NO810750L

NO810750L - SHOCK ABSORBING DRILLING DEVICE.

Info

Publication number: NO810750L
Application number: NO810750A
Authority: NO
Inventors: Kenneth Raymond Jones
Original assignee: Mustang Tripsaver Inc
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1981-03-05
Publication date: 1982-09-06

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en støtabsorberende innretning til bruk i en borestreng samt en fremgangsmåte for bruk av innretningen. The present invention relates to a shock-absorbing device for use in a drill string as well as a method for using the device.

Det er velkjent når det gjelder boring av brønner at borestrengen og borkronene utsettes for store aksiale svingninger. Som omtalt i Down Hole Measurements of Drill String Forces and Motions, Journal of Engineering for Industry, mai 1968, side 217 - 225, Analysis of Down Hole Measurements of Drill String Forces and Motions, AIME Transactions, mai 1968, side 208 - 216, og Longitudinal and Angular Drill String Vibrations with Damping, Journal of Engineering for Industry, november 1968, side 671 - 679, forårsakes disse.svingninger av trykk-variasjoner i borestrengen, støt av borkronens tenner mot fjellet som bores, virkningen av borkonusen mot fjellet som bores og rotasjonen av borestrengen. Under noen forhold kan svingningene bli så store at de bevirker at borkronen beveger seg vertikalt bort fra fjelloverflaten som bores. Også i situasjoner der svingningene ikke er så alvorlige It is well known when it comes to drilling wells that the drill string and drill bits are exposed to large axial fluctuations. As discussed in Down Hole Measurements of Drill String Forces and Motions, Journal of Engineering for Industry, May 1968, pages 217 - 225, Analysis of Down Hole Measurements of Drill String Forces and Motions, AIME Transactions, May 1968, pages 208 - 216, and Longitudinal and Angular Drill String Vibrations with Damping, Journal of Engineering for Industry, November 1968, pages 671 - 679, these are caused by pressure variations in the drill string, impact of the bit teeth against the rock being drilled, the impact of the drill cone against the rock which is drilled and the rotation of the drill string. Under some conditions, the fluctuations can become so great that they cause the drill bit to move vertically away from the rock surface being drilled. Also in situations where the fluctuations are not so serious

kan svingningene medføre nedsatt brukstid for tennene på borkronene, selve borkronen, vektrørene og borerøret samt boretårnet. Det er derfor ikke overraskende at det er gjort store anstrengelser for å komme frem til støtabsorber-ende innretninger til bruk i borestrenger. the fluctuations may lead to a reduced service life for the teeth on the drill bits, the drill bit itself, the weight pipes and the drill pipe as well as the drill tower. It is therefore not surprising that great efforts have been made to arrive at shock-absorbing devices for use in drill strings.

Støtabsorberende innretninger for borestrenger omfatter vanligvis en ytre hylse med en skrueforbindelse i en ende, en indre hylse som kan føres teleskopisk inn i den ytre hylse og har en skrueforbindelse i den motsatte ende, samt en fjærmekanisme av en eller annen type, som virker mellom r den ytre og indre hylse. Det har vært foreslått fjærmeka-nismer av mange forskjellige typer til bruk i støtabsorber-ende innretninger. Som eksempler kan nevnes fjæranordninger med ringformede metallplater som ligger mot hverandre, Shock absorbing devices for drill strings usually comprise an outer sleeve with a screw connection at one end, an inner sleeve that can be telescopically inserted into the outer sleeve and has a screw connection at the opposite end, and a spring mechanism of some type, which acts between r the outer and inner sleeve. Spring mechanisms of many different types have been proposed for use in shock-absorbing devices. Examples include spring devices with ring-shaped metal plates lying against each other,

slik som vist i US^PS 2.570.577, spiralfjærer, slik som vist i US-PS 3.122.902, gassfjærer, slik som vist i US-PS as shown in US^PS 2,570,577, coil springs, as shown in US-PS 3,122,902, gas springs, as shown in US-PS

3.230.740, svingbare metalldeler, slik som vist i US-PS 3.254.508 og 3.447.340, Belleville-fjærer, slik som vist i US-PS 3.871.193, og gummifjærer eller gummilignende fjærer, slik som vist i US-PS 3.033.011, 3.099.918. 3.301. 009 og 3.339.380. 3,230,740, pivotable metal parts, as shown in US-PS 3,254,508 and 3,447,340, Belleville springs, as shown in US-PS 3,871,193, and rubber springs or rubber-like springs, as shown in US-PS 3,033,011, 3,099,918. 3.301. 009 and 3,339,380.

Fjærtypene i de støtabsorberende innretninger som er i handelen tilsvarer hovedsakelig de fjærtyper som er vist i de ovennevnte patenter, idet det finnes støtabsorberende innretninger med gassfjærer, Belleville-fjærer, gummifjærer og spiralfjærer. Hver hovedtype av fjærer har vesent-lige ulemper. Gassfjæreren har en fjærkonstant som varierer i avhengighet av boredybden, og det samme er tilfelle for innretninger med gummifjærer. Selv om andre innretninger med gummifjærer har en fjærkonstant som ikke varierer med dybden, er fjærkonstantene temmelig høye, vanligvis i området 160 000 - 215 000 N/cm. Selv om spiralfjærene har en forholdsvis lav og stabil fjærkonstant, f.eks. 62 000 N/cm, er denne type verktøy meget lang, og dette har en tendens til å gjøre borestrengen ustabil. Dessuten er spiralfjæren fremstilt av et stykke stål, og er følgelig kostbar. The spring types in the shock-absorbing devices that are on the market mainly correspond to the spring types shown in the above-mentioned patents, since there are shock-absorbing devices with gas springs, Belleville springs, rubber springs and spiral springs. Each main type of spring has significant disadvantages. The gas spring has a spring constant that varies depending on the drilling depth, and the same is the case for devices with rubber springs. Although other devices with rubber springs have a spring constant that does not vary with depth, the spring constants are quite high, usually in the range of 160,000 - 215,000 N/cm. Although the coil springs have a relatively low and stable spring constant, e.g. 62,000 N/cm, this type of tool is very long, and this tends to make the drill string unstable. In addition, the coil spring is made from a piece of steel, and is therefore expensive.

Det er tre sammenhengende konstruksjonskriterier som bestem-mer egenskapene til en støtabsorberende innretning: belastningskapasitet, fjærkonstant og deformasjon. I forbindelse med den kjente teknikk.er det fremholdt at jo lavere fjærkonstanten er, dessto mer effektiv vil innretningen være for demping av vibrasjoner, slik som nevnt i den ovennevnte artikkel Longitudinal and Angular Drill String Vibrations with Damping, og i en publikasjon fra Johnston-Schlumberger, med tittel "Shock Guard Drilling Shock Absorber". Belastningskapasiteten til en støtabsorberende innretning bestemmes vanligvis av den største belastning som borkronen utsettes for under boring, hvilken vanligvis er en funksjon av bordiameteren. Selv om den største belastning som borkronene utsettes for varierer noe, ligger den vanligvis i området 10 500 - 16 000 N/cm bordiåmeter. Belastning, deformasjon og fjærkonstant for en mekanisk fjæranordning er bestemt av ligningen: There are three interrelated design criteria that determine the properties of a shock-absorbing device: load capacity, spring constant and deformation. In connection with the known technique, it is stated that the lower the spring constant, the more effective the device will be for damping vibrations, as mentioned in the above-mentioned article Longitudinal and Angular Drill String Vibrations with Damping, and in a publication from Johnston- Schlumberger, entitled "Shock Guard Drilling Shock Absorber". The load capacity of a shock absorbing device is usually determined by the greatest load to which the drill bit is subjected during drilling, which is usually a function of the drill diameter. Although the maximum load to which the drill bits are subjected varies somewhat, it is usually in the range of 10,500 - 16,000 N/cm drill diameter. The load, deformation and spring constant of a mechanical spring device are determined by the equation:

Når belastningskapasiteten bestemmes av ytre forhold, kan følgelig fjærkonstanten til et system bare minskes ved å Consequently, when the load capacity is determined by external conditions, the spring constant of a system can only be decreased by

øke deformasjonen.increase the deformation.

En annen konstruktiv begrensning som må tas hensyn til er den største diameter som er disponibel for innretningen. Fordi den nominelle hullstørrélse bestemmes av dimensjonene til borkronen, er det håpløst å foreslå bruken av en større borkrone for å gi mere plass for innretningen, av to grunner. For det første vil industrien bestemme dimensjonene til de borkroner som brukes, og innretningen må utformes tilsvar-ende. For det annet er den nødvendige belastningskapasitet større jo større borkronen er. Det er imidlertid meget små teoretiske, konstruktive begrensninger med hensyn til den aksiale lengde av innretningen, selv om det er ønskelig at den støtabsorberende innretning er så kort som mulig for at vektrørene skal være så stabile som mulig. Another constructive limitation that must be taken into account is the largest diameter available for the device. Because the nominal hole size is determined by the dimensions of the drill bit, it is hopeless to suggest the use of a larger drill bit to provide more space for the device, for two reasons. Firstly, the industry will determine the dimensions of the drill bits used, and the device must be designed accordingly. Secondly, the larger the drill bit, the greater the required load capacity. However, there are very small theoretical, constructive limitations with regard to the axial length of the device, although it is desirable that the shock-absorbing device is as short as possible so that the weight tubes are as stable as possible.

For å illustrere problemet kan nevnes at en vanlig dimensjon for borkronen er 20 cm i diameter, og den største belastning den er beregnet for ligger i området 208 000 - To illustrate the problem, it can be mentioned that a common dimension for the drill bit is 20 cm in diameter, and the largest load it is calculated for is in the range of 208,000 -

312 000 N.' : Fordi det må være tilstrekkelig klaring mellom ytterflaten av den støtabsorberende innretningen og veggen i hullet, for at utboret material og slam kan passere mellom, kan den største ytterdiameter til den støtabsorberende innretning ikke være større enn omtrent 17,5 cm. Hylsen må ha en kanal som gir passasje for slammet som strømmer nedover til borkronen på omtrent samme dimensjon som kanalen gjennom borestrengen og vektrørene. Dessuten må kanalen gjennom den indre hylsen ha tilstrekkelig dimensjon for gjennomføring av en oppfiskingsstang. Følgelig trengs en 312,000 N.' : Because there must be sufficient clearance between the outer surface of the shock-absorbing device and the wall of the hole, for excavated material and mud to pass between, the largest outer diameter of the shock-absorbing device cannot be greater than approximately 17.5 cm. The casing must have a channel that provides passage for the mud flowing down to the drill bit of approximately the same dimensions as the channel through the drill string and weight tubes. In addition, the channel through the inner sleeve must have sufficient dimensions for the passage of a fishing rod. Consequently, one is needed

kanal med dimensjon i området 3,8 - 7,2 cm. Det vil således fremgå at med gjennomsnittsverdier kan den ytre og indre hylse og fjæranordningen oppta et ringtverrsnitt som har en ytterdiameter på omtrent 17,5 cm og en innérdiåmeter på omtrent 5,7 cm. Fordi en stor del av dette areal må opptas av de ståldeler som utgjør veggen i den ytre og indre hylse, er det meget liten konstruksjonsmessig frihet for valg av diameter for fjærmekanismen som monteres mellom den indre og ytre hylse. channel with dimensions in the range 3.8 - 7.2 cm. It will thus appear that with average values, the outer and inner sleeve and the spring device can occupy a ring cross-section which has an outer diameter of approximately 17.5 cm and an inner diameter of approximately 5.7 cm. Because a large part of this area must be taken up by the steel parts that make up the wall of the outer and inner sleeve, there is very little design freedom for the choice of diameter for the spring mechanism that is mounted between the inner and outer sleeve.

Uansett hvorvidt belastningen på borkronen er en funksjonRegardless of whether the load on the drill bit is a function

av diameteren, ligger belastningskapasiteten for en støt-absorberende innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse i området 44 000 - 570 000 N. Med mere vanlig forekommende dimensjoner av borkroner ligger belastningen og følgelig belastningskapasiteten i området 132 000 - of the diameter, the load capacity for a shock-absorbing device according to the present invention is in the range 44,000 - 570,000 N. With more commonly occurring dimensions of drill bits, the load and consequently the load capacity is in the range 132,000 -

333 000 N. 333,000 N.

For ytterligere å illustrere hvordan konstruktive begrensninger innvirker på de støtabsorberende innretninger an- To further illustrate how constructive limitations affect the shock-absorbing devices an-

tas det at en fjærkonstant på 6.1 000 N/cm for en spiral-assuming that a spring constant of 6.1 000 N/cm for a spiral

fjær i en støtabsorberende innretning som selges av Johnston-Schlumberger sannsynligvis utgjør en konstruksjon med så springs in a shock-absorbing device sold by Johnston-Schlumberger probably constitute a construction with so

lav fjærkonstant som praktisk mulig for den belastningskapasitet som kreves for støtabsorberende innretninger. Med andre ord antas det å være umulig å konstruere en spiralfjær med noen vesentlig lavere fjærkonstant og med nødvendig belastningskapasitet og brukstid innen de begrensninger som bestemmes av hullstørrelse, størrelse av den midtre kanal og verktøyet lengde. low spring constant as practicable for the load capacity required for shock-absorbing devices. In other words, it is believed to be impossible to construct a coil spring with a significantly lower spring constant and with the necessary load capacity and service life within the limitations determined by hole size, size of the central channel and tool length.

En støtabsorberende innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter en ytre hylse med skrueforbindelse i en ende, for tilkobling til enten borkronene eller vektrørene, en ytre hylse som kan føres teleskopisk inn i den ytre hylse og har skrueforbindelse på en annen ende, for tilkobling i borstrengen, og en fjæranordning som virker mellom den ytre og indre hylse, for å dempe relativ bevegelse mellom hylsene. Innretningen er følgelig reversibel, i den forstand at den kan anvendes med enten den ytre eller indre hylse nedover. Som det vil fremgå av det følgende, har en innretning i henhold til oppfinnelsen vesentlig forskjellige belastnings-kapasiteter i de to stillinger, på grunn av anvendelsen av hydrostatisk trykk inne i verktøyet. A shock-absorbing device according to the present invention comprises an outer sleeve with a screw connection at one end, for connection to either the drill bits or the weight pipes, an outer sleeve that can be inserted telescopically into the outer sleeve and has a screw connection at the other end, for connection in the drill string, and a spring device acting between the outer and inner casing to dampen relative movement between the casings. The device is consequently reversible, in the sense that it can be used with either the outer or inner sleeve facing downwards. As will be apparent from the following, a device according to the invention has significantly different load capacities in the two positions, due to the use of hydrostatic pressure inside the tool.

Fjæranordningen i den støtabsorberende innretning er utformet til å gi en belastningskapasitet på 44 000 - 570 000 N, The spring device in the shock-absorbing device is designed to provide a load capacity of 44,000 - 570,000 N,

og vanligvis ligger belastningskapasiteten mellom 132 000and usually the load capacity is between 132,000

og 333 000 N. Deformasjonen av fjæren er vesentlig mindre enn 50 cm, og fjærkonstanten er mindre enn 45 000 N/cm i lengderetningen, og er fortrinnsvis mindre enn 26 300 N/cm. and 333,000 N. The deformation of the spring is substantially less than 50 cm, and the spring constant is less than 45,000 N/cm in the longitudinal direction, and is preferably less than 26,300 N/cm.

Fjæranordningen omfatter flere ringformede, indre fjærerThe spring device comprises several annular inner springs

som har radialt ytre flater som er skrådd i forhold til aksen til innretningen samt flere ringformede ytre fjærer som har radialt indre flater som er skrådd i forhold til aksen til innretningen. De indre og ytre fjærer.er anbragt vekselvis i et kammer mellom den ytre og indre hylse, slik at sammentrykning av hylsene bevirker av fjærene beveger seg aksialt mot hverandre. De skrådde flater på which have radially outer surfaces which are inclined relative to the axis of the device as well as several annular outer springs which have radially inner surfaces which are inclined relative to the axis of the device. The inner and outer springs are placed alternately in a chamber between the outer and inner sleeve, so that compression of the sleeves causes the springs to move axially towards each other. They sloped flats on

de indre og ytre fjærer trykkes mot hverandre når den ytre og indre hylse trykkes sammen, og bevirker at de ytre fjærer utsettes for strekk og de indre fjærer kompri-meres, hovedsakelig bare i flere plan vinkelrett på aksen til innretningen. Fjæranordningen omfatter det som kalles ringfjærer, hvilket er velkjent og vist i US-PS 745.425, 1.598.228, 1.689.662, 1.700.133, 2.413.740, 2.515.346, 3.073.585 og 3.536.314, og dessuten i Characteristics of Ring Springs av Tyler G. Hicks, American Machinist, 1928, side 192 - 195 og Mechanical Springs, First Edition, Arthur M. Wahl, Penton Publishing Co., 1944, side 348 - 358. the inner and outer springs are pressed against each other when the outer and inner sleeve are pressed together, causing the outer springs to be stretched and the inner springs to be compressed, mainly only in several planes perpendicular to the axis of the device. The spring arrangement includes what are called ring springs, which are well known and shown in US-PS 745,425, 1,598,228, 1,689,662, 1,700,133, 2,413,740, 2,515,346, 3,073,585 and 3,536,314, and also in Characteristics of Ring Springs by Tyler G. Hicks, American Machinist, 1928, pages 192 - 195 and Mechanical Springs, First Edition, Arthur M. Wahl, Penton Publishing Co., 1944, pages 348 - 358.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en støtabsorberende innretning som omfatter en ringfjæranordning, samt en teknikk for bruk av innretningen. One purpose of the present invention is to arrive at a shock-absorbing device which comprises a ring spring device, as well as a technique for using the device.

Et annet formål er å komme frem til en støtabsorberende innretning med uvanlig lav fjærkonstant og uvanlig stor defor-masj on. Another purpose is to arrive at a shock-absorbing device with an unusually low spring constant and unusually large deformation.

Andre formål og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse, under henvisning til de vedføyde tegninger og patentkrav. Fig. 1 viser et snitt gjennom grunnen, og illustrerer boring av et hull i grunnen ved hjelp av en borestreng som omfatter en støtabsorberende innretning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2A og 2B viser lengdesnitt gjennom en innretning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser i perspektiv og i ikke-sammensatt tilstand ringfjærer som inngår i den støtabsorberende innretning vist i fig. 2A og 2B. Fig. 4 viser i lengdesnitt et utsnitt av innretningene vist i fig. 2A og 2B, og illustrerer hvordan flere ringfjærer kan være erstattet av et innsatt element. Fig. 5 viser på lignende måte som fig. 4 en annen teknikk for forspenning av ringfjærene. Fig. 6 viser et diagram som illustrerer belastning og deformasjon for verktøyet vist i fig. 2A og 2B. Fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom et parti av en annen utførelsesform av en innretnig i henhold til oppfinnelsen. Other purposes and features of the invention will be apparent from the following description, with reference to the attached drawings and patent claims. Fig. 1 shows a section through the ground, and illustrates drilling a hole in the ground by means of a drill string which comprises a shock-absorbing device according to the invention. Fig. 2A and 2B show longitudinal sections through a device according to the invention. Fig. 3 shows in perspective and in an unassembled state ring springs which are included in the shock-absorbing device shown in fig. 2A and 2B. Fig. 4 shows in longitudinal section a section of the devices shown in fig. 2A and 2B, illustrating how multiple ring springs can be replaced by an inserted element. Fig. 5 shows in a similar way as fig. 4 another technique for biasing the ring springs. Fig. 6 shows a diagram illustrating load and deformation for the tool shown in fig. 2A and 2B. Fig. 7 shows a longitudinal section through a part of another embodiment of a device according to the invention.

Vektrørene 30 gir mekanisk og hydraulisk forbindelse mellom borerøret 32 og borkronen 16, men virker også til å gi belastning på borkronen 16 og å stabilisere retningen av boringen. Vektrørene 30 er tunge rørdeler som gir en vesentlig belastning umiddelbart over borkronen 16, og er så lite fleksible som det er praktisk mulig. The weight tubes 30 provide a mechanical and hydraulic connection between the drill pipe 32 and the drill bit 16, but also act to provide a load on the drill bit 16 and to stabilize the direction of the drilling. The weight pipes 30 are heavy pipe parts which provide a significant load immediately above the drill bit 16, and are as inflexible as is practically possible.

Et tidlig kjent prinsipp ved boring ved roterende bore-An early known principle in drilling with rotary drill-

rør er at det meste av borestrengen 18 må holdes i strekk, med bare det nedre parti av vektrørene i kompresjon, for å kunne bore et relativt rett hull. Således deler det såkalte nøytralpunkt 34 borestrengen 18 i et relativt kort nedre parti som er i kompresjon og et relativt langt øvre parti som er i strekk. Følgelig vil det, dersom det er ønskelig å opprettholde en belastning på 220 000 N på borkronen 16, ikke være uvanlig at den samlede vekt av vektrørene 30 er mer enn 440 000 N, for å kompensere for oppdriften av vektrørene i borefluidet, for å oppta reaksjonskraften til slammet som passerer gjennom bordysene og å opprettholde nøytralpunktet 34 langt under toppen av vektrørene 30. pipe is that most of the drill string 18 must be kept in tension, with only the lower part of the weight pipes in compression, in order to drill a relatively straight hole. Thus, the so-called neutral point 34 divides the drill string 18 into a relatively short lower part which is in compression and a relatively long upper part which is in tension. Consequently, if it is desired to maintain a load of 220,000 N on the drill bit 16, it will not be unusual for the combined weight of the weight tubes 30 to be more than 440,000 N, to compensate for the buoyancy of the weight tubes in the drilling fluid, to accommodate the reaction force of the mud passing through the board nozzles and to maintain the neutral point 34 well below the top of the weight tubes 30.

Som tidligere nevnt og beskrevet mer detaljert i artikleneAs previously mentioned and described in more detail in the articles

i Journal of Engineering for Industry og i AIME Transactions, som nevnt ovenfor, utsettes borestrengen 18 for store aksiale svingninger under boringen. Dataene indikerer at anordning av støtabsorberende innretninger kan minske de maksimale amplityder for svingningene vesentlig, særlig ved relativt høye omdreiningshastigheter. Dessuten indikerer dataene at en støtabsorberende innretning som har en fjærkonstant på 72 000 N/cm er like effektiv ved lave omdreiningshastigheter som en støtabsorberende innretning med fjærkonstant på 14 6 000 N/cm, og er betydelig mere effektiv med høyere omdreiningshastigheter. Fordi høye omdreiningshastigheter er særlig ønskelig for å oppnå høy gjennomtrengningshastig-het ved boring i relativt harde formasjoner, antas det at in the Journal of Engineering for Industry and in AIME Transactions, as mentioned above, the drill string 18 is subjected to large axial oscillations during drilling. The data indicate that the provision of shock-absorbing devices can significantly reduce the maximum amplitudes of the oscillations, particularly at relatively high rotational speeds. Moreover, the data indicate that a shock absorbing device having a spring constant of 72,000 N/cm is as effective at low rotational speeds as a shock absorbing device with a spring constant of 14,6,000 N/cm, and is significantly more effective at higher rotational speeds. Because high rotational speeds are particularly desirable to achieve a high penetration rate when drilling in relatively hard formations, it is assumed that

støtabsorberende innretninger med enda lavere fjærkonstanter kan være fordelaktige ved høye omdreiningshastigheter. Selv om forskjellige leverandører av støtabsorberende innretninger har forskjellige syn på betydningen av lave fjærkonstanter, shock-absorbing devices with even lower spring constants may be advantageous at high rotational speeds. Although different suppliers of shock absorbing devices have different views on the importance of low spring constants,

er Johnston-Schlumberger stolte av en fjærkonstant påis Johnston-Schlumberger proud of a spring constant of

62 000 N/cm i sin støtabsorberende innretning med spiralfjær. Det er således klart at støtabsorberende innretninger med lav fjærkonstant vil bli meget ettertraktet i visse deler av industrien. 62,000 N/cm in its shock-absorbing coil spring device. It is thus clear that shock-absorbing devices with a low spring constant will be highly sought after in certain parts of the industry.

I fig. 2A og 2B er vist en støtabsorberende innretning 28In fig. 2A and 2B, a shock absorbing device 28 is shown

i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Innretningen 28 omfatter en ytre hylse 36, en indre hylse 38 som er ført periskopisk inn i den ytre hylse 36, midler 40 for over-føring av dreiemoment mellom den ytre hylse 36 og den indre hylse 38, en fjæranordning 42 for å dempe relativ beveg- according to the present invention. The device 28 comprises an outer sleeve 36, an inner sleeve 38 which is led periscopically into the outer sleeve 36, means 40 for transferring torque between the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38, a spring device 42 to dampen relative movement -

else mellom den ytre hylse 36 og den indre hylse 38, samt midler 44 for å bringe fluidtrykket omkring fjæranordningen 4 2 på samme nivå som trykket inne i den indre hylse 38. between the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38, as well as means 44 for bringing the fluid pressure around the spring device 4 2 to the same level as the pressure inside the inner sleeve 38.

Den ytre hylse 36 kan være av hvilken som helst passende konstruksjon, og er vist bestående av flere sammensatte, gjengede komponenter, omfattende et øvre parti 46 med innvendige gjenger 48 for tilkobling i borestrengen 18, og en midtre kanal som har et relativt trangt øvre parti 50 og et utvidet nedre parti 52. Den nedre ende av det øvre parti 46 ender nederst i et gjengeparti 54. Av grunner som vil fremgå av det følgende omfatter det øvre parti 46 også et eller flere gjengede hull 56 på tvers av innretningens lengdeakse 58, og hullene er lukket av gjengede tetteplugger 60. The outer sleeve 36 may be of any suitable construction, and is shown consisting of several assembled, threaded components, comprising an upper portion 46 with internal threads 48 for connection in the drill string 18, and a central channel having a relatively narrow upper portion 50 and an extended lower part 52. The lower end of the upper part 46 ends at the bottom in a threaded part 54. For reasons that will be apparent from the following, the upper part 46 also includes one or more threaded holes 56 across the device's longitudinal axis 58, and the holes are closed by threaded sealing plugs 60.

Det neste parti av den ytre hylse 36 er en riflet del 62The next portion of the outer sleeve 36 is a knurled portion 62

med en øvre ende 64 utstyrt med utvendige gjenger som er skrudd sammen med den gjengede ende 54 av det øvre parti 46. Den riflede del 62 har en midtre kanal 66 som er dimen-sjonert passende for innføring av den indre hylse 38, og har flere langsgående eller skruelinjeformede rifler 68 with an upper end 64 provided with external threads which are screwed together with the threaded end 54 of the upper portion 46. The fluted portion 62 has a central channel 66 which is suitably sized for the insertion of the inner sleeve 38, and has several longitudinal or helical rifles 68

fordelt rundt omkretsen inne i kanalen 66. Den riflede del 62 ender i en nedre ende 70 med utvendige gjenger. distributed around the circumference inside the channel 66. The knurled part 62 ends in a lower end 70 with external threads.

Det neste parti av den ytre hylse 36 er en mellomdel 72 med en øvre gjenget ende 74 skrudd sammen med gjengene på den nedre ende 70 av den riflede del 62. Mellomdelen 72 har en midtre kanal 76 med vesentlig større diameter enn kanalen 66 samt en eller flere tverrgående kanaler 78 lukket av en tetteplugg 80. Delen 72 har en nedre gjenget ende 8 2„ The next part of the outer sleeve 36 is an intermediate part 72 with an upper threaded end 74 screwed together with the threads on the lower end 70 of the knurled part 62. The intermediate part 72 has a central channel 76 with a substantially larger diameter than the channel 66 and one or several transverse channels 78 closed by a sealing plug 80. The part 72 has a lower threaded end 8 2„

Den ytre hylse 36 ender i en pakningsdel 84 som har en øvre gjenget ende 86 skrudd sammen med gjengene på mellomdelen 72. Pakningsdelen 84 har en innvendig kanal 88 med dimensjoner passende for innføring av den indre hylse 38 og har en diameter som ligger mellom diameteren til kanalene 66 og 76. Den nedre ende av pakningsdelen 84 har flere utsparinger, og i hver av disse er anbragt et ringformet pakningselement 90. En flate 92 The outer sleeve 36 terminates in a packing member 84 which has an upper threaded end 86 screwed together with the threads of the intermediate member 72. The packing member 84 has an internal channel 88 of dimensions suitable for insertion of the inner sleeve 38 and has a diameter which lies between the diameter of the channels 66 and 76. The lower end of the sealing part 84 has several recesses, and in each of these an annular sealing element 90 is placed. A surface 92

vinkelrett på aksen 58 til innretningen danner enden av pakningsdelen 84. perpendicular to the axis 58 of the device forms the end of the packing part 84.

Den indre hylse 38 omfatter en tykk nedre ende 94 med innvendige gjenger 96, for tilkobling til borestrengen 18. Fordi den.støtabsorberende innretning 28 har innvendige gjenger i begge ender kan den innkobles mellom borkronen 16 og det nederste vektrør 30 uten at det trengs noen over-gangsdel. Den nedre ende 94 har en skulder 98 som vender mot den ytre hylse 36, vinkelrett på aksen 58. Det vil ses at den maksimale bevegelse mellom den ytre hylse 36 The inner sleeve 38 includes a thick lower end 94 with internal threads 96, for connection to the drill string 18. Because the shock-absorbing device 28 has internal threads at both ends, it can be engaged between the drill bit 16 and the lower weight tube 30 without the need for any - aisle section. The lower end 94 has a shoulder 98 which faces the outer sleeve 36, perpendicular to the axis 58. It will be seen that the maximum movement between the outer sleeve 36

og den indre hylse 38, enten ved sammentrykning eller for-lengelse, bestemmes av avstanden mellom flaten 92 og skul-deren 98. and the inner sleeve 38, either by compression or extension, is determined by the distance between the surface 92 and the shoulder 98.

Den indre hylse 38 omfatter også et tynnere parti 100 i ett med den tykke ende 94, og partiet 100 har en sylindrisk ytterflate 102. Et eller flere spor 104 er dannet i flaten 102, i nærheten av pakningsdelen 84, og inneholder slite-ringer 106. Sliteringene 106 kan være laget av et organisk polymermaterial som overføres til en nærliggende metall-plate ved friksjonskontakt og som har lav friksjonskoeffi-sient. Et eksempel på material i sliteringen 106 er tetra-fluoretylen. Ved relativ bevegelse mellom den indre hylse 38 og den ytre hylse 36 fordeles material i sliteringene 106 på overflaten i kanalen 88 og virker derved til å The inner sleeve 38 also comprises a thinner part 100 integral with the thick end 94, and the part 100 has a cylindrical outer surface 102. One or more grooves 104 are formed in the surface 102, near the packing part 84, and contain wear rings 106 The wear rings 106 can be made of an organic polymer material which is transferred to a nearby metal plate by frictional contact and which has a low coefficient of friction. An example of material in the wear ring 106 is tetrafluoroethylene. During relative movement between the inner sleeve 38 and the outer sleeve 36, material is distributed in the wear rings 106 on the surface in the channel 88 and thereby acts to

minske eller hindre riving mellom flaten 102 og kanalen 88. reduce or prevent tearing between the surface 102 and the channel 88.

Det tynne parti 100 går over i et parti 108 med mindre diameter og med en ytre overflate 110. Diameteren til den sylindriske flate 110 er bare litt mindre enn diameteren til kanalen 66 i den riflede del 62. Det vil ses at det er anordnet et ringformet kammer mellom den indre kanal 76 i mellomdelen 72 og flaten 110. I nærheten av en skulder 112 har partiet 108 et utvendig gjenget parti 114 som inneholder en ring 116 med innvendige gjenger 118 skrudd inn på gjengepartiet 114. En settskrue 120 er skrudd gjennom ringen 116 og virker til å holde denne på plass. The thin portion 100 transitions into a smaller diameter portion 108 with an outer surface 110. The diameter of the cylindrical surface 110 is only slightly smaller than the diameter of the channel 66 in the grooved portion 62. It will be seen that an annular chamber between the inner channel 76 in the intermediate part 72 and the surface 110. Near a shoulder 112, the portion 108 has an externally threaded portion 114 containing a ring 116 with internal threads 118 screwed onto the threaded portion 114. A set screw 120 is screwed through the ring 116 and works to keep this in place.

Ytterflaten 110 på delen 108 har, i nærheten av den riflede del 62, flere spor 122 som fortrinnsvis forløper i lengderetningen, men som også kan være skruelinjeformet, og inneholder riflene 68 på den riflede del 62. Det vil fremgå The outer surface 110 of the part 108 has, in the vicinity of the knurled part 62, several grooves 122 which preferably extend in the longitudinal direction, but which can also be helical, and contain the knurls 68 on the knurled part 62. It will be seen

at riflene 68 og sporene 122 samvirker for dannelse av midler 40 for overføring av dreiemoment, slik at rotasjonen av den ytre hylse 36 bevirker rotasjon av den indre hylse 38. that the grooves 68 and the grooves 122 cooperate to form means 40 for the transmission of torque, so that the rotation of the outer sleeve 36 causes rotation of the inner sleeve 38.

Den øvre ende av delen 108 omfatter en ende 124 med gjenger, skrudd sammen med en innvendig gjenget ende 126 til et rør 128 som utgjør en del av den indre hylse 38. Den nedre ende av røret 128 har en flate 130 vinkelrett på aksen 58, og samvirker med en flate 132 på den riflede del 62, for å begrense den innbyrdes bevegelse mellom den ytre hylse 36 og den indre hylse 38. The upper end of the part 108 comprises a threaded end 124, screwed together with an internally threaded end 126 to a tube 128 which forms part of the inner sleeve 38. The lower end of the tube 128 has a surface 130 perpendicular to the axis 58, and cooperates with a surface 132 on the knurled portion 62 to limit the mutual movement between the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38.

En midtre kanal 134 forløper gjennom den indre hylse 38,A central channel 134 extends through the inner sleeve 38,

fra den øvre ende av røret 128, gjennom gjengeforbindelsen 96, og muliggjør fremføring av borefluid fra kanalpartiene 50, 52 gjennom enden av innretningen 28. Som tidligere nevnt bør kanalen 13 4 ikke ha mindre diameter enn 38 mm, from the upper end of the pipe 128, through the threaded connection 96, and enables the advancement of drilling fluid from the channel parts 50, 52 through the end of the device 28. As previously mentioned, the channel 13 4 should not have a smaller diameter than 38 mm,

for å tillate passasje av borefluid uten for stort trykk-to allow the passage of drilling fluid without excessive pressure

tap og for å muliggjøre at en oppfiskingsstang kan føres inn i røret 128 i tilfelle den indre hylse 38 faller ned i hullet 10. loss and to enable a fishing rod to be inserted into the tube 128 in the event that the inner sleeve 38 falls into the hole 10.

Fig. 2B og 3 viser en fjæranordning 42 som omfatter flere indre, ringformede fjærer 136 og flere ytre, ringformede fjærer 138. Ringfjærene 136 og 138 er anbragt vekselvis mot hverandre i det kammer som er dannet mellom den ytre hylse 36 og den'indre hylse 38. Som det vil ses vil bevegelse av den ytre hylse 36 og den indre hylse 38 i forhold til hverandre i den ene eller annen retning bevirke at alle fjærene 136 og 138 utsettes for spenninger hovedsakelig bare i et plan vinkelrett på aksen 58. Når ringfjærene utsettes for spenninger, settes de indre ringfjærer 136 i kompresjon mens de ytre ringfjærer 138 settes under strekk. Fig. 2B and 3 show a spring device 42 which comprises several inner, ring-shaped springs 136 and several outer, ring-shaped springs 138. The ring springs 136 and 138 are placed alternately against each other in the chamber formed between the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38. As will be seen, movement of the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38 relative to each other in one direction or another will cause all of the springs 136 and 138 to be subjected to stresses essentially only in a plane perpendicular to the axis 58. When the ring springs subjected to tension, the inner ring springs 136 are put in compression while the outer ring springs 138 are put under tension.

Alle de indre ringfjærer 136 er fortrinnsvis like. Tverr-snittsformen til ringfjærene 136 kan variere betydelig, All the inner ring springs 136 are preferably the same. The cross-sectional shape of the ring springs 136 can vary considerably,

slik som nevnt i de publikasjoner og patentskrifter som er nevnt innledningsvis, for å gjøre tverrsnittsarealet til de indre ringfjærer 136 så stort som mulig, idet delen 108 har så stor diameter som mulig, og de indre ringfjærer 136 omfatter fortrinnsvis en radial indre sylindrisk flate 140. Innerdiameteren i flaten 140, både når ringfjærene 136 er upåkjent og fullt belastet, er større enn diameteren til den sylindriske flate 110. Som det vil beskrives nær-mere i det følgende, vil den største spenning som opptrer i fjæranordningen 42 og følgelig den største spenning som hver av fjærene 136 utsettes for bestemmes av sammentryknings-bevegelsen som er mulig på grunn av avstanden mellom flatene 92 og 98. as mentioned in the publications and patent documents mentioned at the beginning, in order to make the cross-sectional area of the inner ring springs 136 as large as possible, the part 108 having as large a diameter as possible, and the inner ring springs 136 preferably comprise a radial inner cylindrical surface 140 The inner diameter of the surface 140, both when the ring springs 136 are unstressed and fully loaded, is greater than the diameter of the cylindrical surface 110. As will be described in more detail below, the greatest stress that occurs in the spring device 42 and consequently the greatest stress to which each of the springs 136 is subjected is determined by the compression movement possible due to the distance between the surfaces 92 and 98.

De indre ringfjærer 136 omfatter også øvre og nedre flater 142, 144 som befinner seg hovedsakelig på tvers av aksen 58 og fortrinnsvis vinkelrett på denne. Den radialt ytre flate på de indre ringfjærer 136 utgjøres av et par flåter 146, 148 som er koniske og møtes langs en felles, største diameter. Flatene 146 og 148 danner motsattrettede, spisse vinkler 150 og 152 med aksen 58. Som det vil fremgå av det følgende, er vinklene 150 og 152 fortrinnsvis hovedsakelig like store. The inner ring springs 136 also comprise upper and lower surfaces 142, 144 which are located mainly across the axis 58 and preferably perpendicular to this. The radially outer surface of the inner ring springs 136 is formed by a pair of rafts 146, 148 which are conical and meet along a common, largest diameter. The surfaces 146 and 148 form oppositely directed acute angles 150 and 152 with the axis 58. As will be apparent from the following, the angles 150 and 152 are preferably substantially equal.

De ytre ringfjærer 138 er også fortrinnsvis like. Ringfjærene 138 kan ha hvilken som helst passende form, men for at tverrsnittsarealet i et plan gjennom aksen 58 skal være så stort som mulig, har ringfjærene 138 en radialt ytre sylindrisk flate 154. Diameteren til denne radialt ytre flate er mindre, både i upåkjent og i fullt strukket tilstand av fjæranordningen 42, enn diameteren til kanalen 76 i mellomdelen 72. The outer ring springs 138 are also preferably similar. The ring springs 138 may have any suitable shape, but in order for the cross-sectional area in a plane through the axis 58 to be as large as possible, the ring springs 138 have a radially outer cylindrical surface 154. The diameter of this radially outer surface is smaller, both in unstressed and in the fully stretched state of the spring device 42, than the diameter of the channel 76 in the intermediate part 72.

De ytre ringfjærer 138 omfatter øvre og nedre flater 156The outer ring springs 138 comprise upper and lower surfaces 156

og 158 som ligger på tvers av aksen 58, fortrinnsvis vinkelrett på denne. Den radialt indre flate på de ytre ringfjærer 138 utgjøres av et par flater 160 og 162 som er koniske og møtes langs en felles, minste diameter, flatene 160 og 162 danner motsatt rettede, spisse vinkler 164 og 166 med aksen 58. and 158 which lies across the axis 58, preferably perpendicular to this. The radially inner surface of the outer ring springs 138 is formed by a pair of surfaces 160 and 162 which are conical and meet along a common, smallest diameter, the surfaces 160 and 162 form oppositely directed, acute angles 164 and 166 with the axis 58.

Dersom vinklene 150, 152 og 164, 166 er hovedsakelig like, muliggjør dette at alle de indre ringfjærer 136 kan være like og at alle de ytre ringfjærer 138 kan være like. Dette er naturligvis meget fordelaktig når det er nødvendig å utskifte noen av fjærene 136 og 138. Dessuten medfører det en betydelig forenkling ved utformningen og fremstillingen av den støtabsorberende innretning 28. If the angles 150, 152 and 164, 166 are substantially equal, this enables all the inner ring springs 136 to be equal and all the outer ring springs 138 to be equal. This is of course very advantageous when it is necessary to replace some of the springs 136 and 138. Furthermore, it entails a considerable simplification in the design and manufacture of the shock-absorbing device 28.

Valget av vinklene 150, 152, 164 og 166 er av vesentlig betydning, likesom tverrsnittsarealet til de indre og ytre ringfjærer 136 og 138. Spenningen som oppstår i fjærene kan beregnes ligningen The choice of the angles 150, 152, 164 and 166 is of significant importance, as is the cross-sectional area of the inner and outer ring springs 136 and 138. The stress that occurs in the springs can be calculated using the equation

der S er den største spenning i hver fjær, stor A er tverrsnittsarealet til hver enkelt fjær, a er vinkelen 150, 152, 164 og 166 og K er en konstant i systemet og en funksjon av a. Således må tverrsnittsarealet A være så stort som mulig for å oppnå størst mulig belastning på hver fjær. Dessuten er tverrsnittsarealet til fjærene 136 og 138 fortrinnsvis like store. Verdien av K kan finnes i ligningen som er where S is the largest tension in each spring, large A is the cross-sectional area of each individual spring, a is the angle 150, 152, 164 and 166 and K is a constant in the system and a function of a. Thus, the cross-sectional area A must be as large as possible to achieve the greatest possible load on each spring. Moreover, the cross-sectional area of the springs 136 and 138 are preferably of the same size. The value of K can be found in the equation which is

gjengitt i den nevnte publikasjon av Wahl. Den størte verdi for vinkelene 150, 152, 164 og 166 kan bestemmes med ligning (2) fordi den største verdi av S er en funksjon av materialet i fjærene 136, 138 og belastningen bestemmes av den ønskede kapasitet for den støtabsorberende innretning 28. Det kan imidlertid være at en ønsker å velge en mindre verdi for a, fordi fjærkonstanten til hver enkelt fjær generelt avtar når verdien av a avtar. Verdien av a i-en støtabsorberende innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil generelt ligge i området 5 - 20°, og et foretrukket område er 11 - 15°. reproduced in the aforementioned publication by Wahl. The largest value for the angles 150, 152, 164 and 166 can be determined with equation (2) because the largest value of S is a function of the material of the springs 136, 138 and the load is determined by the desired capacity of the shock absorbing device 28. It can however, be that one wishes to choose a smaller value for a, because the spring constant of each individual spring generally decreases as the value of a decreases. The value of a i - a shock-absorbing device according to the present invention will generally lie in the range 5 - 20°, and a preferred range is 11 - 15°.

Et av særpregene ved fjæranordningen ligger i forholdet mellom antallet fjærer og fjærkonstanten til fjæranordningen. Fordi den belastning som vektrørene 30 gir på den ytre hylse 36 overføres gjennom hver av ringfjærene 136, 138, vil det ses at hver fjær utsettes for den samlede belastning. Følg-elig har en følgende forhold: One of the distinctive features of the spring device lies in the relationship between the number of springs and the spring constant of the spring device. Because the load which the weight tubes 30 give to the outer sleeve 36 is transmitted through each of the ring springs 136, 138, it will be seen that each spring is subjected to the combined load. Follow-elig has the following relationship:

der SR a er fjærkonstanten til anordningen, D ser deforma- where SR a is the spring constant of the device, D sees deformation

sjonen for hver enkelt fjær og n er det totale antall fjærer. Fordi belastningen er den samme, blir deformasjonen av hver fjær i aksial retning den samme, uavhengig av antall fjærer som anvendes, fordi graden av deformasjon for hver fjær bestemmes direkte av belastningen. Således kan fjærkonstanten til anordningen 42 forandres ved å forandre antall fjærerei anordningen 42. Dette har to betydningsfulle aksepter. tion for each individual spring and n is the total number of springs. Because the load is the same, the deformation of each spring in the axial direction will be the same, regardless of the number of springs used, because the degree of deformation for each spring is directly determined by the load. Thus, the spring constant of the device 42 can be changed by changing the number of springs in the device 42. This has two important implications.

For det første kan den ønskede fjærkonstant oppnås ved valg av antall fjærer. For det annet kan fjærkonstanten til en eksisterende støtabsorberende innretning økes ved å erstatte noen av fjærene med et avstandselement, og den kan minskes ved å fjerne et avstandselement fra fjærkammeret og erstatte denne, med fjærer. Firstly, the desired spring constant can be achieved by choosing the number of springs. Secondly, the spring constant of an existing shock-absorbing device can be increased by replacing some of the springs with a spacer element, and it can be decreased by removing a spacer element from the spring chamber and replacing it with springs.

Fig. 4 viser et ringformet avstandselement 168 med firkantet tverrsnitt anbragt mellom den nedre flate 170 på en riflet del 172. En ringfjæranordning 172 er anordnet med en halv fjær 174 som ligger mot avstandselementet 168 og mot den første hele fjær 166 i anordningen 172. Det vil fremgå at en støtabsorberende innretning i henhold til oppfinnelsen kan være konstruert slik at den normalt omfatter avstandselementet 168, slik at fjærkonstanten til verktøyet kan minskes bare ved å fjerne avstandselementet 168 og den halve fjær 174, å innsette et antall komplette fjærer i fjærkammeret og å sette inn igjen halvringen 174. Alternativt kan fjærkonstanten til innretningen 28 økes ved å erstatte flere av fjærene 136 og 138 med avstandselementet 168 og den halve fjær 174. Fig. 4 shows an annular spacer element 168 with a square cross-section placed between the lower surface 170 of a grooved part 172. An annular spring device 172 is arranged with a half spring 174 which lies against the spacer element 168 and against the first full spring 166 in the device 172. will appear that a shock-absorbing device according to the invention can be constructed so that it normally includes the spacer element 168, so that the spring constant of the tool can be reduced simply by removing the spacer element 168 and the half spring 174, inserting a number of complete springs in the spring chamber and reinsert the half ring 174. Alternatively, the spring constant of the device 28 can be increased by replacing several of the springs 136 and 138 with the spacer element 168 and the half spring 174.

Det er flere egnete teknikker for overføring av belastning til fjæranordningen 42 ved innbyrdes bevegelse av den ytre hylse 36 og den indre hylse 38, i tillegg til det som er vist i fig. 4. Et eksempel er vist i fig. 2A og 2B, der et første utragende parti 178 er utformet i ett med den nedre ende 70 og den riflede del 62 og danner en skråflate 180 med samme vinkel som flaten 162. Flaten 180 ligger mot den radialt ytre flate 146 på den øverste, indre ringfjær 136. Det utragende parti 178 omfatter også en endeflate 182 vinkelrett på aksen 58, på samme måte som flaten 158. Den gjengede ring 116 har også et utragende parti 184 There are several suitable techniques for transferring load to the spring assembly 42 by mutual movement of the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38, in addition to that shown in FIG. 4. An example is shown in fig. 2A and 2B, where a first projecting portion 178 is formed integrally with the lower end 70 and the fluted portion 62 and forms an inclined surface 180 with the same angle as the surface 162. The surface 180 lies against the radially outer surface 146 of the upper, inner ring spring 136. The protruding portion 178 also includes an end surface 182 perpendicular to the axis 58, in the same way as the surface 158. The threaded ring 116 also has a protruding portion 184

med en skråflate 186 av lignende type som flaten 180, og ligger mot flaten 148 på den nederste ringfjær 136. Det utragende parti 184 har en endeflate 188 vinkelrett på aksen 58. with an inclined surface 186 of a similar type to the surface 180, and lies against the surface 148 of the lower ring spring 136. The projecting part 184 has an end surface 188 perpendicular to the axis 58.

En annen teknikk er vist i fig. 5, der en riflet del 190 omfatter en nedre flate 192 som er vinkelrett på aksen 58 og ligger mot en halv fjær 194 som har en skråflate 196 i kontakt med en motsvarende skråflate 198 på den øverste, komplette fjær 200. Selv om det ikke er vist, Another technique is shown in fig. 5, where a knurled portion 190 comprises a lower surface 192 which is perpendicular to the axis 58 and lies against a half spring 194 which has an inclined surface 196 in contact with a corresponding inclined surface 198 on the upper, complete spring 200. Although it is not shown,

kan den gjengede ring som vender mot den riflede del være av lignende utforming og ligge mot en lignende halv fjær. Det vil ses at utførelsesformene i fig. 4 og 5 er hovedsakelig like, med unntak av avstandselementet 168. the threaded ring facing the knurled part may be of similar design and lie against a similar half spring. It will be seen that the embodiments in fig. 4 and 5 are substantially the same, with the exception of the spacer element 168.

Som vist i fig. 2A, omfatter midlene 44 for trykkutligning en bevegelig del 204 av ringformet konstruksjon, med en innerdiameter slik at delen 204 kan forskyves langs ytterflaten av røret 128 og en ytterdiameter slik at delen glir tett mot veggen i kanalen 52. Den forskyvbare del 204 er fortrinnsvis laget av organisk polymermaterial, slik som "Ryton", og har et eller flere innvendige, ringformede spor som inneholder en pakning 206 og et eller flere utvendige, ringformede spor som inneholder en pakning 208. Et anslag 210 danner begrensning for forskyvningen av den forskyvbare del 204, og en skulder 212 på røret 128 danner en annen begrensning for bevegelsen. As shown in fig. 2A, the means 44 for pressure equalization comprise a movable part 204 of annular construction, with an inner diameter so that the part 204 can be displaced along the outer surface of the pipe 128 and an outer diameter so that the part slides closely against the wall of the channel 52. The displaceable part 204 is preferably made of organic polymer material, such as "Ryton", and has one or more inner annular grooves containing a gasket 206 and one or more outer annular grooves containing a gasket 208. A stop 210 forms a limit for the displacement of the displaceable part 204 , and a shoulder 212 on the tube 128 forms another restriction to the movement.

Oppgaven til den forskyvbare del 204 er å bringe trykket i fjærkammeret til samme nivå som trykket inne i innretningen 28. Dette oppnås ved at den forskyvbare del 204 beveger seg nedover når det hydrostatiske trykk inne i den indre hylse øker, for å øke trykket i fjærkammeret, eller bevege seg oppover når det hydrostatiske trykk inne i den indre hylse avtar. Dette hår to virkninger. For det første vil trykkforskjellen over pakningene 206, 208 og 90 minskes betydelig. For det annet vil det være en tendens til at den indre hylse 38 og den ytre hylse 36 sperres hydraulisk fordi fjærkammeret fylles med smøremiddel og fordi fjærkammeret har variabel størrelse, avhengig av den relative stilling til den ytre hylse 36 og den indre hylse 38. Det vil ses at den forskyvbare del 204 løser disse problemer på en enkel og effektiv måte. The task of the displaceable part 204 is to bring the pressure in the spring chamber to the same level as the pressure inside the device 28. This is achieved by the displaceable part 204 moving downwards as the hydrostatic pressure inside the inner sleeve increases, to increase the pressure in the spring chamber , or move upwards as the hydrostatic pressure inside the inner sleeve decreases. This has two effects. Firstly, the pressure difference across the seals 206, 208 and 90 will be significantly reduced. Secondly, there will be a tendency for the inner sleeve 38 and the outer sleeve 36 to be hydraulically blocked because the spring chamber is filled with lubricant and because the spring chamber has a variable size, depending on the relative position of the outer sleeve 36 and the inner sleeve 38. it will be seen that the displaceable part 204 solves these problems in a simple and effective way.

For å fylle fjærkammeret med et. smøremiddel kan en av tettepluggene 60 og 80 fjernes, og et flytende smøremiddel helles inn. For å hindre ansamling av luft i det ringformede rom mellom den indre hylse 38 og den ytre hylse 36 som er fylt med et smøremiddel, kan begge tettepluggene 60 og 80 tas ut, smøremiddel pumpes inn i den nederste av åpningene 56 og 78, slik at luft slippes ut gjennom den annen åpning, idet innretningen 28 vendes. To fill the spring chamber with a lubricant, one of the sealing plugs 60 and 80 can be removed, and a liquid lubricant is poured in. To prevent the accumulation of air in the annular space between the inner sleeve 38 and the outer sleeve 36 which is filled with a lubricant, both sealing plugs 60 and 80 can be removed, lubricant is pumped into the lower of the openings 56 and 78, so that air is released through the second opening, as the device 28 is turned.

Et trekk ved en støtabsorberende innretning 28 i henhold til oppfinnelsen som ikke umiddelbart fremtrer er at den største deformasjon som tillates av avstanden mellom skuldrene 92 og 98 er slik valgt at den er tilpasset den største tillatelige deformasjon for fjæranordningen 42, hvilken avhenger av den største tillatelige deformasjon av hver av ringfjærene 136 og 138. Den største tillatelige deformasjon av hver fjær 136 og 138 kan beregnes med ligningene til henholdsvis Hicks og Wahl, gjengitt ovenfor, og er en funksjon av flytegrensen til det material som anvendes. A feature of a shock-absorbing device 28 according to the invention that is not immediately apparent is that the largest deformation allowed by the distance between the shoulders 92 and 98 is selected so that it is adapted to the largest permissible deformation of the spring device 42, which depends on the largest permissible deformation of each of the ring springs 136 and 138. The largest permissible deformation of each spring 136 and 138 can be calculated with the equations of Hicks and Wahl respectively, reproduced above, and is a function of the yield strength of the material used.

Den største deformasjon av fjæranordningen 42 er naturligvis den største deformasjon av hver fjær multiplisert med antall fjærer. Denne lengde velges for avstanden mellom skuldrene 92 og 98. Således er avstanden mellom skuldrene 92 og 98 slik valgt at den indre hylse 38 og den ytre hylse 36 kommer til innbyrdes anlegg før flytegrensen til The largest deformation of the spring device 42 is naturally the largest deformation of each spring multiplied by the number of springs. This length is chosen for the distance between the shoulders 92 and 98. Thus, the distance between the shoulders 92 and 98 is chosen so that the inner sleeve 38 and the outer sleeve 36 come into contact with each other before the yield point of

fjærene nås.the springs are reached.

Når innretningen 28 anvendes i borestrengen 18, er borkronen 16 fortrinnsvis skrudd inn i gjengeforbindelsen 96 i den indre hylse 38, og det nederste vektrør 30 er skrudd inn i gjengeforbindelsen 48 i den ytre hylse 36. Når f.eks. bore-slam pumpes nedover i borestrengen 18 oppstår det en kraft F som virker på den indre hylse 38 og søker å drive den indre hylse 38 og den ytre hylse 36 fra hverandre. Størr-elsen av kraften F kan beregnes ved å multiplisere de aksialt trykkpåkjente flater i den indre hylse 38 med det opptredende trykk. En annen kraft som virker på innretningen 28 under boring er en reaksjonskraft F , forårsaket av strømningen av borefluid gjennom dysene i borkronen 16. For å utsette fjæranordningen 42 for belastning må vekten av vektrørene 30 overstig^ e kraften F minus kraften F r. Normalt er kraften F større enn kraften F r. Således belastes ikke fjæranordningen .42 før den ytre hylse 36 utsettes for en viss belastning. Forskjellen mellom kraften F og F rkan betraktes som en terskel, på den måte at innretningen 28 må utsettes for en vekt av vektrørene som tilsvarer denne verdi før fjæranordningen 42 får noen dempende virkning. When the device 28 is used in the drill string 18, the drill bit 16 is preferably screwed into the threaded connection 96 in the inner sleeve 38, and the lower weight tube 30 is screwed into the threaded connection 48 in the outer sleeve 36. When e.g. drilling mud is pumped downwards in the drill string 18, a force F occurs which acts on the inner sleeve 38 and seeks to drive the inner sleeve 38 and the outer sleeve 36 apart. The magnitude of the force F can be calculated by multiplying the axially pressurized surfaces in the inner sleeve 38 by the occurring pressure. Another force that acts on the device 28 during drilling is a reaction force F, caused by the flow of drilling fluid through the nozzles in the drill bit 16. To subject the spring device 42 to load, the weight of the weight tubes 30 must exceed the force F minus the force F r. Normally, the force F greater than the force F r. Thus, the spring device .42 is not loaded until the outer sleeve 36 is subjected to a certain load. The difference between the force F and F rkan is considered a threshold, in the sense that the device 28 must be subjected to a weight of the weight tubes that corresponds to this value before the spring device 42 has any dampening effect.

Når den ytre hylse 36 utsettes for tilstrekkelig belastning, belastes ringfjærene 136 og 138 og overfører belastningen til den indre hylse 38 og følgelig til borkronen 16. Etter-som borkronen 16 roterer på bunnen av hullet 10, dempes de svingninger som oppstår i den indre hylse 38, ved å over-føres gjennom fjæranordningen 42 til den ytre hylse 36. When the outer sleeve 36 is subjected to a sufficient load, the ring springs 136 and 138 are loaded and transfer the load to the inner sleeve 38 and consequently to the drill bit 16. As the drill bit 16 rotates on the bottom of the hole 10, the oscillations that occur in the inner sleeve are dampened 38, by being transferred through the spring device 42 to the outer sleeve 36.

En støtdempende innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse har blitt konstruert for å oppta en nominell belastning på 220 000 N, og har en maksimal deformasjon på 118 mm. Fjæranordningen 42 omfatter 20 indre ringfjærer 136 og 20 ytre ringfjærer 138. Høyden av fjæranordningen 42 i ubelastet tilstand er omtrent 64 cm. Verktøyet er 174 mm i ytterdiameter og har en innvendig kanal 134 som er A shock absorbing device according to the present invention has been designed to absorb a nominal load of 220,000 N, and has a maximum deformation of 118 mm. The spring device 42 comprises 20 inner ring springs 136 and 20 outer ring springs 138. The height of the spring device 42 in an unloaded state is approximately 64 cm. The tool is 174 mm in outer diameter and has an internal channel 134 which is

44 mm i diameter. Innretningen er omtrent 2,4 m lang.44 mm in diameter. The device is approximately 2.4 m long.

Et av de fordelaktige trekk ved innretningen 28 er den lille lengde. Det vil fremgå at stabiliteten for den nedre ende av borestrengen 18 forbedres med en kort støtdempende innretning. Således kjennetegnes støtdempende innretninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved relativt liten lengde, vanligvis mindre enn 3 m, og fortrinnsvis omtrent 2,4 m. One of the advantageous features of the device 28 is its short length. It will be seen that the stability of the lower end of the drill string 18 is improved with a short shock-absorbing device. Thus, shock-absorbing devices according to the present invention are characterized by a relatively short length, usually less than 3 m, and preferably approximately 2.4 m.

Verktøyet ble anbragt i en prøvepresse, slik at forskjellige belastninger kunne utøves og forskyvningen av den ytre hylse 36 i forhold til den indre hylse 38 måles. Ved forsøket ble det ikke anvendt noe hydrostatisk trykk inne i den indre hylse 38, slik at kraften F ikke oppsto, og heller ikke ble det pumpet borefluid gjennom borkronens dyser, slik at kraften F ikke oppsto. The tool was placed in a test press, so that different loads could be applied and the displacement of the outer sleeve 36 in relation to the inner sleeve 38 measured. In the experiment, no hydrostatic pressure was used inside the inner sleeve 38, so that the force F did not arise, nor was drilling fluid pumped through the nozzles of the drill bit, so that the force F did not arise.

Teoretisk skulle belastningen på den ytre hylse 36 umiddelbart forårsake relativ bevegelse mellom den ytre hylse 36 Theoretically, the load on the outer sleeve 36 should immediately cause relative movement between the outer sleeve 36

og den indre hylse 38. Av praktiske grunner kan det være en viss friksjon i fjæranordningen 42, og det kan kreves en and the inner sleeve 38. For practical reasons, there may be some friction in the spring assembly 42, and a

viss minste kraft F for å sentrere ringfjærene 136, 138 før certain minimum force F to center the ring springs 136, 138 before

mts j >mts j >

disse belastes, i det minste under første gangs bruk av innretningen 28. En del av denne minste kraft F mkreves for å overvinne friksjon og en del er et resultat av fremstillings-toleranse. Fjærkonstanten til verktøyet var 22 000 N/cm. Data fra den første prøve ga en kurve 214 for forholdet mellom belastning og deformasjon som var hovedsakelig lineær i prøveområdet 0 - 220 000 N, som vist i sammenligning med linjen 216, selv om fjærkonstanten har små avvikelser fra den teoretiske verdi. Et annet forsøk, med forbedret måleteknikk med hensyn til deformasjoner, ga en kurve 218 for forholdet mellom belastning og deformasjon som lå meget nær linjen 220, som representerer en fjærkonstant på 22 000 N/cm. Det er ikke helt klart hvorvidt forskjellen mellom these are loaded, at least during the first use of the device 28. Part of this minimum force F m is required to overcome friction and part is a result of manufacturing tolerance. The spring constant of the tool was 22,000 N/cm. Data from the first test gave a curve 214 for the relationship between load and deformation which was essentially linear in the test range 0 - 220,000 N, as shown in comparison with the line 216, although the spring constant has small deviations from the theoretical value. Another attempt, with improved measurement technique with respect to deformations, gave a curve 218 for the relationship between load and deformation that was very close to the line 220, which represents a spring constant of 22,000 N/cm. It is not entirely clear whether the difference between

kurvene 214 og 218 er en funksjon av forbedret måleteknikk under forsøkene eller hvorvidt den henger sammen med en skade i en av de støtdempende innretninger. curves 214 and 218 are a function of improved measurement technique during the tests or whether it is related to a damage in one of the shock absorbing devices.

Det vil fremgå at fjærkonstanten for verktøyet, som tilsvarer helningen til linjen 218, var bemerkelsesverdig konstant i hele prøveområdet mellom 0 og 220 000 N. Følgelig vil fjæranordningen, under bruk i en borestreng, begynne å bli belastet ved en belastning på F + F - F , og vil der- It will be seen that the spring constant of the tool, which corresponds to the slope of line 218, was remarkably constant throughout the test range between 0 and 220,000 N. Accordingly, during use in a drill string, the spring assembly will begin to be stressed at a load of F + F - F , and will there-

^ ^ m r^ ^ m r

etter gi en kurve 222 for forholdet mellom belastning og deformasjon. Det er selvsagt tenkelig at F mer meget liten, slik som vist med kurven 218. after giving a curve 222 for the relationship between load and deformation. It is of course conceivable that F is very small, as shown with the curve 218.

En særegenhetene med den støtabsorberende innretning 28One of the peculiarities of the shock-absorbing device 28

er at den kan festes til borestrengen 18 med enden 94 av den indre hylse vendende oppover i stedet for nedover. is that it can be attached to the drill string 18 with the end 94 of the inner sleeve facing upwards instead of downwards.

I det følgende skal forklares de indre krefter som oppstår under boring, sett i sammenheng med muligheten til å anvende innretningen 28 i begge retninger. Det er vanlig kjent at de krefter som søker å drive delene av verktøyet aksialt fra hverandre under boringen bestemmes av trykket inne i innretningen. Ved kjente støtabsorberende innretninger og ved en innretning 28 i henhold til oppfinnelsen må det, In the following, the internal forces that arise during drilling will be explained, seen in connection with the possibility of using the device 28 in both directions. It is common knowledge that the forces that seek to drive the parts of the tool axially apart during drilling are determined by the pressure inside the device. In the case of known shock-absorbing devices and in the case of a device 28 according to the invention, it must,

når den indre hylse har sin ende 94 vendende nedover, dvs. mot borkronen, anvendes en belastning ved hjélp av vekt-rørene som tilsvarer disse indre krefter, for å bevirke belastning på fjæranordningen. when the inner sleeve has its end 94 facing downwards, i.e. towards the drill bit, a load is applied by means of the weight pipes which correspond to these internal forces, to cause load on the spring device.

Når innretningen 28 er snudd, dvs. med enden 94 av den indre hylse vendende mot vektrørene 30, forandres retningen til de indre krefter, og det må' anvendes meget lavere, eller ingen, belastning ved hjelp av vektrørene 30 for å bevirke belastning av fjæranordningen 42. I denne situasjon virker de indre krefter i en retning motsatt av reaksjonskraften F^fra borkronen, i stedet for i samme retningsstrøm. Det vil forstås at når innretningen 28 er snudd kan de indre krefter være 0, avhengig av størrelsen av de flater som påvirkes When the device 28 is reversed, i.e. with the end 94 of the inner sleeve facing the weight tubes 30, the direction of the internal forces is changed, and much lower, or no, load must be applied by means of the weight tubes 30 to cause loading of the spring device 42. In this situation, the internal forces act in a direction opposite to the reaction force F^ from the bit, instead of in the same directional flow. It will be understood that when the device 28 is turned over, the internal forces can be 0, depending on the size of the surfaces that are affected

av trykket inne i innretningen 28. Når innretningen 28 er snudd, minskes grenseverdien av den kraft som trengs for å belaste fjæranordningen 42. Dette er av stor betydning når den belastning som skal påvirke borkronen 16 er mindre enn omtrent halvparten av belastningskapasiteten til fjæranordningen 42 når innretningen 28 er normalt orientert. Med andre ord vil en mindre belastning ved hjelp av vektrørene 30 bevirke belastning av fjæranordningen 42 når enden 94 av den indre hylse vender opp enn når enden 94 vender nedover. Et eksempel på en situasjon der dette har betydning er ved boring på små dybder, der bare noen få vektrør 3 0 kan anbringes i hullet 10. I denne situasjon kan det utøves meget små belastninger på borkronen 16. Følgelig er det fordelaktig å bore den øverste del av hullet med innretningen 28 snudd, for å oppnå fordelene med lavere of the pressure inside the device 28. When the device 28 is turned, the limit value of the force needed to load the spring device 42 is reduced. This is of great importance when the load that must affect the drill bit 16 is less than about half of the load capacity of the spring device 42 when the device 28 is normally oriented. In other words, a smaller load by means of the weight tubes 30 will cause a load on the spring device 42 when the end 94 of the inner sleeve faces upwards than when the end 94 faces downwards. An example of a situation where this is important is when drilling at small depths, where only a few weight tubes 30 can be placed in the hole 10. In this situation, very small loads can be exerted on the drill bit 16. Consequently, it is advantageous to drill the top part of the hole with the device 28 reversed, to obtain the advantages of lower

grenseverdi for fjæranordningen og øket følsomhet, og deretter å bore resten av hullet med enden 94 på den indre hylse nedover, slik som vist i fig. 1. Andre til-feller der det er ønskelig å snu innretningen 28 vil forstås av fagmenn. limit value for the spring device and increased sensitivity, and then to drill the rest of the hole with the end 94 of the inner sleeve downwards, as shown in fig. 1. Other cases where it is desirable to turn the device 28 will be understood by those skilled in the art.

I fig. 7 er vist en annen utførelsesform av en innretning i henhold til oppfinnelsen, omfattende en ringfjæranordning 224 med indre og ytre ringfjærer 226 og 228 samt en gjenget ring 230 festet i'en enhet ved hjelp en ringformet hylse 232 av permeabelt material, slik som nylonnetting eller permeabelt butylgummi. Inne i hylsen 232 er det mellom de enkelte ringfjærer 226 og 228 av-grenset mellomrom som er hovedsakelig fylt med et porøst og permeabelt skummaterial 234. Hylsen 232 og materialet 234 er tilstrekkelig permeable til å slippe forbi et smøre-middel til og fra fjærene 226 og 228. Dét vil ses at fjærene 226 og 228 om ønskelig kan monteres som en enhet sammen med ringen 230. In fig. 7 shows another embodiment of a device according to the invention, comprising an annular spring device 224 with inner and outer annular springs 226 and 228 as well as a threaded ring 230 fixed in one unit by means of an annular sleeve 232 of permeable material, such as nylon mesh or permeable butyl rubber. Inside the sleeve 232 there is a defined space between the individual ring springs 226 and 228 which is mainly filled with a porous and permeable foam material 234. The sleeve 232 and the material 234 are sufficiently permeable to allow a lubricant to pass through to and from the springs 226 and 228. It will be seen that the springs 226 and 228 can be mounted as a unit together with the ring 230 if desired.

Oppfinnelsen er beskrevet i sammenheng med konvensjonell boreteknikk der borestrengen 18 roteres fra overflaten, men støtabsorberende innretninger i sin alminnelighet og en støtabsorberende innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse i særdeleshet er meget anvendelige for boring der borkronen drives av en motor""som henger i borehullet, etter en borestreng som vanligvis ikke roteres ved overflaten. Motorer for slik anvendelse kan f.eks. være turbiner. The invention is described in the context of conventional drilling techniques where the drill string 18 is rotated from the surface, but shock-absorbing devices in general and a shock-absorbing device according to the present invention in particular are very applicable for drilling where the drill bit is driven by a motor ""which hangs in the borehole , following a drill string that is not usually rotated at the surface. Motors for such use can e.g. be turbines.

Claims

1. Shock-absorbing device for connection in a drill string, comprising an inner sleeve inserted into an outer sleeve for mutual telescopic movement along a longitudinal axis, with means at one end for connection to the drill string, the inner and outer sleeves defining a chamber for a f yoke device, as well as means for transferring torque between the outer and inner sleeve, characterized in that a ring spring device is arranged in the chamber, to dampen relative movement between the inner and outer sleeve, which spring device comprises several inner and outer ring springs which are located in a plane across the axis, the inner ring springs having radially outer surfaces beveled in relative to the axis and the outer ring springs have radially inner surfaces which are inclined relative to the axis and lie against the radially outer surfaces of the inner ring springs, that the device has a substantially constant spring constant which is less than 44,000 N/cm and a load capacity between 44,500 and 560,000 N, the inner and outer sleeve having means to expand the outer ring springs and compress the inner ring springs when the outer and inner sleeve are pressed against each other, that a liquid lubricant is located in the chamber, and that there is provided with means to seal the chamber throughout the telescopic movement between the outer and inner sleeve.

2. Device as set forth in claim 1, characterized in that the total length of the device in the non-recognized state of the spring device is less than 3 m.

3. Device as stated in claim 1, characterized in that the spring constant of the spring device is less than approximately 26,300 N/cm.

4. Device as specified in claim 1, characterized in that the outer and inner sleeve have communicating channels that enable a flow path through the device as well as means for causing a force that seeks to drive the outer and inner sleeve in the direction of each other when a fluid under pressure is driven through the flow path.

5. Device as specified in claim 4, characterized in that the spring device comprises means for changing the spring constant while maintaining a specific load capacity.

6. Device as specified in claim 5, characterized in that the chamber has variable axial length, depending on the relative position of the inner and outer sleeve, the means for change comprising an element for placement in the chamber, the number of inner and outer ring springs being reduced, which element has no inclined surfaces for contact with the inclined rafts of the ring springs.

7. Device for connection in a drill string, comprising an outer sleeve having means at one end for connection to the drill string, an inner sleeve arranged in the outer, for telescopic movement along a longitudinal axis, and with means at one end for connection to the drill string , as well as means for the transmission of torque between the inner and outer sleeve, characterized in that a ring spring device for dampening mutual movement between the inner and outer sleeve, which device comprises several inner and outer ring springs that are located in a plane across the axis , in that the inner annular springs comprise radially outer surfaces, inclined in relation to the axis, and the outer annular springs comprise radially inner surfaces which are inclined in relation to the axis and lie against the radially outer surfaces of the inner annular springs, that the inner and outer sleeve have means for expanding the outer ring springs and compressing the inner ring springs when the inner and outer sleeve are pressed together, the outer and inner sleeve having means for limiting e the mutual compression to less than a predetermined value which is less than the value corresponding to the yield strength of the material in the ring springs.

8. Procedure for drilling a hole using a drill string comprising a drill bit, a shock-absorbing device, several weight tubes and a drill pipe, which shock-absorbing device comprises an outer sleeve, and an inner sleeve inserted into the outer one for mutually telescopic movement along a longitudinal axis, characterized in that a ring spring device is used in the shock-absorbing device to dampen mutual movement between the inner and outer sleeve, which device comprises several inner and outer ring springs which are located in a plane across the axis, in that the inner annular springs comprise radially outer surfaces which are inclined relative to the axis and the outer annular springs comprise radially inner surfaces which are inclined relative to the axis and lie against the radially outer surfaces of the inner annular springs, which device has a spring constant of less than 44,000 N/cm and a load capacity between 44,500 and 560,000 N, and that the inner and outer sleeve have means to expand the outer ring springs and to press together the inner ring springs when the inner and outer sleeve are driven towards each other, as a load is exerted on the drill bit in the range of 44,500 - 560,000 N, that the neutral point in the drill string is maintained mainly above the shock-absorbing device, that mutually telescopic movement is caused between the inner and outer sleeve in both directions during the application of load and rotation of the drill bit, and that oscillations in the drill string are dampened in both directions while changing the stresses on the annular spring device.

9. Method as set forth in claim 8, characterized in that the damping includes alternating stress and relief of the inner and outer ring springs, in several mainly parallel planes across the axis.