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at de første forbindelsesorganer og de andre forbindelsesorganer har sylindriske midtre, overflater med stort sett samme diameter om sine sentrale lengdeakser, og at de midtre forbindelsesorganer er tilknyttet en sylindrisk overflate om sin omdreiningsakse med mindre diameter enn diameteren til de første og andre forbindelsesorganer.

5. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de midtre forbindelsesorganer er tilknyttet en sentral, sylindrisk overflate om sin omdreiningsakse, og at i det minste et av de første og andre forbindelsesoeganer er tilknyttet en indre sylindrisk overflate med en sentral lengdeakse som faller sammen med omdreiningsaksén og en diameter omtrent lik diameteren til den sentrale sylindriske overflate, idet de sylindriske overflater er opplagret og samvirker med hverandre i et innbyrdes anliggende forhold for relativ omdreining.

6. Verktøy ifølge krav 5, karakterisert ved at de midtre forbindelsesorganer har i det minste to, langstrakte, plane, i innbyrdes anlegg samvirkende overflater som ligger i det minste delvis i et plan vinkelrett på omdreinings-planet og sideveis bevegelig i forhold til hverandre og anordnet i det minste i enkelte med innbyrdes avstand beliggende partier om omdreiningsaksén, idet de sylindriske overflater og de plane samvirkende overflater styrer og plasserer de første og andre forbindelsesorganer under deres omdreining i forhold til hverandre mellom den første og annen stilling.

7. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de midtre forbindelsesorganer har i det minste to, langstrakte , plane , samvirkende overflater som ligger i et plan vinkelrett på omdreiningsaksén og er sideveis beveglige i forhold til hverandre og anordnet i det minste i enkelte med inn byrdes avstand beliggende partier om omdreiningsaksén.

8. Verktøy ifølge krav 7, karakterisert ved at de midtre forbindelsesorganer har i det minste ett anslag som begrenser dreiebevegelsen til de første og andre forbindelsesorganer til en grad innenfor et område på fra null til etthundreogåtti grader (180°) .

9. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre innbefatter vinkelvariable reguleringsorganer for innenfor samme verktøyhus å muliggjøre nøyaktig utvelging av forskjellige avviksvinkler som frembringes ved hjelp av de midtre forbindelsesorganer når de første og andre forbindelsesorganer er i den annen stilling.

10. Verktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at de vinkelvariable reguleringsorganer omfatter en motor og et tilknyttet drivsystem montert mellom de midtre forbindelsesorganer og i det minste et av de første og andre forbindelsesorganer, hvilken motor er fiksert på et av forbindelsesorganene og det tilknyttede drivsystem er forbundet med det andre for-bindelsesorgan, idet påvirkning av motoren driver det tilknyttede drivsystem som bevirker relativ omdreining mellom de første og andre omdreiningsorganer om omdreiningsaksén.

11. Verktøy ifølge krav 10, karakterisert ved at det videre omfatter motor-styreorganer beliggende på overflaten for styring av påvirkningen og bevegelsen av motoren mens denne er i hullet, idet styreorganene og motoren er drifts-messig forbundet med hverandre.

12. Verktøy ifølge krav 11, karakterisert ved at motoren er en "slave"-synkronmotor og at styreorganene innbefatter en "hoved"-synkronmotor.

13. Verktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at de vinkelvariable reguleringsorganer innbefatter variable organer på i det minste et av forbindelsesorganene for variering av den maksimale grad av omdreining som tillates mellom de første og andre forbindelsesorganer under bevegelse til den annen stilling.

14. Verktøy ifølge krav 13, karakterisert ved at de variable organer innbefatter minst to, langstrakte, plane, samvirkende overflater med tilknyttede låseorganer med de samvirkende overflater beliggende i et plan som konstant er vinkelrett på en av lengdeaksene og omdreiningsaksén og sideveis regulerbare i forhold til hverandre, hvor de to overflater er midlertidig sideveis bevegelige for relativ regulering av tillatt maksimal omdreining, men forøvrig er sammenlåst uten å tillate sideveis relativ bevegelse under bruk.

15. Verktøy ifølge krav 14, karakterisert ved at det omfatter på begge sider av. de samvirkende overflater motstående sett av avviksvinkelindikerende merker hvis stillinger bestemmes av graden av maksimal omdreining som tillates for den ønskede avviksgrad når indikasjonsmerkene for denne grad sammenpasser tversover overflatene..

16. Verktøy ifølge krav 14, karakterisert ved at det videre innbefatter et sett like indikasjonsmerker på yttersiden av verktøyhuset som indikerer hvor langs verktøy-husets omkrets det ønskede avvik frembringes.