NO326026B1 - Forbedret kjernebor-motor, samt fremgangsmate for a ta ut en kjernematerialprove - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse gjelder en forbedret kjernebor-motor og en fremgangsmåte for å ta ut en kjernematerialprøve fra sideveggen i en boret brønn.

BAKGRUNN AV KJENT TEKNIKK

Brønner bores generelt inn i jordskorpen for å utvinne naturlige avsetninger av hydrokarboner eller andre ønskelige og naturlige forekommende materialer som ligger fanget i geologiske formasjoner. En slank brønn bores inn i bakken og rettes mot den målbestemte geologiske beliggenhet fra en borerigg på jordoverflaten. Ved vandig "rotasjonsboring" holder boreriggen i rotasjon en borestreng be-stående av sammenskjøtede rørlengder av stål som er sammenkoplet for å kunne holde i dreiebevegelse en sammenstilling (BHA) på bunnen av borehullet samt en borkrone som er koplet til den nedre ende av borestrengen. Under borearbeidene blir et borefluid, som vanligvis kalles boreslam, pumpet ned og sirkulert i det indre av borerøret, gjennom BHA og borkronen, samt tilbake til jordoverflaten i utbo-ringens ringrom.

Kjerneuttak er vanligvis en prosess som går ut på å fjerne et indre material-parti med utskjæring ved hjelp av et instrument. Skjønt det kan tas ut kjerner av visse mykere materialer ved å drive en kjernemuffe i translasjonsbevegelse inn i materialet, for eksempel når det gjelder jordbunn eller et eple, krever hardere materialer vanligvis utskjæring ved hjelp av kjerneuttaksbor, hvilket vil si hule sylin-derformede borkroner med skjæretenner anordnet langs omkretsen av borkronens rundtgående skjæreegg. Det uttatte kjernemateriale blir vanligvis fanget opp inne i kjerneuttaksapparatet for uttak fra brønnboringen. Kjerneuttak anvendes typisk for å fjerne uønskede materialpartier eller for å ta ut en representativ materialprøve for analyse med det formål å utlede informasjon angående dens fysiske egenskaper. Kjerneuttak blir i utstrakt grad anvendt for å bestemme de fysiske egenskaper av nedhullsgeologiske formasjoner som påtreffes under leting etter mineral- eller petroleumsforekomster samt ved utvikling av disse forekomster.

Vanlig kjerneuttak fra brønner som utbores for å utvinne naturlig forekommende hydrokarboner, utføres ved bruk av et kjernebor og et kjerneboringsrør festet til enden av borestrengen. Kjernen blir da fanget opp inne i kjerneborings-røret etter hvert som det roterende kjernebor trenger inn i formasjonen av interesse. Denne kjerneboringsprosess avbryter i vesentlig grad den normale borepro-sess på grunn av at borkronen må fjernes fra ytterenden av borestrengen og ers-tattes med et kjernebor. Kjerneuttak på denne måte kan være meget tidskrevende og kostnadsbelastende. Denne fremgangsmåte kan imidlertid i høy grad utføres med hell for å ta ut kjerneprøver fra alle de formasjoner som gjennombores, på denne måte.

Vanlig rotasjonskjerneuttak fra sidevegger har som særtrekk at det brukes et kjernebor med hul, sylinderformet konfigurasjon samt skjæretenner innlagt rundt omkretsen av en åpen ende. Kjerneboret roteres vanligvis om sin akse, mens det drives mot brønnens sidevegg. Etter hver som en kjerneprøve skjæres ut fra sideveggen tas kjerneprøven opp i det hule rør som dannes av innerveg-gene av kjerneboret. Den optimale rotasjonshastighet for kjerneboret og den optimale vekt på boret (størrelsen av den aksiale kraft som driver boret inn i sideveggen) bestemmes generelt av den type formasjon som det skal tas ut kjerner fra samt av kjerneborets fysiske egenskaper.

Petroleum og andre naturlig forekommende avsetninger av mineraler eller gass befinner seg ofte i porøse geologiske formasjoner dypt inn i jordskorpen. En formasjon av interesse i en utboret brønn kan undersøkes ved bruk av et kjerne-uttaksverktøy for å oppnå representative prøver av berggrunnen som tas fra brønnveggen inntil den formasjon som er interesse. Den representative berg-grunnsprøve gjøres vanligvis til gjenstand for kjerneuttak fra formasjonen ved bruk av et hult, kjerneformet kjernebor. Berggrunnsprøver tatt ut ved hjelp av kjerneuttak fra sideveggen kalles vanligvis "kjerneprøver". Slike kjerneprøver blir fysisk tatt ut fra veggen av borebrønnen og fanges opp inne i kjerneuttaksverktøyet for å transporteres til jordoverflaten.

Analyse og studium av kjerneprøver gjør det mulig for ingeniører og geologer å få tilgang til viktige formasjonsparametere, slik som reservoarets lagringska-pasitet (porøsitet), strømningspotensialet (gjennomtrengeligheten) av den berggrunn som danner formasjonen, sammensetningen av de utvinnbare hydrokarboner eller mineraler som befinner seg i formasjonen, samt det ikke-reduserbare vannmetningsnivå i berggrunnen. Disse anslåtte verdier er avgjærende for påføl-gende utførelse og iverksetting av et ferdigstillingsprogram for brønnen og som tillater produksjon av valgte formasjoner og soner som bedømmes å være øko-nomisk gunstige basert på data som er utledet fra kjerneprøven.

Flere forskjellige kjerneuttaksverktøy og fremgangsmåter for å ta ut kjerne-prøver er blitt brukt ved vanlig sideveggs-kjerneuttak. Det finnes generelt to typer kjerneuttaksmetoder og apparater for dette formål, nemlig roterende kjerneuttak og slagpulskjerneuttak. Den foreliggende oppfinnelse er rettet på rotasjonskjerneuttak, som utgjør den mer foretrukne fremgangsmåte på grunn av kvaliteten av den kjerneprøve som tas ut.

Roterende kjerneuttak går vanligvis ut på at en åpen og frilagt omkretsskjæ-rende ytterende av et hult sylinderformet kjernebor drives mot brønnens vegg og kjerneboret roteres for å frembringe utskjæring ved sin fremre ende. Kjerneuttaks-verktøyet fastholdes mot veggen av brønnen innenfor den sone eller formasjon som er av interesse og med det roterende kjernebor orientert mot brønnveggen. Kjerneboret er satt opp radialt utover og bort fra kjerneverktøyets akse samt rettet mot brønnveggen.

Kjerneboret er vanligvis koplet til en kjerneuttaksmotor over en uttrekkbar aksel eller mekanisk koplingsforbindelse. Denne aksel eller koplingsforbindelse driver frem det roterende kjernebor aksialt mot sideveggen for å bringe den skjærende ende av kjerneboret i kontakt med sideveggen. Kjerneboret trenger inn i sideveggen ved fjerning av berggrunnsmateriale innenfor en sylinderformet skjæ-resone. Den rundtgående skjæreende av kjerneboret har mange tenner som ofte utgjøres av innleirede tenner av karbider, diamanter, eller andre materialer med overlegen hardhet for skjæring i berggrunn.

En sylinderformet kjerneprøve tas opp i det hule indre av kjerneboret etter

hvert som utskjæring av kjerneprøven skrider frem. Etter at en kjerneprøve av ønsket lengde er mottatt, blir kjerneprøven brukket fri fra formasjonsberggrunnen ved å bryte den gjenværende forbindelse (radialt tverrsnitt) inne i den åpne, skjærende ytterende av kjerneboret. Kjerneboret og dens indre kjerneprøve trekkes inn i kjer-neuttaksverktøyet ved å trekke tilbake den aksel eller koplingsforbindelse som

brukes for å drive ut kjerneboret til sin utlagte arbeidsstilling. Den opptatt kjerne-prøve kan støtes ut fra kjerneboret inne i kjerneuttaksverktøyet for å tillate bruk av kjerneboret for å ta ut påfølgende prøver i samme eller et annet dybdenivå.

Roterende kjerneuttak utgjør den foretrukne fremgangsmåte for å ta ut en kjerneprøve på grunn av at kjerneprøven bibeholder sine strømnings- og lagrings-egenskaper uten den oppstykking og sammentrykking som forekommer ved slag-puls-kjerneuttak. Effektivt roterende kjerneuttak krever imidlertid effektiv bruk av begrenset arbeidsområde. På grunn av at et antall komponenter og den fysiske håndtering som kreves for å ta ut en vanlig sidevegg-kjerneprøve, opptrer det mange problemer ved slik roterende kjerneuttak fra en brønns sidevegg og da særlig i sammenheng med den begrensede plass som er tilgjengelig nede i borehullet. Etter hvert som brønner med hell kan bores ned til dypere formasjoner, og rettede borebrønner er i stand til å nå ut lengere og lengere bort fra den sanne vertikale beliggenhet av overflateutstyret, vil disse brønner nødvendigvis bli slan-kere, slik at det da vil foreligge mindre plass for posisjonsinnstilling, utlegging og drift av vanlige kjerneuttaksanordninger.

Skjønt det er fordelaktig å ta ut så stor representativ prøve som det er mulig fra sideveggen, foreligger det fysiske begrensninger som gjør uttak av en større kjerneprøve vanskelig og kostnadskrevende. Lengden av kjerneprøven er begrenset av kjerneborets slaglengde eller bevegelsesområde. Dette innebærer at fra det tidspunkt kjerneborets skjæretenner innledningsvis berører sideveggen, vil den maksimale aksiale forskyvning inn i sideveggen være bestemt av kjerneuttaks-verktøyets mekanisme egenskaper.

Den mekaniske konfigurasjon av tidligere kjente kjerneuttaksverktøy har vært bestemt av flere forskjellige parametere. For utskjæring må det roterende kjernebor roteres om sin akse ved bruk av en eller annen bevegelig kilde for mekanisk drivkraft som befinner seg inne i kjerneuttaksverktøyet. Motorer som kan dreie kjerneboret på kjerneuttaksverktøy er typisk hydrauliske motorer som drives av høytrykksolje som tilføres ved hjelp av en elektrisk drevet pumpe. Denne elektrisk drevne hydrauliske oljepumpe drives ved hjelp av elektrisk effekt som tilføres motoren gjennom den lederkabel som anvendes for å nedsenke, heve, regulere og generelt posisjonsinnstille kjerneuttaksverktøyet inne i borebrønnen. Kjerneborets rotasjon oppnås vanligvis ved kopling av kjerneboret til den hydrauliske motor ved bruk av en mekanisk koplingsforbindelse. Ved utlegging må kjerneboret videre forskyves ut fra det indre av kjerneuttaksverktøyets hus mot utsiden av sideveggen, og deretter videre drives inn i sideveggen under rotasjon av kjerneboret for derved å skjære ut kjerneprøven. Etter at utskjæringen av kjerneprøven endelig er fullført må kjerneboret og den kjerneprøve som det inneholder bli truk-ket tilbake til det indre av kjerneverktøyet. Hvis andre påfølgende kjerneprøver skal tas ut ved bruk av samme kjernebor, må kjerneprøven støtes ut fra kjerneboret og lagres inne i kjerneverktøyet for transport til jordoverflaten. Alle de mekaniske innretninger, nemlig den hydrauliske motor, den mekaniske koplingsforbindelse fra motoren til kjerneboret for rotasjon og fremføring av boret, samt selve kjerneboret, må da kunne "lagres" i sin ikke aktive stilling inne i det smale hus som rommer kjerneverktøyet, inntil verktøyet er plassert i stilling inntil sideveggen ved den sone som er av interesse. I bruk må kjerneuttaksverktøyet kunne frembringe den ønskede rotasjonsbevegelse, så vel som å kunne føre frem og trekke tilbake kjerneboret for det formål å med hell kunne ta ut kjerneprøven. De fysiske og dimensjonene problemer er betraktelige, og foreliggende oppfinnelse har da som formål å frembringe en mer effektiv og kompakt anordning samt en fremgangsmåte for ved hjelp av denne å kunne ta ut kjerneprøven.

Ytterligere kjerneuttaksinnretninger i henhold til kjent teknikk er vanligvis av meget komplisert mekanisk utførelse og er på denne bakgrunn meget utsatt for mange forskjellige slags feil under drift, hvilket gjør dem ytterst upålitelige i ned-hullsomgivelser. Som en følge av dette nøler mange oljeselskaper med å ta dem i bruk på grunn av deres ofte manglende hell ved å ta ut sidevegg-kjerneprøver.

GB 2,283,261 beskriver et apparat og en fremgangsmåte for bruk ved uttak av flere kjernematerialprøver fra sideveggen i en brønn. Apparatet omfatter en roterende motor, et kjernebor, steering-gir som benyttes til å regulere rotasjonshastighet og dreiemoment på kjerneboret i tillegg til å fremføre og trekke tilbake kjerneboret i forhold til brønnveggen.

US 5,617,927 omhandler et apparat for kjerneuttak fra sidevegg som kan benyttes på steder med begrenset plass i smale brønner. Apparatet omfatter et kjernebor som er montert med et forlenget rørformet verktøy. Kjerneboret drives av en elektrisk roterende motor og overvåkes med et overvåkningssystem fra overflaten.

GB 2,305,679 vedrører et apparat med flere kjernebor som beholdes i to eller flere kamre. Hvert kjernebor har en skjæreakse og et orienteringselement. Apparatet omfatter andre kamre for lagring av kjerneprøvene når boret drives ut av formasjonssideveggen.

Hva som behøves er en anordning som kan føres frem og påtrykke en kraft gjennom kjerneboret mot brønnens sidevegg, trekke tilbake kjerneboret til det indre av kjerneuttaksverktøyet etter at kjerneprøven er tatt ut, samt dreie kjerneboret med ønsket vinkelhastighet under hele den prosess som går ut på å skjære ut kjerne-prøven. Det trengs da en anordning som kan føre frem, trekke tilbake og rotere kjerneboret uten komplisert mekanisk koplingsforbindelse som tar opp verdifull plass, hvilket vil si en effektivt "pakket" anordning som i ikke aktiv, ubrukt stilling tar opp liten plass inne i kjerneuttaksverktøyet. Videre er det som trengs en forbedret kjernebor-motor som er tilstrekkelig kompakt til at to eller flere kjernebor-motorer kan brukes i et enkelt kjerneuttaksverktøy for å ta ut flere prøver.

Foreliggende oppfinnelse frembringer en løsning på det problem som foreligger ved vanlig kjerneprøvetaking fra brønnsidevegg innenfor den begrensede plass som er tilgjengelig i smale borebrønner. Gjenvinning og analyse av kjerne-prøver i deres uskadde tilstand gir verdifull geologisk informasjon som drastisk forbedrer analyse og beslutningsgrunnlag for oljeselskapenes geologer.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det frembrakt et apparat for kjerneuttak fra sidevegg. Apparatet omfatter en rotasjonsmotor med en rotasjonsstator og en rotasjonsrotor med én eller flere indre riller. Apparatet omfatter videre en skyvekraftmotor med en skyvekraftstator og en skyvekraftrotor med indre gjenger, en rørformet drivaksel med en akse, en borkroneende som kan koples til et kjernebor, samt en ytre overflate med én eller flere langsgående slisser som er påført ett sett av gjenger, hvor én eller flere av de langsgående slisser passer sammen med én eller flere indre riller på rotasjonsrotoren og de indre gjenger på drivakselen passer sammen med gjengene på skyvekraftrotoren. Apparatet omfatter en forbedret kjernebor-motor som faktisk består av to forskjellige motorer, nemlig en rotasjonsmotor og en skyvekraftmotor, som arbeider sammen for å regulere dreiebevegelse, vekten på borkronen samt fremføring eller tilbaketrekking av kjerneboret. Rotasjonsmotoren består av en stator, en roterbar motor og en rotormuffe. Skyvekraftmotoren består på lignende måte av en skyvekraftstator, en skyvekraftmotor og en skyvekraft-rotormuffe. Disse to motorer er hver koplet til en spe-sialkonstruert drivaksel som ved sin ytterende kan koples til et kjernebor. Drivakselen er utført for å rotere ved drift av rotasjonsmotoren, samt å kunne strekkes ut og trekkes tilbake under drift av skyvekraftmotoren. Fremføringen av drivakselen og kjerneboret mot sideveggen, samt den påfølgende tilbaketrekking av drivakselen og kjerneboret tilbake til det indre av kjerneuttaksverktøyet blir utført ved å variere skyvekraftmotorens hastighet i forhold til hastigheten av rotasjonsmotoren. Dette muliggjør en ytterst effektiv sammenpakking av en eller flere av de forbedrede kjernebor-motorer inne i et enkelt nedhullskjerneuttaksverktøy.

Oppfinnelsen beskriver også en fremgangsmåte for å frembringe translasjonsbevegelse og rotasjon av et kjernebor under utførelse av kjerneuttak fra sidevegg. Fremgangsmåten omfatter kopling av et kjernebor til den ene ende av et rørformet legeme anordnet i et nedhullsverktøy, posisjonsinnstilling av nedhulls-verktøyet inne i en borebrønn og inntil en formasjonssidevegg av interesse, og påføring av rotasjon på det rørformede legeme ved hjelp av en rørformet rotasjonsmotor som er posisjonsinnstilt konsentrisk omkring legemet inne i nedhulls-verktøyet. Fremgangsmåten omfatter videre påføring av translasjonsbevegelse på det rørformede legeme ved hjelp av en rørformet skyvekraftmotor posisjonsinnstilt konsentrisk omkring legemet inne i nedhullsverktøyet på en slik måte at kjerneboret drives inn i formasjonssideveggen, og påføring av translasjonsbevegelse på det rørformede legeme ved hjelp av den rørformede skyvekraftmotor på en slik måte at kjerneboret drives ut av formasjonssideveggen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 viser et snitt sett fra siden og som angir den forbedrede kjernebor-motor i sin ikke utlagte stilling. Fig. 2 viser et snitt sett fra siden og som angir den forbedrede kjernebor-motor i sin delvis utlagte stilling. Fig. 3 er en perspektivskisse som viser oppbygningen av drivakselen med aksiale akseslisser og gjenger påført de rifler som dannes mellom slissene. Fig. 4 i perspektiv et snitt som angir utformingen av rotasjonsrotorens muffe med indre rifler utført for å komme i glidende inngrep med akselslissene på den ytre overflate av drivakselen. Fig. 5 viser i perspektiv et snitt som angir utførelsen av skyvekraftrotorens muffe med indre gjenger utført for å tre i inngrep med de gjenger som er anordnet på akselriflene på den ytre overflate av drivakselen mellom de forskjellige akselslisser.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 og 2 viser lengdesnitt gjennom en foretrukket utførelse av kjerneut-taksverktøyet 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse i henholdsvis dets ikke utlagte og delvis utlagte stilling. En delvis utlagt stilling er ment å innebære at drivakselen 44 og kjerneboret 18 er blitt delvis ført utover fra kjerneuttaksverktøyet 10 mot sin utlagte bruksstilling som har sammenheng med kjerneuttak fra en sidevegg.

Kjerneuttaksapparatet 10 omfatter to separate og innbyrdes uavhengige motorer som blir samvirkende regulert, nemlig en rotasjonsmotor for dreining av drivaksel 44 og en skyvekraftmotor for aksial forskyvning av drivakselen 44 mens den roterer, og da med aksial forskyvning enten mot sideveggen for kjerneuttak (til høyre i fig. 1 og 2) eller tilbaketrekning fra sideveggen for å trekke inn kjerneut-taksverktøyet 10. Den effekt som kreves for å dreie drivakselen 44 under kjerneut-taksprosessen vil sannsynligvis overskride den som kreves for å føre drivakselen 44 inn i formasjonen. Det er derfor sannsynlig at rotasjonsmotoren vil være den største og avgi mer effekt enn det som er tilfelle for skyvekraftmotoren. Rotasjonsmotoren omfatter en rotasjonsmotorstator 24, en rotasjonsrotor og en rotormuffe 23, som hver er konsentrisk anordnet omkring en felles sentralakse 17. Rotasjonsmotorens stator 24 omfatter vanligvis viklinger av elektrisk ledende ledning viklet for å frembringe et elektromagnetisk moment på rotasjonsmotorens rotor 22 når elektrisk strøm bringes til å passere gjennom vindingene på statoren 24. Den dreibare rotor 22 er anordnet konsentrisk med rotasjonsmotorens stator 24 og bør være plassert i nær elektromagnetisk kommunikasjon med statoren 24 uten å komme i kontakt med denne stator 24. Dette innbyrdes forhold med lite mellom-rom mellom statoren 24 og rotoren 22 kan opprettholdes på hvilken som helst vanlig måte, innbefattet montering av stator og rotor inne i en felles bærestruktur eller hus 12. Mens motorens stator 24 er stasjonær i forhold til huset 12, så vil den dreibare rotor 22 rotere om en sentralakse og er montert eller festet i huset 12 på lågere eller bushinger.

Fig. 4 viser i perspektiv et lengdesnitt gjennom rotasjonsmotorens muffe 23 med radialt innovervendte mufferifler 145 som danner grensesnitt eller passer sammen med de tilsvarende akselslisser 45 på drivakselen 44 som er vist i fig. 3. Rotormuffen 23 er en hul sylinderformet muffe med innerdiameter lik eller litt stør-re enn ytterdiameteren av drivakselen 44, og de mufferiller 145 som rager radialt innover mot hulromsmidtpunktet for rotormuffen 23 blir da glidende mottatt i akselslissene 45 på drivakselen 44 når rortormuffen 23 mottas på drivakselen 44. Rotorens muffe 23 er fortrinnsvis koplet til eller festet på rotasjonsmotorens rotor 24. Alternativt kan rotormuffen 23 og rotoren 23 utgjøres av en integrert komponent, hvor rotormuffen 23 er utformet på den indre overflate av rotoren 22.1 begge tilfeller vil rotormuffen 23 ha en innovervendt overflate som er forsynt med riller.

Det skal nå henvises tilbake til fig. 1 og 2, hvor det er vist at skyvekraftmotoren har en lignende oppbygning som rotasjonsmotoren. Spesielt omfatter skyvekraftmotoren en skyvekraftstator 34, en skyvekraftrotor 32 og en rotormuffe 33,

som hver er konsentrisk anordnet om en felles sentralakse 17. Skyvekraftstatoren 34 omfatter vanligvis viklinger av elektrisk ledende tråd som da er viklet for å frembringe en magnetisk kraft på skyvekraftrotoren 32 når en elektrisk strøm bringes til å passere gjennom vindingene på skyvekraftstatoren 34. Skyvekraftrotoren 32 er anordnet konsentrisk med skyvekraftstatoren 34 og bør være posisjonsinnstilt i nær elektromagnetisk kommunikasjon med skyvekraftstatoren 34 uten derfor å komme i kontakt med denne stator 34. Denne nære innbyrdes avstand mellom stator og rotor kan opprettholdes på en hvilken som helst vanlig måte, inkludert

montering av stator og rotor inne i en felles struktur eller et hus 12. Mens statoren er stasjonær i forhold til huset 12, er rotoren anordnet for å rotere eller spinne om en sentralakse og er derfor montert i eller forbundet med huset ved hjelp av lågere eller bushinger.

Fig. 5 viser i perspektiv et lengdesnitt gjennom skyvekraftmotorens muffe 33 med gjenger 146 utformet på den radialt innovervendte indre overflate for å

passe sammen med tilsvarende gjenger utformet på utsiden av akselriflene 48 på den drivaksel 44 som er vist i fig. 3. Skyvekraftmotorens muffe 33 og den tilkoplede skyvekraftrotor 32 drives i rotasjon om drivakselen 44 ved tilførsel av en regulert elektrisk strøm 64 til skyvekraftstatoren 32. Alternativt kan skyvekraftrotorens muffe 33 og selve skyvekraftmotoren 32 utgjøre en integrert komponent, hvor skyvekraftrotorens muffe 33 er utformet på den indre overflate av skyvekraftmotoren 32.1 begge tilfeller vil skyvekraftrotorens muffe ha en innovervendt overflate som er forsynt med gjenger.

Rotasjonsmotorens muffe 23 og skyvekraftmotorens muffe 33 er begge koplet til en spesialutført drivaksel 44 som anvendes for å dreie og påføre borkro-nevekt på et kjernebor 18. Drivakselen 44, som er vist separat i fig. 3 har en akse 17 og er innrettet for å kunne koples ved sin borkroneende 44 til kjerneboret 18. Drivakselen 44 har en ytre overflate med flere akselslisser 45 som forløper langs lengdeutstrekningen av drivakselen 44, og fortrinnsvis med forløp fra boreenden 47 frem til, eller nesten frem til utstøtningsenden 49 av drivakselen 44. Disse akselslisser 45 forløper fortrinnsvis i lengderetningen og parallelt med aksen 17 for drivakselen 44, men de kan også forløpe i skruebane om aksen 17. Uavhengig av den faktiske utførelse av akselslissene, er akselslissen 45 utført for å kunne sammenkoples med de tilsvarende rifler 145 på innsiden av en spinnrotormuffe 23 med en felles akse 17. Denne sammenkopling av slisser og rifler bør være i stand til å overføre en radial kraft fra rotormuffens rifler 146 til akselslissene 45, men likevel tillate aksial glidning av mufferiflene 145 i forhold til akselslissene 45. Dreie-rotorens muffe 23 er for eksempel fortrinnsvis utformet for å fortsette dreiningen av drivakselen 44 etter hvert som denne drivaksel 44 fremføres, slik som fastlagt ved dreining av skyvekraftrotorens muffer 23, nemlig fra dens fult tilbaketrukkede utlagte stilling som er vist i fig. 1, til den mellomliggende, delvis utlagte stilling som er vist i fig. 2, samt deretter til en fullstendig utlagt stilling som tilsvarer den full-stendige aksiale forlengelse av drivakselen 44.

Utsiden av drivakselen 44 er også forsynt med flere gjenger 46 overlagret

på de akselrifler 48 som er utformet på akselslissene 45 langs lengdeutstrekningen av drivakselen 44. Disse gjenger 46 kan være påført med en hvilken som helst gjengestigning, dybde eller avstand, men det bør erkjennes at stigningen for gjengene 46 vil bestemme den grad av posisjonsregulering og vekt på borkronen som skyvekraftmotoren kan overføre til kjerneboret 18 under kjerneuttak. Koplingen av gjengene på skyvekraftrotorens muffe 33 og drivakselen 44 bør være i stand til å utøve en aksial eller frem- og tilbakegående drivkraft på drivakselen 44.

Når elektrisk strøm bringes til å passere gjennom vindingene på rotasjonsmotorens stator 24, blir et moment elektromagnetisk påført rotormuffen 23 som er koplet til denne, hvilket bringer disse komponenter til å rotere om aksen 17. Rotasjon av drivakselen 44 frembringes ved å sette spinnrotorens muffe i rotasjon, hvilket da vil frembringe dreining av drivakselen 44 og overføring av effekt til kjerneboret 18. Drivakselens rotasjonshastighet vil da være uavhengig og nøyaktig regulerbar av den elektrisk strøm 61 til rotasjonsmotorens stator 24.

Når elektrisk strøm bringes til å passere gjennom skyvekraftstatoren 34, blir et elektromagnetisk moment påført skyvekraftrotoren 32 og rotorens muffe 33 som er koplet til denne, slik at disse komponenter bringes til å rotere om aksen 17 for aksialt å skyve ut, bibeholde, eller trekke tilbake drivakselen 44. Aksial eller resiproserende bevegelse av drivakselen 44 oppnås ved dreining av skyvekraftrotoren 32 og den rotormuffe 33 som er koplet til denne ved en vinkelhastighet som er ulik vinkelhastigheten av spinnrotorens muffe 23. Rotasjonen av skyve-rotorens muffe 33 og de gjenger 146 som er utformet på den radialt innovervendte flate av skyvekraftrotorens muffe vil aksialt forskyve drivakselen 44 ved inngrep av gjengene 146 med de tilpassede gjenger som er maskinbearbeidet inn på aksel rif-lene 48 på drivakselen 44. Rotasjonsretningen for skyvekraftrotorens muffe 33 og de påførte gjengers konfigurasjon (venstregjenger eller høyregjenger) bestemmer den aksiale bevegelse av drivakselen 44. Dreining av skyvekraftrotoren 32 og skryvekraftrotorens muffe 33 (med en vinkelhastighet som er forskjellig fra vinkelhastigheten for spinnrotorens muffe 23) fører enten drivakselen 44 fremover og således de tilkoplede kjernebor 18 i retning mot sideveggen (til høyre i fig. 1) eller trekke tilbake kjerneboret 18 til sin ikke aktive og ikke utlagte stilling inne i kjerneuttaksapparatet 10 (til venstre i fig. 1).

Det er vesentlig for å ta ut en kjerneprøve at kjerneuttaksverktøyet 10 regu-lerbart fører frem kjerneboret 18 i retning mot og inn i sideveggen etter hvert som kjerneboret 18 roteres for å kjerne ut vedkommende kjerneprøve. Følgelig må mufferiflene 145 (eller i det minste en kile eller pinne) i spinnrotormuffen 23 forbli i mekanisk kontakt og rotasjonskontakt med akselslissen eller akselslissene 45 på drivakselen 44, uavhengig av den aksiale forskyvning av drivakselen 44 i forhold til spinnrotorens muffe 23. Vekten på borkronen, hvilket vil si den aksiale kraft som påføres kjerneboret 18 gjennom drivakselen 44, er likeledes av vesentlig betyd-ning for at det roterende kjernebor 18 skal kunne effektivt skjære ut og ta opp kjerneprøven. Gjengene 146 på innsiden av skyvekraftrotorens muffe 33 må føl-gelig forbli i mekanisk kontakt med de tilsvarende gjenger på akselriflene 48 på drivakselen 44, uten hensyn til rotasjonen av drivakselen 44 ved hjelp av spinnrotorens muffe 23. Disse betingelser blir tilfredsstilt ved den særegne utførelse av drivakselen 44, slik den er vist i fig. 3.

Rotasjonshastigheten for drivakselen 44 er bestemt ved og lik rotasjonshastigheten for spinnrotoren 22 og spinnrotorens muffe 23 som er koplet til denne. Hvis rotasjonshastigheten for spinnrotorens muffe 23 og skyvekraftrotorens muffe 33 er like stor, så vil rotasjonshastigheten av skyvekraftrotorens muffe 33 nødven-digvis være lik rotasjonshastigheten av drivakselen 44. Under denne driftstilstand vil det ikke forekomme noen aksial forskyvning av drivakselen 44 på grunn av at den roterende skyvekraftrotors muffe 33 vil være stillestående i forhold til den roterende drivaksel 44. Aksial forskyvning av den roterende drivaksel 44 oppnås ved å variere rotasjonshastigheten av skyvekraftsrotorens muffe 33 i forhold til drivakselens rotasjonshastighet. Under denne driftstilstand kan aksialforskyvningen av drivakselen 44 i forhold til skyvekraftrotorens muffe 33 beregnes ut i fra drivakselens rotasjonshastighet, Wds, rotasjonshastigheten av skyvekraftrotorens muffe 33, Wtrs, samt stigningen av gjengene (på akselriflene samt på den radiale innside av skyvekraftrotorens muffe), nemlig Ågjenger-

Det antas at gjengene 146 på rotasjonsaksen 44 er høyregjenger og at både spinnmotoren og skyvekraftmotoren roterer i retning med urviseren (betrak-tet fra kjerneborenden av kjerneuttaksapparatet 10), og inntrengningstakten for kjernebore 18 kan da bestemmes ved følgende ligning:

Hvis det for eksempel er 3,93 gjenger pr. cm drivaksel (Pgjenger er da 0,254 cm pr. gjenge), Wtrs er 2005 omdreininger pr. minutt og Wds er 2000 omdreininger pr. minutt, så vil kjerneborets inntregningshastighet VCb, som er bestemt av frem-føringstakten for drivakselen 44 mot sideveggen, være (0,254 x (2005 - 2000)) = 1,27 cm pr. minutt eller 0,021 cm pr. sekund. Omvendt, hvis kjerneprøven er blitt skåre ut med hell og tatt ut, kan drivakselen trekkes tilbake til det indre av kjerne-uttaksverktøyet 10 ved å senke rotasjonshastigheten for skyvekraftrotorens muffe 33, nemlig Wtrs, i forhold til rotasjonshastigheten for drivakselen 44, nemlig Wds. Hvis for eksempel Wds forblir på 2000 omdreininger pr. minutt og Wtrs reduseres til 1950 omdreininger pr. minutt, så vil tilbaketrekkingshastigheten for drivakselen 44 være (0,254 (1950 - 2000)) = -12,7 cm pr. minutt eller -0,21 cm pr. sekund (det negative fortegn angir at kjerneboret trekkes tilbake). Mens den tidligere inntrengningshastighet for kjerneboret, nemlig Vob, på 1,27 cm pr. minutt er mer egnet for effektiv utskjæring av en kjerneprøve, så vil den senere tilbaketrekkingshastighet på -12,7 cm pr. minutt være en mer hensiktsmessig hastighet for å trekke tilbake kjerneboret 18 inn i kjerneuttaksverktøyet 10. En ensrettet motor kan utføre både fremføring og tilbaketrekking av drivakselen 44 og det tilkoplede kjernebor 18 ved å variere rotasjonshastigheten av skyvemotorens muffe 33 og spinnmotorens muffe 23 i forhold til hverandre. Kjerneuttaksverktøyet 10 kan gjenutrustes med alter-native gjengede komponenter for å kunne variere hastigheten av fremføringen og tilbaketrekkingen ved gitte motorhastigheter for derved å tilpasse kjerneuttakspro-sessens dynamikk til de fysiske egenskaper av vedkommende formasjon. Skjønt de vedføyde tegninger viser foretrukne utførelser med skyvekraftstator 34, skyvekraftrotor 32 samt skyvekraftrotorens muffe 33 nær utstøtnings- eller "innenbords-" enden 49 av drivakselen 44, samt spinnstatoren 24, spinnrotoren 22 og spinnrotorens muffe 23 nær kjerneboret 18 eller "utenbords-" enden av drivakselen 44, er disse to grupper av nær beslektede og samvirkende komponenter byttet plass.

Omtalen ovenfor fastlegger at den nøyaktighet som kreves for effektiv drift av foreliggende oppfinnelsesgjenstand. Inntrengningshastigheten på 1,27 cm pr. minutt under kjerneuttak oppnås ved å øke samt regulere Wtrs til bare 5 omdreininger pr. minutt over Wds, nemlig en forskjell på bare 0,25%. forskjellige midler er tilgjengelige for å muliggjøre eksakt regulering av de elektriske strømmer 61 og 64 for å oppnå regulering på dette nivå. En monitor 25 for spinnrotoren 22 og en monitor 35 for skyvekraftrotoren "teller" omdreiningstallene for henholdsvis spinnrotoren 22 og skyvekraftrotoren 32. Spinnrotorens overvåker 25 og skyvekraftrotorens overvåker 35 kan avsøke posisjonen av de respektive rotorer magnetisk, optisk, elektronisk eller mekanisk, eller ved en viss kombinasjon av disse. Spinnrotorens monitor 25 og skyvekraftrotorens monitor 35 kan detektere en transponder som er montert på de respektive rotorer som overvåkes, og spinnrotorens detekterte posisjonssignal 62 og skyvekraftrotorens detekterte posisjonssignal 63 blir overført til mikroprosessoren 60. Denne mikroprosessor 60 beregner da rotasjonshastigheten for henholdsvis spinnrotoren 22 og skyvekraftrotoren 32, og justerer automa-tisk spinnstatorens elektriske strøm 61 og skyvekraftrotorens elektriske strøm 64 for å bibeholde den ønskede rotasjonshastighet Wcb for kjerneboret (som da er lik rotasjonshastigheten Wds for drivakselen 44) samt den ønskede inntregningshastighet Wcb for kjerneboret.

Drivakselen 44 kan omfatte mange forskjellige konfigurasjoner. I dens

grunnleggende konfigurasjon er akselslissene 45 og de skrueformede gjenger 46 maskinbearbeidet inn i separate ytre partier av drivakselen 44.1 denne konfigurasjon kan akselslissene 45 befinne seg på drivakselen 44 nær dens borkroneende inntil kjerneboret 18, mens de skrueformede gjenger 46 kan befinne seg på drivakselen 44 nær dens utstøtningsende 49 motsatt borkronen 18. Ved en mer sam-mensatt konfigurasjon kan de heliske gjenger 46 være overlagret på de akselriller som er dannet mellom akselslissene 45, slik som vist i fig. 3. Akselslissene 45 kan

være aksialt innrettet parallelt med aksen 17 for drivakselen 44 (hvilket vil si med uendelig stigning), eller de kan forløpe skrueformet omkring aksen 17 for drivakselen 44. Det bør forstås at utførelser som har skrueformede akselslisser 45 og tilsvarende mufferiller 145, i kombinasjon med de skrueformede gjenger 46 på ak-selrillene 45 og som danner grensesnitt med de tilsvarende gjenger 146 på innsiden av skyvekraftrotorens muffe 33, faktisk anbringer et første sett gjenger inn på et andre sett gjenger på utsiden av drivakselen 44. Ett av gjengesettene danner grensesnitt med et tilsvarende gjengesett på innsiden av skyvekraftrotorens muffe 33, mens et andre sett gjenger danner grensesnitt med et tilsvarende gjengesett på innsiden av spinnrotorens muffe 23. Når dette opplegg anvendes må det natur-ligvis være tilstrekkelige forskjeller med hensyn til dybde og stigning for de to sett av gjenger for å hindre innbyrdes påvirkning og fremme uavhengig samvirke med drivakselen 44.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør forbedret effektiv sammenpakning av kjerneuttaksverktøy. Et kjerneuttaksverktøy kan omfatte flere kjerneuttaksmotorer eller kjerneuttaksmoduler i henhold til foreliggende oppfinnelse, og som alle er plassert inne i et enkelt kjerneuttaksverktøy. Disse kjerneuttaksmoduler kan anvendes samtidig eller i rekkefølge for å ta ut kjerneprøver i forskjellige dybdenivå-er. Kjerneuttaksmodulene kan være elektronisk sammenkoplet med hverandre inne i et kjerneuttaksverktøy for reguleringsformål. Hver kjerneuttaksmodul vil da ha en særegen elektronisk adresse for derved å muliggjøre regulering av hver kjerneuttaksmodul uavhengig av de øvre kjerneuttaksmoduler.

Bruk av flere kjerneuttaksmotorer eller kjerneuttaksmoduler inne i ett enkelt kjerneuttaksverktøy muliggjør eliminering av slike komplekse utstøtingsmekanis-mer for kjerneprøver som anvendes i tidligere kjente kjerneuttaksverktøy for det formål å fjerne uttatte kjerneprøver fra kjerneboret. Foreliggende oppfinnelse med-fører en kjerneuttaksmodul som kan ta ut kjerneprøven til det indre hulrom i en drivaksel 44 som gjør tjeneste som lagringskammer for den uttatte kjerneprøve. Den kjerneprøve som skal tas ut vil bli fjernet fra kjerneuttaksmodulen på jordoverflaten. Ytterligere komponenter, slik som kjememuffer, kan være anordnet i det indre av drivakselen 44 for å avskjerme og beskytte vedkommende kjerneprøve fra erosjon eller skade som ellers kunne forårsakes av innsiden av drivakselen 44 under rotasjon.

Foreliggende oppfinnelse gjelder ikke det prosesstrinn som går ut på å bryte fri den utskårede kjerneprøve fra sitt gjenværende grensesnitt med formasjonen etter at kjerneboret 18 har trengt inn i sideveggen til sitt ytterste inntregningspunkt. Kjerneprøven kan bli brutt fri fra formasjonen ved bevegelse av kjerneboret 18 i forhold til formasjonen. Så snart kjerneprøven er brutt fri fra formasjonen, kan den overføres til det indre av kjerneuttaksverktøyet 10 sammen med kjerneboret 18.

Foreliggende oppfinnelse kan også omfatte elektroniske eller fysiske midler for å stoppe den aksiale forskyvning av drivakselen 44 for derved å eliminere mu-ligheten for uønsket inngrep med drivakselen fra en hvilken som helst av rotormuf-fene på grunn av ekstrem bevegelse av drivakselen 44. Slike stoppmidler kan omfatte programmering av regulatoren for å sporfølge drivakselens posisjon som en funksjon av det relative antall omdreininger som er utført av de to rotorer/muffer. Alternativt kan stoppmidlene omfatte et mekanisk legeme som er utformet på drivakselen 44, spinnrotorens muffer 23 eller skyvekraftrotorens muffe 33 og som fysisk hindrer uønsket skyvekraftdrevet eller aksial fremføring av drivakselen 44. Et eksempel på dette ville være å eliminere eller "fylle inn" et lite parti av rillene på utsiden av drivakselen 44 ved utstøtningsenden 49 av drivakselen 44, slik som vist i fig. 3. Denne utførelsesstruktur vil opprette sikkert utstyr for å hindre utilsiktet inngrep med drivakselen 44 fra skyvekraftmuffen 33 under drift av kjerneuttaksmoto-ren 10.

Betydningen av uttrykket "motor", slik dette uttrykk brukes her omfatter, men er ikke begrenset til, en anordning som forbruker elektrisk energi til å produ-sere mekanisk energi, og det kan omfatte et arrangement med mer enn en stator koplet til mer enn en rotor for å dreie, rotere eller drive mer enn ett mekanisk ut-gangslegeme. Betydningen av uttrykket "slisser" slik dette uttrykk anvendes her omfatter, men er ikke begrenset til, gjenger, kammer, føringer spor og kanaler.

Betydningen av uttrykket "riller" slik dette uttrykk anvendes her omfatter, men er ikke begrenset til, kammer, gjenger, spor og kanaler.

Skjønt fremstillingen ovenfor er rettet på den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse, kan andre og ytterligere utførelser av oppfinnelsen frembringes uten at man derfor avviker fra oppfinnelsens grunnleggende omfangsramme, og denne omfangsramme for oppfinnelsen er da fastlagt ved de patentkrav som følger.

Claims (8)

1. Apparat for kjerneuttak fra sidevegg og som omfatter: en rotasjonsmotor med en rotasjonsstator (24) og en rotasjonsrotor (22) med én eller flere indre riller, karakterisert ved at apparatet videre omfatter: en skyvekraftmotor med en skyvekraftstator (34) og en skyvekraftrotor (32) med indre gjenger (146); og en rørformet drivaksel (44) med en akse, en borkroneende som kan koples til et kjernebor (18), samt en ytre overflate med én eller flere langsgående slisser (45) som er påført ett sett av gjenger (46), hvor én eller flere av de langsgående slisser (45) passer sammen med én eller flere indre riller på rotasjonsrotoren (22) og de indre gjenger (146) på drivakselen (44) passer sammen med gjengene på skyvekraftrotoren (32).

2. Apparat som angitt i krav 1, og hvor rotasjonsstatoren (24) befinner seg i elektromagnetisk inngrep med og frembringer dreining av rotasjonsrotoren (22) om aksen for den rørformede drivaksel (44), slik at det derved frembringes regulert vinkelhastighet for rotasjonsrotoren (22), hvor skyvekraftstatoren (34) befinner seg i elektromagnetisk inngrep med og roterer skyvekraftrotoren (32) om aksen for den rørformede drivaksel (44) og derved frembringer regulert vinkelhastighet for skyvekraftrotoren (32); og hvor borkroneenden av den rørformede drivaksel (44) kan regulert føres frem og trekke tilbake aksialt under rotasjon av den rørformede drivaksel (44) ved regulert vinkelhastighetsforskjell mellom rotasjonsrotoren (22) og skyvekraftrotoren (32).

3. Apparat som angitt i krav 1, og som videre omfatter en regulator for å regulere rotasjonshastigheten av så vel rotasjonsmotoren som skyvekraftmotoren.

4. Apparat som angitt i krav 1, og hvor én eller flere langsgående slisser (45) forløper parallelt med drivakselens (44) akse.

5. Apparat som angitt i krav 1, og hvor én eller flere riller på rotasjonsrotoren (22) er påført en separat rotasjonsrotormuffe (23).

6. Apparat som angitt i krav 1, og hvor gjengene på skyvekraftrotoren (32) er påført en separat skyvekraftrotormuffe (33).

7. Fremgangsmåte for å frembringe translasjonsbevegelse og rotasjon av et kjernebor (18) under utførelse av kjerneuttak fra sidevegg, idet fremgangsmåten omfatter følgende prosesstrinn: kopling av et kjernebor (18) til den ene ende av et rørformet legeme anordnet i et nedhullsverktøy; posisjonsinnstilling av nedhullsverktøyet inne i en borebrønn og inntil en formasjonssidevegg av interesse; påføring av rotasjon på det rørformede legeme ved hjelp av en rørformet rotasjonsmotor som er posisjonsinnstilt konsentrisk omkring legemet inne i ned-hullsverktøyet; karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter: påføring av translasjonsbevegelse på det rørformede legeme ved hjelp av en rørformet skyvekraftmotor posisjonsinnstilt konsentrisk omkring legemet inne i nedhullsverktøyet på en slik måte at kjerneboret (18) drives inn i formasjonssideveggen; og påføring av translasjonsbevegelse på det rørformede legeme ved hjelp av den rørformede skyvekraftmotor på en slik måte at kjerneboret (18) drives ut av formasjonssideveggen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende: (a) datamaskinlesbare programkodemidler for å bringe en datamaskin til å utføre måling og regulering av rotasjonshastigheten for en roterende drivaksel (44) i en kjerneuttaksmotor under uttak av en kjerneprøve; (b) datamaskinlesbare programkodemidler for å bringe en datamaskin til å utføre måling og regulering av rotasjonshastigheten for et muffelegeme som er gjengekoplet til den roterende drivaksel (44) for derved å frembringe aksial forskyvning av den roterende drivaksel (44) når de to rotasjonshastigheter er innbyrdes forskjellige under uttak av en kjerneprøve; (c) datamaskinlesbare programkodemidler for å bringe en datamaskin til å beregne en ønsket rotasjonshastighet for muffelegemet med det formål å frembringe en forut bestemt ønsket inntrengningshastighet for et kjernebor (18) som er koplet til drivakselen (44) for uttak av en kjerneprøve; (d) datamaskinlesbare programkodemidler for å bringe en datamaskin til å beregne en ønsket elektrisk strømstyrke til en elektrisk motorstator (24) for å frembringe den ønskede rotasjonshastighet av muffelegemet for derved å frembringe en ønsket inntrengningshastighet for et kjernebor (18) som er koplet til drivakselen (44) for uttak av en kjerneprøve; (e) datamaskinlesbare programkodemidler for å bringe en datamaskin til å erkjenne at en fullstendig inntregningstilstand er oppnådd ut i fra den målte rota-sjonsforskyvning av muffelegemet i forhold til drivakselen (44); (f) datamaskinlesbare programmidler for å bringe en datamaskin til å beregne en ønsket elektrisk strømstyrke til en elektrisk motorstator (24) for å frembringe den ønskede rotasjonshastighet for muffelegemet med det formål å avbryte inntregning av et kjernebor (18) koplet til drivakselen (44) under uttak av en kjer-neprøve; og (g) datamaskinlesbare programmidler for å bringe en datamaskin til å beregne en ønsket elektrisk strømstyrke til en elektrisk motorstator (24) til å frembringe den ønskede rotasjonshastighet for muffelegemet til å kunne trekke tilbake det kjernebor (18) som er koplet til drivakselen (44) etter uttak av en kjerneprøve og tillate tilbaketrekking av kjerneprøven til det indre av kjerneuttakssammensti-lingen.