Claims (1)
P_a_t_e_n_t_a_n_s_p_r_ü_c_h_eP_a_t_e_n_t_a_n_s_p_r_ü_c_h_e
1. Ventilanordnung für ein Bohrfluid-Telemetriesystem
zum Übermitteln von Informationen von einem in die Erde gebohrten Bohrloch zur Oberfläche, für den Einbau in
ein im wesentlichen senkrechtes, sich von einem Ende an der Oberfläche in das Bohrloch hinein zu einem einen
verengten Strömungsdurchlaß aufweisenden unteren Ende ersteckenden Bohrgestänge, welches hohl ist, so daß von
der Oberfläche aus durch es hindurchgepumptes Bohrfluid durch den verengten Durchlaß strömt und dann entlang einem
ringförmigen Hohlraum zwischen dem Bohrgestänge und der Wand des Bohrlochs zur Oberfläche zurückkehrt,
gekennzeichnet durch ein zwischen der Oberfläche und dem verengten Durchlaß in das Bohrgestänge
einsetzbares, vom Bohrfluid durchströmbares äußeres1. Valve assembly for a drilling fluid telemetry system
for conveying information from a borehole drilled in the earth to the surface, for installation in
a substantially perpendicular one extending from one end at the surface into the borehole to one end
narrowed flow passage having lower end extending drill pipe which is hollow so that of
of the surface of drilling fluid pumped therethrough flows through the restricted passage and then along a
the annular cavity between the drill pipe and the wall of the borehole returns to the surface,
characterized by a passage into the drill pipe between the surface and the narrowed passage
insertable exterior through which the drilling fluid can flow
Gehäuse mit einer es quer durchsetzenden, einen Ventilsitz aufweisenden Öffnung, durch ein inneres Gehäuse,
welches derart im äußeren Gehäuse angeordnet ist, daß dazwischen ein vom Bohrfluid auf dem Weg zum verengten
Durchlaß durchströmbarer Hohlraum vorhanden ist, durch ein am inneren Gehäuse angeordnetes, daran hervorstehendes
und zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung bewegbares, längliches Ventil-Schließglied
mit einem äußeren Teil, welches in der geschlossenen Stellung in Anlage am Ventilsitz gehalten ist, um die
Öffnung zu verschließen, und in der geöffneten Stellung in einem Abstand von dem Sitz angeordnet ist, um den
Durchfluß von Bohrfluid durch die Öffnung hindurch in den ringförmigen Hohlraum freizugeben, wobei die Achse der
linearen Bewegung des Schließgiieds im wesentlichen quer zur Längsachse des Bohrgestänges verläuft, und durch im
inneren Gehäuse angeordnete Betätigungsexnrichtungen zum Bewegen des Schließglieds von der geschlossenen in die
geöffnete Stellung und darauf wieder zurück in die geschlossene Stellung für die Erzeugung eines an der Oberfläche
wahrnehmbaren negativen Druckimpulses im Bohrfluid.Housing with an opening extending transversely through it and having a valve seat, through an inner housing,
which is arranged in the outer housing that therebetween one of the drilling fluid on the way to narrowed
Passage through which a hollow space can be passed is provided by a protruding thereon arranged on the inner housing
and elongated valve closure member movable between open and closed positions
with an outer part, which is held in the closed position in contact with the valve seat, around the
To close the opening, and in the open position is arranged at a distance from the seat to the
To permit flow of drilling fluid through the opening into the annular cavity, the axis of the
linear movement of the closing member runs essentially transversely to the longitudinal axis of the drill string, and through im
Actuating devices arranged in the inner housing for moving the closure member from the closed to the
open position and then back to the closed position for the creation of an on the surface
perceptible negative pressure pulse in the drilling fluid.
2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des äußeren Gehäuses
durch ein an diesem befestigtes Sitzteil umgrenzt ist, welches ohne die. Notwendigkeit des Zugangs zum inneren
Gehäuse am äußeren Gehäuse anbringbar und davon abnehmbar ist, und daß das Schließglied nach Abnehmen des Sitzteils
durch das äußere Gehäuse hindurch aus dem inneren Gehäuse herausnehmbar ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the opening of the outer housing
is bounded by a seat part attached to this, which without the. Necessity of access to the inner
Housing is attachable to the outer housing and detachable therefrom, and that the closing member after removal of the seat part
can be removed from the inner housing through the outer housing.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei chn e tt daß die Öffnung des äußeren Gehäuses
durch eine an diesem angebrachte Sitzanordnung umgrenzt ist, welche eine in einer das äußere Gehäuse durchsetzenden
Öffnung an diesem anbringbare Halterung und ein von einer öffnung durchsetztes und eine für die Aufnahme des
Schließglieds in der geschlossenen Stellung geformte3. Arrangement according to claim 1, characterized geke η η ζ ei chn et t that the opening of the outer housing is delimited by a seat arrangement attached to this, which has a holder which can be attached in an opening penetrating the outer housing and a holder penetrated by an opening and one shaped to receive the closure member in the closed position
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Sitzfläche aufweisendes Sitzteil aufweist, wobei die
Halterung eine begrenzte Bewegung des Sitzteils quer zur Strömungsrichtung des Fluids durch die Öffnung hindurch
zur Ausrichtung des Sitzteils und des Schließglieds ermöglicht.Having seat part having seat surface, wherein the
Holding a limited movement of the seat part transversely to the direction of flow of the fluid through the opening
allows for alignment of the seat part and the closing member.
4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzanordnung ferner ein zwischen
der Halterung und dem Sitzteil angeordnetes, elastisches
Glied zum Dämpfen des Aufschlags des Schließglieds auf dem Sitzteil bei der Betätigung des Schließglieds
in die geschlossene Stellung aufweist.4. Arrangement according to claim 3 »characterized in that the seat assembly also has an between
the holder and the seat part arranged, elastic
Member for damping the impact of the closing element on the seat part when the closing element is actuated
has in the closed position.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung für die Druckmittelbetätigung des Schließglieds durch die Drücke
des Bohrfluids im Bohrgestänge bzw. in dem ringförmigen Hohlraum ausgebildet ist und ein Steuerventil zum Variieren
der auf das Schließglied ausgeübten Kräfte zum Bewegen des Schließglieds zwischen der geöffneten und der
geschlossenen Stellung aufweist.5. Arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e η η,
that the actuating device for the pressure medium actuation of the closing member by the pressures
of the drilling fluid is formed in the drill pipe or in the annular cavity and a control valve for varying
the forces exerted on the closure member to move the closure member between the opened and the
having closed position.
6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gehäuse eine innere Kammer
enthält, welche in Verbindung mit dem Fluid-Druck in dem
Raum zwischen den Gehäusen steht, daß das Schließglied einen sich von einem äußeren Ende desselben in das Innere
der Ventilkammer erstreckenden Durchlaß aufweist, wobei das äußere Ende des Schließglieds in der geschlossenen
Stellung in Verbindung mit dem Fluid-Druck in dem ringförmigen Hohlraum steht, und daß das Steuerventil zum
Freigeben und Sperren der Strömung des Fluids zwischen der inneren Kammer und dem Durchlaß des Schließglieds
betätigbar ist.6. Arrangement according to claim 5 »characterized in that the inner housing has an inner chamber
contains, which in connection with the fluid pressure in the
Space between the housings means that the locking member extends from an outer end thereof into the interior
the valve chamber extending passage, wherein the outer end of the closing member in the closed
Position in connection with the fluid pressure in the annular cavity, and that the control valve for
Enabling and blocking the flow of fluid between the inner chamber and the passage of the closure member
is actuatable.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichne
t, daß das äußere Ende des Schließglieds in einer Spitze ausläuft, welche so geformt ist, daß sie in7. Arrangement according to claim 6, characterized in that g e k e η η draw
t that the outer end of the closure member terminates in a point which is shaped so that it is in
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der geöffneten Stellung des Schließglieds eine Zone verringerten Drucks am Durchlaß des Schließglieds hervorruft.the open position of the closure member creates a zone of reduced pressure at the passage of the closure member.
8. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η zeichnet,
daß das äußere Ende des Schließglieds als ein in einer im wesentlichen flachen Spitze auslaufender
ogivaler Rotationskörper ausgebildet ist.8. Arrangement according to claim 7 »characterized by g e k e η η,
that the outer end of the closure member as a tapering in a substantially flat tip
ogival rotational body is formed.
9· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß die Öffnung des äußeren Gehäuses durch eine am äußeren Gehäuse angebrachte Sitzanordnung
umgrenzt ist, welche eine in einer das äußere Gehäuse durchsetzenden öffnung an diesem anbringbare Halterung,
und ein von einer Öffnung durchsetztes, eine für die Aufnähme des Schließglieds in der geschlossenen Stellung desselben
geformte Sitzfläche aufweisendes Sitzteil aufweist, wobei die Halterung Abstandhalter zum Einstellen der
Stellung des Sitzteils in bezug auf die Halterung in der Strömungsrichtung des Fluids durch die Öffnung hindurch
enthält.9 · Arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e η η,
that the opening of the outer housing through a seat assembly attached to the outer housing
is delimited, which has a holder that can be attached to an opening penetrating the outer housing,
and one with an opening therethrough, one for receiving the closing member in the closed position thereof
having shaped seat having seat part, wherein the bracket spacer for adjusting the
Position of the seat part with respect to the holder in the direction of flow of the fluid through the opening
contains.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse eine Bohrgestängemuffe
ist, in welcher das innere Gehäuse mittig angeordnet ist, so daß zwischen der Bohrgestängemuffe und dem inneren
Gehäuse ein im wesentlichen ringförmiger, von dem Bohrfluid durchströmbarer Durchlaß gebildet ist.10. Arrangement according to claim 1, characterized in that the outer housing is a drill rod sleeve
is in which the inner housing is centrally located so that between the drill pipe sleeve and the inner
Housing an essentially annular passage through which the drilling fluid can flow.
11. Ventilanordnung für ein Bohrfluid-Telemetriesystem
zum Übermitteln von Informationen von einem in die Erde gebohrten Bohrloch zur Oberfläche, für den Einbau in ein
im wesentlichen senkrechtes, sich von einem Ende an der Oberfläche in das Bohrloch hinein zu einem einen verengten
Durchlaß aufweisenden unteren Ende erstreckenden Bohrgestange, welches hohl ist, so daß von der Oberfläche aus
durch es hindurchgepumptes Bohrfluid durch den verengten Durchlaß strömt und dann entlang einem ringförmigen Hohlraum
zwischen dem Bohrgestänge und der Wand des Bohrlochs11. Valve assembly for a drilling fluid telemetry system
for conveying information from a borehole drilled in the earth to the surface, for installation in a
substantially perpendicular, narrowing from one end at the surface into the borehole to one end
Passage having lower end extending drill rod which is hollow so that from the surface
drilling fluid pumped therethrough flows through the restricted passage and then along an annular cavity
between the drill pipe and the wall of the borehole
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zur Oberfläche zurückkehrt, wobei das Fluid in dem ringförmigen Hohlraum aufgrund eines Druckabfalls über den
verengten Durchlaß unter einem niedrigeren Druck steht als das Fluid im Bohrgestänge,returns to the surface, the fluid in the annular cavity due to a pressure drop across the
the narrowed passage is at a lower pressure than the fluid in the drill pipe,
gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse, welches zwischen der Oberfläche und dem verengten Durchlaß
derart in das Bohrgestänge einsetzbar ist, daß das Bohrfluid durch es hindurchgepumpt werden kann, und welches
eine es quer durchsetzende, einen Ventilsitz darstellende Öffnung aufweist,characterized by an outer housing interposed between the surface and the restricted passage
can be inserted into the drill pipe in such a way that the drilling fluid can be pumped through it, and which
has an opening that extends transversely through it and represents a valve seat,
durch einen unter Ausbildung eines von dem Bohrfluid auf seinem Wege zu dem verengten Durchlaß durchströmbaren
ersten Hohlraums zwischen sich und dem äußeren Gehäuse in diesem angeordneten Ventilkörper mit einer ersten
Innenkammer, miteinander verbundenen ersten und zweiten Durchlässen für die Aufnahme eines Schließglieds, von
denen der zweite Durchlaß in Strömungsverbxndung mit der ersten Kammer steht, einem sich zwischen der ersten
Kammer und dem ersten Durchlaß erstreckenden dritten Durchlaß und einem sich zwischen der ersten Kammer und
dem ersten Hohlraum erstreckenden, kleinere Abmessungen als der dritte Durchlaß aufweisenden, verengten vierten
Durchlaß für den Zutritt eines begrenzten Stroms des Bohrfluids vom ersten Hohlraum zur ersten Kammer,
durch ein zwischen einer geschlossenen Stellung, in welcher es sich zum Sperren der Durchströmung der öffnung des
Gehäuses in Anlage an dem Ventilsitz befindet, und einer geöffneten Stellung, in welcher es sich in einem Abstand
vom Ventilsitz befindet, beweglich im Ventilkörper angeordnetes Ventil-Schließglied mit einem inneren Ende, welches
in abdichtendem Gleitsitz im zweiten Durchlaß des Ventilkörpers geführt ist, und mit einem mittleren Teil,
welches in abdichtendem Gleitsitz im ersten Durchlaß des Ventilkörpers geführt ist und zusammen mit dem ersten
Durchlaß eine mit dem dritten Durchlaß strömungsverbundene zweite Kammer begrenzt, durch einen sich von der
zweiten Kammer zu dem ringförmigen Hohlraum erstreckenden fünften Durchlaß,through one through which the drilling fluid can flow on its way to the narrowed passage, forming one
first cavity between itself and the outer housing in this arranged valve body with a first
Inner chamber, interconnected first and second passages for receiving a closure member of
which the second passage is in flow communication with the first chamber, one between the first
Chamber and the first passage extending third passage and one between the first chamber and
the first cavity extending, smaller dimensions than the third passage having, narrowed fourth
Passage for admission of a limited flow of drilling fluid from the first cavity to the first chamber,
by a between a closed position, in which it is necessary to block the flow through the opening of the
Housing is in contact with the valve seat, and an open position in which it is at a distance
located from the valve seat, movably arranged in the valve body valve closing member with an inner end, which
is guided in a sealing sliding fit in the second passage of the valve body, and with a central part,
which is guided in a sealing sliding fit in the first passage of the valve body and together with the first
Passage delimits a second chamber fluidly connected to the third passage, through one of the
second chamber to the annular cavity extending fifth passage,
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und durch ein dem Ventilkörper zugeordnetes Steuerventil,
welches zum Öffnen und Verschließen des dritten Durchlasses betätigbar ist, so daß die erste Kammer bei geschlossenem
Ventil mit dem unter relativ hohem Druck stehenden Bohrfluid aus dem ersten Hohlraum gespeist und bei geöffnetem
Steuerventil zur Verringerung des Drucks des Bohrfluids darin mit dem ringförmigen Hohlraum strötnungsverbunden
ist, wodurch das Ventil-Schließglied durch die hydraulische Wirkung des Bohrfluids zwischen der geöffneten
und der geschlossenen Stellung bewegbar ist.and by a control valve assigned to the valve body,
which can be actuated to open and close the third passage, so that the first chamber when closed
Valve fed with the relatively high pressure drilling fluid from the first cavity and when it is open
Control valve for reducing the pressure of the drilling fluid therein fluidly connected to the annular cavity
is, whereby the valve-closing member by the hydraulic action of the drilling fluid between the opened
and is movable to the closed position.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Durchlaß das Schließglied
von seinem mittleren Teil zu einem äußeren Ende desselben durchsetzt, so daß er in der geschlossenen Stellung
des Schließglieds mit dem ringförmigen Hohlraum in Strömungsverbindung
steht.12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the fifth passage is the closing member
penetrated from its central part to an outer end thereof, so that it is in the closed position
of the closure member in fluid communication with the annular cavity
stands.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß das Schließglied ein im wesentlichen zylindrischer Kolben ist, welcher am mittleren Teil eine
Querschnittsverminderung zur Ausbildung einer dem inneren Ende zugewandten und von dem Bohrfluid in der zweiten
Kammer beaufschlagten, ringförmigen Stufe und ein für abdichtende Anlage am Ventilsitz ausgebildetes, sich
verjüngendes äußeres Ende aufweist.13. Arrangement according to claim 12, characterized in that g e k e η η,
that the closing member is a substantially cylindrical piston which at the central part a
Reduction in area to form one end facing the inner end and of the drilling fluid in the second
Chamber acted upon, annular step and one designed for sealing contact on the valve seat, itself
having tapered outer end.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des Kolbens eine
Arrangement according to claim 13, characterized in that the inner end of the piston is a
erste effektive Fläche aufweist, daß die ringförmige Stufe eine zweite effektive Fläche aufweist, daß das sich
verjüngende äußere Ende des Kolbens eine dritte effektive
Fläche aufweist, welche dem ringförmigen Hohlraum zugewandt und in der geschlossenen Stellung des Kolbens in
Strömungsverbindung mit diesem ist, und daß das äußere Ende des Kolbens eine vierte effektive ringförmige Fläche
hat, welche in der geschlossenen Stellung des Kolbens mit dem ersten Hohlraum in Strömungsverbindung steht, wobeifirst effective area that the annular step has a second effective area that the
tapered outer end of the piston a third effective
Has surface which faces the annular cavity and in the closed position of the piston in
Is in fluid communication therewith, and that the outer end of the piston has a fourth effective annular surface
which is in flow communication with the first cavity in the closed position of the piston, wherein
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die erste effektive Fläche größer ist als die zweite effektive Fläche.the first effective area is larger than the second effective area.
15. Anordnung nach Anspruch 14-, dadurch g e k e η η ~
zeichnet, daß die erste effektive Fläche im wesentlichen gleich der dritten effektiven Fläche und die
zweite effektive Fläche im wesentlichen gleich der vierten effektiven Fläche ist.15. The arrangement according to claim 14, characterized in that g e k e η η ~
indicates that the first effective area is substantially equal to the third effective area and the
second effective area is substantially equal to the fourth effective area.
16. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im wesentlichen waagerecht
ausgerichtet ist und daß sich die Achse seiner linearen Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen
Stellung quer zur Längsachse des Bohrgestänges erstreckt. 16. The arrangement according to claim 13, characterized in that the piston is substantially horizontal
is aligned and that the axis of its linear movement is between the open and the closed
Position extends transversely to the longitudinal axis of the drill pipe.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper im wesentlichen
mittig im äußeren Gehäuse angeordnet ist, so daß der erste Hohlraum im wesentlichen ringförmig ist, und daß
sich der Kolben in der geschlossenen Stellung vom Ventilkörper über den ersten Hohlraum zum Ventilsitz erstreckt.17. Arrangement according to claim 16, characterized in that the valve body is substantially
is arranged centrally in the outer housing, so that the first cavity is substantially annular, and that
In the closed position, the piston extends from the valve body via the first cavity to the valve seat.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet,
daß das Steuerventil eine elektrisch18. Arrangement according to claim 17, characterized in that g e k e η η,
that the control valve is an electrically
betätigbare Betätigungseinrichtung aufweist, welche bei Unterbrechung der elektrischen Stromzufuhr mechanisch in.
eine den dritten Durchlaß verschließende Stellung belastet ist.
30has actuatable actuating device which, when the electrical power supply is interrupted, is mechanically loaded into a position which closes the third passage.
30th
19. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des Schließglieds
in einer Spitze ausläuft, welche so geformt ist, daß sie in der geöffneten Stellung des Schließglieds eine Zone
verringerten Drucks am äußeren Ende des fünften Durchlasses hervorruft.19. The arrangement according to claim 13, characterized in that the outer end of the closing member
terminates in a tip which is shaped so that it forms a zone in the open position of the closure member
reduced pressure at the outer end of the fifth passage.
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20. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil eine elektrisch
betätigte Magnet-Betätigungseinrichtung aufweist, mit einem zum öffnen und Schließen des Steuerventils bewegbaren
Kern und einer an diesem angreifenden Feder, welche das Steuerventil in die geschlossene Stellung belastet,
solange die Magnet-Betätigungseinrichtung nicht stromgespeist ist.20. The arrangement according to claim 11, characterized in that the control valve has an electrical
has actuated magnetic actuator, with a movable to open and close the control valve
Core and a spring acting on it, which loads the control valve into the closed position,
as long as the solenoid actuator is not powered.
