DE1084216B - Feed and drilling pressure control device for hydraulic deep drilling motors, z. B. Drilling turbines and methods of operating the facility - Google Patents

Feed and drilling pressure control device for hydraulic deep drilling motors, z. B. Drilling turbines and methods of operating the facility

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DE1084216B
DE1084216B DEN11566A DEN0011566A DE1084216B DE 1084216 B DE1084216 B DE 1084216B DE N11566 A DEN11566 A DE N11566A DE N0011566 A DEN0011566 A DE N0011566A DE 1084216 B DE1084216 B DE 1084216B
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drilling fluid
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Frank Whittle
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorschub- und Bohrdruckregeleinrichtung für hydraulische Tiefbohrmotoren, z. B. Bohrturbinen, die im Bohrloch an dem zur Zuleitung des Spülschlammes dienenden Bohrgestänge zum Antrieb eines Bohrwerkzeuges aufgehängt sind, wobei der hydraulische Motor und damit das Bohrwerkzeug durch den durchströmenden Spülschlamm angetrieben wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben einer Tiefbohreinrichtung der oben näher bezeichneten Art. Bohrturbinen verwendet man vielfach zum Niederbringen tiefer Bohrlöcher in das Erdreich zum Zwecke der Auffindung von Öl, Gas, Salz, Schwefel, Wasser usw.The invention relates to a feed and drilling pressure control device for hydraulic deep drilling motors, z. B. drilling turbines in the borehole on the drilling rod used to supply the drilling fluid are suspended to drive a drilling tool, the hydraulic motor and thus the Drilling tool is driven by the drilling fluid flowing through. Furthermore, the The invention relates to a method for operating a deep drilling device of the type described in more detail above. Drilling turbines are often used for driving deep boreholes into the ground for the purpose the detection of oil, gas, salt, sulfur, water, etc.

Eine der Schwierigkeiten, die sich bei einer solchen Tiefbohreinrichtung ergeben, besteht in der Regelung der Betriebsbedingungen des Bohrwerkzeugs und des hydraulischen Motors; die minutliche Drehzahl des Antriebsmotors und des Bohrwerkzeugs muß zwischen vorbestimmten Grenzen gehalten werden; ferner muß man das im folgenden als Bohrergewicht bezeichnete, auf dem Bohrer lastende Gewicht sorgfältig· einstellen, um die Geschwindigkeit zu regeln, mit der das Bohrwerkzeug die betreffende Formation durchdringt, um eine Beschädigung des Bohrwerkzeugs sowie Abweichungen von der gewünschten Bohrrichtung zu vermeiden. One of the difficulties that arises with such a deep drilling device is the regulation the operating conditions of the drilling tool and the hydraulic motor; the minute speed of the The drive motor and the drilling tool must be kept between predetermined limits; further must the weight on the drill, referred to below as the drill weight, is carefully adjusted, to regulate the speed at which the drilling tool penetrates the formation in question to avoid damage to the drilling tool and deviations from the desired drilling direction.

Es ist schon eine mittels eines übertägigen Antriebs gedrehte Bohreinrichtung mit hohlem Bohrgestänge und einem mit Austrittsöffnungen für den Spülschlamm versehenen Bohrwerkzeug bekannt, bei welcher zwischen Bohrwerkzeug und Bohrgestänge eine Teleskopverbindung vorgesehen ist, die von einem in der Spülschlammströmung vorhandenen Differenzdruck auseinandergedrückt wird und zum Vorschieben bzw. Vortreiben dient. Hierbei wirkt als auf dem Bohrer lastendes Gewicht also der in der Vorschubeinrichtung herrschende Differenzdruck sowie das Gewicht von Bohrwerkzeug und dem mit ihm fest verbundenen Teil des Bohrgestänges unterhalb der Teleskopverbindung. It is already a drilling device with a hollow drill rod rotated by means of a surface drive and a drilling tool provided with outlet openings for the drilling fluid known in which a telescopic connection is provided between the drilling tool and the drill pipe, which is connected by an in the differential pressure present in the drilling fluid flow is pressed apart and for advancing or driving serves. In this case, the weight in the feed device acts as the weight on the drill prevailing differential pressure as well as the weight of the drilling tool and the one firmly connected to it Part of the drill pipe below the telescopic connection.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Tiefbohreinrichtung mit im Bohrloch angeordnetem hydraulischem Antriebsmotor zu schaffen, bei der sich die Betriebsbedingungen des Bohrwerkzeugs und des hydraulischen Motors ausreichend regeln bzw. beeinflussen lassen.An object of the invention is to provide a deep drilling device with a downhole hydraulic drive motor, in which the operating conditions of the drilling tool and the regulate or influence the hydraulic motor sufficiently.

Die erfindungsgemäße Tiefbohreinrichtung, mit der dieses Ziel erreicht wird, ist durch die Kombination mit den folgenden Merkmalen gekennzeichnet:The deep drilling device according to the invention, with which this goal is achieved, is due to the combination marked with the following features:

Die Verbindung zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Bohrgestänge umfaßt außer dem hydraulischen Motor die aus der im vorletzten Absatz beschriebenen Tiefbohreinrichtung bekannte, als Vorschubeinrich-Vorschub- und Bohrdruckregeleinrichtung für hydraulische Tiefbohrmotoren,The connection between the drilling tool and the drill string includes, besides the hydraulic one Motor known from the deep drilling device described in the penultimate paragraph, as a feed device feed and drilling pressure control device for hydraulic deep drilling motors,

z. B. Bohrturbinen, und Verfahrenz. B. Drilling Turbines, and Processes

zum Betrieb der Einrichtungto operate the facility

Anmelder:Applicant:

N. V.DeBataafschePetroleumMaatschappij, Den HaagN.V.DeBataafschePetroleumMaatschappij, The Hague

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Sdiweigerstr. 2
Representative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse
and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man,
Patent Attorneys, Munich 9, Sdiweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien, vom 10. Dezember 1954Great Britain, 10 December 1954

und 26. September 1955and September 26, 1955

Frank Whittle, Dunsford, Exeter (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
Frank Whittle, Dunsford, Exeter (UK),
has been named as the inventor

tung wirkende Teleskopverbindung mit zwei hohlen aus- und einschiebbaren Bauteilen, die an einer relativen Drehbewegung gehindert sind und von denen der eine Bauteil einen oder mehrere Kolben aufweist, die mit einer entsprechenden Zahl von zwischen Widerlagern an dem anderen der beiden Bauteile ausgebildeten Zylindern zusammenarbeiten und die betreffenden Zylinder jeweils in zwei Zylinderräume unterteilen. Telescopic connection with two hollow extendable and retractable components that are connected to a relative Rotational movement are prevented and of which one component has one or more pistons that with a corresponding number of formed between abutments on the other of the two components Cylinders work together and divide the respective cylinders into two cylinder spaces.

Bei der einfachsten Anordnung sind die zu beiden Seiten der Kolben vorhandenen Zylinderräume mit dem Inneren des innenliegenden aus- und einschiebbaren Bauteils bzw. mit dem das äußere aus- und einschiebbare Bauteil umgebenden Bohrloch verbunden, wobei der Druckunterschied, der zwischen den zu beiden Seiten eines Kolbens liegenden Räumen herrscht, wenn die genannten Verbindungen hergestellt sind, in jedem Augenblick gleich dem Unterschied ist, der dann zwischen den Strömungsmittel drücken in dem Bohrgestänge und in dem Bohrloch besteht. Der zuletzt genannte Druckunterschied wird im wesentlichen gleich der Summe der Druckabfälle in dem hydraulischen Motor und längs der Düsenöffnungen des Bohrwerkzeugs sein. Das Bohrergewicht ist im wesentlichen gleich der Kraft, die auf die KolbenIn the simplest arrangement, the cylinder spaces on both sides of the pistons are included the inside of the inner extendable and retractable component or with which the outer extendable and retractable component Component surrounding borehole connected, whereby the pressure difference between the two There are spaces lying on the side of a piston when the named connections are established, in each instant is equal to the difference which then press between the fluids in that Drill string and in the borehole. The latter pressure difference becomes substantial equal to the sum of the pressure drops in the hydraulic motor and across the nozzle openings of the drilling tool. The weight of the drill is essentially equal to the force exerted on the pistons

009 548/76009 548/76

infolge des Druckunterschiedes aufgebracht wird, der zwischen den jeweils auf beiden Seiten der Kolben liegenden Räume besteht; dieser Druckunterschied ist proportional zum Quadrat der Zirkulationsgeschwin^ digkeit des Spülschlamms, und infolgedessen kann man das Bohrergewicht dadurch regeln, daß man die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms variiert.as a result of the pressure difference applied between each on either side of the piston consists of lying rooms; this pressure difference is proportional to the square of the circulation velocity dility of the drilling fluid, and as a result, you can regulate the drill weight by that one the circulation speed of the drilling fluid varies.

Beim Betrieb einer Tiefbohreinrichtung mit einer hydraulischen Turbine, die durch den längs des Bohrgestänges nach unten gepumpten Spülschlamm angetrieben wird, der gleichzeitig die Vorschubeinrichtung betätigt, beeinflußt die durch die Vorschubeinrichtung auf das Bohrwerkzeug aufgebrachte Kraft die Belastung der Turbine und damit auch die Turbinendrehzahl. Ferner wird die Turbinendrehzahl durch die Härte der zu durchbohrenden Formation beeinflußt, weshalb man die gegenseitige Beeinflussung der Vorschubeinrichtung und der Turbine sorgfältig berücksichtigen muß, um zu verhindern, daß die Turbine beim Durchbohren harter bzw. weicher Formationen zu schnell läuft bzw. zum Stillstand kommt. Außerdem muß man die Betriebsdrehzahl der Turbine innerhalb bestimmter enger Grenzen halten, da der Wirkungsgrad der Turbine nur bei der konstruktiv vorgesehenen Drehzahl bei seinem Maximalwert oder in dessen Nähe liegt. Dadurch, daß die Anordnung so getroffen ist, daß an den Kolben eine von der Umlaufgeschwindigkeit des hydraulischen Motors abhängige Druckdifferenz in solcher Richtung wirkt, daß den Abweichungen der Umlaufgeschwindigkeit des hydraulischen Motors von dem Wert, auf den er ausgelegt ist, durch eine Änderung des Bohrdrucks entgegengewirkt wird, kann man die Turbinendrehzahl trotz der durch die durchbohrte Formation gegebenen veränderlichen Bedingungen innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen halten.When operating a deep drilling rig with a hydraulic turbine that runs along the drill string downward pumped drilling fluid is driven, which at the same time the feed device actuated, the force applied by the feed device to the drilling tool affects the load the turbine and thus also the turbine speed. Furthermore, the turbine speed is determined by the Affects the hardness of the formation to be drilled, which is why the mutual influence of the feed device and the turbine must be carefully considered to prevent the turbine from running runs too fast or comes to a standstill when drilling through hard or soft formations. aside from that you have to keep the operating speed of the turbine within certain narrow limits, since the efficiency the turbine only at the design speed at its maximum value or in whose proximity is. In that the arrangement is made so that one of the rotational speed on the piston the hydraulic motor dependent pressure difference acts in such a direction that the Deviations in the rotational speed of the hydraulic motor from the value for which it is designed is counteracted by changing the drilling pressure, the turbine speed can be adjusted in spite of the changeable conditions given by the pierced formation within the prescribed Keep boundaries.

Mit der gemäß der Erfindung ausgebildeten Tiefbohreinrichtung wird erreicht, daß selbst dann, wenn Formationen von stark schwankender Härte durchbohrt werden, die Turbine unter der Einwirkung der Vorschubeinrichtung innerhalb eines verhältnismäßig engen Drehzahlbereichs arbeitet.With the deep drilling device designed according to the invention it is achieved that even if Formations of widely fluctuating hardness are pierced under the action of the turbine Feed device operates within a relatively narrow speed range.

Um das Betriebsverhalten der Vorschubeinrichtung in dieser Beziehung leichter verständlich zu machen, wird hier der Begriff der »Unempfindlichkeit« eingeführt, unter welchem das Verhältnis zwischen einem Bereich der Härte der Formation und dem Drehzahlbereich der Turbine beim Durchbohren einer Formation, für die der genannte Härtebereich gilt, zu verstehen ist. Je größer der Wert ist, den die Unempfindlichkeit eines Systems annimmt, desto größer ist der Härtebereich der Formationen, die durchbohrt werden können, ohne daß die Turbinendrehzahl den vorbestimmten Drehzahlbereich verläßt.In order to make the operating behavior of the feed device easier to understand in this regard, the concept of "insensitivity" is introduced here, under which the relationship between one The range of hardness of the formation and the speed range of the turbine when drilling through a formation, to which the stated hardness range is to be understood. The greater the value, the insensitivity a system assumes, the greater the hardness range of the formations that are being drilled can without the turbine speed leaving the predetermined speed range.

Um die Unempfindlichkeit einer eine hydraulische Turbine und eine Vorschubeinrichtung umfassenden Tiefbohreinrichtung zu steigern, kann man sich eines oder mehrerer der nachstehend aufgeführten Verfahren bedienen:About the insensitivity of a hydraulic turbine and a feed device To increase deep drilling equipment, one can use one or more of the methods listed below serve:

1. Anschließen der unteren Druckseite der Kolben an den Raum am Auslaß der Turbine statt direkt an das Bohrloch;1. Connect the lower pressure side of the pistons to the space at the turbine outlet instead of directly the borehole;

2. Verwendung einer Turbine, deren konstruktiv vorgesehene Drehzahl gleich der kleinsten Drehzahl des erwünschten Betriebsdrehzahlbereichs ist und bei der sich längs der Turbine ein Druckabfall ergibt, der bei die konstruktiv vorgesehene Drehzahl übersteigenden Drehzahlen schnell ansteigt;2. Use of a turbine whose design speed is equal to the lowest speed is the desired operating speed range and at which there is a pressure drop along the turbine, the speeds that exceed the design speed increases rapidly;

3. Drosselung entweder des Turbinenauslasses oder des Turbineneinlasses bei höheren Turbinendrehzählen mit Hilfe eines drehzahlempfindlichen Drosselventils, um den Druckabfall längs der Turbine bei zunehmender Drehzahl zu steigern;3. Throttling of either the turbine outlet or the turbine inlet at higher turbine speeds with the help of a speed-sensitive throttle valve to control the pressure drop along the turbine to increase with increasing speed;

4. Umleiten eines Teils des zirkulierenden Spülschlamms, und zwar derart, daß der umgeleitete Teil des Spülschlammstroms nicht die Spülschlammöffnungen in dem Bohrwerkzeug passiert, so daß die Spülschlammzirkulation durch diese öffnungen im wesentlichen konstant bleibt, obwohl die Zirkulationsgeschwindigkeit des in dem Bohrgestänge nach unten strömenden Spülschlamms variiert;4. Diverting a portion of the circulating drilling fluid, in such a way that the diverted Part of the drilling fluid flow does not pass through the drilling fluid openings in the drilling tool, so that the drilling fluid circulation through these openings remains essentially constant, although the rate of circulation of drilling fluid flowing down the drill pipe varies;

5. Verbinden der Hochdruckseite der Kolben mit dem Auslaß einer durch die Turbine angetriebenen Pumpe sowie5. Connect the high pressure side of the pistons to the outlet of one driven by the turbine Pump as well

a) Verbinden der Saugseite der Pumpe mit dem Strömungsmittelraum am Einlaß der Turbine odera) connecting the suction side of the pump to the fluid space at the inlet of the turbine or

b) Verbinden der Saugseite der Pumpe mit der Niederdruckseite der Kolben sowie Umwälzen eines Servoströmungsmittels, das sich von dem Spülschlamm unterscheidet, durch die Pumpe und die Zylinder;b) Connect the suction side of the pump to the low pressure side of the pistons and circulate a servo fluid different from the drilling fluid by the pump and the cylinders;

6. Außerbetriebsetzung eines oder mehrerer Kolben der Vorschubeinrichtung durch Verbinden benachbarter zylindrischer Räume, was geschehen kann6. Shutdown of one or more pistons of the feed device by connecting adjacent ones cylindrical spaces what can happen

a) von Hand odera) by hand or

b) selbsttätig, wobei z. B. jeder Kolben dann außer Betrieb gesetzt wird, wenn zwischen den zylindrischen Räumen zu beiden Seiten des betreffenden Kolbens ein vorbestimmter Druckunterschied auftritt oder wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms einen^ vorbestimmten Wert annimmt;b) automatically, with z. B. each piston is then put out of service when between the cylindrical spaces on both sides of the piston in question, a predetermined pressure difference occurs or if the circulation speed of the drilling fluid has a ^ assumes a predetermined value;

7. Verwendung einer Vorschubeinrichtung mit Kolben verschiedenen Durchmessers bei Benutzung des Verfahrens 6, gemäß welchem ein oder mehrere Kolben außer Betrieb gesetzt werden.7. Use of a feed device with pistons of different diameters when in use of method 6, according to which one or more pistons are put out of operation.

Gemäß der nachfolgenden Beschreibung kann es beim Betriebe einer erfindungsgemäßen Tiefbohreinrichtung zusätzlich erwünscht sein, ein Verfahren anzuwenden, bei dem die Zirkulationsgeschwindigkeit des das Bohrgestänge durchströmenden Spülschlamms entweder entsprechend dem Bohrergewicht oder entsprechend der Bohrerdrehzahl oder entsprechend dem auf das Bohrwerkzeug aufgebrachten Drehmoment variiert wird.According to the following description, it can occur when operating a deep drilling device according to the invention In addition, it may be desirable to employ a method in which the circulation rate of the drilling fluid flowing through the drill pipe either according to the weight of the drill or according to the drill speed or according to the torque applied to the drilling tool is varied.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail using schematic drawings of several exemplary embodiments.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Vorschubeinrichtung für eine erfindungsgemäße Tiefbohreinrichtung ;1 is a schematic longitudinal section through a feed device for a deep drilling device according to the invention ;

Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Vorschubeinrichtung, die mit einer hydraulischen Turbine und einem Bohrwerkzeug kombiniert ist;Fig. 2 is a schematic longitudinal section through a feed device with a hydraulic turbine and a drilling tool is combined;

Fig. 3, 4, 5 und 6 sind graphische Darstellungen, die bezüglich eines an Hand von Fig. 2 beschriebenen Systems für verschiedene Werte der Spülschlamm-Zirkulationsgeschwindigkeit Q den Druckabfall als Funktion der Turbinendrehzahl bzw. das Bohrergewicht als Funktion der Turbinendrehzahl bzw. die Turbinenleistung als Funktion der Turbinendrehzahl bzw. den Formationskoffizienten als Funktion der Turbinendrehzahl veranschaulichen;Fig. 3, 4, 5 and 6 are graphical representations with respect to a system as described with reference to Fig. 2 for various values of the drilling fluid circulation rate Q of the pressure drop as a function of the turbine speed and the bit weight as a function of the turbine speed and the turbine power as a function of turbine speed and the formation coefficient as a function of turbine speed;

Fig. 6 A ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Drehmoment T und der Dreh-Fig. 6 A is a graphical representation of the relationship between the torque T and the rotational

zahl N für verschiedene Werte der Zirkulationsgeschwindigkeit Q und zeigt die Betriebskurve W0, längs welcher das Bohrergewicht konstant gehalten wird;number N for different values of the circulation speed Q and shows the operating curve W 0 , along which the drill weight is kept constant;

Fig. 6 B und 6 C zeigen die Beziehung zwischen der Zirkulationsgeschwindigkeit Q und dem Drehmoment T (Fig. 6B) und der Turbinendrehzahl N (Fig. 6C), wenn das Bohrergewicht W0 konstant gehalten wird;6B and 6C show the relationship between the circulation speed Q and the torque T (Fig. 6B) and the turbine speed N (Fig. 6C) when the drill weight W 0 is kept constant;

Fig. 7 und 8 zeigen alternative Ausführungsformen der Vorschubeinrichtung zur Vergrößerung der Unempfindlichkeit des Systems;7 and 8 show alternative embodiments of the feed device for increasing the insensitivity the system;

Fig. 9 A und 9 B zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen von Vorschubeinrichtungen mit einer durch die Turbine angetriebenen hydraulischen Pumpe, während9 A and 9 B show two different embodiments of feed devices with a hydraulic pump driven by the turbine while

Fig. 10 und 11 als graphische Darstellungen das Bohrergewicht in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl bzw. den Formationskoeffizienten in Abhängigkeit von der Turbinendrehzahl veranschaulichen, und zwar für eine Konstruktion nach Fig. 9 A und bei verschiedenen Spülschlamm-Zirkulationsgeschwindigkeiten Q;10 and 11 graphically illustrate the bit weight as a function of turbine speed and the formation coefficient as a function of turbine speed, respectively, for a construction according to FIG. 9A and at different drilling fluid circulation speeds Q ;

Fig. 12 und 13 zeigen bestimmte Einzelheiten der Konstruktionen nach Fig. 9 A;Figures 12 and 13 show certain details of the structures of Figure 9A;

Fig. 14 und 15 zeigen die Bohrergewicht-Turbinendrehzahl- bzw. die Formationskoeffizient-Turbinendrehzahl-Kurven für die in Fig. 16 und 27 dargestellten abgeänderten Vorschubeinrichtungen, die Mittel aufweisen, welche es gestatten, benachbarte zylindrische Räume von Hand miteinander zu verbinden;14 and 15 show the bit weight versus turbine speed and formation coefficient versus turbine speed curves, respectively for the modified feed devices shown in Figs. 16 and 27, the means which allow adjacent cylindrical spaces to be connected to one another by hand;

Fig. 17, 18, 19 und 28 zeigen Stößeleinrichtungen, bei denen benachbarte zylindrische Räume automatisch miteinander verbunden werden können, während17, 18, 19 and 28 show ram devices in which adjacent cylindrical spaces automatically can be connected while

Fig. 20, 21 und 22 die Betriebskurven der betreffenden Vorschubeinrichtungen wiedergeben;Figures 20, 21 and 22 show the operating curves of the respective feed devices;

Fig. 23, 24 und 29 zeigen weitere Vorschubeinrichtungen, bei denen benachbarte zylindrische Räume automatisch miteinander verbunden werden können, und23, 24 and 29 show further feed devices in which adjacent cylindrical spaces can be automatically connected to each other, and

Fig. 25 und 26 zeigen die entsprechenden Betriebskurven. Figs. 25 and 26 show the corresponding operating curves.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorschubeinrichtung in der vollständig ausgefahrenen Stellung. Zwischen dem unteren Ende eines Bohrgestänges 1 (Fig. 1) und einer hydraulischen Turbine 14 (Fig. 2) sind zwei Bauteile3 und 4 angeordnet, wobei das Bauteil 4 in dem Bauteil 3 aus-und einschiebbar angeordnet ist. Zur Übertragung des Drehmoments von dem äußeren Bauteil 3 auf das innere Bauteil 4 dienen die bei 5 angedeuteten, am oberen Teil der Vorrichtung vorgesehenen Keile bzw. Keilbahnen, die jedoch auch am unteren Ende der Verschiebeeinrichtung oder an einer anderen geeigneten Stelle vorgesehen sein könnten. Das innere ausschiebbare Bauteil 4 trägt eine Anzahl von Kolben 6, die gegenüber der Innenwand des Bauteils 3 auf geeignete Weise (nicht dargestellt) abgedichtet sind. Innerhalb des äußeren Bauteils 3 sind Zylinder 7 ausgebildet, deren Zahl derjenigen der Kolben 6 entspricht, und diese Zylinder arbeiten mit den Kolben zusammen; jeder Zylinder wird somit durch den zugehörigen Kolben 6 in zwei zylindrische Räume unterteilt. Die Widerlager, welche die Zylinder 7 voneinander trennen, sind mit geeigneten Abdichtungsmitteln (nicht dargestellt) ausgerüstet, um die benachbarten Zylinder gegeneinander abzudichten.Figs. 1 and 2 show a feed device in the fully extended position. Two components 3 and 4 are arranged between the lower end of a drill rod 1 (FIG. 1) and a hydraulic turbine 14 (FIG. 2), the component 4 being arranged in the component 3 so that it can be pushed out and pushed in. To transmit the torque from the outer component 3 to the inner component 4, the wedges or wedge tracks indicated at 5 and provided on the upper part of the device are used, which, however, could also be provided at the lower end of the displacement device or at another suitable location. The inner extendable component 4 carries a number of pistons 6 which are sealed against the inner wall of the component 3 in a suitable manner (not shown). Inside the outer component 3, cylinders 7 are formed, the number of which corresponds to that of the pistons 6, and these cylinders work together with the pistons; each cylinder is thus divided into two cylindrical spaces by the associated piston 6. The abutments which separate the cylinders 7 from one another are equipped with suitable sealing means (not shown) in order to seal the adjacent cylinders against one another.

Zwar ist das innere ausschiebbare Bauteil 4 gemäß Fig. 1 und 2 mit dem Bohrwerkzeug 2 gekuppelt, während das äußere Bauteil 3 mit dem Bohrgestänge 1 gekuppelt ist, doch liegt es auf der Hand, daß man bei einer alternativen Anordnung das äußere Bauteil mit dem Bohrwerkzeug 2 und das innere ausschiebbare Bauteil mit dem Bohrgestänge 1 kuppeln kann. Es sei ferner bemerkt, daß die gemäß Fig. 2 zwischen dem Bohrwerkzeug 2 und der Vorschubeinrichtung angeordnete hydraulische Turbine 14 auch zwischen der Vorschubeinrichtung dem Bohrgestänge 1 angeordnet sein kann.Although the inner extendable component 4 according to FIGS. 1 and 2 is coupled to the drilling tool 2, while the outer component 3 is coupled to the drill string 1, but it is obvious that one is attached an alternative arrangement, the outer component with the drilling tool 2 and the inner retractable Can couple the component to the drill rod 1. It should also be noted that the Fig. 2 between the Drilling tool 2 and the feed device arranged hydraulic turbine 14 also between the Feed device the drill rod 1 can be arranged.

Der während des Betriebes durch das Bohrgestänge 1 hindurch nach unten zur Sohle des Bohrlochs gepumpte Spülschlamm tritt in das ausschiebbare Bauo teil 4 in Richtung des Pfeils 9 ein und durchströmt das Innere des Bauteils 4, um zu der hydraulischen Turbine 14 und dem Bohrwerkzeug 2 zu gelangen, wo der Spülschlamm durch die Öffnungen 10 ausgestoßen wird.The pumped during operation through the drill string 1 down to the bottom of the borehole Mud enters the retractable Bauo part 4 in the direction of arrow 9 and flows through the inside of the component 4 to get to the hydraulic turbine 14 and the drilling tool 2, where the drilling fluid is expelled through the openings 10.

In der Wand des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 sind öffnungen 11 vorgesehen, die die zylindrischen Räume oberhalb der Kolben 6 mit dem Inneren des Bauteils 4 verbinden. Die zylindrischen Räume unterhalb des Kolbens 6 sind mit dem das Bauteil 3 umgebenden Raum, d. h. mit dem Inneren des. Bohrlochs, durch die in der Wand des Bauteils 3 vorgesehenen öffnungen 12 verbunden.In the wall of the inner extendable component 4 openings 11 are provided which the cylindrical Connect spaces above the piston 6 with the interior of the component 4. The cylindrical spaces below of the piston 6 are with the space surrounding the component 3, d. H. with the interior of the. borehole, through the openings 12 provided in the wall of the component 3.

Die öffnungen 11 liegen gerade oberhalb der Kolben 6, und die Öffnungen 12 liegen gerade oberhalb der Widerlager 8, so daß die öffnungen 11 stets mit den Räumen oberhalb der Kolben 6 in Verbindung stehen, während die öffnungen 12 stets mit den Räumen unterhalb der Kolben 6 in Verbindung stehen, und zwar ohne Rücksicht auf die gegenseitige Stellung der aus- und einschiebbaren Bauteile 3 und 4.The openings 11 are just above the pistons 6, and the openings 12 are just above the abutments 8, so that the openings 11 are always connected to the spaces above the pistons 6, while the openings 12 are always connected to the spaces below the pistons 6 are in connection, regardless of the mutual position of the extendable and retractable components 3 and 4.

Der Druckunterschied zwischen den oberhalb und unterhalb der Kolben 6 liegenden Räume ist gleich dem Druckunterschied zwischen dem statischen Druck des Spülschlamms im Inneren des Bauteils 4 und dem statischen Druck des Spülschlamms innerhalb des Bohrlochs. Dieser letztere Druckunterschied richtet sich nach dem Widerstand, den die Turbine 14 und die Spülschlammaustrittsöffnungen 10 in dem Bohrer 2 dem Spülschlammstrom entgegensetzen, und er ist im wesentlichen proportional zum Quadrat der Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms. Man erkennt, daß man den auf die Kolben 6 wirkenden Druckunterschied nach Belieben variieren kann, indem man die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms variiert und/oder die Form oder die Größe der Düsenöffnungen 10 in geeigneter Weise den Erfordernissen anpaßt. The pressure difference between the spaces above and below the piston 6 is the same the pressure difference between the static pressure of the drilling fluid inside the component 4 and the static pressure of the drilling fluid within the borehole. This latter pressure difference is aimed according to the resistance that the turbine 14 and the drilling fluid outlet openings 10 in the drill 2 oppose the drilling fluid flow and it is substantially proportional to the square of the circulation velocity of the drilling fluid. It can be seen that the pressure difference acting on the piston 6 is obtained can vary at will by varying the rate of circulation of the drilling fluid and / or the shape or the size of the nozzle openings 10 is adapted in a suitable manner to the requirements.

Das bei dieser Anordnung auf dem Bohrer 2 lastende Gewicht ist im wesentlichen gleich dem Gesamtgewicht des ausschiebbaren Bauteils 4, der hydraulischen Turbine 14 und des Bohrers 2, vermehrt um die Kraft, die von der Einwirkung des Spülschlammdrucks auf die Oberflächen der Kolben 6 herrührende Kraft, und vermindert um die Kraft, die durch den Druck des Spülschlamms in dem Bohrloch auf die Unterseiten der Kolben 6 ausgeübt wird. Es sei bemerkt, daß ein Teil der wirksamen Kolbenfläche durch die praktisch geschlossenen Enden des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 geliefert wird; mit anderen Worten, wenn die Kolben nicht vorhanden wären und wenn das Bauteil 4 lediglich ein in einem anderen Bauteil 3 gleitendes Rohr darstellte, wäre eine Kraft vorhanden, die bestrebt ist, das Bauteil 3 aus dem Bauteil 4 herauszuschieben. Wenn nach unten ausstoßende Düsen vorhanden sind, ergibt ferner die Reaktionskraft der Düsen eine in der entgegengesetzten Richtung wirkende Kraft. In der nachfolgenden Beschreibung werden diese Kräfte aus Gründen der Einfachheit nicht berücksichtigt. Ferner sei bemerkt, daß es ratsam ist, das Bohrgestänge oberhalb der Vorschub-The weight on the drill 2 in this arrangement is essentially equal to the total weight of the extendable component 4, the hydraulic turbine 14 and the drill 2, increased the force resulting from the action of the drilling fluid pressure on the surfaces of the pistons 6 Force, and reduced by the force caused by the pressure of the drilling fluid in the borehole is exerted on the undersides of the pistons 6. It should be noted that part of the effective piston area is supplied by the practically closed ends of the inner extendable member 4; with others Words, if the pistons were not present and if the component 4 is only one in another component 3 represented sliding pipe, there would be a force which tends to pull the component 3 out of the component 4 slide out. Further, when there are downward jetting nozzles, the reaction force of the nozzles will result in one in the opposite direction Acting force. In the following description these forces are used for the sake of simplicity not taken into account. It should also be noted that it is advisable to place the drill pipe above the feed

einrichtung mit Schwerstangen zu versehen, um die durch die Vorschubeinrichtung in Richtung nach oben aufgebrachte Reaktionskraft aufzunehmen.device to be provided with collars to the through the feed device in the upward direction absorb applied reaction force.

Das Bohrergewicht kann durch einen Gewichtsanzeiger angezeigt werden, wie es beim Rotary-Bohrverfahren üblich ist, oder man kann die in. dem Schaft 13 des Bohrwerkzeugs 2 herrschende Druckkraft durch geeignete Mittel (nicht dargestellt) messen und die gewonnenen Meßwerte auf geeignete Weise, z. B. in Form eines elektrischen Signals, zur Erdoberfläche weiterleiten. Dort werden die Meßwerte vom Bohrmeister entgegengenommen, der das Bohrergewicht durch Variieren der Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms regelt.The drill weight can be indicated by a weight indicator, as it is with the rotary drilling method Is customary, or the pressure force prevailing in the shank 13 of the drilling tool 2 can be applied suitable means (not shown) measure and the measured values obtained in a suitable manner, e.g. Am Form of an electrical signal, transmitted to the earth's surface. There the measured values are taken from the drill master received, which the drill weight by varying the circulation speed of the Mud regulates.

Wenn das Bohrergewicht während der Bohrarbeiten rasch absinkt und sich nicht durch eine Steigerung der Zirkulationsgeschwindigkeit wieder auf den gewünschten Wert einstellen läßt, so bedeutet dies, daß der Stößel das Ende seiner Hubstrecke erreicht hat, d. h., daß die Bauteile 3 und 4 vollständig ausgefahren sind. Durch Absenken des äußeren Bauteils 3 kann man dann den Stößel wieder vollständig einfahren.When the drill weight drops rapidly during drilling and not by increasing it the circulation speed can be set back to the desired value, this means that the ram has reached the end of its stroke, d. that is, components 3 and 4 are fully extended are. By lowering the outer component 3, the plunger can then be fully retracted again.

Es ist offensichtlich vorzuziehen, das Bohrgestänge 1 von der Erdoberfläche aus kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit abzusenken, die annähernd der Eindringgeschwindigkeit des Bohrers 2 entspricht. Dann ist es nur erforderlich, die Vorschubgeschwindigkeit in verhältnismäßig langen Zeitabständen nachzuregulieren^ wenn Anzeichen dafür bestehen, daß die Stößeleinrichtung entweder vollständig ausgefahren oder vollständig eingefahren ist. Wenn die Geschwindigkeit des Vorschiebens des Bohrgestänges an der Erdoberfläche beispielsweise etwa 12 m/Std. beträgt und wenn der Bohrer tatsächlich mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 m/Std. eindringt, bewegen sich die Stößelkolben 6 in den Stößelzylindern 7 mit einer Relativgeschwindigkeit von etwa 3 m/Std. nach unten. Unter diesen Bedingungen würde somit eine Hubbewegung über eine Strecke von etwa 1,5 m etwa 30 Minuten in Anspruch nehmen. Beim Durchbohren von verhältnismäßig gleichmäßigen Formationen könnte dann der Bohrmeister die Vorschubgeschwindigkeit des Bohrgestänges derart auf die Eindringgeschwindigkeit des Bohrers abstimmen, daß ein Nachregulieren in Zeitabständen von weniger als 1 Stunde vermieden wird, während der Bohrmeister dann, wenn die Vorschubgeschwindigkeit ausschließlich von dem Stößel abhinge, das Bohrgestänge in Abständen von wenigen Minuten nachführen müßte.Obviously, it is preferable to have the drill string 1 continuously with it from the surface of the earth to lower a speed which corresponds approximately to the penetration speed of the drill 2. Then it is only necessary to readjust the feed rate at relatively long time intervals if there is evidence that the ram assembly is either fully extended or is fully retracted. When the speed of advancing the drill string at the Earth's surface, for example, about 12 m / h. and if the drill is actually at a speed of about 15 m / h penetrates, the plunger pistons 6 move with the plunger cylinders 7 a relative speed of about 3 m / hour. downward. Under these conditions, a Lifting movement over a distance of about 1.5 m takes about 30 minutes. When piercing The drill master could then adjust the feed rate of relatively uniform formations of the drill string to match the penetration speed of the drill that a Readjustment at intervals of less than 1 hour is avoided during the drill master then, if the feed rate depended solely on the ram, the drill pipe at intervals of a few minutes.

Das Bohrergewicht richtet sich, insofern als es in einer Beziehung zu dem Spülschlammdruck steht, nach dem Gesamtdruckabfall in der Turbine und den Spülschlamm-Austrittsöffnungen 10 sowie nach der wirksamen Fläche der Stößelkolben 6.The bit weight follows, insofar as it is related to the drilling fluid pressure the total pressure drop in the turbine and the drilling fluid outlet openings 10 as well as after the effective one Plunger Plunger Area 6.

Hieraus ergibt sich unter Vernachlässigung der bereits erwähnten Faktoren:This results in neglecting the factors already mentioned:

Werte von Q, wobei Q1 größer ist als Q2 und wobei Q2 größer ist als Q3; man kann dies durch nachstehende Formel ausdrücken:Values of Q where Q 1 is greater than Q 2 and where Q 2 is greater than Q 3 ; this can be expressed by the following formula:

Ap = F (Q, N)Ap = F (Q, N)

Aus den Gleichungen (1) und (2) erhält man:From equations (1) and (2) we get:

W = A[F (Q1N) +kQz] (3) W = A [F (Q 1 N) + kQz] (3)

und diese Gleichung ist die Grundlage der in Fig. 4and this equation is the basis of that shown in FIG

ίο wiedergegebenen Kurven.ίο reproduced curves.

Versuche haben gezeigt, daß sich die beim Durchbohren einer bestimmten Formation erforderliche Leistung nach einem Koeffizienten richtet, der die Härte der Formation repräsentiert, sowie nach dem Bohrerdurchmesser, der Bohrerdrehzahl und dem Bohrergewicht, so daß man dieseBeziehung durch nachstehende Gleichung wiedergeben kann:Tests have shown that the performance required in drilling a particular formation based on a coefficient that represents the hardness of the formation and the drill bit diameter, the drill speed and the drill weight, so that this relationship can be defined by the following Can represent equation:

P = KdNW (4) P = KdNW (4)

ao hierin ist P die von der Turbine abzugebende Leistung in PS, K der Formationskoffizient, der sich nach der Härte der Formation richtet und von 0,0004 für hartes Gestein bis zu 0,001 für weiches Gestein variiert, d der Durchmesser des verwendeten Bohrers in Zoll (1 Zollao where P is the power to be delivered by the turbine in HP, K is the formation coefficient, which depends on the hardness of the formation and varies from 0.0004 for hard rock to 0.001 for soft rock, d is the diameter of the drill used in inches ( 1 inch

»5 =25,4 mm), N die minutliche Umdrehungszahl des Bohrers, W das auf dem verwendeten Bohrer lastende Gewicht in tausend englischen Pfund (1000 pounds = 454 kg).»5 = 25.4 mm), N the minute number of revolutions of the drill, W the weight on the drill used in thousands of pounds (1000 pounds = 454 kg).

Obwohl es nicht feststeht, ob diese Gleichung (4) unter allen Bedingungen richtig ist, wird sie als Grundlage für die nachfolgende Betrachtung des Problems verwendet.Although it is not certain whether this equation (4) is correct under all conditions, it is called Used as the basis for the following consideration of the problem.

Bei einem bestimmten Bohrer ist der Durchmesser d eine Konstante, während in Gleichung (4) sowohl W als auch P Funktionen von N für verschiedene Zirkulationsgeschwindigkeiten Q sind. Hieraus ergibt sich:For a given drill bit, the diameter d is a constant, while in equation (4) both W and P are functions of N for different circulation speeds Q. This results in:

W = A[F(Q1N)+kQ*], (3) W = A [F (Q 1 N) + kQ *], (3)

wie in Fig. 4 dargestellt, undas shown in Fig. 4, and

P = F'(Q1N),P = F '(Q 1 N),

(5)(5)

wie in Fig. 5 dargestellt.as shown in FIG.

Es ist daher möglich, die in Fig. 6 dargestellten Kurven für verschiedene Zirkulationsgeschwindigkeiten Q zu zeichnen, welche die Beziehung zwischen der Bohrerdrehzahl N und dem Formationskoeffizienten K angeben; diese Beziehung läßt sich aus den Gleichungen (4), (3) und (5) wie folgt ableiten:It is therefore possible to draw the curves shown in Fig. 6 for different circulation speeds Q , which indicate the relationship between the drill speed N and the formation coefficient K ; this relationship can be derived from equations (4), (3) and (5) as follows:

K=K =

F'(Q,N)F '(Q, N)

dNW dNA[F(Q1N) +£(?2] dNW dNA [F (Q 1 N) + £ (? 2 ]

= F" (Q, N). = F "(Q, N).

= A(AP)=A(Ap= A (AP) = A (Ap

(1)(1)

hierin ist W das Gewicht, das auf dem Bohrer lastet, A die wirksame Kolbenfläche der Stößelkolben 6, AP der auf die Kolben6 wirkende Gesamtdruckunterschied, Ap derDruckabfall längs derTurbine, kQz der Druckabfall an den Spülschlamm-Austrittsöffnungen 10, k die Konstante für die Spülschlamm-Austrittsöffnungen 10, Q die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms.where W is the weight on the drill, A is the effective piston area of the ram pistons 6, AP is the total pressure difference acting on the pistons 6, Ap is the pressure drop across the turbine, kQ z is the pressure drop at the drilling fluid outlet openings 10, k is the constant for the drilling fluid -Outlet openings 10, Q the circulation speed of the drilling fluid.

Die Größe Ap ist eine Funktion der Turbinendrehzahl N und der Zirkulationsgeschwindigkeit Q. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 graphisch dargestellt; hie ist Ap über N aufgetragen, und zwar für verschiedene Aus diesen Kurven erkennt man, daß z. B. beim Bohren in einer weichen Formation mit einem hohen Formationskoeffizienten K1 bei einer Zirkulationsgeschwindigkeit Q1 eine Drehzahl N1 gegeben ist, während sich für eine harte Formation mit dem Koeffizienten K3 bei der gleichen Zirkulationsgeschwindigkeit Q1 eine sehr viel höhere Drehzahl AT3 ergibt.The variable Ap is a function of the turbine speed N and the circulation speed Q. This situation is shown graphically in FIG. 3; here Ap is plotted against N , namely for different. From these curves it can be seen that z. B. when drilling in a soft formation with a high formation coefficient K 1 at a circulation speed Q 1 a speed N 1 is given, while for a hard formation with the coefficient K 3 at the same circulation speed Q 1 a much higher speed AT 3 results.

Ferner erkennt man, daß sich die Drehzahl bei einem gegebenen Formationskoeffizienten, z.B. K3, von N3 r auf JV3 vermindert, wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit von Q1 auf Q3 herabgesetzt wird.It can also be seen that for a given formation coefficient, for example K 3 , the speed decreases from N 3 r to JV 3 when the circulation speed is reduced from Q 1 to Q 3 .

Wie bereits erwähnt, ist es beim Bohren durch Formationen mit stark variierenden Formationskoeffizienten erwünscht, die Drehzahländerungen der Turbine innerhalb enger- Grenzen zu halten. Aus Fig. 6 wird deutlich, daß man dies durch Variieren der Zirkulationsgeschwindigkeit erreichen kann, wobei die Zirkulationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von derAs mentioned earlier, it is when drilling through formations with widely varying formation coefficients desirable to keep the speed changes of the turbine within narrow limits. From Fig. 6 it becomes clear that this can be achieved by varying the speed of circulation, the Circulation speed depending on the

I 084216I 084216

Drehzahl vorzugsweise kontinuierlich geändert wird. Man kann daher zwsichen den Punkten 1,2 und 3 eine Kurve Wc ziehen, die auf den Zirkulationskurven Q1, Q2 und Qz liegt und die bei richtiger Wahl der Punkte 1, 2 und 3 eine Betriebskurve darstellen kann, längs deren das Bohrergewicht W konstant gehalten wird (s. Fig. 4).Speed is preferably changed continuously. One can therefore draw a curve W c between points 1, 2 and 3, which lies on the circulation curves Q 1 , Q 2 and Q z and which, with the correct choice of points 1, 2 and 3, can represent an operating curve along which that Drill weight W is kept constant (see Fig. 4).

Aus Fig. 6 kann man dieUnempfindlichkeit *_ 3 From Fig. 6 one can see the insensitivity * _ 3

dieser Anordnung ableiten.derive this arrangement.

Es liegt auf der Hand, daß die Betriebsweise der Tiefbohreinrichtung der Betriebskurve W0 in Fig. 6 folgt, wenn der Bohrmeister die Zirkulationsgeschwindigkeit Q derart regelt, daß das Bohrergewicht W bei einem Wert W0 konstant gehalten wird. Wenn das Bohrergewicht W0 abnimmt, muß die Zirkulationsgeschwindigkeit gesteigert werden, und umgekehrt. Diese Regelung kann entweder automatisch erfolgen oder durch den Bohrmeister von Hand vorgenommen werden. Wie bereits festgestellt, läßt sich das Bohrergewicht W mit Hilfe eines geeigneten Gewichtsanzeigers ermitteln, oder man kann die in dem Schaft des Bohrers 2 herrschende Druckkraft messen und diesen Meßwert auf geeignete Weise, z. B. in Form eines elektrischen Signals, an die Erdoberfläche übertragen. It is obvious that the mode of operation of the deep drilling device follows the operating curve W 0 in FIG. 6 when the master drill controls the circulation speed Q in such a way that the drill weight W is kept constant at a value W 0. When the drill weight W 0 decreases, the circulation speed must be increased, and vice versa. This regulation can either take place automatically or be carried out manually by the drill master. As already stated, the drill weight W can be determined with the aid of a suitable weight indicator, or the pressure force prevailing in the shank of the drill 2 can be measured and this measured value in a suitable manner, e.g. B. in the form of an electrical signal, transmitted to the earth's surface.

Ein anderes Regelsystem kann auf Änderungen des Drehmoments ansprechen, das in dem Schaft des Bohrers 2 kurz oberhalb des eigentlichen Bohrers gemessen wird. Die Drehmoment-Drehzahl-Kurven bzw. 3a die (TIN) -Kurven einer hydraulischen Turbine sind für verschiedene Zirkulationsgeschwindigkeiten Q in Fig. 6 A dargestellt. Eine Betriebskurve für ein konstantes Bohrergewicht W0 läßt sich mit Hilfe der Werte von Q und N ziehen, die den Punkten 1, 2 und 3 in Fig. 4 entsprechen. Durch Handverstellung der Zirkulationsgeschwindigkeit Q bei variierendem Drehmoment entsprechend der in Fig. 6 B eingezeichneten Kurve kann der Bohrmeister somit das Bohrergewicht W0 konstant halten. Diese Regelung kann auch automatisch durchgeführt werden.Another control system can respond to changes in the torque that is measured in the shank of the drill 2 just above the actual drill. The torque-speed curves or 3a the (TIN) curves of a hydraulic turbine are shown for different circulation speeds Q in FIG. 6A. An operating curve for a constant drill weight W 0 can be drawn with the aid of the values of Q and N which correspond to points 1, 2 and 3 in FIG. By manually adjusting the circulation speed Q with a varying torque in accordance with the curve drawn in FIG. 6B, the drill master can thus keep the drill weight W 0 constant. This regulation can also be carried out automatically.

Ein weiteres System zum Konstanthalten des Bohrergewichts unter veränderlichen Bohrbedingungen läßt sich dadurch verwirklichen, daß man die Drehzahl der Turbine mißt, diese Meßwerte ζ. B. als elekirisches Signal zur Erdoberfläche überträgt und die Zirkulationsgeschwindigkeit Q entsprechend der in Fig. 6 C wiedergegebenen Kurve einstellt. DieseKurve wurde aus den Kurven in Fig. 4 abgeleitet. Auch in diesem Fall kann die Regelung automatisch erfolgen 5 ζ oder von Hand bewirkt werden.Another system for keeping the drill weight constant under variable drilling conditions can be implemented by measuring the speed of the turbine, these measured values ζ. B. as an electrical signal to the earth's surface and adjusts the circulation speed Q according to the curve shown in Fig. 6C. This curve was derived from the curves in FIG. In this case, too, the regulation can take place automatically 5 ζ or be effected manually.

Wenn man dafür sorgt, daß die Turbinendrehzahl innerhalb enger Grenzen gehalten wird, kann man eine größere Steigerung der Unempnndlichkeit erzielen, als es beim Konstanthalten des Bohrergewichts möglieh ist. Ein Verfahren, bei dem sich für über einen großen Bereich variierende Formationskoeffizienten ein verhältnismäßig enger Turbinendrehzahlbereich, d. h. eine hohe Unempfindlichkeit, ergibt, ist in Fig. 7 und 8 veranschaulicht. Die in diesen Figuren dargestellten Kolben 6 der Vorschubeinrichtung sind nur dem Druckabfall längs der Turbine ausgesetzt und nicht etwa dem Gesamtdruckabfall zwischen der Innenseite und der Außenseite des Bohrgestänges, der gleich der Summe des Druckabfalls in der Turbine und des Druckabfalls an den Spülschlamm-Austrittsöffnungen 10 ist.If you make sure that the turbine speed is kept within tight limits, you can get one achieve a greater increase in insensitivity, than is possible while keeping the drill weight constant. A process in which for over a large range of varying formation coefficients a relatively narrow turbine speed range, d. H. high insensitivity is illustrated in FIGS. 7 and 8. The ones shown in these figures Pistons 6 of the feed device are only exposed to the pressure drop along the turbine and not about the total pressure drop between the inside and outside of the drill pipe, the equal to the sum of the pressure drop in the turbine and the pressure drop at the drilling fluid outlet openings 10 is.

Zu diesem Zweck sind die zylindrischen Räume unterhalb der Kolben 6 bei der Anordnung nach Fig. 7 mit dem Strömungsmittelraum am Auslaß der Türbine (nicht dargestellt) durch den in dem Bauteil 3 vorgesehenen Kanal -15, den untersten zylindrischen Raum 16 und den sich durch die Verlängerung 18 des ausschiebbaren Bauteils 4 erstreckenden Kanal 17 verbunden. For this purpose, the cylindrical spaces are below the pistons 6 in the arrangement according to FIG. 7 with the fluid space at the outlet of the door cantilever (not shown) through the component 3 provided channel -15, the lowermost cylindrical space 16 and the extension 18 of the extendable component 4 extending channel 17 connected.

Fig. 8 zeigt eine alternative Konstruktion, bei welcher die zylindrischen Räume unterhalb der Kolben 6 unmittelbar mit dem Strömungsmittelraum am Auslaß der Turbine verbunden sind, und zwar mittels einer Leitung 19, die im Inneren des ausschiebbaren Bauteils 4 angeordnet ist und an ihrem oberen Ende mit den Öffnungen 20 und am anderen Ende mit dem Turbinenauslaß (nicht dargestellt) in Verbindung steht.Fig. 8 shows an alternative construction in which the cylindrical spaces below the pistons 6 are directly connected to the fluid space at the outlet of the turbine, namely by means of a line 19 which is arranged in the interior of the extendable component 4 and at its upper end with the openings 20 and at the other end with the turbine outlet (not shown) in communication stands.

Vergleicht man die Wirkungsweise der Stößeleinrichtung nach Fig. 2 mit derjenigen der in Fig. 7 und 8 veranschaulichten Anordnungen, so erkennt man, daß das Bohrergewicht W im ersteren Fall in einem viel stärkeren Ausmaß als im letzteren Fall durch Änderungen des Druckabfalls kQ2 an den Düsenöffnungen des Bohrers beeinflußt wird; dieser Einfluß war am stärksten bei der höchsten Spülschlamm-Zirkulationsgeschwindigkeit Q1, d. h. bei der niedrigsten Turbinendrehzahl N1. Dies führt im letzteren Fall dazu, daß sich die Punkte 1 und 3 in Fig. 4 beide längs der Linie W0 = konstant nach rechts verschieben, während gleichzeitig der Abstand zwischen diesen Punkten 1 und 3, der dem Drehzahlbereich ΝΆ bis N1 proportional ist, verkleinert wird. Man erkennt, daß dies zu einer steileren Betriebskurve W0 in Fig. 5 und damit auch zu einer größeren Unempfindlichkeit führt.Comparing the operation of the ram device according to FIG. 2 with that of the arrangements illustrated in FIGS. 7 and 8, it can be seen that the drill weight W in the former case to a much greater extent than in the latter case due to changes in the pressure drop kQ 2 at the Nozzle openings of the drill is affected; this influence was strongest at the highest drilling fluid circulation speed Q 1 , ie at the lowest turbine speed N 1 . In the latter case, this means that points 1 and 3 in FIG. 4 both move constantly to the right along the line W 0 = , while at the same time the distance between these points 1 and 3, which is proportional to the speed range Ν Ά to N 1 is reduced in size. It can be seen that this leads to a steeper operating curve W 0 in FIG. 5 and thus also to greater insensitivity.

Ein weiteres Verfahren, um die Unempfindlichkeit des Systems zu steigern, besteht darin, den Druckabfall an den Spülschlamm-Austrittsöffnungen ohne Rücksicht auf die Zirkulationsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant zu halten. Dies kann man. dadurch erreichen, daß man die Spülschlamm-Austrittsöffnungen so ausbildet, daß sich die kleinste gewünschte Strahlgeschwindigkeit bei der kleinsten zu erwartenden Zirkulationsgeschwindigkeit einstellt, sowie dadurch, daß man zwischen dem Turbinenauslaß und dem Bohrer ein Druckentlastungsventil vorsieht, welches es einem Teil des Strömungsmittels ermöglicht, bei unterhalb des Mindestwertes liegenden Zirkulationsgeschwindigkeiten durch einen die Spülschlamm-Austrittsöffnungen umgehenden Kanal zu strömen. Eine alternative Anordnung erhält man, wenn man Überdruckventile in den Spülschlamm-Austrittsöffnungen vorsieht.Another method to increase the robustness of the system is to reduce the pressure drop at the drilling fluid outlet openings regardless of the speed of circulation in the essential to keep constant. One can do this. achieve by designing the drilling fluid outlet openings so that the smallest desired Sets the jet speed at the lowest expected circulation speed, and by providing a pressure relief valve between the turbine outlet and the drill, which allows some of the fluid to be below the minimum value Circulation speeds through a channel bypassing the drilling fluid outlet openings stream. An alternative arrangement is obtained by installing pressure relief valves in the drilling fluid outlet openings provides.

Im allgemeinen erhält man eine steilere Betriebskurve, z. B. die Kurve W0 in Fig. 6, und damit auch eine größere Unempfindlichkeit des Systems, wenn sich der auf die Kolben 6 der Stößeleinrichtung aufgebrachte Differentialdruck bei höheren Turbinendrehzahlen in einem größeren Ausmaß steigert, als es in Fig. 3 dargestellt ist.In general, a steeper operating curve is obtained, e.g. B. the curve W 0 in Fig. 6, and thus a greater insensitivity of the system if the differential pressure applied to the piston 6 of the tappet device increases at higher turbine speeds to a greater extent than is shown in FIG.

Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß man eine Turbine verwendet, deren konstruktiv vorgesehene Drehzahl gleich der kleinsten Drehzahl des für das Durchbohren von Formationen erwünschten Drehzahlbereichs ist und bei welcher sich der Druckabfall bei oberhalb der konstruktiv vorgesehenen Drehzahl liegenden Drehzahlen schnell steigert, da der Wirkungsgrad der Turbine bei diesen höheren Drehzahlen zurückgeht.This can be achieved, for example, by using a turbine whose structural design intended speed equals the lowest speed required for drilling formations Is the speed range and at which the pressure drop is above that provided by the design Speed increases rapidly, since the efficiency of the turbine with these decreases at higher speeds.

Auf ähnliche Weise kann man die gewünschten steileren Kurven in Fig. 3 und 6 erhalten, indem man den Druckabfall in der Turbine bei höheren Drehzahlen künstlich steigert, indem man den Turbinen-009 548/76Similarly, the desired steeper curves in Figures 3 and 6 can be obtained by artificially increases the pressure drop in the turbine at higher speeds by turning the turbine-009 548/76

auslaß oder den Turbineneinlaß bei den betreffenden Drehzahlen drosselt. Dies läßt sich mit Hilfe eines auf Drehzahländerungen ansprechenden Drosselventils von geeigneter Konstruktion erreichen, das man in der Austrittsleitung oder aber in der Eintrittsleitung der Turbine anordnet.outlet or the turbine inlet at the relevant Speed throttles. This can be done with the aid of a throttle valve responsive to changes in speed of suitable construction, which can be achieved in the outlet line or in the inlet line the turbine arranges.

Ferner kann man die Unempfindlichkeit des Systems erhöhen, indem man den auf die Kolben 6 aufgebrachten Differentialdruck mittels einer Pumpe regelt, die gemäß Fig. 9 A und 9 B durch die Turbine angetrieben wird. Bei der Anordnung nach Fig. 9 A wird die Pumpenwelle 21 der Pumpe 22, bei der es sich vorzugsweise um eine zwangläufig arbeitende Verdrängerpumpe, z. B. eine Zahnradpumpe, handelt, von der nicht dargestellten Turbine aus angetrieben. Ein kleiner Teil des in Richtung des Pfeils 9 durch das Innere des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 strömenden Spülschlamms wird durch die Eintrittsöffnung 23 der Pumpe 22 angesaugt und unter erhöhtem Druck durch die Leitung 24 und die Öffnungen 25 zu den zylindrischen Räumen 7 oberhalb der Kolben 6 gepumpt. Die Drucksteigerung wird dann eine Funktion der Turbinendrehzahl N sein, d. h. die Drucksteigerung wird sich bei steigender Drehzahl N vergrößern.Furthermore, the insensitivity of the system can be increased by regulating the differential pressure applied to the pistons 6 by means of a pump which is driven by the turbine according to FIGS. 9A and 9B. In the arrangement according to FIG. 9A, the pump shaft 21 of the pump 22, which is preferably a positive displacement pump, e.g. B. a gear pump, is driven by the turbine, not shown. A small part of the drilling fluid flowing in the direction of arrow 9 through the interior of the inner extendable component 4 is sucked in through the inlet opening 23 of the pump 22 and pumped under increased pressure through the line 24 and the openings 25 to the cylindrical spaces 7 above the pistons 6 . The increase in pressure will then be a function of the turbine speed N, that is, the pressure increase will increase with increasing speed N.

Die Bohrergewicht-Drehzahl-Kurven, d. h. die Kurven für W/N bei verschiedenen in der Anordnung nach Fig. 9 A auftretenden Zirkulationsgeschwindigkeiten, sind in Fig. 10 wiedergegeben.The drill weight / speed curves, ie the curves for W / N at various circulation speeds occurring in the arrangement according to FIG. 9A, are shown in FIG.

Ein Vergleich zwischen den fF/iV-Kurven, die man auf diese Weise erhält (Fig. 10), mit den WIN-Kmven in Fig. 4 zeigt, daß die Kurven in Fig. 10 einen erheblich steileren Verlauf aufweisen als die Kurven in Fig. 4, was auf die zusätzliche Wirkung des gesteigerten Drucks von der Pumpe zurückzuführen ist, die sich ihrerseits mit zunehmender Drehzahl iV verstärkt. Dementsprechend werden die zugehörigen Formationskoeffizient-Drehzahl-Kurven (K/N) in Fig. 11 erheblich steiler verlaufen als die entsprechenden Kurven in Fig. 6.A comparison between the fF / iV curves obtained in this way (FIG. 10) with the WIN km in FIG. 4 shows that the curves in FIG. 10 have a considerably steeper course than the curves in Fig. 4, which is due to the additional effect of the increased pressure from the pump, which in turn increases with increasing speed iV. Accordingly, the associated formation coefficient-speed curves (K / N) in FIG. 11 will be considerably steeper than the corresponding curves in FIG. 6.

Wenn beim Durchbohren einer Formation der gesamte Bereich der Formationshärtewerte K1 bis K1 bei konstantem Bohrergewicht Wc durchlaufen wird, erhält man hierbei eine sehr steile Betriebskurve Wc (Fig. 11), so daß dann, wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit beim Durchbohren härter werdender Teile der Formation von Q1 auf Q4 herabgesetzt wird, nur ein sehr enger Bereich von Drehzahländerungen (iV4 bis N1) bestrichen wird. Dies ist, vom Standpunkt des Turbinenbetriebs aus betrachtet, ein sehr erwünschtes Merkmal.If, when drilling through a formation, the entire range of formation hardness values K 1 to K 1 is traversed with a constant drill weight W c , a very steep operating curve W c (FIG. 11) is obtained, so that when the circulation speed when drilling through harder parts the formation is reduced from Q 1 to Q 4 , only a very narrow range of speed changes (iV 4 to N 1 ) is swept. This is a very desirable feature from a turbine operation standpoint.

In Fig. 9 A sind kleine Austrittsöffnungen 26 und 26' angedeutet, deren konstruktive Ausbildung aus Fig. 12 bzw. 13 hervorgeht. Die Austrittsöffnungen 26 und 26', die eine Verbindung zwischen den zylindrischen Räumen 7 oberhalb der Kolben 6 und dem Bohrloch herstellen, müssen eine Zirkulation des von der Pumpe 22 geförderten Strömungsmittels in der Weise zulassen, daß der zylindrische Raum 7 auf den erforderlichen Druck gebracht werden kann.In Fig. 9A small outlet openings 26 and 26 'are indicated, their structural design from Fig. 12 and 13 can be seen. The outlet openings 26 and 26 ', which connect between the cylindrical Establish spaces 7 above the piston 6 and the borehole, a circulation of the allow the pump 22 pumped fluid in such a way that the cylindrical space 7 on the required pressure can be brought.

Bei der Konstruktion nach Fig. 12 ist in die Wand des äußeren Bauteils 3 ein Gewindestopfen 27 eingesetzt, der durch einen Dichtungsring 29 abgedichtet ist. An diesem Stopfen ist eine sechseckige Aussparung 28 vorgesehen, um das Ein- und Ausschrauben des Stopfens 27 zu erleichtern. Die Austrittsöffnung 26 ist in dem Stopfen 27 vorgesehen, und die Öffnung erstreckt sich durch eine Hartmetalldüse 30, die vorgesehen ist, um einen übermäßigen Verschleiß durch den die Öffnung 26 durchströmenden Spülschlamm zu verhindern. Wenn die Düse abgenutzt ist oder wenn man unter, bestimmten Bedingungen einen Stopfen mit einer Düse30: von-größerem oder kleinerem Durchmesser einsetzen will, kann man den Stopfen 27 schnell austauschen.In the construction according to FIG. 12, a threaded plug 27, which is sealed by a sealing ring 29, is inserted into the wall of the outer component 3. A hexagonal recess 28 is provided on this stopper in order to make it easier to screw the stopper 27 in and out. The outlet opening 26 is provided in the plug 27, and the opening extends through a hard metal nozzle 30 which is provided in order to prevent excessive wear from the drilling fluid flowing through the opening 26. If the nozzle is worn out or if, under certain conditions, a plug with a nozzle 30 : of a larger or smaller diameter is to be used, the plug 27 can be exchanged quickly.

In Fig. 13 ist das Widerlager 8 des äußeren Bauteils 3 mit oberen und unteren Gewindeabschnitten 31 bzw. 31' versehen, und diese Gewinde greifen in entsprechende Gewindegänge in den oberen und unteren13 shows the abutment 8 of the outer component 3 with upper and lower threaded sections 31 and 31 'respectively, and these threads engage corresponding threads in the upper and lower

ίο Teilen 3 bzw. 3' des äußeren Bauteils 3 ein. Die oberhalb und unterhalb des Widerlagers 8 liegenden benachbarten zylindrischen Räume 7 sind an der Oberfläche des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 durch Dichtungsgifeder 32 abgedichtet. Die Austrittsöffnung 26' steht über den Kanal 33 mit dem zylindrischen Raum 7 unterhalb des Widerlagers 8 in Verbindung, und der Kanal 33 mündet in den Raum 7 von der Unterseite des Widerlagers 8 aus. Die Konstruktion des Stopfens mit dem Austrittskanal 26' ähnelt derjenigen des in Fig. 12 dargestellten Stopfens 27.ίο Parts 3 or 3 'of the outer component 3. The one above and adjacent cylindrical spaces 7 lying below the abutment 8 are on the surface of the inner slide-out component 4 is sealed by a sealing spring 32. The outlet opening 26 'is connected to the cylindrical space 7 below the abutment 8 via the channel 33, and the channel 33 opens into the space 7 from the underside of the abutment 8. The construction of the stopper with the outlet channel 26 'is similar to that of the stopper 27 shown in FIG. 12.

Fig. 9 B zeigt eine alternative Anordnung, bei der eine von der Turbine angetriebene Pumpe verwendet wird. In diesem Fall ist die Pumpe 22' als Zahnradpumpe ausgeführt, und sie ist durch eine Verlängerung ihrer Welle 21 mit dem oberen Ende der nicht dargestellten Welle des Turbinenläufers verbunden. Die Förderseite der Pumpe 22' steht über die Leitung 24 und die öffnungen 25 mit den zylindrischen Räumen 7 oberhalb der Kolben 6 in Verbindung. Die Ansaugseite der Pumpe 22' steht über die Leitung 24' und die öffnungen 12' mit den zylindrischen Räumen 7 unterhalb der Kolben 6 in Verbindung. Ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 9 A sind Austrittsöffnungen vorgesehen, welche die Oberseiten mit den Unterseiten der Kolben 6 verbinden. Der von der Pumpe gelieferte Druck Pp beaufschlagt somit sämtliche Kolben 6, wobei dieser Druck eine Funktion der Turbinendrehzahl ist. Bei verschiedenen Zirkulationsgeschwindigkeiten Q, mit denen die Turbine betrieben wird, erhält man für diese Anordnung Beziehungen zwischen W und N sowie zwischen K und N, die den in Fig. 10 und 11 veranschaulichten Beziehungen ähneln. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der Anordnung nach Fig. 9 A besteht darin, daß man zur Betätigung der Kolben 6 ein gesondertes Servoströmungsmittel verwenden kann. Auf diese Weise werden Unterbrechungen der Bohrarbeiten infolge eines Verstopfens der Austrittsöffnungen 26 und 26' oder der Öffnungen 25 (Fig. 9 A) vermieden. Die KoI-ben 6 sind gegenüber den Zylinderwandungen durch Dichtungsmittel 32' (Fig. 9B) abgedichtet, während die Widerlager 8 gegenüber dem inneren ausschiebbaren Bauteil 4 durch die Dichtungsmittel 32 abgedichtet sind. Besondere Beachtung verdienen die oberen Abdichtungsmittel 32' an der Verlängerung des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 sowie die am weitesten unten liegenden Abdichtungsmittel 32, denn diese Abdichtungsmittel haben die Aufgabe, die Zonen, welche den Spülschlamm bzw. das Servoströmungsmittel enthalten, voneinander zu trennen.Figure 9B shows an alternative arrangement in which a turbine driven pump is used. In this case, the pump 22 'is designed as a gear pump, and it is connected by an extension of its shaft 21 to the upper end of the shaft, not shown, of the turbine rotor. The delivery side of the pump 22 ′ is connected to the cylindrical spaces 7 above the pistons 6 via the line 24 and the openings 25. The suction side of the pump 22 'is connected to the cylindrical spaces 7 below the pistons 6 via the line 24' and the openings 12 '. Similar to the arrangement according to FIG. 9A, outlet openings are provided which connect the upper sides with the lower sides of the pistons 6. The pressure P p supplied by the pump thus acts on all pistons 6, this pressure being a function of the turbine speed. At different circulation speeds Q at which the turbine is operated, relationships between W and N and between K and N which are similar to the relationships illustrated in FIGS. 10 and 11 are obtained for this arrangement. The advantage of this arrangement over the arrangement according to FIG. 9A is that a separate servo fluid can be used to actuate the piston 6. In this way, interruptions in the drilling work due to clogging of the outlet openings 26 and 26 'or the openings 25 (FIG. 9 A) are avoided. The piston 6 are sealed against the cylinder walls by sealing means 32 '(FIG. 9B), while the abutments 8 are sealed against the inner, extendable component 4 by the sealing means 32. The upper sealing means 32 'on the extension of the inner extendable component 4 as well as the sealing means 32 lying furthest below deserve special attention, because these sealing means have the task of separating the zones containing the drilling fluid or the servo fluid from one another.

Der Bereich der Turbinendrehzahlen läßt sich auch auf eine andere Weise beschränken, indem man die zylindrischen Räume 7 auf den entgegengesetzten Seiten eines oder mehrerer Kolben 6 der Vorschubeinrichtung miteinander verbindet, wodurch die betreffenden Kolben 6 außer Betrieb gesetzt werden. Gleichzeitig ist es erforderlich, entweder den Kanal zwischen einem der genannten Räume 7 und dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 oder den Kanal zwischen dem anderen der genanntenThere is another way to limit the range of turbine speeds by using the cylindrical spaces 7 on the opposite sides of one or more pistons 6 of the feed device connects with each other, whereby the piston 6 in question are put out of operation. At the same time it is necessary either the channel between one of the mentioned rooms 7 and the Inside of the inner extendable component 4 or the channel between the other of the above

Räume 7 und dem Äußeren des äußeren Bauteils 3 zu verschließen, um eine unmittelbare Verbindung zwischen dem in dem Bauteil 4 enthaltenen Spülschlamm und dem Spülschlamm in dem Bohrloch außerhalb des Bauteils 3 unmöglich zu machen.To close spaces 7 and the outside of the outer component 3 in order to establish a direct connection between the drilling fluid contained in the component 4 and the drilling fluid in the borehole outside the Component 3 impossible to make.

Das Ergebnis der Verwendung dieser Anordnungen geht aus Fig. 14 hervor, wo die Bohrergewicht-Turbinendrehzahl-Kurven, d. h. die FF/iV-Kurven, für die Zirkulationsgeschwindigkeiten Q3, Q3' und Q3" eingezeichnet sind. Die zirkulierenden Mengen Q3, Q3' und Q3" des Spülschlamms sind einander gleich, und der einzige Unterschied besteht darin, daß die Kurve Q3 die Beziehung zwischen W und N für den Fall darstellt, daß sämtliche Kolben in Tätigkeit sind (vgl. Q3 in Fig. 4), während die Kurve Q3' die Anderung der Beziehung zwischen W und N für den Fall darstellt, daß ein Kolben außer Betrieb ist, und während die Kurve Q3" den Fall wiedergibt, daß zwei Kolben außer Betrieb sind.The result of using these arrangements can be seen in FIG. 14, where the drill weight-turbine speed curves, ie the FF / iV curves, are shown for the circulation speeds Q 3 , Q 3 'and Q 3 ". The circulating quantities Q 3 , Q 3 ', and Q 3 "of the drilling fluid are equal to each other, and the only difference is that the curve Q 3 represents the relationship between W and N in the event that all the pistons in activity (cf., Q 3 in Figure 4), while curve Q 3 'represents the change in the relationship between W and N for the case that one piston is inoperative and while curve Q 3 "represents the case that two pistons are inoperative.

Fig. 15 zeigt die Formationskoeffizient-Drehzahl-Kurven, d. h. die K/N-Knrven für die Zirkulations*- geschwindigkeiten Q3, Q3' und Q3". Aus Fig. 15 geht hervor, daß sich die Turbinendrehzahl von N1 auf N2 steigert, wenn man die Bohrarbeiten bei einer Formation mit einem Koeffizienten K1 beginnt, während zwei Kolben der Stößeleinrichtung außer Betrieb sind. An dem Punkt 2 auf der Kurve Q3" wird ein weiterer Kolben in Betrieb gesetzt, und die Bohrarbeiten werden längs der Kurve Q3' vom Punkt 3 zum Punkt 4 fortgesetzt, wobei nur ein Kolben außer Betrieb ist. Am Punkt 4 wird der letzte Kolben in Betrieb gesetzt, und dieBohrarbeiten werden längs der Kurve Q3 vom Punkt 5 zum Punkt 6 fortgesetzt. Fig. 14 läßt erkennen, daß sich das Bohrergewicht W allmählich steigert, wenn die Bohrarbeiten in der Weise durchgeführt werden, die in Fig. 14 und 15 durch die die Punkte 1 bis 6 verbindenden Linien wiedergegeben ist.15 shows the formation coefficient-speed curves, ie the K / N curves for the circulation * speeds Q 3 , Q 3 'and Q 3 ". From FIG. 15 it can be seen that the turbine speed increases from N 1 N 2 increases if drilling begins on a formation with a coefficient of K 1 while two pistons of the ram assembly are inoperative. At point 2 on curve Q 3 "another piston is activated and drilling is longitudinal the curve Q 3 'continued from point 3 to point 4, with only one piston inoperative. At point 4 of the last piston in operation is set and ear thief to work the curve Q 3 from the point 5 to the point continued to be longitudinally. 6 It can be seen from FIG. 14 that the bit weight W gradually increases when the drilling work is carried out in the manner shown in FIGS. 14 and 15 by the lines connecting points 1 to 6.

Diesen Verlauf der Bohrarbeiten kann man jedoch ändern, um innerhalb jedes der Schritte 1-2, 3-4 und 5-6 ein Bohren mit konstantem Bohrergewicht zu ermöglichen, indem man die Zirkulationsgeschwindigkeiten Q in der an Hand von Fig. 4 und 6 beschriebenen Weise ändert.However, this course of drilling work can be changed to include within each of steps 1-2, 3-4 and 5-6 enable drilling with constant bit weight by adjusting the circulation speeds Q changes in the manner described with reference to FIGS.

Wenn die Vorschubeinrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen wird, kann man die Kolben mit der Hand außer Betrieb setzen. Zu diesem Zweck können gemäß Fig. 16 in der Wand des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 Gewindebohrungen 11 und in der Wand des äußeren Bauteils 3 Gewindebohrungen 34' vorgesehen sein, wobei die öffnungen 34' gerade unterhalb der mit den Abdichtungsmitteln 32 versehenen Widerlager 8 liegen, während die öffnungen 11 gerade oberhalb der mit den Abdichtungsmitteln 35 versehenen Kolben 6 angeordnet sind. Jede öffnung 34' steht in Fluchtung mit einer entsprechenden Öffnung 11, wenn die Stößeleinrichtung vollständig eingezogen ist, und der Durchmesser jeder öffnung 34' ist größer als derjenige der öffnung 11, so daß man, wie in Fig. 16 auf der linken Seite dargestellt, in die entsprechende Gewindeöffnung 11 von der Außenseite des Bauteils 3 aus und durch die Öffnung 34' hindurch einen Gewindestopfen 11' einsetzen kann. Wie man in Fig. 16 auf der linken Seite erkennt, wird der Kolben 6 auf diese Weise außer Betrieb gesetzt, denn die mit dem zylindrischen Raum 7 oberhalb des Kolbens 6 in Verbindung stehende öffnung 34' und die mit dem zylindrischen Raum unterhalb des Kolbens 6 in Verbindung stehende Öffnung 12 verbinden die beiden genannten Räume mit der Außenseite des äußeren Bauteils 3, d. h. mit dem Bohrloch.When the advancing device is withdrawn from the borehole, the pistons can be put out of operation by hand. For this purpose, 4 threaded bores 11 and in the wall of the outer component 3 threaded bores 34 'can be provided according to FIG the openings 11 are arranged just above the pistons 6 provided with the sealing means 35. Each opening 34 'is in alignment with a corresponding opening 11 when the plunger device is fully retracted, and the diameter of each opening 34' is larger than that of the opening 11, so that, as shown in FIG. 16 on the left-hand side, can 'through a threaded plug 11' inserted into the corresponding threaded opening 11 from the outside of the component 3 and through the opening 34th As can be seen in FIG. 16 on the left-hand side, the piston 6 is put out of operation in this way, because the opening 34 ′ communicating with the cylindrical space 7 above the piston 6 and that with the cylindrical space below the piston 6 communicating opening 12 connect the two mentioned spaces with the outside of the outer component 3, ie with the borehole.

• Wenn man den Stopfen 11' entfernt und den Stopfen 34 in die öffnung 34' einsetzt, ergibt sich der in Fig. 16 auf der rechten Seite dargestellte Zustand. In diesem Fall steht der zylindrische Raum 7 unterhalb des Kolbens 6 nach wie vor in Verbindung mit dem Bohrloch, doch der obere zylindrische Raum 7 steht jetzt mit dem Inneren des inneren zylindrischen Bauteils 4 in Verbindung, und der an der Turbine und den Düsenöffnungen des Bohrers herrschende Differentialdruck wird auf den Kolen 6 aufgebracht und trägt somit zu der Gewichtsbelastung des Bohrers bei.If the plug 11 'is removed and the plug 34 is inserted into the opening 34', the result in FIG Fig. 16 shown on the right side state. In this case, the cylindrical space 7 is below of the piston 6 is still in communication with the borehole, but the upper cylindrical space 7 is now with the interior of the inner cylindrical component 4 in connection, and that of the turbine and the Differential pressure prevailing at the nozzle openings of the drill is applied to the piston 6 and carries thus contributes to the weight load on the drill.

Die Gewindestopfen 11' können auch dann eingesetzt oder ausgebaut werde, wenn die Vorschubeinrichtung vollständig ausgefahren ist. Zu diesem Zweck sind in der Wand des äußeren ausschiebbaren Bauteils 3 mehrere nicht dargestellte öffnungen vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als derjenige der öffnungen 11, und diese öffnungen stehen mit den öffnungen 11 in Fluchtung, wenn die Stößeleinrichtung ausgeschoben ist. Diese zuletzt genannten öffnungen sind mittels Gewindestopfen verschlossen, die nur zum Einsetzen oder Ausbauen der Stopfen 11' entfernt werden.The threaded plugs 11 'can also be inserted or removed when the feed device is fully extended. For this purpose are in the wall of the outer extendable component 3 several openings, not shown, are provided, the diameter of which is greater than that of the openings 11, and these openings are in alignment with the openings 11 when the plunger device is pushed out. These last-mentioned openings are closed by means of threaded plugs, which can only be removed for inserting or removing the plugs 11 '.

Diese Arbeiten zur In- und Außerbetriebsetzung der Kolben 6 müssen an der Erdoberfläche durchgeführt werden. Im allgemeinen stellt dies keinen Nachteil dar, denn das Bohrwerkzeug und/oder die Lager oder die Schaufeln der Turbine müssen in regelmäßigen Zeitabständen überprüft oder ausgewechselt werden, und gleichzeitig hiermit kann man die Zahl der wirksamen Kolben 6 entsprechend den Anforderungen einstellen, die sich aus der Härte der zu durchbohrenden Formation bei der Wiederaufnahme der Bohrarbeiten ergeben.This work for starting and stopping the pistons 6 must be carried out on the surface of the earth will. In general this is not a disadvantage because of the drilling tool and / or the bearings or the blades of the turbine must be checked or replaced at regular intervals be, and at the same time you can adjust the number of effective pistons 6 according to the requirements adjust resulting from the hardness of the formation to be pierced when resuming the Drilling work.

Unter gewissen Bedingungen, beispielsweise beim Durchbohren einer Formation mit einem sich rasch ändernden Formationskoeffizienten, kann es jedoch erwünscht sein, die Zahl der wirksamen Kolben automatisch festzulegen, während sich die Vorschubeinrichtung am Boden des Bohrlochs befindet.Under certain conditions, such as when drilling through a formation with a yourself rapidly As the formation coefficient changes, however, it may be desirable to automatically adjust the number of effective pistons set while the feed device is at the bottom of the borehole.

Nachstehend sind zwei alternative Anordnungen beschrieben, die eine derartige Regelung bzw. Steuerung ermöglichen.Two alternative arrangements that provide such control are described below enable.

Die erste Anordnung umfaßt ein System von unter Federvorspannung stehenden Ventilen, die innerhalb der Kolben 6 der Stößeleinrichtung so angeordnet sind, daß sie die Zahl der in Betrieb befindlichen Kolben 6 vergrößern, wenn sich der auf die Kolben 6 aufgebrachte Differentialdruck steigert. Bei der zweiten Anordnung werden die Kolben 6 durch unter Federvorspannung stehende Ventile in Tätigkeit gesetzt, die durch Änderungen der Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms betätigt werden.The first arrangement includes a system of spring-loaded valves that are within the piston 6 of the plunger device are arranged so that they the number of pistons in operation 6 increase as the differential pressure applied to pistons 6 increases. The second Arrangement, the pistons 6 are set in action by spring-loaded valves, the be actuated by changes in the circulation rate of the drilling fluid.

Die erste der genannten Anordnungen ist in Fig. 17 dargestellt; im vorliegenden Fall ist nur ein Kolben 6 von den mehreren Kolben der Vorschubeinrichtung dargestellt, und dieser Kolben ist an dem inneren ausschiebbaren Bauteil 4 vorgesehen und kann gleitende Bewegungen zwischen den Widerlagern 8 an dem äußeren Bauteil 3 ausführen; die Widerlager 8 begrenzen den zylindrischen Raum 7, der durch den Kolben 6 in einen unteren zylindrischen Raum, der mit dem Bohrloch, d. h. mit der Außenseite des Bauteils 3, in Verbindung steht, sowie in einen oberen zylindrischen Raum unterteilt, der entweder mit dem Inneren des Bauteils 4 oder mit dem unteren zylindrischen Raum in Verbindung steht, was sich jeweils danach richtet, ob der Kolben 6 in Tätigkeit ist oder nicht.The first of these arrangements is shown in Fig. 17; in the present case there is only one piston 6 represented by the several pistons of the feed device, and this piston is extendable on the inner one Component 4 is provided and can slide movements between the abutments 8 on the run outer component 3; the abutments 8 delimit the cylindrical space 7 which is formed by the piston 6 into a lower cylindrical space connected to the borehole, d. H. with the outside of the component 3, in Connection stands, as well as divided into an upper cylindrical space, which either with the interior of the Component 4 or is connected to the lower cylindrical space, whichever depends on it, whether the piston 6 is in operation or not.

In dem Kolben 6 ist ein auf Druckänderungen ansprechendes Ventil 36 vorgesehen, das in Fig. 18 inIn the piston 6 there is provided a valve 36 which is responsive to pressure changes and is shown in FIG. 18 in

ί 0Ί84 2Ϊ6 ί 0Ί84 2Ϊ6

größerem Maßstabe wiedergegeben ist. Dieses Ventil bestellt aus einem zylindrischen Ventilteil 37, das in einem Zylinder 38 gleitet. An dem Ventilteil 37 greifen zwei Kräfte an, und zwar die durch eine unter Druckis reproduced on a larger scale. This valve ordered from a cylindrical valve part 37, which in a cylinder 38 slides. Two forces act on the valve part 37, namely the one under pressure

sich die Drehzahl von N3 auf ΝΛ steigert, wobei diese Drehzahlsteigerung einer Steigerung des Bohrergewichts von W3 auf Wt (Fig. 20) entspricht. An dem Punkt 4 wird ein Druckunterschied AP'4 erreicht, derthe speed increases from N 3 to Ν Λ , this increase in speed corresponding to an increase in the weight of the drill from W 3 to W t (FIG. 20). At the point 4, a pressure difference AP ' 4 is reached, the

stehende Feder 39 ausgeübte Kraft und diejenige '5 größer ist als der Druckunterschied AP2, und der nochstanding spring 39 exerted force and that '5 is greater than the pressure difference AP 2 , and still

Kraft, die sich aus einem Unterschied zwischen dem Druck des durch das innere ausschiebbare Bauteil 4 strömenden Spülschlamms und dem in dem Bohrloch herrschenden Strömungsmitteldruck ergibt. Wenn dieser Druckunterschied zunimmt, wird das Ventilteil 37 nach unten gedrückt, und der zylindrische Raum 7 oberhalb des Kolbens 6 wird durch die Kanäle 40, 41 und 42 mit dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 verbunden. Gleichzeitig wirdForce resulting from a difference between the pressure of the component 4 that can be pushed out through the inner part flowing drilling fluid and the fluid pressure prevailing in the borehole. if this pressure difference increases, the valve part 37 is pressed down, and the cylindrical Space 7 above the piston 6 is extended through the channels 40, 41 and 42 with the interior of the interior Component 4 connected. At the same time will

verbleibende Kolben wird in Betrieb gesetzt. Infolgedessen fällt die Drehzahl gemäß Fig. 21 auf N5 ab, das Bohrergewicht steigert sich auf W5, und es folgt ein letzter Abschnitt der Bohrerarbeiten längs der Kurve Q3 (Fig. 20) zwischen den Punkten 5 und 6; hierbei ändert sich der Härtekoeffizient der Formation vonremaining piston is put into operation. As a result, the speed according to FIG. 21 drops to N 5 , the drill weight increases to W 5 , and there follows a final section of the drilling work along curve Q 3 (FIG. 20) between points 5 and 6; this changes the hardness coefficient of the formation from

, während sich die Turbinendrehzahl vonwhile the turbine speed is from

ändert.
Die plötzliche Zunahme des Bohrergewichts bei der
changes.
The sudden increase in the weight of the drill in the

K5 auf K1 N5 auf iVß K 5 to K 1 N 5 to iV ß

die Verbindung zwischen den zylindrischen Räumen 7 15 Inbetriebsetzung eines Kolbens verursacht einen Drehoberhalb und unterhalb des Kolbens 6, die sich durch zahlabfall der Turbine, wodurch der Druck erneut ge-the connection between the cylindrical spaces 7 15 activation of a piston causes a rotation above and below the piston 6, which is due to the decrease in the number of the turbine, whereby the pressure is increased again

die Kanäle 40, 43 und 44 erstreckt, durch das Ventilteil 37 unterbrochen, d. h., der Kolben 6 wird durch eine Vergrößerung des Druckunterschiedes in Betrieb gesetzt.the channels 40, 43 and 44 extends through the valve member 37 interrupted, d. that is, the piston 6 is operated by an increase in the pressure difference set.

Wenn man die Ventile der verschiedenen Kolben 6 so einstellt, daß sie bei verschiedenen Druckunterschieden, in Tätigkeit treten, kann man die in Fig. 20, 21 und 22 durch die Kurven angedeuteten Betriebsbedingungen herstellen.If you adjust the valves of the different pistons 6 so that they are at different pressure differences, go into action, one can see the operating conditions indicated in FIGS. 20, 21 and 22 by the curves produce.

Wenn das Bohrwerkzeug eine weiche Formation passiert, die allmählich härter wird, geht der Formationskoeffizient K (Fig. 21) von K1 auf KG zurück. Die Zirkulationsgeschwindigkeit wird konstant gehal-When the drilling tool passes a soft formation which gradually becomes harder, the formation coefficient K (FIG. 21) goes back from K 1 to K G. The circulation speed is kept constant.

senkt wird, so daß das betreffende Ventil 36 das Bestreben zeigt, in seine Ausgangsstellung zurückzukehren und den Kolben erneut in Betrieb zu setzen; dies bedeutet, daß die Steuerung des Systems pendelt. Eine Möglichkeit, um dies zu verhindern, besteht darin, daß man gemäß Fig. 18 und 19 a bzw. 19 b eine Sperroder Auslöseeinrichtung 45 vorsieht, die nach dem Herunterdrücken des Ventilteils 37 in die untere Stellung dieses Ventilteil in der unteren Stellung festhällt, bis der Druckunterschied auf einen vorbestimmten Wert absinkt, der unter demjenigen liegt, bei welchem das Ventil 36 betätigt wird.is lowered so that the valve 36 in question shows the tendency to return to its original position and restart the piston; this means that the control of the system oscillates. One Possibility to prevent this is that one according to Fig. 18 and 19 a or 19 b a locking or Triggering device 45 provides, after the valve part 37 has been pressed down into the lower position this valve part holds in the lower position until the pressure difference to a predetermined The value falls below that at which the valve 36 is actuated.

Weitere Anordnungen, durch welche KolbenventileFurther arrangements through which piston valves

Die Ventile 36, von .denen in Fig. 17 nur eines dargestellt ist, werden jetzt an der Erdoberfläche so.eingestellt, daß sie bei denjenigen Druckunterschieden inThe valves 36, only one of which is shown in FIG are now set on the surface of the earth in such a way that they are at those pressure differences in

ten, d. h. Q3 = Q3 = Q3". Die Kurve Q3 stellt die 30 betätigt werden, wenn sich die Vorschubeinrichtung Beziehung zwischen K und N für den Fall dar, daß innerhalb des Bohrlochs befindet, sind in Fig. 23 und sämtliche Kolben in Betrieb sind (vgl. Q3 in Fig. 6), 24 dargestellt, und Fig. 25 und 26 geben die Kurven währen die Kurve Q3 für den Fall gilt, daß ein KoI- für den Betrieb von Systemen wieder, bei denen diese ben außer Betrieb ist, und während die Kurve Q3" Anordnungen vorgesehen sind. Hierbei werden die dann gilt, wenn zwei Kolben außer Betrieb gesetzt 35 Kolbenventile durch Änderungen der Zirkulationsgeworden sind. schwindigkeit derart gesteuert, daß das Kolbenventil,ten, that is, Q 3 = Q 3 = Q 3 ". The curve Q 3 represents the 30 actuated when the feeder represents the relationship between K and N for the case that is within the borehole, are in FIG. 23 and all Pistons are in operation (see. Q 3 in Fig. 6), 24 shown, and Figs. 25 and 26 show the curves, while curve Q 3 applies to the case that a KoI- for the operation of systems in which this ben is out of order, and while the curve Q 3 " arrangements are provided. This applies when two pistons are put out of operation 35 piston valves have become due to changes in the circulation. speed controlled in such a way that the piston valve,

das auf einen vorbestimmten Wert der Zirkulationsgeschwindigkeit eingestellt ist, dann, wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit unter diesen vorbestimmtenwhich is set to a predetermined value of the circulation speed when the circulation speed under these predetermined

Tätigkeit treten, die sich bei der erwarteten Strö- 40 Wert absinkt, in Tätigkeit tritt, um den ihm zugeordmungsgeschwindigkeit Q3 ergeben. Es sei angenom- neten Kolben in Betrieb zu setzen,
men, daß die Bohrarbeiten unter Bedingungen auf- Bei der Anordnung nach Fig. 23 erzeugt ein Ven-
Activity, which decreases at the expected flow value, takes place in order to result in the speed Q 3 assigned to it. Let the assumed piston be put into operation,
that the drilling work can be carried out under conditions. In the arrangement according to FIG.

genommen werden, die dem Punkt 1 auf der Kurve turikanal 46 zwischen zwei Kanälen 47 und 48, die mit Q3" in Fig. 21 entsprechen, und zwar bei einer For- _ der Unterseite bzw. Oberseite eines Ventilteils 49 in mation mit dem Härtekoeffizienten K1. Die Forma- 45 Verbindung stehen, einen Druckunterschied. Das tion wird allmählich härter, und zwischen den Punk- Ventilteil 49 ist in derjenigen Stellung gezeichnet, bei ten 1 und 2 auf der Kurve Q3" (zwei Kolben außer der es den Kolben 6 außer Betrieb setzen würde, wenn Betrieb) steigert sich die Turbinendrehzahl allmählich nämlich infolge der durch die Kanäle 50, 51 und 52 von N1 auf N2. Aus Fig. 20 ist ersichtlich, daß sich hergestellten Verbindung der auf die Oberseite des das Bohrergewicht bei der Zirkulationsgeschwindig- 50 Kolbens 6 wirkende Druck der gleiche ist wie der auf keit Q3" über den Drehzahlbereich N1 bis N2 von W1 die Unterseite wirkende Druck. Wenn die Zirkulaauf W2 steigert und daß sich gleichzeitig der Druck- tionsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, vermindert abfall AP längs der Turbine und der Spülschlamm- sich der Druckunterschied zwischen den Kanälen 47 Austrittsöffnungen von ,4P1 auf AP2 erhöht (s. Fig. 22 und 48, und das Ventilteil 49 steigt nach oben, um die und vgl. dieses Diagramm mit dem Diagramm in 55 Verbindung zwischen dem Kanal 42 und dem Kanal Fig. 3). Bei dem Druck AP2 wird das Ventil 36 eines 50 zu unterbrechen und den Kanal 52 über einen weider beiden nicht in Betrieb befindlichen Kolben 6 be- teren Kanal 53 mit der Oberseite des Ventilteils 49 tätigt, so daß der diesem Vorteil zugeordnete Kolben 6 zu verbinden, wodurch eine Verbindung zwischen der in Tätigkeit gesetzt wird. Dieses eine Ventil 36 ist so Oberseite des Stößelkolbens 6 und dem Inneren des eingestellt, daß es bei einem Druckunterschied AP2 in 60 inneren ausschiebbaren Bauteils 4 hergestellt wird.
Tätigkeit tritt. Aus Fig 21 erkennt man, daß die Fig. 24 zeigt eine ähnliche Anordnung mit einem
which correspond to point 1 on the curve turikanal 46 between two channels 47 and 48, which correspond to Q 3 in FIG K 1. The forma- 45 connection is a pressure difference. The tion is gradually harder, and between the point valve part 49 is drawn in that position at th 1 and 2 on the curve Q 3 " (two pistons apart from the Piston 6 would be put out of operation if operation) the turbine speed increases gradually namely as a result of the channels 50, 51 and 52 from N 1 to N 2 . From Fig. 20 it can be seen that the connection produced on the top of the drill weight at the circulation speed 50 piston 6 acting is the same as the speed Q 3 " over the speed range N 1 to N 2 of W 1 on the underside If the circulation increases to W 2 and the pressure speed is reduced at the same time, the drop AP along the turbine and the drilling fluid decreases, the pressure difference between the channels 47 outlet openings increases from 4P 1 to AP 2 (see Fig 22 and 48, and the valve part 49 rises to the and cf. this diagram with the diagram in 55 connection between the channel 42 and the channel Fig. 3. At the pressure AP 2 , the valve 36 of a 50 is closed interrupt and actuates the channel 52 via a further two pistons 6 not in operation, upper channel 53 with the upper side of the valve part 49, so that the piston 6 assigned to this advantage can be connected, whereby a Connection between which is put into action. This one valve 36 is set at the top of the tappet piston 6 and the interior of the valve in such a way that it is produced in 60 inner, extendable component 4 when there is a pressure difference AP 2.
Activity occurs. From FIG. 21 it can be seen that FIG. 24 shows a similar arrangement with a

Bohrarbeiten dann längs der Kurve Q3 fortgesetzt verbesserten Mechanismus zum Betätigen der die Kolwerden, welche die Beziehung zwischen K und N für ben 6 steuernden Ventile. Das Hauptventil 54 wird die gleiche Zirkulationsgeschwindigkeit darstellt, wo- durch ein Hilfsventil 55 gesteuert, das seinerseits bei jedoch nur ein Kolben außer Betrieb ist. Am An- 65 durch das auf eine biegsame Membran 56 aufgebrachte fangspunkt 3 dieser Kurve läuft die Turbine mit einer Druckdifferential betätigt wird. Dieses Druckdifferen-Drehzahl N3, die erheblich niedriger ist als die Dreh- tial ist eine Funktion der Geschwindigkeit der zahl N2. Zwischen den Punkten 3 und 4 auf der Kurve Schlammzirkulation durch das innere ausschiebbare Q3 wird die Formation immer noch härter, wobei der Bauteil 4. Fig. 24 zeigt diese Anordnung in einem Härtekoeffizient von K3 auf Ki zurückgeht, während 70 Zustand, bei welchem das Ventil 54 eine Stellung ein-Drilling work then continued along curve Q 3 , improved mechanism for actuating the valves which control the relationship between K and N for ben 6. The main valve 54 represents the same circulation speed, whereby an auxiliary valve 55 is controlled, which in turn is out of operation with only one piston. At the start 65 through the starting point 3 of this curve applied to a flexible membrane 56, the turbine runs with a pressure differential. This pressure differential speed N 3 , which is considerably lower than the rotational speed, is a function of the speed of the number N 2 . Between points 3 and 4 on the mud circulation curve through the inner extensible Q 3 , the formation becomes even harder, with component 4. FIG. 24 shows this arrangement with a hardness coefficient from K 3 to K i during 70 state at to which the valve 54 is in a position

t8t8

nimmt, bei welcher der Kolben 6 in Tätigkeit ist. Wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt, nimmt das Druckdifferential zu, und das Hilfsventil 55 bewegt sich nach unten, wobei der Kanal 57 über den Kanal 59 mit der Oberseite des Ventils 54 verbunden wird. Das Ventil 54 bewegt sich dann nach unten und verbindet den Raum 7 an der Oberseite des Kolbens 6 mit dem Raum 7 an der Unterseite des Kolbens 6 über die Kanäle 58 und 60. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 und dem Raum 7 an der Oberseite des Kolbens 6, die durch die Kanäle 57 und 58 hergestellt wurde, unterbrochen, und der Kolben wird somit außer Betrieb gesetzt. Durch das Ventil 54 erstreckt sich ein Übertrittskanal 61 von kleinem Durchmesser, um die Aufwärtsbewegung des Ventils zu erleichtern.takes in which the piston 6 is in action. When the circulation speed exceeds a predetermined Value increases, the pressure differential increases and the auxiliary valve 55 moves downwards, the channel 57 being connected to the top of the valve 54 via the channel 59. That Valve 54 then moves down and connects the space 7 at the top of the piston 6 with the Space 7 at the bottom of the piston 6 via the channels 58 and 60. At the same time, the connection between the interior of the inner extendable component 4 and the space 7 at the top of the piston 6 established by channels 57 and 58, and the piston thus becomes put out of service. A transfer channel 61 of small diameter extends through the valve 54, to facilitate upward movement of the valve.

Die in Fig. 25 und 26 wiedergegebenen Bohrergewicht-Drehzahl- bzw. QV/N) -Kurven und Formationskoeffizient-Drehzahl- bzw. (K/N) -Kurven zeigen die zeitliche Abfolge der Arbeitsgänge beim Beginn der Bohrarbeiten in einer harten Formation mit dem Formationskoeffizienten K1 und den weiteren Verlauf beim Durchbohren einer Formation, die allmählich weicher wird, bis der Formationskoeffizient K6 erreicht ist. In Fig. 26 ist der Verlauf von drei Gruppen von Zirkulationskurven dargestellt. The drill weight / speed or QV / N) curves and formation coefficient / speed or (K / N) curves shown in FIGS. 25 and 26 show the chronological sequence of the operations at the beginning of the drilling work in a hard formation with the Formation coefficient K 1 and the further course when drilling through a formation which gradually becomes softer until the formation coefficient K 6 is reached. In Fig. 26 the course of three groups of circulation curves is shown.

In Fig. 26 stellt die von den Kurven Q3 und Q6 begrenzte Gruppe, bei der Q3 kleiner ist als Q6, die Beziehung zwischen K und N für die verschiedenen Werte der Zirkulationsgeschwindigkeit dar, die zwischen Q3 und Q6 liegen, wenn sämtliche Kolben in Betrieb sind (vgl. Fig. 6). Die von den Kurven Q6' und Qa begrenzte Gruppe, bei der Q6' gleich Q6, jedoch kleiner als Qa ist, gibt die Beziehung zwischen K und N für die verschiedenen Werte der Zirkulationsgeschwindigkeit wieder, die zwischen Q6' und Q0' liegen, wenn ein Kolben der Vorschubeinrichtung außer Betrieb ist. Schließlich stellt die Gruppe, welche von den Kurven Qa" und Q1" begrenzt wird, wobei Q0" gleich Q/, jedoch kleiner als Q1" ist, begrenzt wird, die Beziehung zwischen K und N für die verschiedenen Werte der Zirkulationsgeschwindigkeit dar, die zwischen Qa" und Q1' liegen, wenn zwei Kolben außer Betrieb sind.In Fig. 26, the group delimited by curves Q 3 and Q 6 , in which Q 3 is less than Q 6 , represents the relationship between K and N for the various values of the circulation velocity which lie between Q 3 and Q 6, when all pistons are in operation (see. Fig. 6). The group delimited by the curves Q 6 'and Qa , in which Q 6 ' is equal to Q 6 but smaller than Qa , shows the relationship between K and N for the various values of the circulation speed that between Q 6 'and Q 0 'lie when a piston of the feed device is out of order. Finally, the group delimited by curves Q a " and Q 1 ", where Q 0 "is equal to Q / but less than Q 1 ", represents the relationship between K and N for the various values of the circulation speed which lie between Q a " and Q 1 'when two pistons are out of service.

Beginnt man bei den Bedingungen, die durch den Punkt 1 wiedergegeben sind, bei einer Formation mit der Härte K1, so muß der Bohrmeister die Zirkulationsgeschwindigkeit von Q3 nach Q6 entsprechend dem Bohrergewicht W derart regeln, daß die Bohrarbeiten gemäß Fig. 25 längs der die Punkte 1 und 2 verbindenden Kurve durchgeführt werden, während der Formationskoeffizient allmählich von K1 auf K2 zunimmt. Wenn die Zirkulationsgeschwindigkeit auf den Wert Q6 gestiegen ist, wird das Ventil, das so eingestellt ist, daß es bei diesem Wert anspricht, betätigt, und der diesem Ventil zugeordnete Kolben wird außer Betrieb gesetzt. Aus Fig. 26 ersieht man, daß die Drehzahl der Turbine, die von 2V1 auf Ar 2 herabgesetzt worden war, jetzt auf /V3 ansteigt. In dem zwischen K3 und K1 liegenden Bereich der Härte der Formation folgt der Bohrmeister der die Punkte 3 und 4 in Fig. 25 verbindenden Kurve, indem er die Zirkulationsgeschwindigkeit entsprechend einstellt. An dem Punkt 4 ist die Zirkulationsgeschwindigkeit auf Q0' angestiegen, mit dem Ergebnis, daß ein weiteres Ventil in Tätigkeit tritt und einen weiteren Kolben 6 der Stößeleinrichtung außer Betrieb setzt. Infolgedessen steigert sich die Turbinendrehzahl N1 auf TV5 (Fig. 26), und das Bohrergewicht wird von W^ auf W5 herabgesetzt. Hierauf geht man in der gleichen Weise längs der Kurve vor, welche die Punkte 5 und 6 verbindet. Im Gegensatz zu der an Hand von Fig. 17 bis 22 beschriebenen ersten Anordnung, bei welcher die KoI-ben 6 durch auf Druckänderungen ansprechende Ventile gesteuert werden und bei der die Zirkulationsgeschwindigkeit über den ganzen Bereich der Formationskoeffizienten konstant gehalten wird (Fig. 20, 21 und 22), erfordert die zuletzt beschriebene Anordnung ein kontinuierliches Nachregeln der Zirkulationsgeschwindigkeit entsprechend dem gemessenen Bohrergewicht. Diese Einstellung kann entweder von Hand oder aber automatisch vorgenommen werden. Weitere Anordnungen zum Außerbetriebsetzen der Kolben 6 sind in Fig. 27, 28 und 29 veranschaulicht. Bei diesen Anordnungen wird ein Kolben 6 dadurch außer Betrieb gesetzt, daß zwei benachbarte zylindrische Räume 7, von denen einer unterhalb und der andere oberhalb des die beiden benachbarten Zylinder trennenden Widerlagers liegt, miteinander verbunden werden.If one begins with the conditions given by point 1, with a formation with hardness K 1 , the drill master must regulate the circulation speed from Q 3 to Q 6 according to the drill weight W in such a way that the drilling work according to FIG of the curve connecting points 1 and 2, while the formation coefficient gradually increases from K 1 to K 2 . When the circulation rate has risen to the value Q 6 , the valve, which is set so that it responds at this value, is actuated, and the piston associated with this valve is put out of operation. From Fig. 26 it can be seen that the speed of the turbine, which had been reduced from 2V 1 to A r 2 , now increases to / V 3 . In the hardness range of the formation lying between K 3 and K 1 , the drill foreman follows the curve connecting points 3 and 4 in FIG. 25 by adjusting the circulation speed accordingly. At point 4, the circulation speed has risen to Q 0 ', with the result that a further valve comes into operation and puts a further piston 6 of the tappet device out of operation. As a result, the turbine speed N 1 increases to TV 5 (FIG. 26), and the drill weight is reduced from W 1 to W 5. Proceed in the same way along the curve connecting points 5 and 6. In contrast to the first arrangement described with reference to FIGS. 17 to 22, in which the pistons 6 are controlled by valves responding to changes in pressure and in which the circulation speed is kept constant over the entire range of the formation coefficients (FIGS. 20, 21 and 22), the arrangement described last requires a continuous readjustment of the circulation speed according to the measured drill weight. This setting can either be done manually or automatically. Further arrangements for putting the pistons 6 out of operation are illustrated in FIGS. 27, 28 and 29. In these arrangements, a piston 6 is put out of operation in that two adjacent cylindrical spaces 7, one of which is below and the other above the abutment separating the two adjacent cylinders, are connected to one another.

Als Beispiel zeigt Fig. 27 eine Anordnung, bei welcher diese Verbindung durch den Bohrmeister von Hand hergestellt wird, wenn die Stößeleinrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen ist. Zu diesem Zweck ist das Widerlager 8, das den Raum zwischen den Kolben 6 und 6' in einen oberen zylindrischen Raum 62 und einen unteren zylindrischen Raum 63 unterteilt, mit einer radialen Bohrung 64 versehen, in die über die ganze Länge der Bohrung Gewindegänge eingeschnitten sind. Die Bohrung 64 ist mit dem zylindrischen Raum 62 durch einen Kanal 65 und mit dem zylindrischen Raum 63 durch einen Kanal 66 verbunden. Das äußere Ende der Bohrung 64 mündet an der Außenseite des äußeren ausschiebbaren Bauteils 3, d. h. in dem Bohrloch. In das äußere Ende der Bohrung 64 ist ein Gewindestopfen 67 eingeschraubt, der eine Aussparung 68 besitzt, um das Einschrauben und Einstellen des Stopfens zu erleichtern. Wenn sich der Stopfen 67 in der in Fig. 27 dargestellten Lage befindet, sind die Räume 62 und 63 durch die Kanäle 65' und 66 sowie die Bohrung 64 miteinander verbunden. Da der Raum 63 hierbei unter dem gleichen Druck steht wie der Raum oberhalb des Kolbens 6, wird dieser Kolben durch diese Verbindung außer Betrieb gesetzt. Wenn man den Stopfen 67 weiter in die Bohrung 64 hineindreht, bis er die in Fig. 27 durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung bei 67' einimmt, wird die Verbindung zwischen den Räumen 62 und 63 unterbrochen, während gleichzeitig der Raum 62 mit dem Bohrloch verbunden wird, wodurch der Kolben 6 wieder in Betrieb gesetzt wird. Es ist ersichtlich, daß man diese Vorgänge auch mit Hilfe eines Dreiwegehahns bewirken könnte, der in das Widerlager 8 eingesetzt ist.As an example, Fig. 27 shows an arrangement in which this connection is made by hand by the drill master when the ram device is withdrawn from the borehole. For this purpose, the abutment 8, which divides the space between the pistons 6 and 6 'into an upper cylindrical space 62 and a lower cylindrical space 63, is provided with a radial bore 64 into which threads are cut over the entire length of the bore . The bore 64 is connected to the cylindrical space 62 by a channel 65 and to the cylindrical space 63 by a channel 66. The outer end of the bore 64 opens on the outside of the outer extendable component 3, ie in the borehole. A threaded plug 67 is screwed into the outer end of the bore 64 and has a recess 68 to facilitate the screwing in and adjustment of the plug. When the plug 67 is in the position shown in FIG. 27, the spaces 62 and 63 are connected to one another by the channels 65 'and 66 and the bore 64. Since the space 63 is under the same pressure as the space above the piston 6, this piston is put out of operation by this connection. If the plug 67 is screwed further into the bore 64 until it assumes the position at 67 'indicated by dashed lines in FIG. 27, the connection between the spaces 62 and 63 is interrupted, while the space 62 is connected to the borehole at the same time , whereby the piston 6 is put into operation again. It can be seen that these processes could also be brought about with the aid of a three-way valve which is inserted into the abutment 8.

Fig. 28 zeigt eine Anordnung, die dem an Hand von Fig. 17 bis 22 beschriebenen, auf Druckunterschiede ansprechenden Steuersystem ähnelt.FIG. 28 shows an arrangement similar to that described with reference to FIGS. 17 to 22, for pressure differences responsive tax system.

Das zwischen den zylindrischen Räumen 62 und 63 liegende Widerlager 8 besitzt eine zylindrische Bohrung 69, in der ein zylindrischer Ventilkolben 70 gleitend beweglich ist. Der Raum 63 ist mit der Bohrung 69 durch die Kanäle 71 und 72 verbunden, während der Raum 62 über die Kanäle 73 und 74 mit der Bohrung 69 in Verbindung steht. Das Ventilteil 70 weist einen radialen Kanal 75 auf, der dann, wenn das Ventilteil 70 eine seiner Endlagen einnimmt, die Kanäle 73 und 72 miteinander verbindet, wie es in Fig. 28 dargestellt ist. Wenn das Ventilteil 70 die entgegengesetzte Endlage einnimmt, ist der Kanal 74 durchThe abutment 8 lying between the cylindrical spaces 62 and 63 has a cylindrical bore 69 in which a cylindrical valve piston 70 is slidably movable. The space 63 is with the bore 69 connected by the channels 71 and 72, while the space 62 via the channels 73 and 74 with the bore 69 is in communication. The valve part 70 has a radial channel 75, which when the valve part 70 assumes one of its end positions, which connects channels 73 and 72 to one another, as shown in FIG. 28 is shown. When the valve part 70 assumes the opposite end position, the channel 74 is through

009 548/76009 548/76

eine weitere Bohrung 76 des Ventilteils 70 mit der Bohrung 69 und damit auch über die Öffnung 77 in dem Stopfen 78 mit der Außenseite des äußeren ausschiebbaren Bauteils 3, d. h. mit dem Bohrloch verbunden. a further bore 76 of the valve part 70 with the bore 69 and thus also via the opening 77 in FIG the plug 78 with the outside of the outer extendable Component 3, d. H. connected to the borehole.

Bei der in Fig. 28 gezeigten Stellung des Ventilteils 70 sind die Räume 62 und 63 miteinander verbunden, so daß der Kolben 6 außer Betrieb ist, wobei der Druckunterschied zwischen dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 und dem Äußeren des äußeren ausschiebbaren Bauteils 3, d. h. der auf die Kolben 6 und 6' wirkende Druckunterschied unterhalb desjenigen Wertes liegt, bei dem das Ventil 70 in Tätigkeit tritt, d.h. unterhalb desjenigen Wertes, bei dem das Ventilteil 70 entgegen der Kraft der Ventilfeder nach rechts gedrückt wird.In the position of the valve part 70 shown in FIG. 28, the spaces 62 and 63 are connected to one another, so that the piston 6 is inoperative, the pressure difference between the interior of the inner slide-out component 4 and the exterior of the outer slide-out component 3, d. H. the one on the piston 6 and 6 'acting pressure difference is below the value at which the valve 70 in Activity occurs, i.e. below the value at which the valve part 70 counteracts the force of the valve spring is pressed to the right.

Wenn sich der Druckunterschied vergrößert, wie es bei unterschiedlichem Fortgang der Bohrarbeiten der Fall sein kann, bewegt sich das Ventilteil 70 nach rechts, so daß die Verbindung zwischen den Räumen 62 und 63 unterbrochen wird, und der Raum 62 wird durch den Kanal 74, den Kanal 76, die Bohrung 69 und die Öffnung 77 in dem Stopfen 78 mit dem Bohrloch verbunden. Auf diese Weise wird der Kolben 6 erneut in Betrieb gesetzt.When the pressure difference increases, as occurs with different progress of the drilling work may be the case, the valve member 70 moves to the right, so that the connection between the rooms 62 and 63 is interrupted, and the space 62 is through the channel 74, the channel 76, the bore 69 and opening 77 in plug 78 communicates with the wellbore. In this way, the piston 6 put into operation again.

Fig. 29 zeigt eine Anordnung, die der an Hand von Fig. 23 bis 26 beschriebenen, auf Änderungen der Zirkulation ansprechenden Steuereinrichtung ähnelt.Fig. 29 shows an arrangement similar to that described with reference to Figs. 23 to 26, upon changes in the Circulation responsive control device resembles.

Das Widerlager 8, das die beiden zylindrischen Räume 62 und 63 voneinander trennt, ist mit einem Zylinder 82 ausgerüstet, in dem das Ventilteil 79 eines auf Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeit ansprechenden Ventils gleitend beweglich ist; dieses Ventil wird durch den Druckunterschied betätigt, der zwischen den Öffnungen 11 und 80 durch die ein Venturiteil 81 passierenden Strömung erzeugt wird. Der Raum 62 ist mit dem Zylinder 82 durch den Kanal 83 verbunden, während der Raum 63 mit dem Zylinder 82 durch die Kanäle 84 und 85 verbunden ist. Ferner ist der Zylinder 82 mit dem oberen Ende des zylindrischen Raums 63' durch den Kanal 86 und mit der Außenseite des ausschiebbaren Bauteils 3 durch den Kanal 87 verbunden. Das Ventilteil 79 hat einen radialen Kanal 88, der dann, wenn das Ventilteil 79 eine seiner Endlagen einnimmt, die Kanäle 83 und 84 miteinander verbindet, und ferner ist an der Außenseite des Ventilteils eine Aussparung 89 vorgesehen, die die Kanäle 83 und 87 miteinander verbindet, wenn das Ventilteil 79 die entgegengesetzte Endlage einnimmt.The abutment 8, which separates the two cylindrical spaces 62 and 63 from each other, is with a Equipped cylinder 82, in which the valve part 79 is responsive to differences in the flow rate Valve is slidable; this valve is operated by the pressure difference which between the openings 11 and 80 is generated by the flow passing through a venturi part 81. Of the Space 62 is connected to cylinder 82 through channel 83, while space 63 is connected to the cylinder 82 is connected by channels 84 and 85. Furthermore, the cylinder 82 is with the upper end of the cylindrical Space 63 'through the channel 86 and with the outside of the extendable component 3 through the Channel 87 connected. The valve part 79 has a radial channel 88 which, when the valve part 79 is a occupies its end positions, the channels 83 and 84 connects with each other, and further is on the outside of the valve part a recess 89 is provided which connects the channels 83 and 87 to one another when the Valve part 79 assumes the opposite end position.

Bei der in Fig. 29 wiedergegebenen Stellung hat die Strömung in Richtung des Pfeils 9 durch das Innere des inneren ausschiebbaren Bauteils 4 einen solchen Wert erreicht, daß der zwischen den öffnungen 11 und 80 herrschende Druckunterschied, der auch auf die Enden des Ventilteils 79 wirkt, das Ventilteil entgegen der Kraft der Ventilfeder 90 in die rechte Endlage bewegt hat; die Ventilfeder 90 liegt zwischen dem Ventilteil 79 und dem den Zylinder 82 verschließenden Stopfen 91. Die Räume 62 und 63 sind jetzt durch die Kanäle 83 und 84 sowie den Kanal 88 miteinander verbunden, so daß der Kolben 6 außer Betrieb ist. Wenn sich die Strömung vermindert, geht der Druckunterschied zurück, und das Ventilteil 79 wird durch die Feder 90 nach links bewegt. Nunmehr ist die Verbindung zwischen den Räumen 62 und 63 unterbrochen, und gleichzeitig ist der Raum 62 durch den Kanal 83, die Aussparung 89 und den Kanal 87 mit dem Bohrloch verbunden.In the position shown in FIG. 29, the flow in the direction of arrow 9 through the interior of the inner retractable component 4 reaches such a value that the between the openings 11 and 80 prevailing pressure difference, which also acts on the ends of the valve part 79, the valve part counteracts the force of the valve spring 90 has moved into the right end position; the valve spring 90 lies between the Valve part 79 and the plug 91 closing the cylinder 82. The spaces 62 and 63 are now through Channels 83 and 84 and channel 88 connected to one another, so that the piston 6 is out of operation. When the flow decreases, the pressure differential decreases and the valve member 79 becomes through the spring 90 moves to the left. The connection between rooms 62 and 63 is now interrupted, and at the same time the space 62 is through the channel 83, the recess 89 and the channel 87 with connected to the borehole.

Von dem Kanal 86 kann ein Kanal 86' abzweigen, der mit dem Zylinder eines Steuersystems verbunden ist,- das in einem Widerlager 8 vorgesehen ist, an dessen oberes Ende der Raum 62' angrenzt.From the channel 86 a channel 86 'can branch off, which is connected to the cylinder of a control system - which is provided in an abutment 8, at the upper end of which the space 62 'adjoins.

Die in Fig. 28 und 29 veranschaulichten Anordnungen bieten gegenüber den Anordnungen nach Fig. 17, 23 und 24 den Vorteil, daß man die Einstellung der Steuerventile, die vorgenommen werden muß, wenn die Stößeleinrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen ist, durchführen kann, ohne die ausschiebbaren Bauteile 3 und 4 zu zerlegen, denn bei den AnordnungenThe arrangements illustrated in FIGS. 28 and 29 offer compared to the arrangements according to FIG. 23 and 24 have the advantage that you can adjust the control valves that must be made when the ram device is pulled out of the borehole, can perform without the extendable components 3 and 4 to dismantle, because with the arrangements

ίο nach Fig. 28 und 29 sind die Ventile von der Außenseite des äußeren Bauteils 3 aus zugänglich.ίο according to Fig. 28 and 29 are the valves from the outside of the outer component 3 accessible from.

Entsprechend läßt sich bei der Anordnung nach Fig. 27 die Zahl der in Betrieb befindlichen Kolben leichter mit der Hand regeln, als es bei der Verwendung der Konstruktion nach Fig. 16 der Fall ist.Correspondingly, in the arrangement according to FIG. 27, the number of pistons in operation can be determined It is easier to regulate by hand than is the case when using the construction according to FIG. 16.

Normalerweise wird es bei den Vorschubeinrichtungen gemäß Fig. 16, 17, 23, 24, 27, 28 und 29 möglich sein, sämtliche Kolben bis auf einen außer Betrieb zu setzen. Beim Durchbohren einer weichen Formation erhält man in diesem Falle das kleinstmögliche Bohrergewicht. Normally this is possible with the feed devices according to FIGS. 16, 17, 23, 24, 27, 28 and 29 be to put all but one pistons out of service. When piercing a soft formation in this case the smallest possible drill weight is obtained.

Beim Durchbohren einer sehr weichen Formation wird das benötigte geringste Bohrergewicht sehr klein sein. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, könnte man eine größere Zahl von kleineren Kolben 6 vorsehen. Hierdurch wird jedoch die Länge der Vorschubeinrichtung unerwünscht groß.When drilling through a very soft formation, the minimum bit weight required becomes very small be. In order to meet this requirement, a larger number of smaller pistons 6 could be used provide. However, this makes the length of the feed device undesirably large.

Es hat sich gezeigt, daß eine andere Möglichkeit zum Herabsetzen von Wmin ohne Änderung der Länge der Vorschubeinrichtung darin besteht, daß man die Zahl der Kolben nicht verändert, jedoch dafür sorgt, daß der eine Kolben 6, der nicht außer Betrieb gesetzt wird, eine sehr viel kleinere Fläche besitzt als die übrigen Kolben.It has been shown that another possibility for reducing of W m i n without changing the length of the feeding device is that it does not change the number of the pistons, however, ensures that the one piston 6 which is not taken out of operation , has a much smaller area than the other pistons.

Es sei bemerkt, daß sich mehrere der an Hand von Fig. 7, 8, 9A, 9B, 16, 17 bis 19, 23, 24, 27, 28 und 29 einzeln beschriebenen Merkmale in einem einzigen System kombinieren lassen.It should be noted that there are several of those shown in FIGS. 7, 8, 9A, 9B, 16, 17 to 19, 23, 24, 27, 28 and 29 Combine individually described features in a single system.

Claims (28)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Vorschub- und Bohrdruckregeleinrichtung für hydraulische Bohrmotoren, z. B. Bohrturbinen, die im Tiefbohrloch an dem zur Zuleitung des Spülschlammes dienenden Bohrgestänge zum Antrieb eines Bohrwerkzeuges aufgehängt sind und wobei der hydraulische Motor und demzufolge das Bohrwerkzeug durch den Spülschlamm angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Bohrgestänge außer dem hydraulischen Motor (14) ein aus zwei hohlen, gegeneinander verschiebbaren, dabei drehfest geführten, als Stempel bzw. Zylinder ausgebildeten Teilen (3, 4) bestehender Gestängeabschnitt eingebaut ist, wobei der eine Teil mindestens einen Kolben (6) aufweist, der mit einem zwischen Widerlagern (8) an dem anderen Teil (3) ausgebildeten Zylinder (7) zusammenarbeitet und diesen in zwei Räume (7; 62, 63) unterteilt, von denen der eine mit einem unter hohem Druck stehenden Raum, der andere mit einem unter niedrigem Druck stehenden Raum verbunden ist.1. Feed and drilling pressure control device for hydraulic drilling motors, e.g. B. drilling turbines that in the deep borehole on the drill rod used to feed the drilling fluid to the drive a drilling tool are suspended and wherein the hydraulic motor and consequently the drilling tool are driven by the drilling fluid, characterized in that between the Drilling tool and the drill pipe except for the hydraulic motor (14) one of two hollow, against each other displaceable, thereby non-rotatably guided, formed as a stamp or cylinder parts (3, 4) existing linkage section is installed, one part of which has at least one piston (6) having, which is formed with a cylinder formed between abutments (8) on the other part (3) (7) cooperates and divides this into two rooms (7; 62, 63), one of which with a high pressure room, the other with a low pressure room connected is. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der oberen Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum mit der Einlaufseite der Turbine (14) durch öffnungen (11) in Verbindung steht (Fig. 2).2. Device according to claim 1, characterized in that the on the upper side of each Piston (6) cylinder space with the inlet side of the turbine (14) through openings (11) is in connection (Fig. 2). 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der oberen Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum mit dem Auslaß (24) einer Pumpe (22) in Verbindung steht,3. Device according to claim 1, characterized in that on the upper side of each Piston (6) lying cylinder space is connected to the outlet (24) of a pump (22), ί084216ί084216 deren Antrieb durch die Turbine (14) erfolgt (Fig. 9 A und 9B).which is driven by the turbine (14) (FIGS. 9 A and 9B). 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßende (23) der Pumpe (22) mit dem Einlaßende der Turbine (14) in Verbindung steht (Fig. 9A).4. Device according to claim 3, characterized in that the inlet end (23) of the pump (22) communicates with the inlet end of the turbine (14) (Fig. 9A). 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der unteren Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum mit dem Bohrloch durch öffnungen (12) in Verbindung steht (Fig. 2).5. Device according to claim 1 to 3, characterized in that on the lower side each piston (6) lying cylinder space with the borehole through openings (12) in connection stands (Fig. 2). 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der unteren Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum mit dem Auslaßende der Turbine in Verbindung steht (Fig. 7 und 8).6. Device according to claim 1 to 3, characterized in that on the lower side each piston (6) lying cylinder space is in communication with the outlet end of the turbine (Figures 7 and 8). 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der oberen Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum über Leitungen (24) mit dem Auslaßende einer Pumpe (22') in Verbindung steht, die von der Turbine (14) angetrieben wird, und daß der auf der unteren Seite jedes Kolbens (6) liegende Zylinderraum über andere Leitungen (24') mit dem Einlaßende der Pumpe (22') in Verbindung steht (Fig. 9B).7. Device according to claim 1, characterized in that the on the upper side of each Piston (6) lying cylinder space via lines (24) with the outlet end of a pump (22 ') in Connection is, which is driven by the turbine (14), and that on the lower side each piston (6) lying cylinder space via other lines (24 ') with the inlet end of the Pump (22 ') is in communication (Fig. 9B). 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das die zylindrischen Räume (7) und die Pumpe (22') erfüllende Medium von dem Spülschlamm unterscheidet.8. Device according to claim 7, characterized in that the cylindrical Spaces (7) and the pump (22 ') fulfilling medium differs from the drilling fluid. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (14) eine konstruktiv vorgesehene Drehzahl besitzt, die gleich der gewünschten minimalen Betriebsdrehzahl ist, und daß die Turbine derart ausgebildet ist, daß ein schnell zunehmender Druckabfall auftritt, wenn die Turbine mit die konstruktiv vorgesehene Drehzahl übersteigenden Drehzahlen betrieben wird.9. Device according to claim 1, characterized in that the turbine (14) has a constructive has intended speed which is equal to the desired minimum operating speed, and that the turbine is designed such that a rapidly increasing pressure drop occurs when the turbine is operated at speeds that exceed the design speed. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Turbineneinlaßleitung oder in dieTurbinenauslaßleitung ein auf Drehzahländerungen ansprechendes Drosselventil eingebaut ist.10. Device according to claim 1, 2, 5 or 6, characterized in that in the turbine inlet line or in the turbine outlet line a throttle valve responsive to changes in speed is built in. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 undo, dadurch gekennzeichnet, daß Regelveritile vorgesehen sind, um den Druckabfall an den Spülschlamm-Austrittsöffnungen des Bohrwerkzeugs bei verschiedenen Zirkulationsgeschwindigkeiten des Spülschlamms im wesentlichen konstant zu halten.11. Device according to claim 1, 2, 5 undo, characterized in that control valves are provided to control the pressure drop at the drilling fluid outlet openings of the drilling tool at different circulation speeds of the drilling fluid is essentially constant keep. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welchem die aus- und einschiebbaren Bauteile (3 und 4) eine Mehrzahl von aus Zylindern (7) und Kolben (6) gebildeten Aggregaten umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß Vorschubelemente vorgesehen sind, um einen oder mehrere der Kolben (6) außer Betrieb zu setzen (Fig. 16, 17, 23, 24, 27 bis 29).12. Device according to claim 1, in which the extendable and retractable components (3 and 4) comprise a plurality of assemblies formed from cylinders (7) and pistons (6), characterized in that that feed elements are provided to one or more of the pistons (6) except Operation (Fig. 16, 17, 23, 24, 27 to 29). 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (11) mit Stopfen (H') versehen sind und daß in der Wand des äußeren ausschiebbaren Bauteils (3) Öffnungen (34') vorgesehen sind, die mit dem unter niedrigem Druck stehenden Raum verbunden werden können und die Stopfen (34) aufnehmen können, wobei letztere Öffnungen (34') größer sind als die zuerst genannten Öffnungen (11) und wobei die öffnungen (34') gleichachsig mit den öffnungen (11) liegen, wenn die ausschiebbaren Bauteile (3 und 4) vollständig eingefahren sind (Fig. 16).13. Device according to claim 12, characterized in that that the openings (11) are provided with stoppers (H ') and that openings in the wall of the outer extendable component (3) (34 ') are provided which can be connected to the space under low pressure and accommodating the plugs (34), the latter openings (34 ') being larger than the first named openings (11) and wherein the openings (34 ') are coaxial with the openings (11) when the extendable components (3 and 4) are fully retracted (Fig. 16). 14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwei benachbarte Zylinder (7) voneinander trennenden Widerlager (8) eine im wesentlichen radiale Bohrung (64) vorgesehen ist, die mit dem oberen Zylinder, dem unteren Zylinder und der Außenseite des äußeren ausschiebbaren Bauteils (3) in Verbindung steht, wobei in dieser Bohrung (64) Stopfen (67) vorgesehen sind, die es in ihren verschiedenen Stellungen ermöglichen, entweder die Verbindung zwischen den beiden Zylindern. (7) (über 64, 65 und 66) zu schließen oder die Verbindung zwischen der Außenseite des äußeren ausschiebbaren Bauteils (3) und der Bohrung (64 in Fig. 27) zu schließen.14. Device according to claim 12, characterized in that in the two adjacent cylinders (7) separating abutment (8) a substantially radial bore (64) is provided is that with the upper cylinder, the lower cylinder and the outside of the outer Extendable component (3) is in connection, with a plug (67) provided in this bore (64) which, in their various positions, allow either the connection between the two cylinders. (7) (over 64, 65 and 66) to close or make the connection between the To close the outside of the outer extendable component (3) and the bore (64 in FIG. 27). 15. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms durch das Bohrgestänge hindurch entsprechend dem in der Nähe des Bohrwerkzeugs gemessenen Bohrergewicht variiert wird.15. The method for operating a deep drilling system according to claim 1 to 14, characterized in that that the rate of circulation of drilling fluid through the drill pipe is varied according to the drill weight measured in the vicinity of the drilling tool. 16. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms durch das Bohrgestänge hindurch entsprechend der Drehzahl des Bohrwerkzeugs variiert wird.16. The method for operating a deep drilling system according to claim 1 to 14, characterized in that that the rate of circulation of drilling fluid through the drill pipe is varied according to the speed of the drilling tool. 17. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms durch das Bohrgestänge hindurch entsprechend dem in der Nähe des Bohrwerkzeugs gemessenen Drehmoment variiert wird.17. The method for operating a deep drilling system according to claim 1 to 14, characterized in that that the rate of circulation of drilling fluid through the drill pipe is varied according to the torque measured in the vicinity of the drilling tool. 18. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 12, bei welchem die aus- und einschiebbaren Bauteile eine Mehrzahl von aus Zylindern und Kolben gebildeten Aggregaten umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte zylindrische Räume jeweils bei einer vorbestimmten Steuerdruckdifferenz getrennt kurzgeschlossen werden. 18. The method for operating a deep drilling system according to claim 12, in which the selected and insertable components, a plurality of assemblies formed from cylinders and pistons comprise, characterized in that adjacent cylindrical spaces each at a predetermined Control pressure differential are short-circuited separately. 19. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der längs der hydraulischen Turbine und der Spülschlamm-Austrittsöffnungen des Bohrwerkzeugs vorhandene Gesamtdruckabfall als Steuerdruckdifferenz verwendet wird.19. The method for operating a deep drilling system according to claim 18, characterized in that that the along the hydraulic turbine and the drilling fluid outlet openings of the drilling tool existing total pressure drop is used as the control pressure differential. 20. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall längs der hydraulischen Turbine als Steuerdruckdifferenz verwendet wird.20. The method for operating a deep drilling system according to claim 18, characterized in that that the pressure drop across the hydraulic turbine is used as a control pressure difference. 21. Verfahren für den Betrieb eines Tiefbohrsystems nach Anspruch 12, bei welchem die aus- und einschiebbaren Bauteile eine Mehrzahl von aus Zylindern und Kolben gebildeten Aggregaten umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlammzirkulation variiert wird und daß benachbarte zylindrische Räume bei einer vorbestimmten Zirkulationsgeschwindigkeit des Spülschlamms getrennt kurzgeschlossen werden.21. The method for operating a deep drilling system according to claim 12, in which the selected and insertable components comprise a plurality of assemblies formed from cylinders and pistons, characterized in that the drilling fluid circulation is varied and that adjacent cylindrical spaces at a predetermined Circulation speed of the drilling fluid can be short-circuited separately. 22. Einrichtung für den Betrieb gemäß dem Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der Kolben (6) mit einem Ventil (36) versehen sind, das durch die erwähnte Druckdifferenz betätigt wird und das in seiner einen Endstellung den Kolben (6) kurzschließt (über 40, 43, 38 und 44), während es in seiner anderen Endstellung einen der dem Kolben (6) benachbarten zylindrischen Räume mit dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils(4) (über die Teile 40, 41, 38 und 42) verbindet (Fig. 17 bis 19).22. Device for operation according to the method according to claim 18, characterized in that that one or more of the pistons (6) are provided with a valve (36), which by the mentioned Pressure difference is actuated and the piston (6) short-circuits in its one end position (via 40, 43, 38 and 44), while in its other end position it is one of the piston (6) adjacent cylindrical spaces with the interior of the inner extendable component (4) (via the Parts 40, 41, 38 and 42) connects (Figs. 17 to 19). 23. Einrichtung für den Betrieb gemäß dem Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,23. Device for operation according to the method according to claim 18, characterized in that I 084I 084 daß ein oder mehrere der zwischen benachbarten zylindrischen Räumen (62 und 63) vorhandenen Widerlager mit einem Ventil (70) versehen sind, das durch die erwähnte Druckdifferenz betätigt wird und das in seiner einen Endstellung die zylindrischen Räume (62 und 63) miteinander verbindet (über 72, 75 und 73), während es in seiner anderen Endstellung einen der benachbarten zylindrischen Räume (62) mit der Außenseite des äußeren ausschiebbaren Bauteils (3) (über die Teile 74, 76 und 77) verbindet (Fig. 28).that one or more of the existing between adjacent cylindrical spaces (62 and 63) Abutments are provided with a valve (70) which is actuated by the aforementioned pressure difference is and that in its one end position the cylindrical Spaces (62 and 63) connects together (via 72, 75 and 73) while it is in its other End position one of the adjacent cylindrical spaces (62) with the outside of the outer extendable component (3) (via the parts 74, 76 and 77) connects (Fig. 28). 24. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (36) mit einem Fallenteil (45) ausgerüstet sind (Fig. 19).24. Device according to claim 22 or 23, characterized in that the valves (36) with a trap part (45) are equipped (Fig. 19). 25. Einrichtung für den Betrieb gemäß demVerfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Kolben (6) mit einem Ventil (49) ausgerüstet sind, das in seiner einen Endstellung den Kolben (6) kurzschließt (über die Teile 50, 51 und 52), während es in seiner anderen Endstellung den zylindrischen Raum auf der einen Seite des Kolbens (6) mit dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils (4) verbindet (über die Teile 48, 53 und 52), wobei die Betätigung des Ventils (49) von der einen Seite her durch den Druck des das innere ausschiebbare Bauteil (4) durchströmenden Spülschlamms erfolgt, während die Betätigung des Ventils von der anderen Seite her durch eine Feder sowie durch den Druck des Spülschlamms erfolgt, der durch eine in dem Kanal des inneren ausschiebbaren Bauteils vorgesehene Einschnürung (46) strömt (Fig. 23).Device for operation according to the method according to claim 1, characterized in that that one or more pistons (6) are equipped with a valve (49) which in its one end position the piston (6) short-circuits (via parts 50, 51 and 52) while it is in its other End position the cylindrical space on one side of the piston (6) with the interior of the inner Extendable component (4) connects (via the parts 48, 53 and 52), the actuation of the Valve (49) from one side by the pressure of the inner extendable component (4) drilling fluid flowing through takes place while the valve is actuated from the other side by a spring as well as by the pressure of the drilling fluid, which is carried out by a in the channel the constriction (46) provided for the inner extendable component flows (FIG. 23). 26. Einrichtung für den Betrieb gemäß dem Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Kolben (6) mit einem Ventil (54) ausgerüstet sind, das in seiner einen Endstellung den Kolben (6) kurzschließt (über 58 und 60), während es in seiner anderen Endstellung den zylindrischen Raum auf der einen Seite des Kolbens (6) mit dem Inneren des inneren ausschiebbaren Bauteils (4) verbindet (über 57 und 58), wobei die eine Seite des Ventils mit dessen anderer Seite über einen eingeschnürten Kanal (61) in Verbindung steht, wobei das Ventil von der einen Seite her durch eine Feder sowie durch den Turbinenaustrittsdruck oder den Bohrlochdruck betätigt wird, während das Ventil von der anderen Seite her durch den Druck des Spülschlamms betätigt wird, der durch das innere ausschiebbare Bauteil (4) hindurchströmt, und zwar in Abhängigkeit von der Stellung eines Servoventils (55), dessen Betätigung durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck des das innere ausschiebbare Bauteil (4) durchströmenden Spülschlamms und dem Druck des durch eine in dem Kanal des inneren ausschiebbaren Bauteils (4) vorgesehene Einschnürung strömenden Spülschlamms erfolgt (Fig. 24).26. Device for operation according to the method according to claim 21, characterized in that that one or more of the pistons (6) are equipped with a valve (54) in its one End position the piston (6) short-circuits (via 58 and 60) while it is in its other end position the cylindrical space on one side of the piston (6) with the interior of the inner extendable Component (4) connects (via 57 and 58), one side of the valve with its on the other side via a constricted channel (61) in connection, the valve of on the one hand by a spring and by the turbine outlet pressure or the borehole pressure is operated while the valve is operated from the other side by the pressure of the drilling fluid is actuated, which flows through the inner extendable component (4), namely depending on the position of a servo valve (55), its actuation by the pressure difference between the pressure of the drilling fluid flowing through the inner extendable component (4) and the pressure of the one provided in the channel of the inner extendable component (4) Constriction of flowing drilling fluid takes place (Fig. 24). 27. Einrichtung für den Betrieb gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der benachbarte Zylinder voneinander trennenden Widerlager (8) mit einem Ventil (79) ausgerüstet sind, dessen Betätigung durch eine Druckdifferenz erfolgt, die durch die Strömung in dem inneren ausschiebbaren Bauteil (4) erzeugt wird, wenn dieseStrömung eine Einschnürung (81) in dem Kanal des inneren ausschiebbaren Bauteils (4) passiert, wobei das Ventil (79) in seiner einen Endstellung die zylindrischen Räume (62 und 63) oberhalb und unterhalb des Widerlagers (8) miteinander verbindet (über 83, 88 und 84), während es in seiner anderen Endstellung einen der zylindrischen Räume mit dem Bohrloch (über die Teile 83, 89 und 87) verbindet (Fig. 29).27. Device for operation according to claim 21, characterized in that one or several of the adjacent cylinders separating abutments (8) with a valve (79) which are actuated by a pressure difference created by the flow in the inner extendable component (4) is generated when this flow creates a constriction (81) in the channel of the inner extendable component (4) happens, the valve (79) in its one End position the cylindrical spaces (62 and 63) above and below the abutment (8) with one another connects (via 83, 88 and 84), while in its other end position it is one of the cylindrical Spaces with the borehole (via the parts 83, 89 and 87) connects (Fig. 29). 28. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14 und 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kolben (6) eine in ihrer Größe sich von der anderer Kolben unterscheidende Fläche aufweist.28. Device according to one or more of claims 12 to 14 and 22 to 27, characterized in that that at least one of the pistons (6) differs in size from that of the other pistons has distinguishing area. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 684 835.
Considered publications:
U.S. Patent No. 2,684,835.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen In addition 4 sheets of drawings © 009 548/76 6.60© 009 548/76 6.60
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