DE2032612A1

DE2032612A1 - Transmitting measurements from bottom ofa borehole

Info

Publication number: DE2032612A1
Application number: DE19702032612
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Ie Pau; Quichaud Claude Billere; Peuvedic (Frankreich)
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1970-07-01
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1972-01-13
Also published as: DE2032612B2; DE2032612C3

Abstract

Apparatus for transmitting measurement made at the bottom of a borehole to the surface, in the form of pressure pulss applied to the flow of drilling mud, which can be detected at the surface, ois fitted to the lower part of the drill string. It comprises a measuring instrument or depth gauge a device for converting the measurements to corresponding electrical signals, by connection to a source of electrical current by a valve placed in the stream of drilling, mud and serving for the production of pressure pulses.

Description

Hydraulische Steuervorrichtung zur Übertragung von Messwerten an die Oberfläche, die am Boden eines Bohrloches während eines Bohrvorganges genommen wurden, in Form von Druckimpilsen im Bohrschlamm.Hydraulic control device for the transmission of measured values to the Surface that was taken at the bottom of a borehole during a drilling operation, in the form of pressure impulses in the drilling mud.

Die Erfindung betrifft das Bohren von Bohrlöchern und insbesondere eine Vorrichtung zur sofortigen Übertragung an die Oberfläche der Momentanwerte für das Moment, das auf das Werkzeug ausgeübte Gewicht, für seine Drehgeschwindigkeit oder irgendeine andere Große, die den Bohrvorgang zu charakterisieren erlaubt Im Falle eines Bohrens mit Hilfe einer hydraulischen durch den Bohrschlamm betätigten Bohrturbine ist es schwierig mit Genauigkeit die Änderungen des Widerstandsmomentes des Werkzeuges und seine Drehgeschwindigkeit auszumachen.The invention relates to drilling wells, and more particularly a device for the immediate transfer to the surface of the instantaneous values for the moment, the weight exerted on the tool, for its speed of rotation or any other quantity that allows the drilling process to be characterized in the Case of drilling actuated by means of a hydraulic through the drilling mud Drilling turbine it is difficult with accuracy the changes in the moment of resistance of the tool and its speed of rotation.

Tatsächlich hängen diese Parameter von der Kraft ab, mit der das Werkzeug auf den Boden des Bohrloches gedruckt wird, von der Art des gebohrten Gesteins und dem Verschleißzustand des Werkzeuges. Auch wenn die Bohrlöcher tief sind und die Art des Gesteins unbekannt ist, kommt es oft vor, daß die Werkzeuge unter ungünstigen Bedingungen arbeiten und vorzeitig verschleißen. Dieser Zustand ist an der Oberfläche nur durch eine Verminderung des Vorschubes erkennbar, der schließlich den Bohrarbeiter dazu bringt, die Arbeit zu unterbrechen, um völlig die Gestängeanordnung aus dem Bohrloch zu ziehen.In fact, these parameters depend on the force with which the tool is on the bottom of the borehole is printed on the type of rock drilled and the state of wear of the tool. Even if the drill holes are deep and the Type of rock is unknown, it often happens that the tools are under unfavorable Conditions work and wear out prematurely. This condition is on the surface only recognizable by a reduction in the feed, which ultimately affects the drilling worker causes work to stop to completely remove the linkage from the To draw borehole.

Die Eventualität bringt einen beachtlichen Zeitverlust im Bohren mit sich, da der genaue Grund für die Verminderung des Vorschubes nicht notwendigerweise in einem vorseitigen Verschleiß des Werkzeuges zu sehen ist.The eventuality brings with it a considerable loss of time in drilling because the exact reason for the reduction in feed is not necessarily can be seen in a front wear of the tool.

Zahlreiche Einrichtungen wurden vorgeschlagen, um von der Oberfläche aus den Widerstand der während des Bohrens durchsetzten Böden zu messen und sogar, um den Verschleiß der Meißelrollen durch Vergleich von deren Drehgeschwindigkeit mit der der Gestängeanordnung oder Bohrkolonne zu bestimmen. Diese Einrichtungen umfassen im allgemeinen ein nder mehrere Geber, um die zu messende Größe (Widerstand des Erdbodens, Moment, Gewicht etc.) in eine elektrische Spannungs- oder Stromgröße umzuformen. Diese Geber sind von einer Auslegung, die sich an die zu messende Größe anpassen läßt und sind den Fachleuten wohl bekannt. Diese Systeme umfassen a@@b eine elektronische Signalverstärker-und Umformeranordnung, welche über Spezialbatterien gespeist ist, die sich auch bei hohen Temperaturen betrieben lassen.Numerous bodies have been suggested to get off the surface to measure the resistance of the soil penetrated during drilling and even, the wear of the chisel rollers by comparing their speed of rotation to be determined with that of the rod arrangement or drilling column. These bodies generally include one or more transducers to determine the quantity to be measured (resistance of the ground, moment, weight, etc.) into an electrical voltage or current quantity to reshape. These donors are of a design that is based on the size to be measured can be adjusted and are well known to those skilled in the art. These systems include a @@ b an electronic signal amplifier and converter arrangement, which has special batteries is fed, which can also be operated at high temperatures.

Die Anordnung der Batterien und des Verstärkers ist im allgemeinen im mittleren Teil einer speziellen Schwerstange enthalten, die dazu bestimmt ist, in den Sondenzug oberhalb des Bohrwerkzeuges eingebaut zu werden. Das aus dem Verstärker kommende umgeformte Signal wird an eine Steuervorrichtung für ein Begrenzerorgan für den Bohrschlammdurchsatz im Bohrstrom gelegt, um heftige Änderungen im Widerstand gegen das Ausströmen des Bohrschlammes zu erzeugen.The arrangement of the batteries and the amplifier is general contained in the middle part of a special drill collar designed to to be installed in the probe pull above the drilling tool. That from the amplifier incoming transformed signal is sent to a control device for a limiter element laid for the drilling mud throughput in the drilling current to violent changes in drag to generate against the outflow of the drilling mud.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese Steuereinrichtung in Form einer hydraulischen Anordnung zu realisieren, welche mit einem Steuerfluid unterschiedlich zu dem des Bohrschlammes arbeitet und direkt Energie aus diesem Bohrschlamm über eleastische zylindrische Membranen aufnimmt.It has already been proposed to shape this control device to realize a hydraulic arrangement, which different with a control fluid to that of the drilling mud works and directly transfers energy from this drilling mud accommodates elastic cylindrical membranes.

Die so aufgenommeneEnergie des Bohrschlamms wird ausgenutzt, um ein Ventil oder einen Schieber im Bohrschlamm synchron mit dem die zu messende Größe darstellenden Signal zu betätigen, welches durch d obengenannte elektronische Anordnung geliefert wurde. Die hydraulische Anordnung wird im allgemeinen in eine Schwerstange eingesetzt, die unmittelbar oberhalb der die elektronische Anordnung enthaltenden Schwerstange angeordnet ist.The energy absorbed in this way by the drilling mud is used to generate a Valve or slide in the drilling mud synchronized with the size to be measured to operate the signal represented by the electronic device mentioned above was delivered. The hydraulic arrangement is generally in a drill collar used immediately above the one containing the electronic assembly Collar is arranged.

Die Druckänderungen im Schlammstrom liefern eine kodierte Wiedergabe des am Boden gemessenen Bohrparameters und werden an der Oberfläche durch geeignete Druckgeber gemessen, welche sie in Signales insbesondere elektrische Signale, umformen, die man aufzeichnen kann (sihe insbesondere die US-Patentschrift 2 524 031 und insbesondere den Teil der Besehreibung, der sich mit Fig. 3 befaßt).The pressure changes in the mud stream provide a coded representation of the drilling parameters measured on the ground and are measured on the surface by suitable Pressure transducers measured, which they convert into signals, in particular electrical signals, which can be recorded (see in particular U.S. Patent 2,524,031 and in particular the part of the description dealing with Fig. 3).

Ein erster Nachteil einer solchen Vorrichtung liegt jedoch in dem schlechten Wirkungsgrad des Systems welches das Steuerfluid in den Speicher fördert.However, a first disadvantage of such a device is that poor efficiency of the system which promotes the control fluid in the memory.

Ein zweiter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß ihre Arbeitsweise stark von den Zuständen des Durchsatzes und des Druckes des Bohrfluids abhängt, welche insbesondere mit der erreichten Tiefe und mit der Art des Bohrfluides variieren.A second disadvantage of the known device is to be seen in that their mode of operation depends heavily on the throughput and pressure of the Drilling fluids depends, which in particular with the depth reached and with the type of the drilling fluid vary.

Der letzgenannte Nachteil ist in sämtlichen der bekannten Vorrichtungen zu finden, bei denen der Bohrschlamm die Steuerung des Drosselorgans übernimmt.The latter disadvantage is common to all of the known devices to find, in which the drilling mud takes over the control of the throttle body.

Erfindungsgemäß soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die es ermöglicht, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden Insbesondere ist eines der Ziele in der Schaffung einer Vorrichtung zu sehen, die so ausgebildet ist, daß sie die Energie des Bohrfluids ausnutzt, um gemessene Informationen durch geeignete Geber zu übertragen, ohne daß ihre Funktionsweise durch die Änderungen hinsichtlich Durchsatz, Druck und Zusammen setzung des Bohrschlammes sich beeinflussen ließe.According to the invention a device is to be proposed which it makes it possible to avoid the disadvantages of the known devices in particular One of the goals is to be seen in the creation of a device that is so designed is that it uses the energy of the drilling fluid to pass measured information through suitable encoders to be transferred without affecting their functionality by the changes affect each other in terms of throughput, pressure and composition of the drilling mud let.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zum Übertragen von Meßwert-en an die Oberfläche, die am Boden eines Bohrloches während eines Bohrvorganges in Porm von Druckimpulsen genommen wurden, welche auf den Boiirsohlamm ausgeübt wurden und die an der Oberfläche aufgenommen werden können, an den unteren Teil der Bohrkolonne oder der Bohrsäule gesetzt und umfaßt wenigstens ein Meßinstrument, Einrichtungen zum Übertragen der durch dieses Element genommenen Meßwerte in entsprechende Meßwerte und ein Organ zur Begrenzung des Durchsatzes, welches am Ausfluß des Bohrschalmmes angeordnet ist und dazu dent, Druckimpulse in diesem zu erzeugen.According to the invention, the device is for transmitting measured values to the surface that occurs at the bottom of a borehole during a drilling process in Porm of pressure pulses were taken, which were applied to the boiir lamb and which can be picked up at the surface, to the lower part of the drilling column or the drilling column and comprises at least one measuring instrument, devices to transfer the measured values taken by this element into corresponding measured values and an organ for limiting the throughput, which at the outflow of the drill jar is arranged and to dent to generate pressure pulses in this.

Die Vorrichtung zeichnet ich dadurch aus, daß sie in Kombination aufweist: Einrichtungen zum Streuern dieses Durchsatzbegrenzerorgans, die aus wenigstens einer Drucksteuerfluidkammer bestehen, deren Volumen durch Verschiebung einer beweglichen Wandung gegen die Wirkung der Rückstellmittel steigen kann, einer durch eine Pumpe betätigten Turbine, die unter Drehung durch den Bohrschlamm angetrieben wird, wobei diese Pumpe so ausgebildet ist, daß sie unter Druck das Steuarfluid in diesen Raum drückt, und ein Magnetventil, in dessen erster Stellung das unter Druck stehende Fluid in dieser Kammer auf dieses Durchsatzbegrenzerorgan wirkt und in einer zweiten Stellung es ermöglicht, daß unter Druck das Steuerfluid durch diese Pumpe in die Kammer gegen die Wirkung der Rückstellmittel gedrückt wird, wobei das Magnetventil durch die Meßsignale betätigt wird.The device is characterized by the fact that it has in combination: Means for spreading this throughput limiter organ, which consists of at least one Pressure control fluid chamber exist, their volume by displacement a movable wall can rise against the action of the restoring means, one by a pump operated turbine that rotates through the drilling mud is, this pump is designed so that it is the control fluid under pressure in this space presses, and a solenoid valve, in the first position of which the under Pressurized fluid in this chamber acts on this flow limiter and in a second position it allows the control fluid to pass through this under pressure Pump is pressed into the chamber against the action of the return means, whereby the Solenoid valve is actuated by the measurement signals.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Seite der beweglichen Wandung gegenüber derjenigen, auf die der Druck des Steuerfluids dieser Kammer wirkt, in Verbindung mit dem Bohrschlammstrom vor dem Durchsatzbegrenzerorgan.According to a preferred embodiment of the invention is located the side of the movable wall opposite that on which the pressure of the control fluid is applied this chamber acts in conjunction with the flow of drilling mud in front of the flow limiter.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführtingsform der Vorrichtung begrenzt und umfaßt sämtliche Varianten, die andere ölspeicherkompensatoren, andere Xagnetventile und andere Pumpen als die benutzen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Die erwähnte beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen Fig 1 eine schemstische Ansicht sowie ein Schnitt durch eine Bohrung ist; Fig. 2 zeigt die Anordnung der Elemente des Senders in der speziellen Schwerstange und Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Betätigungsmechanismus für das Ventil nach der Erfindung.Of course, the invention is not limited to the embodiment described of the device and includes all variants that other oil storage expansion joints, Use solenoid valves and pumps other than those in the enclosed Drawings are shown. The mentioned exemplary embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Fig 1 is a schematic view and a section through a bore; Fig. 2 shows the arrangement of the elements of the transmitter in the special drill collar and Fig. 3 Figure 3 is a section through the operating mechanism for the valve of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Bohrvorrichtung umfaßt einen Bohrturm oder Bohrmast 1, der ein Bohrwerkzeug oder einen Meißel 2 über das Bohrgestänge 3 trägt. Sämtliche Gestänge sowie das Werkzeug sind an der beweglichen Flasche 19 der Hubwinde 16 aufgehängt und werden in Drehung durch eine rechteckige Stange 4 mitgenommenp die in der Lage ist, durch den Drehtisch 9 zu gleiten, sich darin aber nicht zu drehen, welcher auf dem Boden des Bohrturms angeordnet ist.The drilling device shown in Fig. 1 comprises a derrick or Drilling mast 1, which carries a drilling tool or a chisel 2 via the drill rod 3. All rods and the tools are on the movable bottle 19 of the hoist winch 16 and are driven in rotation by a rectangular bar 4 which is able to slide through the turntable 9, but not to itself in it turn, which is arranged on the bottom of the derrick.

Das Gewicht am Bohrwerkzeug wird durch das Vorhandensein dicker Stangen, sogenannter Schwerstangen 5 geliefert und regelt sich durch Zug am Bohrgestänge 3 mit Hilfe des Hubwerks oder der Winde 16. Das Hubwerk 16 dient auch dazu, vom Bohrloch die Gesamtheit des Gestänges und der Schwerstangen frezubekommen, welche durch nicht teilbare Längen demontierbar sind9 wenn man das Werkzeug 2 auswechseln will. Der Drehtisch 9 und das Hub werk 16 werden durch eine Anordnung von Motoren 15 betätigt.The weight on the drilling tool is due to the presence of thick rods, so-called drill collars 5 and is regulated by pulling the drill rod 3 with the help of the hoist or the winch 16. The hoist 16 is also used to move from Borehole to clear the entirety of the rods and collars, which can be dismantled due to non-divisible lengths9 when changing tool 2 want. The turntable 9 and the lifting mechanism 16 are driven by an arrangement of motors 15 actuated.

Das Bohrklein aufgrund der Arbeit des Werkzeuges 2 wird durch einen beachtlichen Schlammstrom mitgenommen, der durch den freien Ringraum zwischen den Stangen und den Wandungen des Bohrloches aufsteigt und wird in ein Filter und Dekantierungssystem ausgeschüttet, welches schematisch durch die Spülgruben 17 dargestellt ist. Der gereinigte Schlamm wird über die Pumpe 7 angesaugt, welche mit einem Pulsationsdämpfer 8 versehen ist und wird unter Druck gegen den Drehanschluß oder den Spüllkopf 6 gedrückt, von wo er gegen das Werk2;eug durch den Innenkaral der bohrgestänge 3 geführt wird.The cuttings due to the work of the tool 2 is through a considerable sludge flow entrained through the free annular space between the Rods and the walls of the borehole rises and is put into a filter and decanting system poured out, which is shown schematically by the flushing pits 17. Of the Purified sludge is sucked in via the pump 7, which is equipped with a pulsation damper 8 is provided and is pressed against the rotary connection or the flushing head 6 pressed, from where it hits the work2; eug through the inner karal of the drill rods 3 to be led.

Die Übertragung dr Bohrparameter an die Oberfläche erfolgt mittels einer Meßvorrichtung, die einem Sender zugeordnet ist, der Bohrschlammdruckänderungen hervorruft, welche repräsentativ für die gemessens Größe sind und welcher im allgemeinen in einer 5 speziellen Schwerstange 20 enthalten ist. Diese Schlammdruckänderungen werden über den Innenkanal der Stangen 3 übertragen und durch den Druckdetektor 11 aufgenommen, der auf dem Speiseleitungssystem des Spülkopfes oder Wirbels gelagert ist.The drilling parameters are transmitted to the surface by means of a measuring device associated with a transmitter, the drilling mud pressure changes which are representative of the measured size and which in general is contained in a 5 special drill collar 20. These mud pressure changes are via the inner channel of the rods 3 and transferred by the Pressure detector 11 added, which is on the feed line system of the flushing head or Vertebra is stored.

Der Detektor 11 wandelt die Schlammdruckänderungen in elektrische Signale von einer Stärke proportional der des Druckes in der Leitung um. Der Verstärker 12 umfaßt ein Filter, um die Störsignale aufgrund regelmäßiger Druckpulsationen der Pumpe, die unvollständig durch den Raum 8 gedämpft wurden, zu eliminieren.The detector 11 converts the mud pressure changes into electrical ones Signals of a strength proportional to that of the pressure in the line. The amplifier 12 includes a filter to the interference signals due to regular pressure pulsations of the pump, which were incompletely damped by the space 8, to eliminate.

Die Dekodierungseinrichtung 13 liefert ausgehend von einer Reihe von Druckimpulsen ein elektrisches Signal, dessen Stärke den gemessenen Wert des Bohrparameters darstellt, dieser Wert kann der mittlere Wert der aufeinanderfolgenden Augenblickswerte während der Dauer einer kodierten Transmission sein, oder auch der Augenblickswert im Augenblick des Beginns jeder Transmission oder auch jeder andere Wert der aus der Kombination der Werte der verschiedenen Paramter resultiert.The decoding device 13 supplies starting from a number of Pressure pulses an electrical signal, the strength of which determines the measured value of the drilling parameter represents, this value can be the mean value of the successive instantaneous values be during the duration of a coded transmission, or the instantaneous value at the moment of the start of each transmission or any other value of the off the combination of the values of the various parameters results.

Der Wert des Parameters wird auf ein Papierband aufgezeichnet, dessen Laufgeschwindigkeit, die von dem mit der festen Flasche 28 verbundenen Sender 14 gesteuert wird, proportional zur Vorschubsgeschwindigkeit des Werkzeugs gemacht wird.The value of the parameter is recorded on a paper tape, its Running speed obtained from the transmitter 14 connected to the fixed bottle 28 is made proportional to the feed rate of the tool will.

Der Aufzeichner 10 liefert so direkt das Diagramm für die vom Werkzeug durchsetzte Formation.The recorder 10 thus directly supplies the diagram for the tool interspersed formation.

Fig. 2 zeigt den im wesentlichen oberhalb des Werkzeugs 2 angeordneten bodensender am obere Teil der Schwerstangen 5. Der Sende umfaßt im wesentlichen drei Schwerstangenelemente , die jseils den Geber für die zu messende Größe (Gewicht, Moment, Widerstand etc.), den eigentlichen Sender und die Turbine, d.h.FIG. 2 shows the one arranged essentially above the tool 2 ground transmitter on the upper part of the collars 5. The transmitter comprises essentially three drill collar elements, which jseils the encoder for the size to be measured (weight, Moment, resistance etc.), the actual transmitter and the turbine, i.e.

die Quelle Für die mechanische Energie, enthalten. Allein diese beiden letztgenannten Elemente sind in Fig. 2 dargestellt.the source of mechanical energy. This alone both The latter elements are shown in FIG.

Das Element 30 ist der Turbinenkörper, welcher die festen Schaufeln 53 und die Lager 34 enthält. Die Welle 31 der Turbine trägt eine bewegliche Beschafelung 32, wird durch die Lager 34 geführt und besitzt nicht dargestellte Anschläge oder Drucklager. Der obere Teil der Welle 31 der Turbine trägt eine Kupplung, die ein Wechselstromgenerator 26 antreibt, der am unteren Teil des Schwerstangenelementes 20 angeordnet ist.Element 30 is the turbine body which holds the fixed blades 53 and the bearings 34 contains. The shaft 31 of the turbine carries a movable panel 32, is guided by the bearing 34 and has stops or not shown Thrust bearing. The upper part of the shaft 31 of the turbine carries a clutch which is a Alternator 26 drives the lower part of the drill collar 20 is arranged.

Der Sender ist in einer schlammdichten Kammer 23 enthalten, die selbst an die Mitte des Schwerstangenelementes 20 über Endstücke 21 befestigt ist. Der Ringraum 29 zwischen der Kammer 23 und der Schwerstange 20 dient als Durchlaß für den bohrschlamm, welcher die Turbine und das Werkzeug speist, und dessen Bahn durch Pfeile angedeutet ist.The transmitter is contained in a mud-proof chamber 23, which itself is attached to the center of the collar element 20 via end pieces 21. Of the Annular space 29 between the chamber 23 and the drill collar 20 serves as a passage for the drilling mud that feeds the turbine and tool, and its path Is indicated by arrows.

Die Anordnung der Senderteil ist im wesentlichen konform zur Darstellung der Fig. 2. Das Ventil 25 und die Düse 22 über die der Schlamm zugeführt wird, nehmen den oberen Teil ein. Unmittelbar darunter findet man in den Ventilbetätigungsmechanismus, der genauer in Fig. 3 dargestellt ist. Die Mitte der dichten Kammer 23 wird durch eine variable Anzahl von Gehäusen 27 eingenommen, in denen elektranische Kreise eingeschlossen sind, welche Meßwerte in elektrische Signale umformen, die von den Gebern genommen wurden und Schaltkreise zur Steuerung des vom Generator erzeugten Stroms einschließen. Dieser Teil wird durch eine Antriebswelle 28 durchsetzt, bei der es sich um eine flexible Welle handeln kann, die dazu bestimmt ist, eine hydraulische Pumpe anzutreiben, um die mechanische Energie zum Wirkmechanismus des Ventils zu liefern.The arrangement of the transmitter part is essentially in accordance with the illustration 2. Take the valve 25 and the nozzle 22 through which the sludge is fed the upper part. Immediately below is the valve actuation mechanism, which is shown in more detail in FIG. The center of the tight chamber 23 is through a variable number of housings 27 occupied, in which electrical circuits are included, which convert measured values into electrical signals that are transmitted by the Encoders were taken and circuits to control the generated by the generator Include electricity. This part is penetrated by a drive shaft 28, at which can be a flexible shaft designed to be a hydraulic one Drive the pump in order to add the mechanical energy to the mechanism of action of the valve deliver.

Für den Fall, wo der Geber für den Bohrparamter keine elektrische oder mechanische Verbindung mit dem äußeren der Schwerstangen hat, beispiel@@@ @@ @@@ Messen des Winkels des Bohrloches zur Vertikalen, kann er völlig in einem Gehäuse 27 enthalten sein und braucht kein besonderes Schwerstangenelement.In the event that the encoder for the drilling parameters is not an electrical one or has a mechanical connection to the outside of the collars, for example @@@ @@ @@@ Measure the angle of the borehole for Vertical, he can totally be contained in a housing 27 and does not need a special drill collar element.

Der Wechselstromgenerator 26 nimmt im allgemeinen den unteren Teil der dichten Kammer 23 ein und seine Welle durchsetzt das Endteil 21 über eine Öffnung, die mit Dichtungseinrichtungen geeigneter Art, die dem Fachmann wohl bekannt sind, versehen ist.The alternator 26 generally takes the lower part the tight chamber 23 and its shaft penetrates the end part 21 via an opening, those with sealing devices of a suitable type which are well known to those skilled in the art, is provided.

Fig. 3 zeigt das Detail der Anordnungen der besonderen Schwerstange 20 in ihrem oberen Teil. Das Endteil 21 weist innen ein zylindrisches Lager 41 auf, in dem sich ein fest mit der Stange 35 des Ventils 25 verbundener Kolben 39 verschieben kann und nimmt den Sitz 2ß dieses Ventils auf. Das Ventil und der Sitz bestehen beide aus Sonderstahl mit hoher Abrieb- oder Verschleißfestigkeit. Die Düse 22 beispielsweise, über die der Bohrschlamm zugeführt wird- wird auf das Teil 21 geschraubt, am den Sitz 24 zu erhalten lind der Innenquerschnitt dieser Düse nimmt allmählich in Strdmungsrichtung ab, um die Geschwindigkeit des Bohrfluids ohne merklichen Druckverlust zu steigern. Nach dem Fluidventil tritt das Fluid in die Ringkammer 29 zwischen der dichten Kammer 23 und der Innenwandung des Schwerstangenelementes 20 über mehrere im Teil 21 ausgesparte Öffnungen ein.Figure 3 shows the detail of the arrangements of the particular drill collar 20 in their upper part. The end part 21 has a cylindrical bearing 41 on the inside, in which a piston 39 fixedly connected to the rod 35 of the valve 25 moves can and takes the seat 2ß of this valve. The valve and the seat exist both made of special steel with high abrasion or wear resistance. The nozzle 22, for example, via which the drilling mud is fed is screwed onto the part 21 on the Seat 24 and the internal cross-section of this nozzle gradually increases in the direction of flow to increase the speed of the drilling fluid without any noticeable loss of pressure. After the fluid valve, the fluid enters the annular chamber 29 between the sealed chamber 23 and the inner wall of the collar element 20 over several recessed in part 21 Openings a.

Nach einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird das Ventil 25 durch den Kolben 39 angehoben, wenn der Schieber des Magnetventils 44 sieh. in seiner unteren Stellung befindet, das heißt, wenn die Spule 51 von einem Signal oder einem elektrischen Strom durchflossen wird, der aus der elektronischen Einrichtung «ber die Leiter 53 und 54 austritt. Tatsächlich setzt diese Stellung des Schiebers den Steuerfluidspeicher 70, der beispielsweise druckölbetrieben ist,init dem Zylinder 41 über die Leitungen 66, 47 und 42 in Verbindung. Der Ölspeicher 70 ist aus mehreren Zylindern gebildet, die um die Düse oder das Mundstück 22 verteilt sind und jeweils einen Kolben 68 enthalten, der mit Abdichtungen 69 versehen und durch eine Feder 67 beaufschlagt ist, die sich andererseits gegen einen Stopfen 71 abstützt. Der Oberteil es Zylinders befindet sich in Verbindung mit der Schlammzufuhr oberhalb der Düse 22 und zwar über eine Öffnung 72 und der statische Druck des Schlamms wird so auf das Speicheröl übertragen. In gleicher Weise wird der statische Druck des Schlamms hinter dem Ventil auf die Oberseite des Kolbens 39 in der Rückstellfederkammer 40 über die Öffnungen 38 übertragen. Befindet sich das Ventil 25 In einer Entfernung vorn Sitz 24, so sind die nahe den Öffnungen 38 und 72 herrschenden Drücke einander sehr benachbart, die durch die Federn 67 auf die Kolben 68 ausgeübten Kräfte erzeugen aber in den Ölspeichern 70 einen verbleibenden Druck als größer als der, der auf die Kraft der Rückstellfeder 40 des Kolbens 39 zurückzuführen ist. Hieraus folgt, sobald der Kern 52 vom Elektroventil angezogen wird wird der Speicher 70 in Verbindung mit dom Zylinder 41 gesetzt wird. ein Anheben des Ventils bzw. der Klappe 25 gegen ihren Sitz 24, wobei diese Verschiebung nicht gegen einen Gleichgewichtszustand hin neigt.According to an embodiment shown in Fig. 3, the valve 25 raised by the piston 39 when the slide of the solenoid valve 44 see. in its lower position, that is, when the coil 51 receives a signal or an electric current flowing through it, which comes from the electronic device «Exit via ladder 53 and 54. In fact, this is the position of the slide the control fluid reservoir 70, which is operated, for example, by pressure oil, with the cylinder 41 via lines 66, 47 and 42 in connection. The oil reservoir 70 is made up of several Cylinders formed around the nozzle or mouthpiece 22 distributed are and each contain a piston 68 which is provided with seals 69 and is acted upon by a spring 67, which is on the other hand against a plug 71 supports. The top of the cylinder is in connection with the sludge feed above the nozzle 22 via an opening 72 and the static pressure of the mud is transferred to the storage oil in this way. In the same way is the static pressure of the mud behind the valve on top of the piston 39 in the return spring chamber 40 transferred via the openings 38. The valve 25 is at a distance at the front of the seat 24, the pressures near the openings 38 and 72 are mutually exclusive very adjacent, which generate the forces exerted on the pistons 68 by the springs 67 but a remaining pressure in the oil reservoirs 70 is greater than that which is on the force of the return spring 40 of the piston 39 is due. It follows from this as soon as the core 52 is attracted to the solenoid valve, the accumulator 70 is connected with dome cylinder 41 is set. a lifting of the valve or the flap 25 against their seat 24, this shift not going against a state of equilibrium tends towards.

Tatsächlich sorgt die Wirkung des Ventils 25 für eine Erhöhung des Schlammdruckes in Höhe der Schlitze 72, wobei diese Erhöhung sich auf das Öl der Kompensatorzylinder 70 durch die Kolben 68 überträgt; alles läuft so ab, als ob das Ventil 25 auf seinen Sitz 24 durch das Bohrfluid selbst gedrückt würde.In fact, the action of valve 25 increases the Mud pressure at the level of the slots 72, this increase affecting the oil of the Compensator cylinder 70 through piston 68 transfers; everything goes as if the valve 25 would be pushed onto its seat 24 by the drilling fluid itself.

Die so hergestellte Vorrichtung führt selbstverständlich zu schnellen und regelbaren Schwankungen im Druck des Bohrschlammes.The device produced in this way naturally leads to rapid and controllable fluctuations in the pressure of the drilling mud.

Hält man den Weg des Ventils durch den regelbaren Anschlag 37 auf, der durch die Schraube 36 blockiert wird, so erhält man eine Erhöhung des Druckes, die auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist. Diese Erhöhung wird solang aufrecht erhalten, wie das Magnetventil 50 durch einen Strom erregt wird, der von der elektronischen Einrichtung kommt, die in den Gehäusen 27 enthalten ist und die Kodierung der Messung durch einen Geber einer den Bohrvorgang charakterisierenden Größe darstellt.If the path of the valve is stopped by the adjustable stop 37, which is blocked by the screw 36, an increase in pressure is obtained, which is limited to a predetermined value. This increase will be maintained for so long received as the solenoid valve 50 is excited by a current, coming from the electronic equipment contained in the housings 27 and the coding of the measurement by an encoder of a characterizing the drilling process Represents size.

Aus Zweckmäßigkeiten der Ausbildung des Magnetventils sind die Teile 48 und 49 des Joches mit Dichtungsringen 45 ausgestattet, die in eine Bohrung des Teils 21 eingeführt sind.For convenience of the design of the solenoid valve, the parts are 48 and 49 of the yoke equipped with sealing rings 45 which are inserted into a bore of the Part 21 are introduced.

Sämtliche Leitungen münden in diese Bohrung und ihr äußeres Ende wird durch Stopfen 55 nach Bearbeitung verschlossen.All lines open into this hole and its outer end is closed by stopper 55 after processing.

Wenn der Schieber 44 des Magnetventils in seine Ruhestellung durch die Feder 56 in Abwesenheit eines Stroms in der Spule 51 zurückgeführt ist, ist der Zylinder 41 dem in der Nähe der Schlitze. 72 herrschenden Druck ausgesetzt und wird in Verbindung mit der Pumpe 60 gesetzt, die versucht, ihn über die Leitungen 42, 46 und 65 zu leeren. Das Öl wird zu den Kompensatorzylindern 70 über ein schematisch dargestelltes Rückschlagventil 62, 63, 64 zurückgeschickt. Die Pumpe wird mechanisch durch die Turbine über die Welle 28 angetrieben und besitzt ein inneres Überdruckventilsystem, welches den erreichten Druck auf einen Wert geringfügig größer als die maximale Differenz begrenzt, welche im Bohrschlamm durch Anheben des Ventils 25 hervorgerufen wurde Man sorgt so für die Rückführung des Kolbens 39 in seine Ausgangestellung um so viel schneller wie die Viskosität des Öls und der Durchsatz bzw. die Leistung der Pumpe es ermöglichen.When the slide 44 of the solenoid valve is in its rest position the spring 56 is returned in the absence of current in the coil 51 the cylinder 41 that near the slots. 72 exposed to prevailing pressure and is put in connection with the pump 60, which tries to get him through the lines 42, 46 and 65 empty. The oil is supplied to the compensator cylinders 70 via a schematic shown check valve 62, 63, 64 sent back. The pump becomes mechanical driven by the turbine via shaft 28 and has an internal pressure relief valve system, which the achieved pressure to a value slightly greater than the maximum Limited difference, which caused in the drilling mud by lifting the valve 25 This ensures that the piston 39 is returned to its starting position so much faster as the viscosity of the oil and the throughput or performance allow the pump.

Die obenbeschriebene Vorrichtung ermöglicht es so, ausgehend von einem einfachen elektrischen signal eine sehr schnelle Druckänderung im Schlamm zu erhalten, indem man einfach dem Fachmann bekannte Elemente, die überlicherweise auf dem hydraulischen (Steuerungs)gebiet bekannt sind, was bereits eine Voraussetzung für altes Funktionieren ist, benützt.The device described above makes it possible, starting from a simple electrical signal to obtain a very rapid change in pressure in the mud, by simply adding the Elements known to those skilled in the art, usually are known in the hydraulic (control) field, which is already a prerequisite is used for old functioning.

Die gleichzeitige Verwendung eines hydraulischen Senders und einer Vorrichtung zur Ermittlung der Änderungen des Druckes im Bohrschlamm an der Oberfläche sorgt für eine Fluidverbindung, die völlig frei von den Beschränkungen macht, die durch elektrische Einrichtungen mit Kabeln auferlegt werden; eine vollkommene Anspassung an die Notwendigkeiten beim klassischen Rotarybohrverfahren ligt vor.The simultaneous use of a hydraulic transmitter and a Device for determining the changes in pressure in the drilling mud on the surface provides a fluid connection that is completely free of the restrictions that makes imposed by electrical devices with cables; a perfect match of the necessities of the classic rotary drilling process.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand einer einzigen Ausführungsform erläutert; alles für die Erfindung nicht als wesentlich Erachtete wurde fortgelassen.With a view to a concise presentation, the invention has only been based on a single embodiment explained; all of which is not essential to the invention Believed was omitted.

Patentansprüche Claims

Claims

Claims 1. Device for transmission to the surface of mesaungen made at the bottom of a borehole during a drilling process were, in orL, from pressure pulses applied to the drilling mud, which are reflected on the surface let catch, this device to the lower part of the drilling column or Drilling column is attached and comprises at least one measuring instrument; with facilities to transform the measurements or measured values made by this instrument in corresponding measurement signals and with a throughput limiter, which is in the outlet of the drilling mud is arranged and serves to generate the pressure pulses in this, characterized in combination by control devices for this throughput limiter element, which are formed by at least one chamber for pressurized fluid, their volume by moving a movable wall against the action of restoring devices is expandable; operated by a turbine driven by a drilling mud Pump, the pump eo being designed to be the control fluid under pressure pushes into this chamber; and by a solenoid valve, in the first position of which the pressurized control fluid in this chamber to the flow limiter element acts and because in a second position it enables the control fluid under pressure through this pump into the chamber against the action of these reset devices to promote, wherein the solenoid valve can be actuated by the measurement signals.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the side the movable wall on the other hand like the one on which the pressure of the Control fluid ia of the chamber acts in conjunction with the drilling mud flow this throughput limiter is available.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that this Flow limiter consists of a movable valve, which with elnem cooperates tight fit and is firmly connected to a piston, softer under the effect of the pressure of the control fluid is displaceable.