EP0290939A2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in Bohrspülungsmedien - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in Bohrspülungsmedien Download PDFInfo
- Publication number
- EP0290939A2 EP0290939A2 EP88107135A EP88107135A EP0290939A2 EP 0290939 A2 EP0290939 A2 EP 0290939A2 EP 88107135 A EP88107135 A EP 88107135A EP 88107135 A EP88107135 A EP 88107135A EP 0290939 A2 EP0290939 A2 EP 0290939A2
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- valve body
- main valve
- outer part
- drilling fluid
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 18
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
- E21B47/18—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry
Definitions
- the invention relates to a device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down a drill pipe string in an embodiment according to the preamble of claim 1.
- the outer part of the valve forms a valve seat which limits the upward movement of the main valve body into the operating end position as a stop and blocks the central main passage for drilling fluid in engagement with the main valve body.
- the carrier body determines the starting position for the main valve body as a stop. The sum of the downward hydraulic forces exerted by the drilling fluid on the main valve body in its initial position when the auxiliary valve is open exceeds that of the upward hydraulic forces, so that the main valve body is fixed in its initial position when the auxiliary valve is open. By closing the auxiliary valve, this pressure ratio is reversed, with the result that the main valve body moves upward into its operating end position limited by the valve seat.
- the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, the valve works smoothly with a simple structural design, avoids mechanical wear and is perfectly functional even after a long period of operation and without maintenance.
- the main valve body reaches a stop-free operating end position, which is determined only by the balance of the forces acting on it, so that impacts associated with the pressure pulse generation, which result from the impact of the main valve body on a stop specifying the operating end position, are avoided.
- the avoidance of shock phenomena is also accompanied by the avoidance of wear and damage, which is greater the higher the speed of the upward movement at the time the main valve body hits its stop.
- an acceleration or speed course over the stroke path can be selected for the upward movement of the main valve body which determines the shape of the pressure pulse, which is completely free of Considerations which have to be taken when the operating end position is given by the stop due to the sudden braking of the main valve body.
- the device for generating pressure pulses is part of a device E for the determination and remote transmission of information or works together with such a device, which is likewise arranged in the drill pipe string 1 generally immediately below the valve V.
- the pressure pulses generated in the drilling fluid which is pumped downwards by means of a pump P, are received by a pressure sensor R and are fed by this to an evaluation device T which evaluates the signals received.
- the stationarily supported in the drill pipe string 1, essentially tubular outer part 3 comprises an upper ring part 6 with a central axial passage opening 7, the cross section of which is considerably smaller than the clear cross section in the drill pipe string 1 above the valve V. Furthermore, the outer part 3 supports a foot part 8 of the Carrier part 5 stationary in its lower area, which is closed in its central area 9 except for an axial through opening 10. Between the area 9 and the inside of the outer part 3, however, remain through the circumferential openings 11 'for the drilling fluid, which flows down an annular outer flow channel 11 between the outer part 3 and the main valve body 4.
- the foot part 8 forms a separate or also integral component of the carrier body 5, which is essentially tubular and has a central through opening 12 in its upper region, to which the through opening 10 in the foot part 9 connects. This has at its lower end a valve seat 13, which is also the outlet opening of a Forms inner flow channel which is delimited in its lower region by the axial through openings 12, 10.
- An auxiliary valve body 14 is assigned to the valve seat or the outlet opening 13 and is actuated by means of a drive, which is only indicated schematically at 15, e.g. of an electromagnet, can be moved from its open position shown in FIG. 2 to a closed position illustrated in FIG. 3, in which it closes the outlet opening 13.
- a drive which is only indicated schematically at 15, e.g. of an electromagnet, can be moved from its open position shown in FIG. 2 to a closed position illustrated in FIG. 3, in which it closes the outlet opening 13.
- the carrier body 5 is essentially cylindrical in the area of the outer surface 16 of its upper main part 17 and, with this outer surface 16, delimits on the inside an annular gap 18 which is delimited on the outside by an essentially cylindrical inner surface 19 of a tubular extension part 20 of the main valve body 4.
- the starting positions of the main valve body 4 shown in FIG. 2 over their entire length opposite surfaces 16, 19 define an overlap area between the main valve body 4 and the carrier body 5, the length of which decreases as soon as the main valve body 4 executes an upward movement.
- Drilling fluid can flow freely through the cylindrical gap 18 between the main valve body 4 and the carrier body 5 and is flowed through by drilling fluid in all positions of the main valve body 4 relative to the carrier body 5 due to a pressure drop between the drilling fluid in the passage opening 12 and in the external flow channel 11.
- the gap 18 forms either a full length or, as shown, in sub-regions 18 'arranged one behind the other Throttle section in which the gap width is less than a hundredth of the diameter of the annular gap 18 and is preferably in the range between 0.05 mm and 0.5 mm, preferably 0.15 mm.
- the main valve body 4 has an upper end part 22, which is closed except for a through opening 21, which has a conical transition area 23 on the outside in the example shown and merges into a tubular extension 24 in its central area.
- This extension 24 provides side openings 25 which are connected to the through opening 21, is closed at its front end 26 and, in the starting position of the main valve body (FIG. 2), has a position in which the lower edge 27 of the side openings 25 is in the cylindrical through opening 7 is located in the ring part 6 of the outer part 3.
- These side openings 25 form the inlet opening for the inner flow channel surrounded in its upper region by the through opening 21 and then continued by the through openings 10, 12.
- the extension 24 thus forms a kind of pitot tube and has an essentially constant outer diameter over its length.
- the diameter increases steadily with increasing distance from the upper end 26 of the main valve body 4, to a diameter d1, which in the example shown is approximately the same size as the diameter d2, which forms a cylindrical constriction region Through opening 7. Furthermore, the diameter d1 is substantially equal to the diameter d3 of the surface 19 of the part 20 of the main valve body 4. The dimensioning of the diameters or their coordination will be discussed further below.
- the annular body 6 of the outer part 3 also has a transition region 28, the diameter of which increases steadily with increasing axial distance from the upper end of the outer part 3, specifically in the exemplary embodiment shown to form a conical widening.
- the outer part 3 and the main valve body 4 delimit between them a throttle section 29 in the upper region of the external flow channel 11, the flow cross section of which can be varied depending on the position of the main valve body 4.
- This throttle section 29 begins, taking into account the starting and operating end positions of the main valve body 4, a bit upstream of the transition area 28 of the outer part 3 and ends a bit below the transition area 23 of the main valve body 4, the throttle section 29 between the transition areas 23, 28 presents a nozzle area with an overall increasing flow cross section downstream. This is achieved in that the diameter of the transition region 28 of the outer part 3 increases more than that of the transition region 23, which can also be achieved in the transition regions 23, 28 with curved surfaces.
- the surface of the main valve body 4 is in the area the throttle section 29 with armor 30, which is preferably formed by a hard coating of tungsten carbide.
- the main valve body 4 In its starting position (FIG. 2), the main valve body 4 can be supported with the lower front end 31 on a shoulder 32 of the carrier body 5, but in order to change the starting position at least one annular spacer 33 can be provided, which is located between the lower front end 31 of the main valve body 4 and the shoulder 32 of the carrier body 5 takes place. With the help of such spacers, the starting position of the main valve body 4 can be shifted upwards in order to take account of changed flow conditions for the drilling fluid, which are caused by a lower volume flow per unit time.
- the main valve body 4 is associated with a schematically illustrated sleep 24, which specifies an upper end of movement position (FIG. 4) above the operating end position (FIG. 3), in which a residual passage for drilling fluid still remains between the main valve body 4 and the outer part 3.
- the main valve body 4 only reaches this movement end position when the drill pipe string 1 is lowered into the borehole B, e.g. in the course of a round trip, when the drilling fluid present in the borehole B flows upwards through the internal flow channel 21, 12, 10 of the valve V and tries to take the main valve body 4 upwards.
- This stop 34 can, however, also be omitted if a bypass opening indicated by dashed lines at 35 is provided in the ring part 6.
- the device E To generate a pressure pulse in the drilling fluid, the device E the auxiliary valve 13, 14 is closed and thus the flow through the internal flow channel 21, 12, 10 is prevented.
- this inner flow channel 21, 12, 10 a pressure builds up in the drilling fluid that essentially corresponds to the pressure of the drilling fluid at the level of the lower edges 27 of the side openings 25.
- the pressure drop occurring due to the flow through the gap 18 is kept within narrow, clearly definable limits because of the formation of the gap 18 as a narrow throttle section.
- This pressure which builds up in the inner flow channel 21, 12, 10 when the auxiliary valve 13, 14 is closed, exerts upward hydraulic forces on the main valve body 4, the sum of which, taking into account the inner diameter d3 of the main valve body 4, which determines the hydraulically effective inner surface, the sum of the downward hydraulic forces on the Main valve body 4 plus the gravitational forces acting thereon.
- This sum of the axially downward hydraulic forces on the main valve body 4 is determined in the starting position of the main valve body 4 according to FIG. 2, taking into account the outer diameter d1 which determines the hydraulically effective outer surface, and is composed of statically and dynamically active forces, since the main valve body 4 is of drilling fluid is constantly flowed around.
- the diameters d1 and d3 are matched to one another and to the diameter d2 such that the upward force resultant is relatively small at the point in time at which the main valve body 4 begins to move upward from its initial position after the auxiliary valve 13, 14 has closed is initially increasing with increasing stroke length and then decreasing again until it finally reaches the value zero.
- the main valve body 4 In the position in which the sum of all the forces acting on the main valve body 4 has the value zero, the main valve body 4 assumes its end position which determines the pressure pulse, as illustrated in FIG. 3, which shows that in this position the lower edge 27 of the side openings 25 is upstream of the constriction area 7 of the outer part. If the auxiliary valve 13, 14 is then opened again, the force ratio is reversed again and the main valve body 4 moves back into its starting position according to FIG. 2.
- the diameters d1, d2 and d3, By coordinating on the one hand the diameters d1, d2 and d3, through which the basic static hydraulic conditions are determined, by choosing the position of the lower edge 27 of the side openings 25 to the constriction area 7 of the outer part 3, by means of which the internal pressure in the main valve body 4 and its change during the upward movement can be determined, and by shaping the transition areas 23, 28, which can be influenced by the dynamic forces via the flow behavior in the throttle section 29, the force ratios on the main valve body 4 during the upward and downward movement can be designed so that it is his operational end positions, the starting position and the operating end position, each approaching a relatively long time or leaving it slowly, but in the intermediate area executes a relatively rapid upward or downward movement. This is desirable in order to prevent the main valve body from overshooting the operating end position during the upward movement, to rule out impact effects when returning to the starting position and to be able to keep the pressure pulse formation process short in time.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in einem einen Bohrrohrstrang abwärts durchströmenden Bohrspülungsmedium in einer Ausgestaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 3 958 217) bildet der Außenteil des Ventils einen Ventilsitz, der die Aufwärtsbewegung des Hauptventilkörpers in die Betriebsendstellung als Anschlag begrenzt und in Eingriff mit dem Hauptventilkörper den zentralen Hauptdurchlaß für Bohrspülungsmedium versperrt. Die Ausgangsstellung für den Hauptventilkörper bestimmt der Trägerkörper als Anschlag. Die Summe der bei geöffnetem Hilfsventil vom Bohrspülungsmedium auf den in seiner Ausgangsstellung befindlichen Hauptventilkörper ausgeübten, abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte übersteigen die der aufwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte, so daß der Hauptventilkörper bei geöffnetem Hilfsventil in seiner Ausgangsstellung fixiert ist. Durch Schließen des Hilfsventils wird dieses Druckverhältnis umgekehrt mit der Folge, daß sich der Hauptventilkörper aufwärts in seine durch den Ventilsitz begrenzte Betriebsendstellung bewegt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Ventil bei einfacher baulicher Gestaltung stoßfrei arbeitet, mechanischen Verschleiß vermeidet und auch nach längerer Betriebszeit und ohne Wartung einwandfrei funktionsfähig ist.
- Der Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 15 verwiesen.
- Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangt der Hauptventilkörper in eine anschlagfreie, lediglich durch das Gleichgewicht der auf ihn einwirkenden Kräfte bestimmte Betriebsendstellung, so daß mit der Druckpulserzeugung einhergehende Stöße, die aus dem Auftreffen des Hauptventilkörpers auf einen die Betriebsendstellung vorgebenden Anschlag resultieren, vermieden sind. Mit der Vermeidung von Stoßerscheinungen geht auch die Vermeidung von Verschleiß sowie von Beschädigungen einher, die um so stärker ausfallen, je höher die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung zum Zeitpunkt des Aufpralls des Hauptventilkörpers auf seinem Anschlag ist. Mit der von der Schwerkraft abgesehen ausschließlichen Vorgabe der Betriebsendstellung des Hauptventilkörpers durch die auf diesen einwirkenden hydraulischen Kräfte des Bohrspülungsmediums kann für die den Druckpuls in seiner Formgestalt bestimmende Aufwärtsbewegung des Hauptventilkörpers ein Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsverlauf über dem Hubweg gewählt werden, der völlig frei ist von Rücksichten, die bei durch Anschlag vorgegebener Betriebsendstellung wegen der schlagartigen Abbremsung des Hauptventilkörpers zu nehmen sind. Dabei ist eine sehr einfache konstruktive Ausbildung der Vorrichtung möglich, die auch ohne Wartung auch noch nach langer Einsatzdauer funktionssicher arbeitet.
- Weiterere Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung schematisch näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1 einen vereinfachten abgebrochenen Längsschnitt durch einen Bohrrohrstrang im Bohrloch einer Tiefbohrung,
- Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt durch eine in dem Bohrrohrstrang nach Fig. 1 angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen nach der Erfindung mit in Ausgangsstellung befindlichem Hauptventilkörper,
- Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit in Betriebsendstellung befindlichem Hauptventilkörper, und
- Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2 und 3 zur Veranschaulichung des Hauptventilkörpers in einer oberen Bewegungsendstellung.
- Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in einem einen Bohrrohrstrang 1 abwärts in Richtung des Pfeiles 2 durchströmenden Bohrspülungsmedium - das nach Austreten durch einen Drehbohrmeißel D am Ende des Bohrrohrstranges 1 in das Bohrloch B im Ringraum S zwischen dessen Wandung und der Außenwandung des Bohrrohrstranges 1 wieder aufwärts strömt - besteht im wesentlichen aus einem in dem Bohrrohrstrang 1 angeordneten Ventil V, das einen Außenteil 3, einen Hauptventilkörper 4 und einen Trägerkörper 5 umfaßt.
- Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen ist Teil einer Vorrichtung E zur Ermittlung und Fernübertragung von Informationen oder arbeitet mit einer solchen Vorrichtung zusammen, die ebenfalls im Bohrrohrstrang 1 im allgemeinen unmittelbar unterhalb des Ventils V Anordnung findet.
- Die in dem mittels einer Pumpe P abwärtsgepumpten Bohrspülungsmedium erzeugten Druckpulse werden von einem Drucksensor R empfangen und von diesem einer Auswertvorrichtung T zugeleitet, welche die Auswertung der empfangenen Signale vornimmt.
- Der ortsfest im Bohrrohrstrang 1 abgestützte, im wesentlichen rohrförmige Außenteil 3 umfaßt einen oberen Ringteil 6 mit einer zentralen axialen Durchgangsöffnung 7, deren Querschnitt wesentlich geringer ist als der lichte Querschnitt im Bohrrohrstrang 1 oberhalb der Ventils V. Ferner stützt der Außenteil 3 einen Fußteil 8 der Trägerteils 5 ortsfest in seinem unteren Bereich ab, der in seinem zentralen Bereich 9 bis auf eine axiale Durchgangsöffnung 10 geschlossen ausgeführt ist. Zwischen dem Bereich 9 und der Innenseite des Außenteils 3 verbleiben jedoch über den Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen 11′ für das Bohrspülungsmedium, das einen ringförmigen Außenströmungskanal 11 zwischen dem Außenteil 3 und dem Hauptventilkörper 4 abwärtsströmt.
- Der Fußteil 8 bildet einen gesonderten oder auch integralen Bestandteil des Trägerkörpers 5, der im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und in seinem oberen Bereich eine zentrale Durchgangsöffnung 12 aufweist, an die sich die Durchgangsöffnung 10 im Fußteil 9 anschließt. Diese weist an ihrem unteren Ende einen Ventilsitz 13 auf, der zugleich die Austrittsöffnung eines Innenströmungskanals bildet, der in seinem unteren Bereich von den axialen Durchgangsöffnungen 12,10 umgrenzt ist.
- Dem Ventilsitz bzw. der Austrittsöffnung 13 ist ein Hilfsventilkörper 14 zugeordnet, der mittels eines bei 15 lediglich schematisch angedeuteten Antriebs, z.B. eines Elektromagneten, aus seiner in Fig. 2 dargestellten Offenstellung in eine in Fig. 3 veranschaulichte Schließstellung bewegbar ist, in der er die Austrittsöffnung 13 verschließt.
- Der Trägerkörper 5 ist im Bereich der Außenfläche 16 seines oberen Hauptteils 17 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und begrenzt mit dieser Außenfläche 16 innenseitig einen ringförmigen Spalt 18, der außenseitig von einer ihrerseits im wesentlichen zylindrischen Innenfläche 19 eines rohrförmigen Ansatzteils 20 des Hauptventilskörpers 4 begrenzt ist. Die in der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsstellung des Hauptventilkörpers 4 in ganzer Länge einander gegenüberliegenden Flächen 16,19 definieren einen Überlappungsbereich zwischen dem Hauptventilkörper 4 und dem Trägerkörper 5, dessen Länge sich verrringert, sobald der Hauptventilkörper 4 eine Aufwärtsbewegung ausführt.
- Der zylindrische Spalt 18 zwischen dem Hauptvenilkörper 4 und dem Trägerkörper 5 ist von Bohrspülungsmedium frei durchströmbar und wird in allen Stellungen des Hauptventilkörpers 4 zum Trägerkörper 5 von Bohrspülungsmedium aufgrund eines Druckgefälles zwischen dem Bohrspülungsmedium in der Durchgangsöffnung 12 und im Außenströmungskanal 11 durchströmt. Dabei bildet der Spalt 18 entweder auf gesamter Länge oder wie dargestellt in hintereinander angeordneten Teilbereichen 18′ eine enge Drosselstrecke, in der die Spaltweite ein Hunderstel des Durchmessers des ringförmigen Spaltes 18 unterschreitet und bevorzugt im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm liegt, vorzugsweise 0,15 mm, beträgt.
- Der Hauptventilkörper 4 weist einen oberen, bis auf eine Durchgangsöffnung 21 geschlossenen Stirnteil 22 auf, der einen bei dem dargestellten Beispiel kegeligen Übergangsbereich 23 an seiner Außenseite darbietet und in seinem zentralen Bereich in einen rohrförmigen Fortsatz 24 übergeht. Dieser Fortsatz 24 bietet Seitenöffnungen 25 dar, die mit der Durchgangsöffnung 21 in Verbindung stehen, ist an seinem Stirnende 26 abgeschlossen und hat in Ausgangsstellung des Hauptvenilkörpers (Fig. 2) eine Lage, in der sich die Unterkante 27 der Seitenöffnungen 25 in der zylindrischen Durchgangsöffnung 7 im Ringteil 6 des Außenteils 3 befindet. Diese Seitenöffnungen 25 bilden die Eintrittsöffnung für den in seinem oberen Bereich von der Durchgangsöffnung 21 umgebenen und dann von den Durchgangsöffnungen 10,12 fortgesetzten Innenströmungskanal. Der Fortsatz 24 bildet auf diese Weise eine Art Pitotrohr und hat einen über seine Länge im wesentlichen konstanten Außendurchmesser.
- Im Übergangsbereich 23 des Hauptvenilkörpers 4 steigt der Durchmesser mit zunehmendem Abstand vom oberen Ende 26 des Hauptventilkörpers 4 stetig an, und zwar auf einen Durchmesser d1, der bei dem dargestellten Beispiel etwa die gleiche Größe hat wie der Durchmesser d2, der einen zylindrischen Einschnürungsbereich bildenden axialen Durchgangsöffnung 7. Ferner ist der Durchmesser d1 im wesentlichen gleich dem Durchmesser d3 der Fläche 19 des Teils 20 des Hauptventilkörpers 4. Auf die Bemessung der Durchmesser bzw. deren Abstimmung wird weiter unten noch eingegangen.
- Auch der Ringkörper 6 des Außenteils 3 weist einen Übergangsbereich 28 auf, dessen Durchmesser mit wachsendem axialen Abstand zum oberen Ende des Außenteils 3 stetig ansteigt, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unter Bildung einer konischen Erweiterung.
- Anstelle der dargestellten Zunahme der Durchmesser der Übergangsbereiche 23, 28 linear proportional zur jeweiligen Abstandszunahme ist es auch möglich, die stetige Durchmesserzunahme mit wachsendem Abstand so zu gestalten, daß konkav oder konvex gekrümmte oder sonst bogenförmig verlaufende Oberflächen in den Übergangsbereichen 23,28 vorliegen.
- Der Außenteil 3 und der Hauptvenilkörper 4 begrenzen zwischen sich eine Drosselstrecke 29 im oberen Bereich des Außenströmungskanals 11, deren Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von der Stellung des Hauptvenilkörpers 4 veränderlich ist. Diese Drosselstrecke 29 beginnt unter Berücksichtigung von Ausgangs- und Betriebsend-stellung des Hauptventilkörpers 4 ein stück stromauf des Übergangsbereiches 28 des Außenteils 3 und endet ein Stück unterhalb des Übergangsbereiches 23 des Hauptventilkörpers 4, wobei bei dem dargestellten Beispiel die Drosselstrecke 29 zwischen den Übergangsbereichen 23,28 eine Düsenbereich mit sich stromab insgesamt vergrößendem Druchflußquerschnitt darbietet. Dies ist dadurch verwirklicht, daß der Durchmesser des Übergangsbereiches 28 des Außenteils 3 stärker ansteigt als der des Übergangsbereiches 23, was sich auch bei bogenförmig gestalteten Oberflächen in den Übergangsbereichen 23,28 erreichen läßt.
- Die Oberfläche des Hauptventilkörpers 4 ist im Bereich der Drosselstrecke 29 mit einer Panzerung 30 versehen, die vorzugsweise von einem Hartbelag aus Wolframkarbid gebildet ist.
- In seiner Ausgangsstellung (Fig. 2) kann sich der Hauptventilkörper 4 mit dem unteren Stirnende 31 auf einer Schulter 32 des Trägerkörpers 5 abstützen, wobei jedoch zur Veränderung der Ausgangsstellung zumindest ein ringförmiges Distanzglied 33 vorgesehen sein kann, das zwischen dem unteren Stirnende 31 des Hauptventilkörpers 4 und der Schulter 32 des Trägerkörpers 5 Anordnung findet. Mit Hilfe socher Distanzglieder kann die Ausgangsstellung des Hauptventilkörpers 4 nach oben hin verlegt werden, um veränderten, durch geringeren Volumenstrom pro Zeiteinheit hervorgerufenen Strömungsbedingungen für das Bohrspülungsmedium Rechnung zu tragen.
- Dem Hauptventilkörper 4 ist ein schematisch veranschaulichter Anschlaf 24 zugeordnet, der diesem eine oberen Bewegungsendstellung (Fig. 4) oberhalb der Betriebsendstellung (Fig. 3) vorgibt, in der zwischen dem Hauptventilkörper 4 und dem Außenteil 3 noch immer ein Restdurchlaß für Bohrspülungsmedium verbleibt. In diese Bewegungsendstellung elangt der Hauptventilkörper 4 jedoch nur bei einem Absenken des Bohrrohrstranges 1 in das Bohrloch B, z.B. im Zuge eines Roundtrips, wenn im Bohrloch B vorhandenes Bohrspülungsmedium den Innenströmungskanal 21,12,10, des Ventils V aufwärts durchströmt und den Hauptventilkörper 4 nach oben hin mitzunehmen trachtet. Dieser Anschlag 34 kann jedoch auch entfallen, wenn im Ringteil 6 eine gestrichelt bei 35 angedeutete Bypass-Öffnung vorgesehen wird.
- Zur Erzeugung eines Druckpulses im Bohrspülungsmedium wird aufgrund einer Ansteuerung durch die Vorrichtung E das Hilfsventil 13,14 geschlossen und damit die Durchströmung des Innenströmungskanals 21,12,10 unterbunden. In diesem Innenströmungskanal 21,12,10 baut sich dementsprechend ein Druck im Bohrspülungsmedium auf, der dem Druck des Bohrspülungsmediums in Höhe der Unterkanten 27 der Seitenöffnungen 25 im wesentlichen entspricht. Der aufgrund der Durchströmung des Spaltes 18 eintretende Druckverlust hält sich wegen der Ausbildung des Spaltes 18 als enge Drosselstrecke in engen, eindeutig bestimmbaren Grenzen.
- Dieser sich bei geschlossenem Hilfsventil 13,14 im Innenströmungskanal 21,12,10 aufbauende Druck übt aufwärtsgerichtete hydraulische Kräft auf den Hauptventilkörper 4 aus, deren Summe unter Berücksichtigung des die hydraulisch wirksame Innenfläche bestimmenden Innendurchmessers d3 des Hauptventilkörpers 4 die Summe der abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte auf den Hauptventilkörper 4 zuzüglich der auf diesen einwirkenden Schwerkräfte übersteigt. Diese Summe der axial abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte auf den Hauptventilkörper 4 bestimmt sich in der Ausgangsstellung des Hauptventilkörpers 4 gemäß Fig. 2 unter Berücksichtigung des die hydraulisch wirksame Außenfläche bestimmenden Außendurchmessers d1 und setzt sich zusammen aus statisch und dynamisch wirksamen Kräften, da der Hauptventilkörper 4 von Bohrspülungsmedium ständig umströmt wird.
- Unmittelbar nach Schließen des Hilfsventils 13,14 bewegt sich der Hauptventilkörper 4 daher mit einer aus der herrschen Differenz der Axialkräfte resultierende Beschleunigung aufwärts, und mit dieser Aufwärtsbewegung verändern sich die abwärts auf den Hauptventilkörper 4 wirkenden hydraulischen Kräfte, da sich durch die Aufwärtsbewegung der Durchflußquerschnitt und die Strö mungsverhältnisse in der Drosselstrecke 29 verändern.
- Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser d1 und d3 aufeinander und auf den Durchmesser d2 derart abgestimmt, daß die aufwärtsgerichtete Kraftresultierende zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Hauptventilkörper 4 nach Schließen des Hilfsventils 13,14 aus seiner Ausgangsstellung aufwärts zu bewegen beginnt, verhältnismäßig klein ist, mit zunehmender Hubweglänge zunächst größer wird und dann wieder abnimmt, bis sie schließich den Wert Null erreicht. In der Stellung, in der die Summe aller auf den Hauptventilkörper 4 einwirkenden Kräfte den Wert Null hat, nimmt der Hauptventilkörper 4 seine druckpulsbestimmende Betriebsendstellung ein, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, die zeigt, daß in dieser Stellung die Unterkante 27 der Seitenöffnungen 25 stromauf des Einschnürungsbereiches 7 des Außenteils liegt. Wird anschließlich nun das Hilfsventil 13,14 wieder geöffnet, so kehrt sich das Kräfteverhältnis wieder um und der Hauptventilkörper 4 bewegt sich in seine Ausgangsstellung gemäß Fig. 2 zurück.
- Durch Abstimmung einerseits der Durchmesser d1,d2 und d3, durch welche die statischen hydraulischen Grundbedingungen bestimmt werden, durch Wahl der Lage der Unterkante 27 der Seitenöffnungen 25 zum Einschnürungsbereich 7 des Außenteils 3, durch die der Innendruck im Hauptventilkörper 4 und dessen Änderung bei der Aufwärtsbewegung bestimmbar sind, und durch Formgestaltung der Übergangsbereiche 23,28, die die dynamischen Kräfte über das Strömungsverhalten in der Drosselstrecke 29 beeinflußbar ist, können die Kräfteverhältnisse auf den Hauptventilkörper 4 bei der Aufwärts- und auch bei der Abwärtsbewegung so gestaltet werden, daß dieser sich seinen betrieblichen Endstellungen, der Ausgangsstellung und der Betriebsendstellung, jeweils relativ langsan annähert bzw. diese langsam verläßt, im Zwischenbereich jedoch eine verhältnismäßig schnelle Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung ausführt. Dies ist erwünscht, um ein Überschwingen des Hauptventilkörpers über die Betriebsendstellung bei der Aufwärtsbewegung zu vermeiden, Stoßwirkungen bei der Rückkehr in die Ausgangsstellung möglichst auszuschließen und den Vorgang der Druckpulsbildung zeitlich kurz gestalten zu können.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3715514 | 1987-05-09 | ||
DE3715514A DE3715514C1 (de) | 1987-05-09 | 1987-05-09 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0290939A2 true EP0290939A2 (de) | 1988-11-17 |
EP0290939A3 EP0290939A3 (en) | 1990-08-01 |
EP0290939B1 EP0290939B1 (de) | 1992-03-04 |
Family
ID=6327176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP88107135A Expired - Lifetime EP0290939B1 (de) | 1987-05-09 | 1988-05-04 | Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in Bohrspülungsmedien |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4901290A (de) |
EP (1) | EP0290939B1 (de) |
CA (1) | CA1316702C (de) |
DE (1) | DE3715514C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19607402C1 (de) * | 1996-02-28 | 1997-07-10 | Welldone Engineering Gmbh | Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges einer Bohrvorrichtung mittels Druckimpulsen in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere Bohrspülflüssigkeit |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3926908C1 (de) * | 1989-08-16 | 1990-10-11 | Eastman Christensen Co., Salt Lake City, Utah, Us | |
US5103430A (en) * | 1990-11-01 | 1992-04-07 | The Bob Fournet Company | Mud pulse pressure signal generator |
US5836353A (en) * | 1996-09-11 | 1998-11-17 | Scientific Drilling International, Inc. | Valve assembly for borehole telemetry in drilling fluid |
DE10007647C2 (de) * | 2000-02-19 | 2003-02-13 | Karlsruhe Forschzent | Verfahren und Vorrichtung zur Übermittlung von Daten in ein Bohrloch während eines Bohr- oder Aufweitvorganges |
US7417920B2 (en) * | 2001-03-13 | 2008-08-26 | Baker Hughes Incorporated | Reciprocating pulser for mud pulse telemetry |
US6898150B2 (en) * | 2001-03-13 | 2005-05-24 | Baker Hughes Incorporated | Hydraulically balanced reciprocating pulser valve for mud pulse telemetry |
US7564741B2 (en) * | 2004-04-06 | 2009-07-21 | Newsco Directional And Horizontal Drilling Services Inc. | Intelligent efficient servo-actuator for a downhole pulser |
US7180826B2 (en) * | 2004-10-01 | 2007-02-20 | Teledrill Inc. | Measurement while drilling bi-directional pulser operating in a near laminar annular flow channel |
US7719439B2 (en) * | 2006-06-30 | 2010-05-18 | Newsco Directional And Horizontal Drilling Services Inc. | Rotary pulser |
US8138943B2 (en) * | 2007-01-25 | 2012-03-20 | David John Kusko | Measurement while drilling pulser with turbine power generation unit |
US7958952B2 (en) * | 2007-05-03 | 2011-06-14 | Teledrill Inc. | Pulse rate of penetration enhancement device and method |
EP2148975B1 (de) * | 2007-05-03 | 2019-03-20 | David John Kusko | Hydraulische strömungsverstärkung für eine pfd-vorrichtung (pfd - pulsing, fracturing and drilling) |
US7836948B2 (en) | 2007-05-03 | 2010-11-23 | Teledrill Inc. | Flow hydraulic amplification for a pulsing, fracturing, and drilling (PFD) device |
NO330266B1 (no) | 2009-05-27 | 2011-03-14 | Nbt As | Anordning som anvender trykktransienter for transport av fluider |
CA2801640A1 (en) | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Impact Technology Systems As | Method employing pressure transients in hydrocarbon recovery operations |
WO2012138314A1 (en) | 2011-04-06 | 2012-10-11 | David John Kusko | Hydroelectric control valve for remote locations |
US9309762B2 (en) | 2011-08-31 | 2016-04-12 | Teledrill, Inc. | Controlled full flow pressure pulser for measurement while drilling (MWD) device |
US9133664B2 (en) | 2011-08-31 | 2015-09-15 | Teledrill, Inc. | Controlled pressure pulser for coiled tubing applications |
AR089304A1 (es) | 2011-12-19 | 2014-08-13 | Impact Technology Systems As | Metodo para recuperacion de presion por impacto |
US10633968B2 (en) | 2011-12-23 | 2020-04-28 | Teledrill, Inc. | Controlled pressure pulser for coiled tubing measurement while drilling applications |
US9702204B2 (en) | 2014-04-17 | 2017-07-11 | Teledrill, Inc. | Controlled pressure pulser for coiled tubing measurement while drilling applications |
GB2499593B8 (en) * | 2012-02-21 | 2018-08-22 | Tendeka Bv | Wireless communication |
CA2896287C (en) | 2012-08-21 | 2020-03-24 | Robert Macdonald | Controlled full flow pressure pulser for measurement while drilling (mwd) device |
US9863197B2 (en) * | 2016-06-06 | 2018-01-09 | Bench Tree Group, Llc | Downhole valve spanning a tool joint and methods of making and using same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3065416A (en) * | 1960-03-21 | 1962-11-20 | Dresser Ind | Well apparatus |
US3958217A (en) * | 1974-05-10 | 1976-05-18 | Teleco Inc. | Pilot operated mud-pulse valve |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1583012B1 (de) * | 1967-09-22 | 1971-03-18 | Inst Burovoi Tekhnik | Tourenzaehler fuer Bohrturbinen |
US4386422A (en) * | 1980-09-25 | 1983-05-31 | Exploration Logging, Inc. | Servo valve for well-logging telemetry |
DE3113749C2 (de) * | 1981-04-04 | 1983-01-05 | Christensen, Inc., 84115 Salt Lake City, Utah | Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes |
US4703461A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-27 | Eastman Christensen Co. | Universal mud pulse telemetry system |
US4742498A (en) * | 1986-10-08 | 1988-05-03 | Eastman Christensen Company | Pilot operated mud pulse valve and method of operating the same |
-
1987
- 1987-05-09 DE DE3715514A patent/DE3715514C1/de not_active Expired
-
1988
- 1988-05-04 EP EP88107135A patent/EP0290939B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-06 CA CA000566212A patent/CA1316702C/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-09 US US07/191,409 patent/US4901290A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3065416A (en) * | 1960-03-21 | 1962-11-20 | Dresser Ind | Well apparatus |
US3958217A (en) * | 1974-05-10 | 1976-05-18 | Teleco Inc. | Pilot operated mud-pulse valve |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19607402C1 (de) * | 1996-02-28 | 1997-07-10 | Welldone Engineering Gmbh | Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges einer Bohrvorrichtung mittels Druckimpulsen in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere Bohrspülflüssigkeit |
EP0792999A2 (de) | 1996-02-28 | 1997-09-03 | DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH | Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges einer Bohrvorrichtung mittels Druckimpulsen in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere Bohrspülflüssigkeit |
EP0792999A3 (de) * | 1996-02-28 | 1998-04-01 | DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH | Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges einer Bohrvorrichtung mittels Druckimpulsen in einer strömenden Flüssigkeit, insbesondere Bohrspülflüssigkeit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3715514C1 (de) | 1988-09-08 |
EP0290939A3 (en) | 1990-08-01 |
EP0290939B1 (de) | 1992-03-04 |
US4901290A (en) | 1990-02-13 |
CA1316702C (en) | 1993-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0290939B1 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in Bohrspülungsmedien | |
DE602005004135T2 (de) | Verfahren zum Einbringen von Liftgas in eine Förderleitung eines Ölschachtes und Gaslift-Strömungssteuerungsvorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren | |
DE3926908C1 (de) | ||
DE3650472T2 (de) | Pulsiervorrichtung zum Umsetzen von Flüssigkeitsdruck in einen pulsierenden Druck | |
DE69108477T2 (de) | Ventil. | |
DE3233982C1 (de) | In einem Bohrstrang angeordnetes hilfsgesteuertes Ventil | |
DE2520753A1 (de) | Fernmeldegeraet | |
DE2400925A1 (de) | Schlagvorrichtung | |
DE3434566C2 (de) | ||
DE3030989A1 (de) | Doppelsitzventil mit leckkontrolle | |
DE2643483A1 (de) | Ein von einer druckfluessigkeit getriebener schlagapparat | |
DE4301264A1 (de) | ||
DE3715512C1 (de) | ||
EP0303635B1 (de) | Einrichtung mit einem für erdbohrzwecke vorgesehenen hydraulischen hubgenerator | |
DE2933678A1 (de) | Vorrichtung zum umkehren der zirkulationsrichtung eines ein bohrwerkzeug speisenden druckfluids | |
DE1286403B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Ablassen von Luft aus mit pulsierendem Druck arbeitenden Pumpen | |
DE8013583U1 (de) | Schwimmerventil | |
DE2349368C3 (de) | Strömungsabhängiges Drosselventil für das Brennstoffsystem eines Gasturbinentriebwerks | |
DE2308146C2 (de) | Steuereinrichtung für den Hubzylinder einer Schlepperhydraulik | |
DE2000106C3 (de) | Zumeßdüse | |
DE183951C (de) | ||
DE1433191C (de) | Gasliftventil | |
DE2124990C3 (de) | Sicherheitsventil für Tiefbohrungen | |
DE2620753B2 (de) | Füllorgan zum Abfüllen CO 2 -haltiger Getränke mit Drall | |
DE1583012C (de) | Tourenzähler für Bohrturbinen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AT BE FR GB NL |
|
PUAL | Search report despatched |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): AT BE FR GB NL |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 19900918 |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 19910826 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
RBV | Designated contracting states (corrected) |
Designated state(s): BE GB NL |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): BE GB NL |
|
GBT | Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977) | ||
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
RAP2 | Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred) |
Owner name: EASTMAN TELECO COMPANY |
|
26N | No opposition filed | ||
NLT2 | Nl: modifications (of names), taken from the european patent patent bulletin |
Owner name: EASTMAN TELECO COMPANY TE HOUSTON, TEXAS, VER. ST. |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: BE Payment date: 19940426 Year of fee payment: 7 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: BE Effective date: 19950531 |
|
BERE | Be: lapsed |
Owner name: EASTMAN CHRISTENSEN CY Effective date: 19950531 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Payment date: 20000427 Year of fee payment: 13 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20011201 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: IF02 |
|
NLV4 | Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20011201 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Payment date: 20070525 Year of fee payment: 20 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: PE20 Expiry date: 20080503 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION Effective date: 20080503 |